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Verfahren und Schaltung zur Unterdrückung von Störspannungen
kleiner Amplitude in ton- und videofrequenten Signalen
Bei der Erzeugung und
Übertragung ton- oder videofrequenter Signale läßt es sich nicht vermeiden, daB
sich dem Signal Störspannungen hinzuaddieren. Die bekannteste und auch unvermeidbarste
Störung ist das sogenannte Rauschen. Vielfach kommt auch durch einen fremden Generator
eine Störspannung zum Signal hinzu, z. B. durch einen im gleichen Frequenzbereich
arbeitenden Sender, wodurch ein Moire im Fernsehbild erzeugt wird. Eine Störung
kann auch durch Übersprechen .eines Überttagungskanales auf einen anderen verursacht
werdend Nicht zuletzt sei hier auch an den Farbhilfsträger bei Farbfernsehsignalen
gedacht. Alle diese Störspannungen dürfen in ihrer Amplitude ein je nach Anforderung
gestelltes Maß nicht überschreiten,'um den akustischen oder visuellen Störeindruck
nicht unerträglich werden zu lassen. Aus diesem Grunde verzichtet man oftmals auf
an sich erwünschte Signalumwandlungen, z. B. Umspielungen, Frequenzgang- oder ßradationakorrekturen.
Zur
Vermeidung dieser Nachteile le@rd bei einem Verfahren zur Unterdrückung von Störspannungen
kleiner Amplitude in ton- und videofrequenten Signalen erfindungsgemäß aus dem mit
einer Störspannung behafteten Signal durch gegeneinander gescheltete Dioden mit
um die Größe der Störspannungsamplitude unterschiedlicher Vorspannung die Störspannung
entfernt. -Das neue Verfahren gestattet es, Störspannungen mit im Verhältnis
zum Nutzsignal kleinen Amplituden, die etwa bis zu 1® % des Nutzsignales betragen
können, aus dem Nutzsignal zu entfernen.
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In den Blockschaltbildern Abb. la und 1b sind zwei Ausführungsbeispiele
gezeigt, mit welchen die Unterdrückung einer Störspannung kleiner Amplitude aus'einem
Nutzsignal erreicht werden kann. Beide Schaltungen arbeiten amplitudenselektiv,
d.h. Amplituden von einem bestimmten Wert bis zu etwa 1® % der Gesamtspannung und
kleiner werden gesperrt. Mit der Schaltung nach Abb. la wird dieses dadurch erreicht,
daß das Signal 1, nachdem es eine Trennstufe 2 passiert hat, durch die Doppeldiodenschaltung
3 bAidseitig begrentt wird. Das so entstandene Signal 4, welches nur noch die kleinen
Amplitudenanteile beinhaltet, wird, nachdem es die Verstärkerstufe 5 passiert hat,
in der Stufe ö von dem ebenfalls dieser Stufe 6 zugeführten
Signal 1 subtrahiert.
Am Ausgang erhält man das
von der Störspannung befreite . Signal @.
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Die in der Abb. 1b gezeigte Schaltung sperrt durch die
Diodenkombination
8 die kleinen Amplitudenwerte aus dem Signal 1 direkt. Das von der Störspannung
befreite Signal 7 erhält man am Ausgang des Verstärkers 9, welcher lediglich
eine
Impedanzwandlung vornimmt.
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In der Abb. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt,
welches
dem Blockschaltbild Abb.'la entspricht. Das Ein-
gangssignal 1 gelangt
durch den Trennverstärker 2 verstärkt =.@. mit umgekehrter Polarität über
den Koppelkondensator 10
an den Punkt 11. An Punkt 11 sind außerdem zwei Dioden
12
und 13 angeschlossen. Die Diode 12 liegt mit ihrer Kathode
am
Kondensator 10 und mit ihrer Anode an Massepotential.
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Die Diode 13 liegt dagegen mit ihrer Anode am Kondensator 10 und
mit ihrer Kathode am Mittelabgriff eines Potentiomebers 14,
durch
welches der Kathode dieser Diode 13 eine positive
Vorspannung gegeben wird.
Der Kondensator 15 sorgt für
einen wechselstrommäßigen Kurzschluß der
Kathode der Diode 13
gegen Masse. Solange sich das Potential am
Punkt 11 zwischen
dem Nullpotential und der aw Potcritiometer 14 eingestellten
positiven Vorspannung bewegt, sind.beide Dioden 12 und 13
gesperrt.
Potentialänderungen in diesem Spannungsbereich werden also auch von der
Röhre 16, deren Steuergitter eben-
falls an Punkt 11 angeschlossen
ist, verstärkt. Sowie das
Potential am Punkt il positiver
als die am Potentiometer 14
eingestellte Vorspannung
wird, öffnet die Diode 13 und
schließt aber ihren kleinen Innenwiderstand
und-den-Kondensator 15 alle Signalanteile gegen Masse kurz. Dasselbe
' geschieht Uberdie Diode 12,sobald das Potential am Punkt 11
negativer
als das Massepotential wird.-
In en Abb..3a und 3b ist dieser
Vorgang beispielsweise
an einem.sägezahnförmigen Nutzsignal, welches
hier bei-
spielsweise mit einer dreieckförmigen Störspannung behaftet--Ist,
gezeigt. Die Abb. 3a zeigt das Signal an der
Anode der'Röhre
2 und die Abb. 3b das Signal 4 am Punkt 11.
Mit Hilfe des Potentiometers
14 ist eine positive Vorspannung + U1 eingestellt.worden. Damit
entspricht der
Bereich zwischen 0 und + U1, in Abb.
3b mit p U bezeichnet,
dem Bereich, in dem beide Dioden 12 und 13
gesperrt sind.
Diese Potentialdifferenz a U ist gleich groß dem
Spitze-Spitze-Wert der Störspannung U stör in Abb..3a. Unter die-
ser
Voraussetzung wird vom Zeitpunkt t0bis t1 in Abb. 3
keine der
Dioden 12 oder 13 geöffnet. Im Zeitpunkt tl will
das Potential am Punkt
11 negativer werden als 0 V; die
Diode 12 öffnet und verhindert dieses.
Sobald wieder-eine Änderung des Potentials zu positiveren Werten stattfin-
det,
wird die Diode 12 wieder gesperrt. Dieser Vorgang wiederholt sich im Zeitpunkt
t2 usw.-bis vom Zeitpunkt=t3 an eine große Nutzsignaländerung
zu positiveren-Werten hin
erfolgt und dadurch im Zeitpunkt
t4 das Potential +U1 überschritten wird. Im gleichen Moment öffnet die Diode 13
und verhindert nun die Entstehung eines positiveren Potentials als +U1 am Punkt
11. Es entsteht also am Punkt 11 das in Abb. 3b gezeigte Signal. Der Idealverlauf
der auf
diese Weise separierten Störspannung ist in Abb. 3b gestrichelt angedeutet.
Dieser Idealverlauf ist nur dann zu erreichen, wenn keine oder nur geringe Potentialänderungen
des Nutzsignales stattfinden. Gerade in den Fällen aber ist eine möglichst
große Unterdrückung der Störspannung erwUnseht, weil diese Stellen den großen gleich-mäßig
hellen Flächen auf dem Fernsehbildschirm und bei Tonsignalen
den tieferen
und leiseren Tonlagen entsprechen, in denen die Störwirkühng, besonders
groß ist.
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Dieses separierte Störsignal 4 in Abb. 2 wird nun durch die als Kathodenverstärker
arbeitende Röhre 16 verstärkt, am Kathodenwiderstand 1'j abgenommen und über den
Koppelkondensator 18 dem Steuergitter der Röhre 19 zugeführt. Diese Röhre arbeitet
mit der Röhre 20 zusammen auf einen gemeinsamen Anodenwiderstand 21. Die Röhre 20
wird durch das Eingangssignal 1 gesteuert. Am Widerstand 21 entsteht also
einmal das noch mit der Störspannung behaftete Signal 1 und zum anderen das separierte
Störsignal 4 mit zum erstgenannten Signalumgekehrter Polarität. Dadurch wird
das
Störeignal.4 vom Eingangssignal 1 subtrahiert und es
verbleibt
lediglich das Nutzsignal 7 mit einer stark reduzierten Störspannung. Durch den Regler
14 in Abb. 2 -läßt sich die Größe der zu unterdrückenden Amplitude einstellen und
mit dem regelbaren Kathodenwiderstand 22 der Röhre 19 die optimale Subtraktion des
Signalen vom Signal 1 am Anodenwiderstand-21 erreichen.
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Hei der Bemessung einer solchen Schaltung ist, um eine möglichst große
Unterdrückung der Störspannungen zuerreichen, folgendes zu beachten: Erstens soll,
während beide Dioden 12 und 13 gesperrt sind - also im Bereich o-U ' in Abb. 3b,
die aus der Kapazität des Kondensators 10 und den parallel geschalteten Sperrwiderständen
der Dioden12 und 13 gebildete Zeitkonstante groß sein gegen die kleinste zu übertragende
Frequenz bzw. bei Videosignalen gegen die Zeilenfolgefrequenz, damit während dieser
Zeit keine wesentlichen Umladungen am Kondensator 10 stattfinden. Zweitens soll
die wiederum.. aus der Kapazität des Kondensators 10 undcem Durchlaßwiderstand einer
der beiden Dioden 12 oder 13 in Reihe mit dem Innenwiderstand des Verstärkers 2
gebildete Zeitkonstante klein sein gegen die höchste zu übertragende Frequenz, umhin
diesem Fall eine möglichst schnelle Umladung des Kondensators 10 zu erreichen. Außerdem
ist'zu bemerken, daß bei einer solchen UnterdrUckung der kleinen Amplitudenanteileaus
einem Signal
natürlich auch die im gleichen Bereich liegenden
Nutzsignalanteile unterdrückt werden. Diese Signalanteile
gehen aber ohnehin
im Störpegel unter und tragen somit
auch im Normalfalle nicht zur Information
bei.
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Die Abb. 4a und 4b zeigen nunmehr zwei Ausführungsbeispiele
der im Blockschaltbild 1b gezeigten Möglichkeit
zur Unterdrückung
von Störamplituden. Bei der Schaltung
Abb. 4 a wird das Signal 1 gleichzeitig
auf die Steuer-
gitter der beiden Kathoden-Verstärkerröhren
23 und 24
gegeben. Die Kathodenwiderstände 25 und 26 sind so aus-
gelegt,,
daß an ihnen gleiche Signalamplituden entstehen.
Die Gittervorspannung
der Röhre 24 wird durch das Po-
tentiometer 27 etwas positiver eingestellt
als die der Röhre 23.
Durch den dadurch bedingten größeren Kathodenruhestrom
durch die Röhre 24 ist lediglich der Gleichstromanteil
des Signales
B größer als der des Signales A.
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Diese Verhältnisse sind beispielsweise in der Abb.
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noch einmal an einem sägezahnförmigen Nutzsignal mit
einer
dreieckförmigen Störspannung verdeutlicht.'Die Gleichspannungs-Komponenten
der beiden Signale sind hier
um den Betrag &U unterschiedlich.
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In Abb. 4a ist am Kathodenwiderstand 25 der Röhre
23 . eine Diode 28 mit ihrer Anode angeschlossen und am--
Kathodenwiderstand
26 der Röhre 24 ist eine gleiche Diode 29 aber mit ihrer Kathodenseite angeschlossen.
Beide Dioden 28 und 29 liegen mit ihren Gegenelektroden zusammen am Steuergitter
der nachfolgenden Kathodenverstärkerröhre 30. Gleichzeitig liegt an diesem Punkt
ein Kondensator 31. Dieser Kondensator känn klein sein, deshalb genügt vielfach
die Schalt- und Eingangskapazität der Röhre 30.Unter der Voraussetzung, daB die
durch den Regler 27 eingestellte zusätzliche Gleichstromkomponente des Signales
B im Vergleich zum Signal A dem Wert AU@= Ustör (siehe Abb. 5) entspricht, ist die
Funktion der Schaltung folgende; Der Kondensator 31 wird . ' über die Diode 28 immer.auf
die jeweils positivsten Potentialwerte des am Widerstand 25 stehenden Signales A
und über die Diode 29 auf die Jeweils negativsten Werte des am Widerstand 26 stehenden
Signalen B aufgeladen. Dazwischen, also im Bereich U stör (Abb. 5) findet keine
Um-
ladung des Kondensators 31 statt. Es entsteht also am-Kondensator 31 ein
Signal, welches den in Abb. 5 dick gestrichelt, gezeichneten Verlauf hat. Wie man
sieht» wird eine wesentliche Verbesserung des Störabstandes erreicht:. Für die Bemessung
der Schaltung> insbesondere der Diodenkombination, in Verbindung mit dem Kondensator
31 gilt das gleiche, was bereits zur Bemessung der Schaltung nach Abb. 2 gesagt
wurde. Da das Signal am Kondensator 31 (Abb. 4a) nur sehr hochohmig abgenommen werden
darf, ist die Kathodenverstärkerröhre 30 zur Impedanzwandiung nachgeschaltet. An
deren Kathödenwiderstand 32 kann dann das
störabatandaverbesserte
Signal 7 abgenommen werden. Die in Abb. 4b gezeigte Schaltung arbeitet nach dem
gleichen Prinzip wie die Schaltung Abb. 4a. Das Signal 1 erscheint durch die Röhre
33 verstärkt an deren Anodenwiderstand 34. Davor ist ein durch einen Kondensator
35 überbrückter regelbarer Widerstand 36 geschaltet, an welchem durch den Anodenruhestrom
der Röhre 33 die Diodenvorspannung erzeugt wird. An die Anode der Röhre 33 wird
nun die Diode 28 mit ihrer Anode angeschlossen und an den Verbindungspunkt zwischen
den-Widerständen 34 unr3 36 die Diode 29 mit ihrer Kathode. Mit ihren Gegenelektroden
sind die Dioden 28 und 29 wiederum verbunden. Gleichzeitig ist hier der Kondensator
31 angeschlossen. Die Funktion dieser drei Bauelemente 28, 29 und 31 ist die gleiche
wie in Abb. 4a. Inder Schaltung 4b wird lediglich dad von der Störspannung befreite
Signal 7 sofort dem Wehnelt-Zylinder einer Bildröhre 37 zugeführt Video-Signale
sind des öfteren mit einer je nach Größe der Nutzsignalamplitude unterschiedlichen
Störspannung behaftet, z. B. Signale, die mit Hilfe eines Sekundär-ElektronenverVielfacheres
-erzeugt werden. Mit Hilfe der Schaltungen 4a und 4b ist es möglich, auf einfache
Art auch bei solchen Signalen eine optimale Entstörung zu erzielen. In der Abb.
6 ist gezeigt, daß dieses durch
unterschiedliche Amplituden der
Signale A und B zu erreichen ist. Bei diesem Beispiel ist angenommen, daß die Störspannung
bei kleinen Nutzsignalamplituden am größten ist. Wie die Abb. 6 zeigt, wird dadurch,
daß die Amplitude des Signales A = UA größer ist als .die des Signales B = UB auch
der Wert .4U bei kleinen Nutzsignalamplituden größer (4Us) als bei großen Nutzsignalamplituden
(eUw). Dementsprechend ist auch die Störamplitudenunterdrückung entsprechend der
jeweiligen Nutzsignalamplitude unterschiedlich. Dieses Prinzip läßt sich natürlich
auch im umgekehrten Falle anwenden. In der Abb. 4 ist die,Amplitude des Signales
A in gewUnschter Weise durch Verändern der Größe des Kathodenwiderstandes 25 der
Röhre 23 einstellbar. - Patentansprüche