DE2057533C3 - Nichtlineare RC-Verzögerungsleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine nichtlineare RC-Verzögerungsleitung, gebildet aus wenigstens einem zwischen einem Signaleingang, und einem Signalausgang angeordneten Widerstand und wenigstens einem an eine einstellbare Vorspannungsquelle angeschlossenen, im Querzweig angeordneten pn-Halbleiterübergang mit einer ausgeprägten Abhängigkeit seiner Kapazität von der angelegten Spannung.

Eine derartige nichtlineare ÄC-Ve- iögerungsleitung ist aus der Zeitschrift AEÜ, Heft 10 (1968) Band 22, Seiten 472 bis 478 bekannt Bei dieser bekannten Verzögerungsleitung werden mit Hilfe von Varaktordioden Verzögerungsschaltungen aufgebaut, die gegenüber entsprechenden Schaltungen mit linearen Kapazitäten bessere Verzögerungseigenschaften haben.

Weiterhin ist es aus der DE-AS 12 27 167 bekannt, im Querzweig einer Verzögerungsleitung Varaktordioden anzuordnen, deren Kapazitätswert durch eine einstellbare Vorspannung veränderbar ist Bei dieser bekannten Verzögerungsleitung sind die Längsglieder als Induktivitäten ausgebildet, die bei der Veränderung der Querkapazitäten zur Aufrechterhaltung eines konstanten Wellenwiderstandes entsprechend verändert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine RC- Verzögerungsleitung der eingangs näher genannten Art zu schaffen, die zugleich dazu dienen kann, unerwünschte Rauschkomponenten auf einen festen Wert zu begrenzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Vorspannungsquelle (87) derart eingestellt ist, daß der pn-Halbleiterübergang nicht vorwärts vorgespannt wird, wenn Eingangssignale innerhalb eines vorgegebenen Amplitudenbereichs liegen, während er hingegen bei Eingangssignalen, die außerhalb des vorgegebenen Amplitudenbereichs liegen, so vorwärts vorgespannt wird, daß die Eingangssignale durch den dann leitenden pn-Halbleiterübergang gekappt werden.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche technische Fortschritt erreichbar, daß auf besonders einfache Art und Weise bei einer RC-Verzögerungsleitung neben der eigentlichen Verzögerung durch die Bauelemente der Verzögerungsleitung zugleich auch der Rauschabstand erheblich verbessert werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, dall der pn-Halbleiterübergang in Form einer Zenerdiode ausgebil det ist Die Verwendung von Zenerdioden als kapazitive Elemente legt auch eine obere Grenze für das Sjgnalband fest, welches über die Verzögerungsleitung übertragen wird Diese obere Grenze wird voic der

ίο Durchbruchspannung in der Sperrichtung an den Dioden festgelegt Obwohl grundsätzlich bei allen Dioden bei hinreichend großer Vorspannung ein Durchbruch auftritt, liegt der besondere Vorteil bei Zenerdioden im Hinblick auf ihre Anwendung in einer erfindungsgemäßen ÄC-Verzögerungsleitung darin, daß der Durchbruch an einer wohldefinierten Stelle besonders plötzlich auftritt Dadurch kann die obere Grenze für das Signalband besonders genau festgelegt werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen

F i g. 1 das Blockdiagramm eines Fernsehempfängers mit der erfindungsgemäßen Verzögerungsleitung; F i g. 2 und 3 detaillierte Schaltbilder der Verzöge rungsleitung gemäß der Erfindung.

Der in F i g. 1 dargestellte Fernsehempfänger besitzt eine Antenne 10, von der aus die ankommenden Signale einer HF-Verstärker- und Frequenzumsetzerstufe 14 zugeführt werden. In dieser Stufe werden die Signale verstärkt und auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt Diese ZF-Signale werden dann in einer Reihe von Video-ZF-Verstärkern 16 und 22 weiter verstärkt Das Ausgangssignal des zweiten Video-ZF-Verstärkers wird in einem Videodetektor 24 gleichgerichtet, der das zusammengesetzte Videosignal liefert das mit seinen Helligkeitskomponenten und Synchronisationskomponenten in einer Video-Verstärkerstufe 26 weiter verstärkt und auch an das auf die Farbsignalkomponenten ansprechende Farbsignal-Verarbpitungssystem 36 angelegt wird.

Die verstärkten Komponenten des Helligketts- und Synchronisationssignals werden nach der Verstärkung im Video-Verstärker 26 in einer Verzögerungsstufe 28 verzögert und anschließend in einem weiteren Video- Verstärker 30 vor dem Anlegen an einen Demodulator 34 weiter verstärkt Die zusammengesetzten Farbsignalkomponenten werden nach der Verarbeitung in der Stufe 36 ebenfalls an den Demodulator 34 angelegt, der an den drei mit der/ verschiedenen Kathoden der

so Bildröhre 38 verbundenen Ausgängen das rote, blaue und grüne Farbsignal liefert

Neben der Heiligkeitskomponente des Farbsignals für den Demodulator 34 legt der zweite Video-Verstärker 30 auch das zusammengesetzte Videosignal an ein Rauschgatter 39 an, das eine Störaustastung 39a und eine Verzögerungsstufe 39b umfaßt Dieses Rauschgatter beseitigt die Rauschkomponenten, die die Synchronisationskomponenten im zusammengesetzten Farbsignal übersteigen, so daß rauschfreie Videosignale am

μ Ausgang der Verzögerungsstufe 39b im Rauschgatter 39 tür Verfügung stehen, die einer Tremistufe for die Synchronisationssignale 40 zugeführt werden. Diese Trennstufe liefert die horizontalen und vertikalen Komponenten des Synchronisationssignals für die horizontale und vertikale Ablenkstufe 42 bzw. 44. Diese Ablenkstufen 42 und 44 erzeugen in den auf dem Hals der Bildröhre 38 angeordneten horizontalen und vertikalen Ablenkspulen 46 bzw. 48 wirksame horizon-

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tale und vertikale Ablenkspannung. Das rauschfreie Videosignal wird auch an eine getastete automatische Verstärkungsregelung 50 (AVR) angelegt, die vom horizontalen Rücklaufimpuls zur Erzeugung eines Regelsignals während des getasteten Zeitintervalls angesteuert wird Das Regelsignal erscheint auf der Leitung 52 und ändert die Amplitude entsprechend der Spitzenamplitude des Synchronisationsimpulses, der während des getasteten Zeitintervalls anliegt. Die Amplitude des Synchronisationsimpulses hängt seinerseits wiederum von der Amplitude des von der Antenne 10 empfangenen Eingangssignals ab, so daß die auf der Leitung 52 anliegende Spannung repräsentativ für die Signalstärke des Eingangssignals ist Entsprechend dem Aufbau der verwendeten automatischen Verstärkungsregelung 50 wirkt die Regelspannung auf der Leitung 52 entweder im Sinne einer Anhebung der Verstärkung oder einer Verringerung der Verstärkung. Diese Regelspannung wird einerseits an den ersten Video ZF Verstärker 16 und andererseits nach einer Verzögerung in der Verzögeningsstufe 54 an die HF-Verstärker- und Frequenzumsetzerstufe 14 angelegt Damit v.'ird in bekannter Weise in diesen Stufen die gewünschte Verstärkung eingestellt

Um die einzelnen Stufen eines in F i g. 1 dargestellten Fernsehempfängers in integrierter Bauweise herzustellen, ist es wünschenswert, die Verzögerungsstufen 28, 396 und 54 derart auszulegen, daß sie entweder als unabhängige Schaltung bzw. als Teil einer größeren Schaltung in integrierter Bauweise herstellbar sind. jo

In Fig.2 ist ein detailliertes Schaltbild einer Verzögerungsschaltung dargestellt, wie sie für die Verzögerungsstufen 28 und 396 gemäß F i g. 1 Verwendung finden kann. Diese Schaltung kann als integrierte Schaltung sowohl getrennt als auch im Rahmen einer J^r> größeren Schaltung aufgebaut werden. An die Eingangsklemme 60 wird ein positives Betriebspotential angelegt, das von einer geeigneten Spannungsquelle im Fernsehempfänger abgeleitet wird Die vom Video-Verstärker 30 gelieferten Eingangssignale, bestehend aus dem zusammengesetzten Videosignal 61,. werden an die Eingangsklemme 63 angelegt Der am meisten negativ verlaufende Teil dieses zusammengesetzten Videosignals ist die Synchronisationskomponente, die um die Spannung Av über Masse liegt Die im Videosignal enthaltene reifliche Information liegt trat die Spannung Bv über dem negativsten Wert des Synchronisationssignals.

Die an die Eingangsklemme 63 angelegten Eingangssignale werden der Basis eines NPN-Transistors 65 zugeführt der als Emitterfolger geschaltet ist Der Emitter dieses Transistors ist über einen geeigneten Widerstand 66 mit Masse verbunden, wogegen der Kollektor des Transistors an der mit dem positiven Spannungspotential verbundenen Eingangsklemme 60 liegt Die am Emitter des Transistors 65 erscheinenden Signale haben denselben Signalverlauf wie das Videosignal 61, jedoch sind sie um den Betrag des Basis-Emitter-Spannungsabfalls Φ des Transistors 65 nach unten verschoben. Bei der Verwendung eines μ typischen Transistors wird dadurch erreicht, daß der negativste Teil des Synchronisationssignals um etwa 0,6 bis 0,7 Volt tiefer liegt als der entsprechende Signalteil des an die Eingangsklemme 63 angelegten Signals.

Das Ausgangssignal am Emitter des Transistors 65 wird an eine mehrstufige Verzögerungsleitung 67 angelegt, die vier Widerst?pde 68,69,70 und 71 umfaßt, welche in Serie zwischen den Emitter des Transistors 65

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50 und die Basis eines ausgangssejtigen, als Verstärker wirksamen NPN-Transistors 73 geschaltet sind. Die Ausgangssignale, welche gegenüber den an die Basis des Transistors 73 angelegten Eingangssignalen invertiert sinicl, sind an einer Ausgangsklemme 76 abgreifbar, die mit dem Kollektor des Transistors 73 verbunden ist, der seinerseits über einen Lastwiderstand 75 mit der positiven Versorgungsspannung in Verbindung steht Der Emitter dieses Transistors 73 ist über einen Emitterwiderstand 78 mit Masse verbunden, so daß ein nicht invertiertes Ausgangssignal am Emitter des Transistors 73 über die Ausgangsklemme 77 abgreifbar ist Die Auswahl des an den beiden Ausgangsklemmen 76 und 77 zur Verfügung stehenden unterschiedlichen Ausgangssignals hängt von dem speziellen Anwendungsfall und von den Erfordernissen der nachfolgenden Stufen ab.

»Die soweit beschriebene Schaltung verzögert noch nicht die angelegten Signale. Um dies zu erreichen, wird die Schaltung mit einer Vielzahl von Zetwdioden 80 bis 83 ergänzt Die Kathoden der Zenensoden 80 bis 83 sind jeweils mit dem Verbindungspunkt zweier aufeinanderfolgender Widerstände 69 bis 71 verbunden, wobei die· Kathode der letzten Zenerdiode 83 am Verbindungspunkt des Widerstandes 71 mit der Basis des Transistoi s 73 liegt

Da die Zenerdioden 80 bis 83 von der Grenzschicht zwischen einem N-leitenden und einem P-Ieitenden Halbleitermaterial gebildet werden, und Teil der integrierten Schaltung sind, besitzen diese Dioden das für Halbleiterdioden charakteristische Verhalten und haben eine Kapazität, die durch die Formel

c = ι*-

beschrieben wird, wobei ε Eigenschaften des für die Diode verwendeten Materials, A der Grenzschichtbereich zwischen dem N-leitenden und dem P-Ieitenden Material und (/die Breite der Verarmungszone ist Die Zenerdioden 80 bis 83 zeigen das charakteristische Verhalten, daß beim Erhöhen der Sperrspannung an der Grenzschicht die Breite der Verarmungszone d zunimmt, woraus sich eine Kapazitätsverringerung der Diode bis zu dem Punkt ergibt, bei welchem die Diode zu leiten beginnt Damit erhält man den größten Kapazitätswert, wenn die Spannung an der Grenzschicht bei 0 oder der Nähe von 0 liegt und die Diode nur geringfügig in Sperrichtung vorgespannt ist

Da die Spannung der negativsten Signalkomponente, welche vom Emitter -des Transistors 65 aus angelegt wird, bekannt ist, können die Anoden der Zenerdioden 80 bis 83 mit einem solchen Vorspannungspotential beaufschlagt werden, daß die Sperrspannung an der Diodengrenzschicht so nah wie möglich bei 0 liegt ohne daß die gewünschten Signalkomponenten gekappt werden. Um diese Vorspannung einzustellen, ist ein Spannungsteiler 86 vorgesehen, der zwischen der positiven Versorguns'sspannung und Masse liegt Das Voirspannungspotential wird an die Basis eines NPN-Tränsistofs 87 angelegt, dessen Emitter mit den Anoden der Zenerdioden 80 bis 83 verbunden ist. Der Kollektor dienes Transistors liegt ebenfalls an der positiven Versorgungsspannung. Das derart an den Anoden der Zenerdioden 80 bis 83 v/irksame Vorspannungspotential ist so eingestellt, daß die Anoden dieser Dioden auf einem Potentialwert festgehalten werden, welcher um einen bestimmten Betrag unterhalb des negativsten

Wertes der eingangsseitig angelegten und am Emitter des Transistors 65 wirksamen Signalkomponenten, d. h. höher bei Masse liegt als dieser negativste Wert.

Die spezielle, vom Transistor 87 aus an den Zenerdioden wirksame Vorspannung stellt einen Kompromiß zwischen einerseits einer ausreichend großen Toleranz zur Vermeidung einer Kappung bzw. Signalbegrenzung der Syiichronisationskomponenten im gewünschten Signal und andererseits dem durch die angelegte Vorspannung maximal möglichen Kapazitätswert der Zenerdioden 80 bis 83 dar. Bei einer derartigen Vorspannung arbeitet die Verzögerungsleitung 67 in derselben Weise wie eine /?C-gekoppelte Verzögerungsleitung bezüglich Signalen mit gegebenem Amplitudenwert.

Es ist bekannt, daß in einem zusammengesetzten Fernsehsignal häufig Rauschsignalkomponenten auftreten, deren Spitzenwerte erheblich negativer liegen als gerung als die diesem Signalwert gegenüber positiveren Signalkomponenten. Wenn es wünschenswert ist, den Vorteil dieser nicht linearen Charakteristik auszuwerten, um eine Phasenmodulation proportional zu einem vom Spannungsteiler 86 an der Basis des Transistors 87 oder proportional zu der Gleichspannung bzw. dem durchschnittlichen Spannungspegel des Videosignals 61 zu bewirken, kann eine Verzögerungsleitung mit mehr Verzögerungsgliedern Verwendung finden, wobei an

ίο diese Potentiale aus einem größeren Potentialbereich angelegt werden. Dadurch wird der nicht lineare Verzögerungseffekt merklich vergrößert. Somit erzeugen Signalkomponenten oder Vorspannungspotentiale, die eine dem O-Pegelwert sich nähernde Vorspannung

ij an den Zenerdioden auslösen, eine größere Verzögerung als Signalkomponenten oder Vorspannungspotentiale, welche an den Zenerdioden eine wesentlich größere Vorspannung bewirken und dadurch entspre-

der npggtiv«tp WpH Her .Synrhrnnisationslcntnnnnpnipn chcp.d den KsⁿHzi!äisweri der Zenerdioden 80 bis 83

Durch eine entsprechende Einstellung der an die Anoden der Zenerdioden 80 bis 83 angelegten Vorspannung auf die Spitzenwerte der Synchronisationskomponenten im zusammengesetzten Videosignal können diese Rauschsignalkomponenten genügend weit über den Spitzenpegel der Synchronisationskomponenten hinaus verlaufen und die Zenerdioden 80 bis 83 in den leitenden Zustand steuern. Wenn dies der Fall ist, wird von der leitenden Zenerdiode die Geräuschsignalkomponente bei einem Signalwert gekappt, der gleich der an die Anoden der Zenerdioden angelegten Vorspannung, vermindert um den Spannungsabfall der Diode in Durchlaßrichtung, ist. Auf diese Weise werden unerwünschte Rauschkomponenten auf einen bestimmten Wert begrenzt, so daß, wenn die Ausgangssignale des Transistors 73 an eine getastete automatische Verstärkungsregelung bzw. an die Bildröhre angelegt werden, der Einfluß dieser Rauschkomponentep auf das Verhalten dieser Stufen des Empfängers auf einen minimalen Wert begrenzt wird.

Ferner sei darauf hingewiesen, daß, wenn die Signalkomponenten des zusammengesetzten Farbsignals, die vom Emitter des Transistors 65 an die verzögerungsleitung b7 angelegt werden, sich genügend nahe dem Punkt nähern, bei welchem die Zenerdiode eine 0-Vorspannung besitzt, sich an diesen Dioden für diese Signale der maximale Kapazitätswert einstellt. Damit erfahren die am meisten negativ verlaufenden Signalkomponenten eine größere Verzöverringern.

In F i g. 3 ist die Ausbildung der Zenerdioden 80 bis 83 als Teil einer integrierten Schaltung dargestellt, wonach die Grenzschichten der Dioden 80 bis 83 von einer Vielzahl von Emitter-Basisübergängen eines NPN-

2) Transistors gebildet werden, der mit einem Vielfacheinitter versehen ist. Der Kollektor 90 des Transistors liegt an der positiven Versorgungsspannung, und die Basis 9Ί dieses Kollektors ist mit dem Emitter des Transistors 87 verbunden. Da die Verzögerungsleitung

ίο wie die übrigen Komponenten im Rahmen derselben integrierten Schaltung aufgebau¹ werden kann, ist es auch nicht notwendig, spezielle Kontaktflächen für den Anschluß externer Kondensatoren vorzusehen, wie dies bei herkömmlichen RC-Verzögerungsleitungen der Fall

)> ist. Die Verzögerungsleitung läßt sich aufgrund des einfachen Aufbaus bezüglich der Anzahl der einzelnen Verzögerungsglieder beliebig gegenüber der dargestellten Ausführung vergrößern und verkleinern.

Die Verwendung der Zenerdioden als kapazitive Elemente legt auch eine obere Grenze für das Signalband fest, das über die Verzögerungsleitung übertragen wird, wobei diese obere Grenze von der Sperrspannung dzw. der Uurcnbruchspannung in Sperrichtung an den Dioden festgelegt wird. Bei

•si Systemen, die keine solche obere Begrenzung benötigen, können anstelle der Zenerdioden Dioden Verwendung finden, die eine möglichst hohe Spitzensperrspannung aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   1, Niehtlmeare /iC-VerzögerungsIeitung, gebildet aus wenigstens einem zwischen einem Signaleingang und einem Signalausgang angeordneten Widerstand und wenigstens einem an eine einstellbare Vorspannungsquelle angeschlossenen, im Querzweig angeordneten pn-Halbleiteröbergang mit einer ausgeprägten Abhängigkeit seiner Kapazität von der angelegten Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanoungsquelle (87) derart eingestellt ist, daß der pn-Halbleiterübergang nicht vorwärts vorgespannt wird, wenn Eingangssignale innerhalb eines vorgegebenen Amplitudenbereichs liegen, während er hingegen bei Eingangssigrtalen, die außerhalb des vorgegebenen Amplitudenbereichs liegen, so vorwärts vorgespannt wird, daß die Eingangssignale durch den dann leitenden pn-Halbleiterübergang gekappt werden.
2. 2. RC-Verzögerungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-Halbleiterübergang in Form einer Zenerdiode ausgebildet ist