DE2220024A1 - Videoausgangsstufe - Google Patents
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Description
7375-72/Sch/Ba
ECA 64,805
Brit. Anmeldg. Nr. 11561/71 2220024
AT: 27. -April 1971
RCA Corporation, New York, N.Y. (Y.St.A.)
Videoausgangsstufe
Die Erfindung betrifft eine Videoausgangsstufe für Fernsehempfänger
zur Ansteuerung der Bildröhre an der Kathode, mit mindestens einem Verstärkertransistor, der eine-Eingangselek-.trode,
eine Ausgangselektrode und eine Steuerelektrode aufweist und zwischen dessen Eingangselektrode und seiner Steuerelektrode
eine Vorspannung liegt und zwischen dessen Eingangselektrode und ein Bezugspotential die zu verstärkenden Signale angelegt
werden. Bei der Erfindung handelt es sich insbesondere um einen Ausgangsverstärker für die Kathodenansteuerung von
Farbbildröhren mit großem Bildschirm.
Videoausgangsverstärker der in Rede stehenden Art werden oft als Rot-Grün-Blau-Verstärker zur Ansteuerung der Kathoden von
11O°-Farbbildröhren mit großem Bildschirm verwendet. Früher benutzte
Verstärker mit billigen Videotransistoren sind im allgemeinen nicht in der Lage, ausreichende Ausgangsspannungen
(beispielsweise 160 V__) für eine derartige Ansteuerung zu
liefern, Um diese gewünschten Ausgangsspannungen mit einer
Bandbreite von 4 MHz zu erhalten und gleichzeitig die Verlustleistung
unter 2 Watt zu halten, hat man - zumindest bei den europäischen Fernsehempfängern - aufwendige Kompensationsschaltungen für den oberen Frequenzbereich benötigt. Diese
Schaltungen sind jedoch nicht nur hinsichtlich ihrer Ausbildung kompliziert, sondern sie haben auch die unerwünschte Neigung,
wegen der Anhebungstoleranzen und der unvermeidbaren Streukapazitäten im oberen Frequenzbereich Abweichungen zu ergeben.
Weiterhin haben diese bisher verwendeten Videoverstärker im
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allgemeinen eine passive Schutzschaltung gegen Hochspannungsüberschläge
verwendet, deren richtige Betriebsweise üblicherweise von der Umkleidung und räumlichen Anordnung der verwendeten
leitungen abhängt. Aus diesem G-runde kann ein sicherer · Schutz gegen Überschläge nicht immer garantiert werden, da das
Ausmaß des tatsächlichen Schutzes sich in der Weise verändert, wie der Überschlagsstrombegrenzungswiderstand zwischen die
Bildröhrenkathode und die Transistorausgangsstufe gekoppelt war.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Schaltung,
welche einen zuverlässigeren Schutz bietet. Sie wird bei einer Videoausgangsstufe für Fernsehempfänger zur Ansteuerung der
Bildröhre an der Kathode, mit mindestens einem Verstärkertransistor,
der eine Eingangselektrode, eine Ausgangselektrode und
eine Steuerelektrode aufweist und zwischen dessen Eingangselektrode und seiner Steuerelektrode eine Vorspannung liegt und
zwischen dessen Eingangselektrode und ein Bezugspotential die
zu verstärkenden Signale angelegt werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von der Ausgangselektrode des Transistors
auf seine Eingangselektrode ein Gegenkopplungszweig geführt
ist, der einen die Ausgangselektrode des Transistors mit der
Kathode der Bildröhre verbindenden Widerstand zur Kopplung der Signale von der Ausgangsstufe zur Bildröhre enthält.
Außer einem besseren Schutz gegen Überschläge der Bildröhre hat bei einer solchen Ausgangsstufe der Ausgangstransistor
eine niedrigere Verlustleistung, da ein größerer Lastwiderstand
als üblicherweise verwendet wird. Dieser Vorteil ergibt sich infolge der Wirkung des Gegenkopplungszweiges, welcher einmal
die Ausgangsimpedanz des Verstärkers herabsetzt und zum anderen die Entwicklung höherer Spannungen erlaubt, da seine Stabilisierungswirkung
gegen Fetzschwankungen die Notwendigkeit von Kompensationsschaltungen erübrigt, welche auf Kosten der erzeugbaren
Ausgangsspannung arbeitet. Da eine solche Gegenkopp-
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lungsschaltung der Vergrößerung der von der Stufe erzeugbaren
Ausgangsspannung dient, während gleichzeitig die Verlustleistung des Transistors innerhalb tolerierbarer Grenzen verbleibt, kann
die bisher übliche Höhenanhebungsschaltung entfallen, so daß
auch die durch sie bedingten Toleranz- und Rauschprobleme bei hohen Videofrequenzen nicht mehr auftreten.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches einen Ausgangsverstärker
für die Ansteuerung der Kathode einer Bildröhre mit Rot-, G-rün- oder Blausignalen darstellt.
Die Schaltung enthält vier Transistoren, einen Halbleitergleichrichter
und mehrere Widerstände. Bin erster Transistor 10 ist
als Emitterfolger geschaltet, und seiner Basis werden von einem Eingangsanschluß 12 Rot-, G-rün- oder Blauvideosignale
zugeführt, während sein Kollektor an eine positive Betriebsspannung +V^ und sein Emitter über einen ersten Widerstand 14
an eine negative Betriebsspannung -V2 angeschlossen ist. Ein
zweiter Transistor 16 und ein dritter Transistor 18 sind in Kaskodenschaltung geschaltet und verstärken das vom Emitterfolgertransistor
10 gelieferte Ausgangssignal. Zu diesem Zweck
ist der Emitter des Transistors 18 unmittelbar an den Kollektor des Transistors 16 angeschlossen, während der entsprechende
Emitter des letztgenannten Transistors an einen Bezugsspannungspunkt angeschlossen ist und seiner Basis das vom Transistor
kommende Signal zugeführt wird. Im einzelnen wird dieses Signal vom Emitter des Transistors 10 zur Basis des Transistors 16
über einen einstellbaren Widerstand 20 in Reihe mit einem zweiten und dritten festen Widerstand 22, 24 geführt. Ein weiterer
Widerstand 26 koppelt die Basis des Transistors 18 an die positive
Spannung +V1, während ein zusätzlicher Widerstand 28 den
Kollektor des Transistors 18 an eine zweite positive Betriebsspannungsquelle +V, über einen anderen einstellbaren Widerstand
30 koppelt.
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Vom Kollektor des Transistors 18 ist ein Gegenkopplungskreis auf die Basis des Transistors 16 geführt, welcher in Reihe
Widerstände 32, 34 und 36 enthält, welche den Kollektor des Transistors 18 mit der Spannungsquelle -V2 verbindet, wobei
der Verbindungspunkt der Widerstände 34 und 36 an die Basis des Transistors 16 geführt ist. Ferner ist mit dieser Basis
ein Widerstand 34 und die Kathode eines Halbleitergleichrichters 38 verbunden, deren Anode an Masse geführt ist, während
das andere Ende des Widerstandes 24 an den Kollektor des vierten Transistors 40 geführt ist, dessen Emitter wiederum an
Masse liegt und dessen Basis an den Eingangsanschluß 42 geschaltet ist. Die Kathode der Bildröhre 70 ist unmittelbar an
den Verbindungspunkt der Widerstände 32 und 34 angeschlossen, und eine Funkenstrecke 44 liegt zwischen dieser Kathode und
Masse. Die Transistoren 10, 16, 18 und 40 sind als npn-Transistoren dargestellt, der Widerstand 30 ist einstellbar und durch
einen Schalter 46 zur Einstellung des Stromeinsatzpunktes der Bildröhre bei Veränderung ihrer Schirmgitterspannung überbrückbar.
Der Schalter 46 schließt normalerweise den Widerstand kurz, außer wenn die erwähnte Einstellung durchgeführt wird.
Im Betrieb gelangen positiv gerichtete Videosignale vom Eingangsanschluß 12 auf die Basis des Emitterfolgertransistors 10 und
werden über Widerstände 20, 22 und 24 dem Eingangstransistor
16 des Kaskodenpaares zugeführt. Der Transistor 16 wird auf diese Weise leitend und liefert negativ gerichtete Signale an
den Emitter des Transistors 18, welche durch diesen verstärkt werden, ehe sie als solche negativ gerichtete Signale vom Kollektor
des Transistors 18 an die Kathode der Bildröhre gelangen. Während der Horizontal- und Vertikalrücklaufintervalle des Pernsehsignals
werden positiv gerichtete Impulssignale auf den Eingangsanschluß 42 gegeben, welche den Transistor 40 in die Sättigung
steuern, so daß die zu diesen Zeiträumen auf den Transistor 16 gekoppelten Videosignale nach Masse kurzgeschlossen
werden und die Bildröhre dunkel gesteuert wird.
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Die Werte für die Widerstände 28, 32, 34 und 36 sind im Hinblick auf die positive Spannung +V, so gewählt, daß bei fehlendem
Signal die Transistoren 16 und 18 gerade jenseits ihres Sperrpunktes gehalten werden. Mit den in der Zeichnung angegebenen
Werten fließt ein Strom von etwa 8,5 mA durch diese Widerstandskette, so daß die maximale Spannung am Kollektor des
Transistors 18 etwa 220 V gegen Masse beträgt. Während der Austastintervalle
wird andererseits diese maximale Spannung um etwa 15 V erhöht, da ein Strom von 1,5 mA von der Basis des
Transistors 16 über den Widerstand 24 und den Transistor 40 nach Masse fließt. Mit den angegebenen Parameterwerten entsteht
am Kollektor des Transistors 18 eine Spitzenspannung von etwa 180 V, wenn dem Anschluß 12 Eingangssignale zugeführt werden.
In dieser Hinsicht begrenzt der Widerstand 26 den Basisstrom des Transistors 18 und den Kollektorstrom des Transistors
16, wenn beide Transistoren in die Sättigung gesteuert werden. Der Gleichrichter 38 schützt die Basis-Emitter-Diode des Transistors
16, indem er negative Spitzen der zugeführten Signale auf Masse klemmt.
Die Funkenstrecke 44 dient zum Schutz der Bildröhre gegen Überschläge
an ihrer Kathode. Durch Einfügung des Widerstandes 32 in den Gegenkopplungszweig vom Transistor 18 zum Transistor 16
wird weiterhin ein Schutz dieser Transistoren gegen Funkenüberschläge
gewährleistet. Von der Kathode der Bildröhre aus gesehen bestehen zwei Rückführungswege für Funkenspannungen. Der
eine Weg stellt praktisch ein Tiefpaßfilter aus dem Widerstand 32 und der zwischen dem Kollektor des Transistors 18 und Masse
wirksamen Kapazität dar, welche sich aus der Summe der Ausgangskapazität
des Transistors 18 und der vorhandenen Schaltkapazität und der gegebenenfalls vorhandenen Kühlblechkapazität
zusammensetzt. Der zweite Weg wird durch die Verbindung des Widerstandes 34 mit der Basis des Transistors 16 gebildet.
Wenn nun irgendwelche positiv gerichteten überschlagsspannungen auftreten, dann verzögert der Tiefpaß ihr Auftreten am Kollek-
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tor des Transistors 18, bis nach ihrem Auftreten an der Basis des Transistors 16. Eine positiv gerichtete Funkenspannung
bringt also zunächst den Transistor 16 zum Leiten und senkt dabei seine Kollektorspannung auf das Potential der Spannung +V1,
so daß der Transistor 18 gesättigt wird: Die Zeitfolge ist dabei derart, daß diese Sättigung eintritt, ehe die positive 3?unkenspannung
zum Transistor 18 gelangt. Auf diese Weise wird verhindert, daß der Transistor 18 durch die Funkenspannung zerstört
wird, da diese dann durch die gesättigten Transistoren 16 und 18 nach Masse kurzgeschlossen ist. Ein Schutz gegenüber
negativ gerichteten Funkenspannungen ist in gleicher Weise durch die Begrenzungswirküng des Gleichrichters 38 gewährleistet,
welche die Basisstrecke des Transistors 16 belastet und ihn sowie auch .den Transistor 18 in die Sättigung bringt, ehe die
negativ gerichtete Impulsspannung an den Kollektor des letztgenannten
Transistors gelangt.
Dieses Schutzschema funktioniert, weil die ffunkenspannung zuerst
an die Basis des Transistors 16 gelangt, Wegen der Verzögerungswirkung
des den Widerstand 32 enthaltenden Tiefpasses gelangt die i'unkenspannung erst an den Kollektor des Transistors
18, nachdem sich dieser Transistor unter Steuerung durch den Transistor 16 bereits in der Sättigung befindet. Wenn der
Funkenstrombegrenzungswiderstand 32 nicht in dem G-egenkopplungszweig
der Kasko de schaltung angeordnet wäre, wie man es früher gemacht hat, wo der Widerstand 34 unmittelbar an den Kollektor
des Transistors 18 angeschlossen war und der Widerstand 32 diesen Verbindungspunkt mit der Kathode der Bildröhre verbunden
hat, dann würden praktisch keine unterschiedlichen Verzögerungen für die Funkenspannung auftreten, welche über die beiden
Rückführungswege zum Kollektor des Transistors 18 und zur Basis des Transistors 16 gelangt. Der Transistor 18 würde dann leicht
durch Funkenüberschlage an der Bildröhre zerstört werden, welche
auftreten, wenn der Transistor gesperrt ist.
Ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen Schaltung besteht
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darin, daß der Gegenkopplungszweig eine weitgehende linearisierung
des Frequenzganges bewirkt, so daß im Leuchtdichtekanal des 3?arbempfängers nur noch eine geringfügige IPrequenzkorrektur
- etwa 6dB bei 4 MHz - für die richtige Aperturkorrektur
des Videosignals zu erfolgen braucht. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Verwendung eines größer bemessenen Belastungswiderstandes
28 für die Kaskodeschaltung, als er üblich ist.
Ein solch größerer Widerstand ist hier zulässig, weil die Gegenkopplungsschaltung die effektive Ausgangsimpedanz des Verstärkers
herabsetzt. Der Gegenkopplungszweig ermöglicht auch eine höhere Videoausgangsspannung, da seine Stabilisierungswirkung die Auswirkungen möglicher Netzspannungssehwankungen
auf die erzeugbare Ausgangsspannungsamplitude verringert.
Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht darin, daß der Betriebsspannung
+V~ überlagerte Brummspannungen auf den Ultraschwarzbereich
des Bildsignales beschränkt bleiben. Hat die Spannung +V- eine Größe von 270 V, so läßt sie sich durch
Gleichrichtung der Netzspannung von 220 V erzeugen und ist mit einer Brummspannung von etwa 10 bis 15 V überlagert. Diese
Brummspannung wird jedoch auf dem Bildschirm nicht sichtbar, und die gleichgerichtete Spannung kann sowohl für die Ablenkschaltung
des Empfängers als auch für den dargestellten Videoverstärker verwendet werden. Eine zusätzliche Regelung der
Spannungsquelle für die Spannung +V, ist nicht erforderlich,
da eine solche Regelung bereits durch die Gegenkopplungsschaltung automatisch erfolgt.
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Claims (11)
- PatentansprücheU)>Videoausgangsstufe für Ferns eh. empf anger zur Ansteuerung der Bildröhre an der Kathode, mit mindestens einem Verstärkertransistor, der eine Eingangselektrode, eine Ausgangselektrode und eine Steuerelektrode aufweist und zwischen dessen Eingangselektrode und seiner Steuerelektrode eine Vorspannung liegt und zwischen dessen Eingangselektrode und ein Bezugspotential die zu verstärkenden Signale angelegt werden, dadurchgekennzeich.net, daß von der Ausgangselektrode des Transistors (18) auf seine Eingangselektrode ein Gegenkopplungszweig (32,34,38,16) geführt ist, der einen die Ausgangselektrode des Transistors (18) mit der Kathode der Bildröhre (70) verbindenden Widerstand (32) zur Kopplung der Signale von der Ausgangsstufe zur Bildröhre enthält.
- 2) Videoausgangsstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangselektrode, die Ausgangselektrode bzw. die Steuerelektrode des Transistors (18) sein Emitter, sein Kollektor bzw. seine Basis ist und daß der Widerstand (32) ein Strombegrenzungswiderstand ist, welcher zwischen den Kollektor des Transistors (18) und die Kathode der Bildröhre (70) geschaltet ist.
- 3) Videoausgangsstufe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Transistor (16) mit dem ersten Transistor (18) in Kaskode geschaltet ist und daß der Gegenkopplungszweig (32,34,36,38) zwischen den Kollektor des ersten Transistors (18) und die Basis des zweiten Transistors (16) geschaltet ist.
- 4) Videoausgangsstufe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungszweig die Reihenschaltung eines ersten, zweiten und dritten Widerstandes (32,34,36) enthält, der zwischen den Kollektor des ersten Transistors (18) und eine erste Betriebsspannungsquelle (-Vp) geschaltet ist, und daß der2098A5/0902Verbindungpunkt des zweiten und dritten Widerstandes (34,36) unmittelbar an die Basis des zweiten Transistors (16) angeschlossen ist und daß der erste Widerstand (32) der Strombegrenzungswiderstand ist.
- 5) Videoausgangsstufe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der Bildröhre (70) an den Verbindungspunkt des ersten und zweiten Widerstandes (32,34) angeschlossen ist, und daß eine Funkenstrecke (44) zusätzlich zwischen die Kathode der Bildröhre (70) und ein Bezugspotential (Masse) geschaltet ist.
- 6) Videoausgangsstufe nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Basis und Emitter des zweiten Transistors (16) der Kaskodenschaltung ein Halbleitergleichrichter (38) eingeschaltet ist, der in entgegengesetzter Durchlaßrichtung wie der Basis-Emitter-Übergang des zweiten Transistors gepolt ist.
- 7) Videoausgangsstufe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand (32) mit Rücksicht auf die zwischen Kollektor des ersten Transistors (18) und das Bezugspotential bestehende Kapazität derart gewählt ist, daß ein Filter gebildet wird, welches 3?unkenspannungen von der Kathode der Bildröhre (70) zum Kollektor des ersten Transistors (18) um eine größere Zeitspanne verzögert als diejenige Zeitspanne, welche die Funkenspannung benötigt, um über den zweiten Widerstand (34) zur Basis des zweiten Transistors (16) zu gelangen .
- 8) Videoausgangsstufe nach einem der. Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter des ersten Transistors (18) mit dem Kollektor des zweiten Transistors (16) verbunden ist, daß der Kollektor des ersten Transistors (18) an eine zweite Betriebsspannungsquelle (+V,) gekoppelt ist* daß die Basis des ersten Transistors an eine dritte Betriebsspannungsquelle2098A5/0902) gekoppelt ist, daß der Emitter des zweiten Transistors (16) an das Bezugspotential (Masse) angeschlossen ist und daß der Basis des zweiten Transistors die zu verstärkenden Eingangssignale zugeführt werden.
- 9) Videoausgangsstufe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kollektor des ersten Transistors (18) und die zweite Betriebsspannungsquelle (+V^) ein vierter Widerstand (28,30) geschaltet ist, und daß ein fünfter Widerstand (26) zwischen die Basis des ersten Transistors (18) und die dritte Betriebsspannungsquelle (+V..) geschaltet ist.
- 10) Videoausgangsstufe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Transistor (16,18) npn-Transistoren sind und daß der'Basis des zweiten Transistors (16) über einen sechsten Widerstand (24) positiv gerichtete Eingangssignale zur Verstärkung zugeführt werden.
- 11) Videoausgangsstufe nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Betriebsspannungsquelle (-V2) eine Betriebsspannung negativer Polarität und die zweite und dritte Betriebsspannungsquelle (+V,, +V1) eine Spannung positiver Polarität liefert.209845/0902
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