DE2220024C3

DE2220024C3 - Videoausgangsstufe für Fernsehempfänger

Info

Publication number: DE2220024C3
Application number: DE2220024A
Authority: DE
Inventors: Peter Eduard Adliswil Haferl (Schweiz)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1971-04-27
Filing date: 1972-04-24
Publication date: 1978-12-14
Also published as: DE2220024B2; GB1388544A; ES401994A1; US3823264A; AU455156B2; DE2220024A1; FR2134501B1; JPS5144042B1; AU4078872A; SE382149B; BR7202450D0; NL7205651A; IT953769B; FR2134501A1; CA997005A

Description

Die Erfindung betrifft eine Videoausgangsstufe für Fernsehempfänger zur Ansteuerung der Bildröhre an der Kathode, insbesondere für die Kathodenansteuerung von Farbbildröhren mit großem Bildschirm, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

Derartige Videoausgangsverstärker werden oft als Rot-Grün-Blau-Verstärker zur Ans»euerung der Kathoden von 110°-Farbbildröhren mit großem Bildschirm verwendet. Früher benutzte Verstärker mit billigen Videotransistoren sind im allgemeinen nicht in der Lage, ausreichende Ausgangsspannungen (beispielsweise 160 Vss) für eine solche Ansteuerung zu liefern. Um diese gewünschten Ausgangsspannungen mit einer Bandbreite von 4 MH7 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 allgemeinen eine passive Schutzschaltung gegen Hochspannungsüberschläge verwendet, deren richtige Betriebsweise üblicherweise von der Umklei-

dung und räumlichen Anordnung der verwendeten Leitungen abhängt Aus diesem Grunde 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.

Aus der DE-AS 15 12 419 ist eine Videoendstufe bekannt, bei welcher jeweils ein Kaskodeverstärker aus zwei Transistoren an die einzelnen Steuergitter der Bildröhre angeschlossen ist, wobei zwischen Kollektor des Ausgangstransistors und Steuergitter der Bildröhre ein Parallel-LR-Glied zur Anhebung des unteren Frequenzbereiches eingefügt ist Weiterhin ist in der älteren Anmeldung der DE-AS 17 62 416 eine Videoendstufe beschrieben, bei welcher ein basisseitig mit dem Farbsignal angesteuerter Transistor über einen Kondensator und einen Reihenwiderstand mit dem jeweiligen Steuergitter der Bildröhre verbunden ist. Am Verbindungspunkt des Kondensators mit dem Widerstand wird über einen weiteren Widerstand von einer positiven Spannungsquelle eine Gittervorspannung für die Bildröhre zugeführt, und von diesem Verbindungspunkt führt ferner eine Klemmdiode zu einem Schalttransistor, der in üblicher Weise während des Zeilenrücklaufs die wegen der Kondensatorkopplung der Endstufe auf die Bildröhre erforderliche Schwarzpegelklemmung bewirkt. Der Verbindungspunkt der Klemmdiode mit dem Schalltransistor ist ferner über die Parallelschaltung einer weiteren Diode mit einem Widerstand an die über einen großen Kondensator abgeblockte Betriebsspannung geführt, und hierdurch wird eine Schutzschaltung gegen Hochspannungsüberschläge der Bildröhre gebildet. Wenn nämlich ein solcher Überschlag an einem der Steuergitter der Bildröhre auftritt, dann bilden die entsprechende Klemmdiode, die erwähnte Schutzdiode und der Kondensator einen niederohmigen Weg nach Masse, so daß die Spannung am Gitter nicht höher als die am to Kondensator liegende Betriebsspannung werden kann. Auf diese Weise erfolgt eine Spannungsbegrenzung bei Überschlagen, durch welche der Transistor der Videoendstufe geschützt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Angabe «5 von Maßnahmen, welche die Verwendung eines Ausgangstransistors niedrigerer Verlustleistung gestattet, der dennoch nicht durch Hochspannungsüberschläge der Bildröhre gefährdet wird. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

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 herabgesetzt und zum anderen die Entwicklung höherer Spannungen erlaubt, da seine Stabilisierungswirkung gegen Netz- w) Schwankungen die Notwendigkeit von Kompensationsschaltungen erübrigt, welche auf Kosten der erzeugbaren Ausgangsspannung arbeitet. Da eine solche Gegenkopplungsschaltung der Vergrößerung der von der Stufe erzeugbaren Ausgangsspannung dient, wäh- ^h> rend 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 Ausführungsbeispvels näher erläutert, welches einen Ausgangsverstärker für die Ansteuerung der Kathode einer Bildröhre mit Rot-, Grün- oder Blausignalen darstellt.

Die Schaltung enthält vier Transistoren, einen Halbleitergleichrichter und mehrere Widerstände. Ein erster Transistor 10 ist als Emitterfolger geschaltet, und seiner Basis werden von einem Eingangsanschluß. 12 Rot-, Grün- 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 dej 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 10 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 + V], während ein zusätzlicher Widerstand 28 den Kollektor des Transistors 18 an eine zweite positive Betriebsspannungsquelle + V₃ über einen anderen einstellbaren Widerstand 30 koppelt.

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, deWiderstand 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 30 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 gerich'cic 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 Fernsehsignals 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 .-.ach Masse kurzgeschlossen werden und die Bildröhre dunkel gesteuert wird.

Die Werte für die Widerstände 28, 32, 34 und 36 sind im Hinblick auf die positive Spannung + V₃ 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 Einführung 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 Kollektor 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 + V], so daß der Transistor 18 gesättigt wird: Die Zeitfolge ist dabei derart, daß diese Sättigung eintritt ehe die positive Funkenspannung 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 Begrenzungswirkung des Gleichrichters 38 gewährleistet, welche die Basisstrecke des Transistors 16 belastet und ihn sowie auch (icn Transistor 18 in die Sättigung bringt, ehe die negativ gerichtete Impulsspannung an den Kollektor des letztgenannten Transistors gelangt.

Dieses Schutzschema funktioniert, weil die Funkenspannung zuerst an die Basis des Transistors 16 gelangt.

ίο Wegen der Verzögerungswirkung des den Widerstand 32 enthaltenden Tiefpasses gelangt die Funkenspannung 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 Gegenkoppiungszweig der Kaskodeschaitung 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 Funkenüberschläge an der Bildröhre zerstört werden, welche auftreten, wenn der Transistor gesperrt ist.

Ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen Schaltung

so besteht darin, daß der Gegenkopplungszweig eine weitgehende Linearisierung des Frequenzganges bewirkt, so daß im Leuchtdichtekanal des Farbempfängers nur noch eine geringfügige Frequenzkorrektur — etwa 6 dB bei 4 MHz — für die richtige Aperturkorrektur des

μ Videosignals zu erfolgen braucht. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Verwendung eines größer bemessenen Belastungswiderstandes 28 für die Kaskodeschaitung, als er üblich ist. Ein solch größerer Widerstand isr hier zulässig, weil die Gegenkopplungsschaltung die

^Jl> effektive Ausgangsimpedanz des Verstärkers herabsetzt. Der Gegenkopplungszweig ermöglicht auch eine höhere Videoausgangsspannung, da seine Stabilisierungswirkung die Auswirkungen möglicher Netzspannungsschwankungen auf die erzeugbare Ausgangsspan-

⁴⁼> nungsamplitude verringert.

Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht darin. daC der Betriebsspannung + V₃ überlagerte Brummspannungen auf den Ultraschwarzbereich des Bildsignal? beschränkt bleiben. Hat die Spannung + V₃ eine Größe

>o 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 verwende! werden. Eine zusätzliche Regelung der Spannungsquelle für die Spannung + V3 ist nicht erforderlich, da eine solche Regelung bereits durch die Gegenkopplung-

*" schaltung automatisch erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Videoausgangsstufe für Fernsehempfänger zur Ansteuerung der Bildröhre an der Kathode, insbesondere für die Kathodenansteuerung von Farbbildröhren mit großem Bildschirm, 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, dadurch gekennzeichnet, 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 ^M 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 (— V₂) geschaltet ist, und daß der Verbindungspunkt 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 Transi- ^b0 stors 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, da 3 ein Filter gebildet wird, welches Funkenspannunge n 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 (+V₃) gekoppelt ist, daß die Basis des ersten Transistors an eine dritte Betriebsspannungsquelle (+Vi) 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 (+ V₃) ein vierter Widerstand (28, 30) geschaltet ist, und daß ein fünfter Widerstand (26) zwischen die Basis des ersten Transistors (18) und die dritte Betriebsspannungsquelle (+ Vi) 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 (+V3, +Vi) eine Spannung positiver Polarität liefert.