DE2323101C3 - Monolithisch integrierter Schaltkreis zur Erzeugung einer Rechteckschwingung für die horizontale Ablenkung bei Fernsehempfängern - Google Patents

Description

In neuerer Zeit werden beträchtliche Anstrengungen gemacht, um die wesentlichen Teile der Schaltung eines Fernsehempfängers als monolithisch integrierte Schaltung aufzubauen. Diese Bemühungen umfassen auch das horizontale Ablenksystem. Obwohl gewisse Schaltungsteile eines solchen Empfängers vom Leistungsniveau her gesehen gegenwärtig für die Integration nicht besonders geeignet sind, wie z. B. die Treiber- und ausgangsseitigen Stufen, sind andere Stufen des Fernsehempfängers für eine solche Integration besonders günstig. Dies trifft für das horizontale Ablenksystem zu, das die Oszillatorstufe, eine Phasenvergleichs- bzw. Detektorstufe vorteilhaft in einer einzigen monolithisch integrierten Schaltung vereinigen kann und sowo'hl für Schwarz-Weiß- als auch für Farbfernseh-Empfänger verwendbar ist.

Ein besonderes Problem bei einer solchen Integration ergibt sich dadurch, daß die genannte Schaltungskonfiguration siur mit dem horizontalen Ablenksystem einer bestimmten Art kompatibel wäre. Das heißt, die horizontale Treiberstufe erfordert, daß das von dem zugeordneter, Oszillator empfangene Signal ein bestimmtes Tastverhältnis hat. Dabei wird unter dem Tastverhältnis das Verhältnis der Impulsbreiten der positiven und negativen Impulsanteile einer Periode verstanden. Für unterschiedliche Ablenksysteme werden unterschiedliche Tastverhältnisse benötigt, wobei sich diese Unterschiede dadurch ergeben können, daß ζ. B. die Ausgangs- und/oder Treiberstufen monolithisch integriert aufgebaut oder noch als Röhrensysteme vorgesehen sind. Dasselbe ist auch der Fall, wenn die Ablenksysteme Halbleiter-Thyristoren od. dgl. verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs näher genannten Art zu schaffen, welche mit einer besonders geringen Anzahl von Bauelementen und Anschlußklemmen auf einer außerordentlich geringen Fläche einer monolithisch integrierten Schaltung aufgebaut werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der eine Transistor ein pnp-Transistor und der weitere Transisr-r ein pnp-Transistor ist, daß der eine Transistor mit der Vorspannung an seinem Emitter beaufschlagt wird, daß der Emitter des weiteren Transistors mit der Basis des einen Transistors verbunden ist, so daß das Sägezahnsignal von dem weiteren Transistor der Basis des einen Transistors zugeführt wird und dieser zwischen d~m leitenden und dem rrichtleitenden Zustand und umgekehrt jeweils dann umgeschaltet wird, wenn das seiner Basis zugeführte Sägezahnsignal kleiner bzw. größer wird als der vorgegebene Vorspannungspegel, um das Rech'ecksignal zu liefern, und daß der Emitter des einen Transistors mit einem außerhalb der integrieren Schaltung angeordneten Spannungsteiler-Netzwerk mit einstellbaren Widerständen verbindbar ist, um damit den Schwellwert des einen Transistors wahlweise entsprechend dem gewünschten Tastverhältnis des Rechtecksignals einzustellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die monolithisch integrierte Schaltung für das horizontale Ablenksystem eine Osziliatorstufe, eine Phasenvergleichs- bzw. Detektorstufe sowie eine Vortreiberstufe, wobei mit dem Oszillator extern RC-Netzwerke verbunden sind, um die Frequenz des erzeugten Sägezahnsignals festzulegen. Die Phasenvergleichsstufe erzeugt ein Steuersignal in Abhängigkeit von dem ange- b5 legten Synchronisationssignal sowie den Rücklaufimpulsen, das dazu benutzt werden kann, um die Frequenz des Oszillatorausgangssi?nals an die Frequenz der von dem Fernsehsignalgemisch abgeleiteten Synchronisationsimpulse anzupassen.

Das Oszillatorausgangssignal in Form des Sägezahnsignals wird sodann an die Vortreiberstufe angelegt, dieim wesentlichen ausgangsseitig ein Rechtecksignal mit der gewünschen horizontalen Ablenkfrequenz liefert. Das Tastverhältnis dieses Signals der Vortreiberstufe ist wahlweise einstellbar, so daß das Ablenksystem für unterschiedliche Fernsehempfänger verwendbar ist. Die Einstellbarkeit des Tastverhältnisses wird mit Hilfe eines elektronischen Schalters vorgenommen, der bei einem vorgegebenen Schwellwert umschaltet, wobei dieser Schwellwert durch das externe Netzwerk festgelegt wird.

Der elektronische Schalter besteht vorzugsweise aus zwei Halbleiterschaltern in Form eines NPN- und eines PNP-Transistors, wobei eine Spannung an den Emitter des PNP-Transistors über das externe Widerstandsnetzwerk angelegt wird. Das Sägezahnsignal der Oszillatorstufe wird an den Eingang des NPN-Transistors angelegt, wodurch der PNP-Transistor leitend wird, wenn das Sägezahnsignal unterhak, des Potentialniveaus des Schwellwertes liegt. Der PNP-T/ansistor wird ferner dazu benutzt, um die Leitfähigkeit weiterer miteinander verbundener NPN-Transistoren zu steuern. Die Rechteckschwingung am Ausgang der Vortreiberstufe ist bezüglich der Impulsbreiten sehr korrekt und durch den Schwellwert sehr genau einstellbar, wobei der Schwellwert zwischen einer minimalen und einer maximalen Amplitudengröße des Sägezahnsignals verschiebbar ist. um dadurch das Tastverhältnis der Rechteckschwingung entsprechend zu ändern. Wenn das dem Schwellwert zugeordnete Potential in Richtung auf die maximale Spannung des Sägezahnsignals geändert wird, werden die ausgangsseitigen Impulse der Treiberstufe entsprechend breiter. Bei einer Absenkung des Schwellwertes zum minimalen Spannungswert der Sägezahnspannung verschiebt sich das Tastverhältnis in entgegengesetzter Richtung.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegensiandes wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer horizontalen Ablenkstufe in monolithisch integrierter Bauweise gemäß der Erfindung.

F i g. 2 das Schaltbild der Vortreibcstufe aus der Schaltung gemäß F i g. 1 im Detail, zusammen mit einem zugeordneten, außerhalb der integrierten Schaltung vorgesehenen Spannungsteiler-Netzwerk aus Widerständen,

F i g. 3 eine graphische Wiedergabe der etngangsseitigen und ausgangsseitigen Schwingungsform der Vortreiberstufe zur Erläuterung der Erfindung.

In Fig. I ist das Blockschaltbild eines Schaltkreises 10 dargesieilt, der als integrierte monolithische Schaltung mit den innerhalb der gestrichelten Linie angegebenen Teilen hergestellt ist. Dieser Schaltkreis 10 u;jifaßt eine stabilisierte Stromversorgungs- und Vorspannungsstufe 12, die die Vorspannung sowie die Energieversorgung für die verschiede"en Stufen des Schaltkreises liefert. Ferner ist eine Oszillatorstufe 14, eine Phasenvergleichs- bzw. Detektorstufe 16 und eine Vortreiberstufe 18 vorgesehen. Der Schaltkreis 10 ist für die horizontale Ablenkung bei einem Fernsehempfänger verwendbar, unabhängig davon, ob dieser für den Schwarz-Weißbzw. Farbempfang £eeignet ist. Der Schaltkreis 10 für die horizontale Ablenkung arbeitet mit einem nicht dargestellten externen Kondensator und Widerstand zu·

sammen. die in diskreter Form an die Kontaktflaehe 20 der Oszillatorstufe 14 angeschlossen sind, um als Zcitglied bei der Erzeugung eines Sägczahnsigiials wirksam zu sein, wie dies als Schwingungsform Sin F i g. 3 dargestellt ist. Die Frequenz und der Spannungsverlaiif des erzeugten Sägezahnsignals bestimmen sich aus der Zeitkonstante auf Grund des,an die Kontaktfläche 20 angeschlossenen externen RC-Netzwerks. wie dies allgemein bekannt ist.

Das Ausgangssignal des Oszillator«; 14 wird mit den aus dem Fernsehsignal abgeleiteten Synchronisationsimpulsen durch die Wirkung der Phasenvergleichs- bzw. Detektorstufc 16 synchronisiert bzw. phasenstarr gekoppelt. Die Synchronisationsimpulse werden aus dem Fernseh-Signalgemisch mit Hilfe einer nicht dargestellten Separatorstufe abgeleitet, welche an die Kontaktfläche 22, die den einen Eingang der Phasenvergleichsbzw. Detektorsuife 16 bildet, angeschlossen ist. Das Sägezahnsignal von einem integrierten Rücklaufimpuls wird an eine Kontaktfläche 24 angelegt, die den /weiten Eingang für die Phasenvergleichs- bzw. Deteklorstufe 16 bildet. Diese Stufe 16 arbeitet in bekannter Weise und erzeugt ein geeignetes Ausgangssignal, wenn ein Fehler zwischen dem angelegten Synchronisationsimpuls und dem Rücklaufimpuls festgestellt wird, wobei die Fehlerspannung an der Kontaktfläche 26 erscheint und abgreifbar ist. Das Ausgangssignal der Phasenvergleichs- bzw. Detektorstufe 16 kann über eine weitere Stufe 27 abgegriffen und in herkömmlicher Weise zur Steuerung der Frequenz und Phase der Oszillatorstufe 14 verwet.det werden.

Der Schaltkreis 10 für die horizontale Ablenkung ist insoweit bezüglich seiner Ausgestaltung als auch seiner Betriebsfunktion im wesentlichen konventionell, jedoch würde das von der Oszillatorstufe 14 erzeugte Sägezahnsignal nur mit einer speziellen Auslegung innerhalb eines horizontalen Ablenksystems kompatibel sein, und /war würde hierfür nur ein Ablenksystem in Frage kommen, das tiii Tiisivcrnüitnis bzw. einen Arbeitsz\ kius erfordert, wie er durch das Ausgangssignal der Oszillatorstufe 14 ohne weitere Modifikation im wesentlichen geliefert wird. Wie bereits erwähnt, erfordern jedoch verschiedene horizontale Ablenksysteme Oszillatorsignale mit unterschiedlichem Tastverhältnis. So zeigen Systeme mit Vakuumröhren in der Ausgangsstufe und/ oder den Treiberstufen des horizontalen Ablenksystems Betriebseigenschaften bezüglich der Vorspannungen und der übrigen Parameter, die wesentlich von den Betriebsbedingungen horizontaler Ablenkstufen in monolithisch integrierter Bauweise verschieden sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Schaltkreis 10 für die horizontale Ablenkung kompatibel mit jeglichem horizontalen Ablenksystem, und zwar auf Grund der Vortreiberstufe 18. deren Wirkungsweise nachfolgend beschrieben wird. Diese Vortreiberstufe 18 umfaßt gemäß F i g. 2 einen NPN-Transistor 40. dessen Emitter mit der Basis eines PNP-Transistors 42 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 42 ist mit der Basis eines NPN-Transistors 44 verbunden, dessen Kollektor seinerseits mit der Basis eines weiteren NPN-Transistors 46 in Verbindung steht. Die Emitter der Transistoren 44 und 46 liegen direkt an Masse bzw. genauer an einer Kontaktfläche 28, die mit dem Bezugspotential, d. h. mit Masse, verbunden werden kann.

Der Emitter des Transistors 40 ist über einen Widerstand 50 mit Masse verbunden, und der Kollektor des PNP-Transistors 42 liegt über einen Widerstand 52 an Masse. Die Betriebsspannung wird dem Kollektor des Transistors 40 direkt und dem Kollektor des Transistors 44 über einen weiteren Widerstand 54 zugeführt. Das Kingangssignal für die Vortreiberstufe 18 bildet sich an der Basis des Transistors 40 aus, wogegen das Aus- -, gangssigrial am Kollektor des Transistors 46 abgegriffen wird. Ein externes, aus Widerständen aufgebautes Spannungsteiler-Netzwerk 56 umfaßt die Widerstände Rx. Ry in diskreter Bauweise. Diese Widerstände sind miteinander in Serie zwischen die an die Kontaktfläche in 30 angelegte Betriebsspannung und Masse geschaltet, wobei der Verbindungspunkt der beiden Widerstände an der Kontaktfläche 60 liegt. Diese Kontaktfläche 60 steht mit dem Emitter des PNP-Transistors 42 in Verbindung. Ein weiterer Widerstand R/ liegt zwischen der

i"> positiven Versorgungsspannung und dem Kollektor des Transistors 46. die beide mit der Kontaktfläche 62 in Verbindung stehen. Über diesen Widerstand wird eine bestimmte Spannung an den Transistor 46 angelegt, wenn sich dieser im nicht leitenden Zustand befindet.

Im Betrieb wird das von der Oszillatorstufe erzeugte Sägezahnsignal an die Basis des Transistors 40 angelegt. Dieses Sägezahnsignal hat eine Spannungsauslenkung, die in F i g. 3 mit V_mm und V,,,.,, bezeichnet ist. Ferner wird an den Emitter des PNP-Transistors 42 ein Potential al Vt angelegt, das von dem Spannungsteiler-Netzwerk 56 bestimmt wird. Es kann angenommen werden, daß dieses Bezugspotential Vt im wesentlichen zwischen die Grenzwerte V„„„ und V,„._n fällt, wie aus F i g. 3 hervorgeht. Dementsprechend wird durch den Anteil des Sä-

jo gezahnsignals, der unterhalb des Bezugspotentials Vt liegt, der Transistor 42 leitend gemacht. Der leitende Transistor 42 bewirkt, daß auch der Transistor 44 in den leitenden Zustand gesteuert wird, wodurch dieser wiederum den Transistor 46 in den nicht leitenden Zustand

j-5 schaltet. Damit ist das am Kollektor, d. h. am Ausgang dieses Transistors und über den Widerstand /?zangelegte Potential verhältnismäßig hoch. Dies gilt im Vergleich mit dem am Kollektor wirksamen Potential im leitenden Zustand des Transistors. Wenn sich das Ausgangssigna!

des Transistors 46 auf dem hohen Potential befindet, d.h. wenn dieser Transistor nicht leitend ist, nimmt er effektiv die Sättigungsimpedanz des Transistors 44 an seiner Basis an. wodurch der Kollektor des Transistors 46 auf ein sehr hohes Potential gehen kann, da eine BVc[«-Bedingunggegeben ist.

Wenn sich jedoch das Sägezahnsignal an der Basis des Transistors 42 über dem Niveau des Bezugspotentials Vt an dessen Emitter befindet, wird der Transistor 42 in den nicht leitenden Zustand vorgespannt. Entsprechend ist auch der Transistor 44 nicht leitend und der Transistor 46 voll leitend, womit der Kollektor effektiv Massepotential annimmt.

Auf diese Weise wird am ausgangsseitigen Kollektor des Transistors 46 durch das an die Basis des Transistors 40 von der Oszillatorstufe 14 aus angelegte Sägezahnsignal ein Impuls erzeugt. Bezüglich der Phase und der Frequenz ist das Ausgangssignal der Vortreiberstufe 18 gleich dem angelegten Sägezahnsignal, jedoch ist das Tastverhältnis effektiv von dem externen Spannungsteiler-Netzwerk 56 bestimmt, welches seinerseits den Schwellwert für den elektronischen Schalter festsetzt, der aus den Transistoren 40 und 42 gebildet ist. Es ist offensichtlich, daß ein Anheben des Bezugspotentials Vt zwischen den Grenzen der maximalen und minimalen Spannungsauslenkung des Sägezahnsignals 5 den positiven Ausgangsimpuls OP der Vortreiberstufe 18 entsprechend der Verschiebung breiter macht Wenn dagegen das Bezugspotential Vt verringert wird, nimmt auch

dieser positive Ausgangsimpuls OPentsprechend in seiner Breite ab. Auf diese Weise kann die Impulsbreite des positiven Ausgangsimpulses, der auch mit A bezeichnet ist, wirksam variiert werden, und zwar von einer Impulsbreite, die etwa >jm das Sfaehc größer als die Breite des > negativen, mil B bezeichneten Impulses ist. bis zu einer Breite, bei der der positive Impuls A nur näher'ingsweise V₈ der Breite des negativen Impulses öist.

Diiniit ist es möglich, das Taktverhältnis innerhalb eines Pereiches von 8 : I bis I : 8 wahlweise festzulegen. io indem lediglich die Werte der Widerstände Rx und Ry im Spannungsteilernctzwerk 56 entsprechend geändert |i

werden. Die Amplitude wird selbstverständlich durch ■

das positive Potential B + der Versorgungsspannung und den Wert des Widerstandes R/. bestimmt. r>

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

35

40

45

50

60

65

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Monolithisch integrierte Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Rechtecksignals, welches für eine vorgegebene Frequenz auf ein gewünschtes Tastverhältnis einstellbar und für die horizontale Ablenkung bei einem Fernsehempfänger verwendbar ist, wobei ein Transistor in einer Vortreiberstufe angeordnet und über einen mit einer von einem Oszillator gelieferten Sägezahnspannung beaufschlagbaren weiteren Transistor ansteuerbar ist, wobei der eine Transistor auf einen fest vorgegebenen Pegel vorgespannt ist, um das Rechtecksignal zu erzeugen, und wobei der weitere Transistor auf einen Pegel vorgespannt ist, der extern so veränderbar ist, daß das Tastverhältnis des Rechtecksignals einstellbar ist, und mit einer Synchronisierstufe zur Synchronisation der Frequenz des Sägezahnsignals mit der Frequenz der Synchronisationsimpulse des Fernsehsignals, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Transistor (42) ein pnp-Transistor und der weitere Transistor (40) ein npn-Transistor ist, daß der eine Transistor (42) mit der fest vorgegebenen Vorspannung an seinem Emitter beaufschlagt wird, daß der Emitter des weiteren Transistors (40) mit der Basis des einen Transistors (42) verbunden ist, so daß das Sägezahnsignal (S) von de.n weiteren Transistor (40) der Basis des einen Transistors (42) zugeführt wird und dieser zwischen dem leitenden und dem nichtleitenden Zustand und umgekehrt jeweils dann umgeschaltet wird, wenn das seiner Basis zugeführte Sägezahnsignal (S) kleiner bzw. größer wird als der vorgegebene Vorsparitiungsp- gel, um das Rechtecksignal (QP) zu liefern, urd daß der Emitter des einen Transistors (42) mit einem aul? ,-halb der integrierten Schaltung angeordneten Spannungsteiler-Netzwerk (56) mit einstellbaren Widerständen (Ry. Rx) verbindbar ist, um damit den Schwellwert des einen Transistors (42) wahlweise entsprechend dem gewünschten Tastverhältnis des Rechtecksignais (OP) einzustellen.

   45

   Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Rechtecksignals, welches für eine vorgegebene Frequenz auf ein gewünschtes Tastverhältnis einstellbar und für die horizontale Ablenkung bei einem Fernsehempfänger verwendbar ist, wobei ein Transistor in einer Vortreiberstufe angeordnet und über einen mit einer von einem Oszillator gelieferten Sägezahnspannung beaufschlagbaren weiteren Transistor ansteuerbar ist, wobei der eine Transistor auf einen vorgegebenen Pegel vorgespannt ist, um das Rechtecksignal zu erzeugen, und wobei der andere Transistor auf einen Pegel vorgspannt ist, der extern so veränderbar ist, daß das Tastverhältnis des Rechtecksignals einstellbar ist, und mit einer Synchroni- so sierstufe zur Synchronisation der Frequenz des Sägezahnsignals mit der Frequenz des Reehtecksignals.

   Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der Zeitschrift »IEEE Transactions on Broadcast and Television Receivers«. Okt. 1969, Seite 277 — 284. bekannt. Es werden bei dieser bekannten Schaltungsanordnung für einen als Vortreiberstufe eingesetzten Schaltverstärker in einem Differenzverstärker Transistoren desselben Leit

   fähigkeitstyps verwendet.

   Weiterhin ist eine ähnliche Schaltung aus der Zeitschrift »Frequenz«, Band 22, 1968, Heft 4. Seite 112—117, bekanni, welcher jedoch der Nachteil eigen ist, daß sie Tunneldioden verwendet, welche zur Einbeziehung in eine monolithisch integrierte Schaltung grundsätzlich nicht geeignet sind. Diese bekannte Schaltung, weiche wegen der beiden erforderlichen Tunneldioden nicht in monolithisch integrierter Form hergestellt werden kann, verwendet Transistoren desselben Leitfähigkeitstyps und benötigt weiterhin zwei Potentiometer, um zwei vorgegebene Pegel einzustellen, welche ein Eingangssignal erreichen muß, bevor einer der beiden Transistoren umgeschaltet werden kann.

   Weiterhin ist es aus Meinke/Gundlach: Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 3. Aufl. (1968), Seite 1339—1340, bekannt, nach dem sogenannten Sägezahnverfahren eine Nachrichtenspannung in die Impulsdauer einer Impulsspannung umzusetzen. Es wird dabei die Nachricht mit einem Vorgang der Taktfrequenz verglichen, der für einen bestimmten Kanal in einem bestimmten Taktintervall einen symmetrischen oder unsymmetrischen Sägezahnverlauf hat. Der Impuls entsteht, solange der Sägezahn die Nachricht überragt. Die Demodulation erfolgt durch Rekonstruktion äquidistanter Abtastimpulse oder durch Abtrennung der Nachricht mittels Tiefpaß direkt aus den längenmodulierten Impulsen.

   Weiterhin ist es aus der DE-OS 20 54 699 bekannt, eine Sägezahn-Eingangsspannung in Rechteck-Ausgangsimpulse umzuwandeln. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung wird das Tastverhältnis der Impulsfolge durch zwei feste Widerstände bestimmt, die Bestandteile einer integrierten Schaltung sind, so daß ihre Widerstandswerte bei der Herstellung der Schaltung endgültig festgelegt werden. Weiterhin wird bei dieser bekannten Schaltung die Festlegung des Tastverhältnisses dadurch beeeinflußt, daß das Sägezahn-Eingangssignal mehr oder weniger verstärkt auf die Wandlerschaltung gegeben wird.

   Bei herkömmlichen Fernsehempfängern, und zwar sowohl für den Schwarz-Weiß- als auch für den Farbempfang, sind geeignete Vorkehrungen getroffen, um einen oder mehrere Elektronenstrahlen zur Erzeugung des Bildes sowohl horizontal als auch vertikal abzulenken. Die Ablenkung in horizontaler Richtung erfolgt z.B. mit einer Frequenz von 15,75 kHz, während die vertikale Ablenkung z. B. mit einer Frequenz von 60 Hz erfolgt. Die Ablenksysteme müssen mit dem empfangenen Fernsehsignal synchronisiert sein, damit ein stehendes Bild reproduzierbar ist. Das Signalgemisch des empfangenen Fernsehsignals kann dazu benutzt werden, um diese Synchronisation nach der Ableitung der dafür vorgesehenen Synchronisationsimpulse vorzunehmen.

   In der Regel finden für die horizontale Ablenkstufe ein oder mehrere Oszillatoren Verwendung, die frei mit der gewünschten Frequenz schwingen. Wenn zwei Oszillatoren dieser Art verwendet werden, arbeitet der eine für die vertikale Ablenkung mit 60 Hz, während der andere für die horizontale Ablenkung ein Signal in der Größenordnung von 15,75 kHz liefert. Wenn nur ein einziger Oszillator verwendet werden soll, muß es möglich sein, das gelieferte Ausgangssignal frequenzmäßig zu teilen, um die beiden Ablenkfrequenzen zu erhalten. In jedem Fall werden die entsprechenden Oszillatorsignale an zugeordnete Treiberstufen angelegt, die mit ihrem Ausgangssignal die horizontale bzw. die vertikale Ablenkstufe ansteuern.