DE2342325A1 - Regelbare stromquelle - Google Patents

Description

PHN. 6521.

wijn/stee/rv.

"Regelbare Stromquelle"

Die Erfindung bezieht sich auf eine regelbare Stromquelle mit einem Strom an einem Ausgang, der als Punktion einer einem Regeleijigang zuzuführenden Regelspannung einstellbar ist, wobei der Regeleingang der Stromquelle, die mit einem rückgekoppelten Operationsverstärker mit zwei Eingängen ausgebildet ist, an einen nicht rückgekoppelten und dadurch hochohmigen Eingang des Verstärkers gelegt ist, dessen Ausgang eine Rückkopplung zum anderen Verstärkereingang hat, der über einen Widerstand an einer Speiseklemme liegt, welche Rückkopplung einen Transistor enthält.

Eine derartige Stromquelle kann für viele Zwecke verwendet werden. So ist es möglich, die Stromquelle an einen Signalverstärk'? ' bzw. -abschwächer anzuschliessen, dem ein zu verstärkendes bzw. abzuschwächendes Signal zugeführt wird, wobei der Verstärkungs-

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bzw. Abschwächungsfaktor von der Grosse des eingestellten Stromes abhängig ist. Der Signalverstärker bzw. -abschwächer kann dabei als Signalvervielfacher betrachtet werden, wobei der Vervielfachungsfaktor für das ihm zugeführte Signal durch die der Stromquelle zuzuführende Regelspannung, die den von ihr zu liefernden Strom nach einer bestimmten Funktion festlegt, bestimmt wird.

Es ist dabei günstig, die Regelspannung möglichst wenig zu belasten, so dass der Regeleingang der Stromquelle eine hohe Eingangsimpedanz aufweisen muss. Insbesondere bei Fernsteuerung ist eine möglichst hohe Eingangsimpedanz erwünscht.

Eine derartige Stromquelle ist in der britischen Patentschrift 1.266.886 beschrieben worden. Dabei ist der Emitter des in der Rückkopplung vorhandenen Transistors mit dem rückgekoppelten Eingang des Verstärkers verbunden und die Basis ist an den Ausgang desselben gelegt. Dem Kollektor des Transistors wird der Ausgangsstrom entnommen.

Ein Nachteil der beschriebenen Stromquelle ist, dass zum Regeln und Konstanthalten des Ausgangsstromes, d.h. des Kollektorstromes des in die Rückkopplung aufgenommenen Transistors, der Emitterstrom benutzt wird. Denn der Emitterstrom sowie der Kollektorstrom entsprechen einander nicht und die Differenz ist von den Eigenschaften und den Arbeitsverhältnissen des Transistors abhängig. Hierdurch ist weder eine eindeutige Regelung über den Regelbereich noch eine beispielsweise temperaturunabhängige Konstanthaltung des Ausgangsströmes gewährleistet.

Die Erfindung bezweckt nun, eine regelbare Stromquelle mit einer hohen Eingangsimpedanz für den Regeleingang su verwirk-

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lichen, die bei einem einfachen Aufbau einen genau und stabil eingestellten Strom liefert. Eine erfindungsgemässe Stromquelle weist dazu das Kennzeichen auf, dass vom genannten Transistor der Kollektor mit dem rückgekoppelten Verstärkereingang und die Basis bzw. der Emitter mit dem Verstärkerausgang gekoppelt ist, welcher Transistor weiter in eine Stromspiegelschaltung mit einem zweiten Transistor aufgenommen ist, dessen Kollektor mit dem Ausgang der Stromquelle verbunden ist.

Die Verwendung der Stromspiegelschaltung ergibt eine £ute Entkopplung einer an die Stromquelle angeschlossenen Belastung zur Rückkopplung, während die beiden Kollektorströme untereinander genau festgelegt sind und einander beispielsweise genau entsprechen.

Zur Erhaltung einer gewünschten nicht—linearen Punktion zwischen dem einstellbaren Strom und der Regelspannung weist die Stromquelle weiter das Kennzeichen auf, dass der Verbindungspunkt des genannten Widerstandes mit dem Verstärkereingang über ein nichtlineares Widerstandsnetzwerk mit dem Kollektor des Transistors in der Rückkopplung verbunden ist.

Eine besonders günstige Verwendung der regelbaren Stromquelle ist in einer Farbfernsehkamera, die das Kennzeichen aufweist, dass in der Kamera mit drei Farbkanälen in mindestens zwei derselben ■ je eine regelbare Stromquelle aufgenommen ist, die zum Liefern eines Einstellstromes mit einem Eingang eines Signalvervielfachers mit einem zweiten Eingang zum Zuführen eines zu vervielfachenden Bildsignals im Farbkanal verbunden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es

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zeigen

Fig. 1, 2 und 3 einige Ausführungsformen einer erfindungsgemässen Stromquelle,

, Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel der Stromquelle nach Fig. 1 bei einer Farbfernsehkamera, und

Fig. 5 eine zu Fig, 4 gehörende detaillierte Darstellung des Schaltplanes einer Stromquelle mit einer logarithmischen Regelkennlinie und eines SignalνervieIfachers.

Fig. 1 zeigt eine Stromquelle 1 nach der Erfindung, von der durch 2 ein Regeleingang, dem eine Regelspannung TJ~ zugeführt wird, und durch 3 ein Ausgang, der einen einstellbaren Strom I„ führt, bezeichnet sind. Die Stromquelle 1 ist mit einem Operationsverstärker ausgebildet, der zwei Eingänge hat, von denen ein invertierender (-)-Eingang an den Regeleingang 2 angeschlossen ist. Es ist wesentlich, dass der ,an den Regeleingang 2 angeschlossene Verstärkereingang weiter in ohmscher Hinsicht frei liegt und auf diese Weise für die Regelspannung U eine hohe Eingangsimpedanz hat. Der nicht invertierende (+)-Eingang des Verstärkers 4 liegt über einen Widerstand 5 an einer Speiseklemme, die eine Spannung +TJ _Λ fuhrt, und ist weiter an ein nicht-lineares Widerstandsnetzwerk 6 angeschlossen. Die Speiseklemme mit der Spannung +U₀. bildet einen Teil einer nicht dargestellten Speisequelle mit mehreren Klemmen, die weiter an Masse liegen oder eine Spannung -ÜV,. , +TJ , -U₀ oder +TJ__ führen, welche Klemmen in

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Fig. 5 alle dargestellt sind. In Fig. 5 ist ebenfalls eine detaillierte Ausführungsform des nicht-linearen Widerstandsnetzwerkes gegeben. In Fig. 1 bis 4 ist dargestellt, dass das nicht-lineare Widerstandsnetzwerk 6 zwischen Klemmen mit der Spannung +U₃₁ und Massepotential

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liegt. Die beim Operationsverstärker 4 erforderlichen Speisespannungen sind der Einfachheit halber nicht angegeben.

Der Ausgang des Verstärkers 4 liegt über einen Widerstand 7 an der Basis eines npn-Transistors 8. Der Kollektor des Transistors ist über das nicht-lineare Widerstandsnetzwerk 6 mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 5 und des (+)-Verstärkereingangs verbunden. Der Emitter des Transistors 8 liegt über einen Widerstand 9 ^an Masse und über einen Widerstand 10 an einer Klemme mit der Spannung -U .. Der Verstärker 4 ist auf diese Weise mit einer Rückkopplung (6, 7» 8) ausgebildet.

Um am Ausgang 3 der Stromquelle 1 den einstellbaren Strom Ip zu erhalten, ist dieser Ausgang an den Kollektor eines npn-Transistors 11 gelegt, dessen Basis mit der des Transistors. 8 verbunden ist und dessen Emitter über einen Widerstand 12 an Masse und über einen Widerstand 13 an eine Klemme mit der Spannung -U₃₁ gelegt ist. Die Transistoren 8 und 11 und die Widerstände 9» 10, 12 und 13 bilden eine sogenannte und durch (8, 11) bezeichnete Stromspiegelschaltung, in der für einen gleichen Wert für die Widerstände 9 und 12 bzw. 10 und 13, die auf diese Weise gleiche Belastungen bilden, die in die Kollektoren der Transistoren 8 und 11 fliessenden Ströme gleich sind, was durch die Ströme I„ angedeutet ist.

Der beim Ausgang 3 angegebene Strom I_n fliesst über eine Belastung 14 von einer Klemme mit einer Spannung +U₀₀. Der Wert des Stromes I„ ist im wesentlichen von der Grosse der Belastung 14 unabhängig und wird im wesentlichen durch den Wert des Widerstandes 5 und des nicht linearen Widerstandsnetzwerkes 6 bestimmt, was aus dem Nachstehenden hervorgeht. Bei einer Spannung U gleich dem Massepotential

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OV wird der Verstärker 4 keine Spannung abgeben, wenn das Massepotential ebenfalls am (+)-Verstärkereingang vorhanden ist. Wenn vorausgesetzt wird, dass am (+)-Verstärkereingang nicht genau das Massepotential vorhanden ist, sondern eine sehr geringfügige negative Spannung, so tritt diese Spannung verstärkt als negative Spannung am Ausgang des Verstärkers 4 auf. Mit Hilfe der Widerstände 9 und 10 hat der Emitter des Transistors 8 eine derart grosse negative Vorspannung erhalten, dass die durch den Verstärker 4 abgegebene negative Spannung den Transistor 8 den Strom I_n führen lässt mit einem Wert, der am Widerstand einen Spannungsabfall ergibt, wobei die vorausgesetzte kleine negative Spannung am (+)-Verstärkereingang auftritt. Der Einfluss des nichtlinearen Widerstandsnetzwerkes 6 wird dabei in erster Instanz unberücksichtigt gelassen. Wird nun die Spannung U_ von Massepotential 0 auf eine positive Spannung von beispielsweise 1 V erhöht, so wird diese über den (-)-Eingang als eine vergrosserte negative Spannung am Ausgang des Verstärkers 4 auftreten und den Transistor 8 weniger leitend sein lassen, bis der Spannungsabfall am Widerstand 5 soweit abgenommen hat, dass am (+)-Verstärkereingang ebenfalls eine Spannung von nahezu +1 V auftritt. Eine weitere Erhöhung der Hegelspannung U_c wird auf gleiche Weise einen kleineren Wert des Stromes I-, zur Folge haben, bis am (+)-Verstärkereingang nahezu derselbe Spannungswert wie in der Regelspannung U_ auftritt. Über die Ruckkopplung (6, 7, 8) wird die Spannung am (+)-Verstärkereingang der dem (-)-Verstärkereingang zugeführten Spannung nahezu gleich gemacht und gehalten.

Sollte das nicht-lineare Widerstandsnetzwerk 6 fehlen,

so wird im RegeIspannungsbereich, von beispielsweise 0 bis +5 V, pro

tt
Volt Änderung eine konstante Stromänderung im Strom I„ auftreten. Das

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Vorhandensein des bei Fig. 5 detailliert zu beschreibenden nichtlinearen Widerstandsnetzwerkes 6 ergibt, dass die Aenderung im Strom I„ pro Volt Regelspanntmgsänderung nicht eine konstante ist, sondern gemäss einer gewünschten bestimmten Funktion verläuft. So ist es beispielsweise IBOgIiCh₅ bei einer linearen Aenderung über den Regelbereich der Spannung U_ den.Strom I_n entsprechend einer logarithmischen Funktion sich ändern zu lassen. Als Beispiel kann eine Stromänderung von 4 dB pro Volt Regelspannungsänderung gewählt werden.

Das Vorhandensein des nicht-linearen Widerstandsnetzwerkes 6 in der Rückkopplung (6, 7t 8) beim Verstärker 4 bietet den Vorteil, dass jeder gewünschte Zusammenhang zwischen der Eingangsregelspannung und dem Ausgangsstrom über Umschaltungen im Widerstandsnetzwerk 6 eingestellt werden kann, ohne dass der hochohmige Charakter des Regeleingangs 2 dadurch irgendwie beeinflusst wird. Das nicht-lineare Widerstandsnetzwerk 6 konnte beispielsweise aus einem Widerstandsnetzwerk mit vorgespannten Dioden bestehen, wobei durch die vom Benutzer betätigten Schalter Teile des Widerstandsnetzwerkes wohl oder nicht benutzt werden. Die Tatsache, dass in der Stromquelle 1 der mit dem Regeleingang 2 verbundene Verstärkereingang frei liegt, gewährleistet den hochohmigen Charakter des Regeleinganges 2. Dabei ist es durchaus mSglich, den Eingang 2 über einen nicht dargestellten Kondensator an Masse zu legen, welcher Kondensator beispielsweise für Glättungszwecke vorgesehen ist.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Stromquelle 1

dargestellt, die nicht, wie bei Fig. 1 beschrieben wurde, den Strom I_n aufnimmt, sondern einen Strom I' abgibt. Bereits bei Fig. 1 bezeichnete Einzelteile sind in Fig. 2 und in den nachfolgenden Figuren mit

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denselben und gegebenenfalls mit Indices versehenen Bezugszeichen bezeichnet. Die in Fig. 2 angegebenen Transistoren 8^r und 11" sind vom npn-Typ und die Widerstände 10 und 15 sind mit einer Klemme mit einer Spannung +ÜU-i verbunden. Der Widerstand 5 ist mit einer Klemme mit der Spannung -üq.. und die Belastung 14 niit einer Klemme mit der Spannung -Ug₂ verbunden.

Bei der Stromquelle 1 nach Fig. 1 ist angegeben, dass der Regelspannungsbereich von beispielsweise 0 bis +5 T ist. Eine negative Regelspannung F- konnte bei einer derartigen Anpassung der Vorspannung an den Emitterelektroden der Transistoren 8 und 11 verwendet werden, damit die Transistoren nicht bis in den Sättigungszustand mit einem konstanten Kollektorstrom (lg) ausgesteuert werden. Gegenüber dem positiven Regelspannungsbereich tritt beim negativen eine grössere Verlustleistung auf. Für die in Fig. 2 dargestellte Stromquelle 1 gilt, dass diese sich am meisten für einen Regelspannungsbereich mit negativen Spannungen U_ eignet. Bei 0 Volt in der Regelspannung TJ„ führen die Transistoren 8^f und 11* einen Strom I· mit einem Wert, der für grossere negative Regelspannungswerte kleiner wird.

In Fig. 5 ist eine Ausfünrangsform der Stromquelle 1 gegeben, in der der (+)-Eingang des Operationsverstärkers an den Eingang 2 angeschlossen ist. Dasselbe ware in der Ausführungsform nach Fig. 1 möglich gewesen, wenn der Widerstand 7 durch eine Invertierschaltung ersetzt wird, die dann die über den (-)-Eingang durchgeführte Signalumkehrung übernimmt. Die Attsführungsform nach Fig. 3 weicht jedoch weiter darin ab, dass der Ausgang des Verstärkers 4 über einen Widerstand 7^f an den Emitter des npn-Transistors 8 angeschlossen ist, wahrend die Basis an Masse gelegt ist. Auf gleiche Weise liegt

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in der Stromspiegelschaltung der Verstärkerausgang über einen Widerstand 7" mit demselben Wert wie der Widerstand 7' am Emitter des Transistors 11, dessen Basis an Masse gelegt ist.

Für die Stromquelle 1 nach Fig. 5 gil^i dass beim

Massepotential von 0 ToIt am (+)-Eingang des Verstärkers 4 eine davon abweichende sehr kleine positive Spannung, am (-)-Verstärkereingang eine negative Spannung am Ausgang ergibt, wodurch der Transistor 8 in der Rückkopplung (6, 7¹» ö) einen derartigen Strom führt, dass die obengenannte kleine Spannung am (-)-Eingang auftritt. Eine positive Spannung IL, hat zur Folge, dass die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 so weit weniger negativ wird bei einem den Strom weniger leitenden Transistor 8, dass die Spannung am (-)-Eingang mitläuft; dabei jedoch um eine noch kleinere Spannung als die genannte Spannung positiver liegend..

Die Ausffihrungsform der in Fig. 3 dargestellten Stromquelle 1 eignet sich für einen positiven Regelspannungsbereich; aber dadurch, dass die Basiselektroden der Transistoren 8 und 11 nicht an Masse sondern an eine negative Vorspannung gelegt werden, kann auch ein negativer Regelspannungsbereich angewandt werden.

Die in den Fig. 1,2 und 5 gegebenen Ausführungsformen der Stromquelle 1 eignen sich insbesondere zur Integration in einem Halbleiterkörper und zwar durch das Fehlen kapazitiver Einzelteile. Der nicht-lineare Widerstand 6 kann dabei beispielsweise aus einem Netzwerk aus Widerständen und Dioden aufgebaut sein.

In Fig. 4 ist eine besonders günstige Anwendung der regelbaren Stromquelle 1 nach der Erfindung bei einer Farbfernsehkamera gegeben. In der Kamera sind zwei Stromquellen durch 1_Q und I_x,

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bezeichnet. R, B und weiter G werden verwendet, um anzugeben, dass Schaltungselemente zu einem Farbkanal mit einem Fernsehbildsignal gehören, welches Signal mit einem roten, blauen und grünen Lichtanteil in dem von einer aufzunehmenden Szene 20 herrührenden Licht übereinstimmt. Die Szene 20 wird durch eine schematische dargestellte Lampe 21 beleuchtet und das von der Szene reflektierte Licht wird über ein Objektiv und eine Blende 22 auf eine Farbspaltvorrichtung 23 projiziert. Biese Farbspaltvorrichtung 23 spaltet das Licht in die drei Grundfarbtb*ne Rot R, Grün G und Blau B auf, wobei die optischen Wege 24tj, 24p und 24_B angedeutet sind. In den optischen Wegen 24^ und 24_B sind Spiegel 25_R und 25_B dargestellt. Der Spiegel 25_R reflektiert das rote Licht in den optischen Weg 24_R nach einer Fernsehauf nahmer3hre bzw. einem Fernsehaufnahmepaneel 26_R. Das grüne Licht im optischen Weg 24_ß wird unmittelbar auf eine Aufnahmeröhre bzw. ein Aufnahmepaneel 26_ geworfen, während im optischen Weg 24_Ώ der Spiegel 25x, das blaue Licht auf eine Aufnahmeröhre bzw. ein Auf-

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nahmepaneel 26,, projiziert. Es wird vorausgesetzt, dass die Aufnahmerohren 26 mit Ablenkmitteln, Fokussiermittein usw., unter deren Einfluss ein Elektronenstrahl ein Potentialbild, das mit dem darauf projizierten optischen Bild übereinstimmt, zeilen- und rasterweise in Bildsignale R, G und B umwandelt, ausgebildet ist. Ausgange der Aufnahmeröhren 26 sind an den Vorverstärker 27 angeschlossen. Vom Vorverstärker 27_G ist der Ausgang an einen Ausgang 28^ der Farbfernsehkamera nach Fig. 4 angeschlossen. Nach der Erfindung werden die Ausgänge der Vorverstärker 27t, und 27_Ή nicht unmittelbar an die Ausgänge 28t, und 28_Ώ der Kamera angeschlossen, sondern über einen Signalver-

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vielfacher 14« bzw. 14^t von dem zur Einstellung des Vervielfachungs-

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faktors ein Eingang an den Ausgang 3_R bzw. 5 der regelbaren Stromquelle 1„ und¹I_x, angeschlossen ist. Die Eingänge 2_ und 2_ der Strom-

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quellei-tuid 1^' sind über einen Übertragungsweg 29 an Hegelspannungen U__ und ^q_B führende Ausgange mit einer regelbaren Gleichspannungsquelle 30 gelegt. Die Gleichspannttngsquelle 30 befindet sich beispielsweise in einem Bedienungspult in einiger Entfernung von der Farbfernsehkamera mit den Einzelheiten 1 bis einschliesslich I4 und 22 bis einschliesslich 28. Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Stromquelle 1_B, die am Ausgang 3_B einen Strom I™ liefert, entspricht nahezu der, die in Fig. 1 dargestellt ist. Ein Unterschied ist, dass der Verbindungspunkt des Widerstandes 5 und des (+)-Eingangs des Verstärkers 4 weiter über einen Widerstand 5¹ an Masse liegt, wodurch bei der Wahl eines gewünschten Kollektorstromes des Transistors 8 und dessen Aenderung in Abhängigkeit von der Regelspannung am Eingang 2-. ein Freiheitsgrad erhalten worden ist.

Die Notwendigkeit, die Signalvervielfacher 14t, und 14d im Zusammenhang mit den Stromquellen 1_Ώ und 1_ verwenden zu müssen,

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wird an Hand des nachstehenden erläutert. Ist das von der Szene 20 herrühernde, durch die Lampe 21 bzw. durch die Sonne gelieferte Licht weiss gefärbt, so werden die Aufnahmeröhren 26 über in den Vorverstärkern 27 erfolgte Regelungen Bildsignale liefern mit denselben Augenblickswerten. Dabei sei bemerkt, dass das Weiss einer Totalreflexion entspricht, ohne Aenderung der Wellenlängenzusammensetzung des auf die Szene 20 geworfenen Lichtes. Bei Wiedergabe an einer Wiedergabeanordnung, die für Farbfernsehen geeignet ist, werden die Bildsignale mit denselben Augenblickswerten ein weiss gefärbtes Bild ergeben. Eine derartige Regelung der' Aufnahmerohren 26 und des Vor-

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Verstärkers 27 wird beispielsweise durchgeführt, wenn das von der Lampe 21 gelieferte Licht dem von einem schwarzen Strahlungskörper bei einer Temperatur von 320O⁰K abgegebenen Licht entspricht. So ist dem (weissen) Licht jeder Lampe eine bestimmte Farbtemperatur zuzuordnen. Wird nun nach der Regelung der Aufnahmeröhren 26 und der Vorverstärker 27 mit R=G=B für weisses Licht bei einer Färbtemperatur von 320O⁰K die Szene durch eine Lampe 21 mit einer anderen Farbtemperatur beleuchtet, so ist auch die Wellenlängenzusammensetzung des von der Kamera empfangenen Lichtes geändert. Bei Verwendung beispielsweise einer Lampe 21 mit einer Farbtemperatur des Lichtes von 6000°K, hat der blaue Lichtanteil zugenommen und der rote abgenommen. Bei Wiedergabe ist das Resultat, dass ein weiss gefärbter Szenenteil d.h. ein Szenenteil, der das Licht unbeeinflusst reflektiert, bläulich verfärbt ist. Bei einer niedrigeren Farbtemperatur des Lichtes tritt bei Wiedergabe eine rötliche Verfärbung des Weiss auf.

Zur Vermeidung der Verfärbung, die bei einem Wechsel der Szenenbeleuchtung auftritt, müssten die Aufnahmeröhren 26 und die Vorverstärker 27 für jede Szenenbeleuchtungsänderuhg aufs neue geregelt werden, was in der Praxis unzweckmässig ist. Die Beleuchtungsänderungen treten beispielsweise dann auf, wenn eine Kamera vom einen in den anderen Raum mit einer anderen Beleuchtung gebracht wird oder wenn sie für Aussenaufnahmen verwendet wird.

Es ist bisher üblich, die Regelung der Aufnahmeröhren und der Vorverstärker 27 für eine Farbtemperatur von 320O⁰K durchzuführen und Szenenbeleuehtungsänderungen dadurch auszugleichen, dass zwischen das Objektiv mit der Blende 22 und die Farbspaltanordnung ein Gebilde aus optischen Filtern aufgenommen wird. Je nach der spek-

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tralen Zusammenstellung des von der Szene 20 und folglich von der Lampe 21 herrührenden Lichtes wird ein optisches Filter vor die Farbspaltanordnung 23 gebracht, welches Filter die spektrale Zusammenstellung des,Lichtes derart ändert, dass es sich am weitesten der Zusammensetzung nähert, die zu der Färbtemperatur von 320O⁰K gehört. Die optische Filterlösung ist uninteressant und zwar durch die nachfolgenden Nachteile: nur eine grobe Anpassung der spektralen Zusammenstellung des Lichtes ist möglich, das vorgeschaltete Filter ergibt eine Verringerung der Kameraempfindlichkeit, das Gebilde der Filter erfordert zusätzlichen Platz, so dass das optische System nicht so gedrängt wie möglich ausgebildet werden kann, und die Filter sind teuer.

Zur Vermeidung der uninteressanten optischen Filterlösung sind zur Durchführung einer elektronischen Korrektur der Farbtemperaturänderung im Szenenlicht in der Kamera nach Fig. 4 die Signalveryielfacher 14_n und 14-p und die regelbaren Stromquellen 1- und 1-q vorgesehen.

In Fig. 4 ist angegeben, dass der Vorverstärker 27_H beispielsweise ein Signal IL, = U„., der Vorverstärker 27p ein Signal GL, = U_uo und der Vorverstärker 27_B ein Signal B„ « TX,_? abgeben. Durch ¥ wird bei den Signalen R, G und B bezeichnet, dass diese zu einem weiss gefärbten Szenenteil gehören, während IL. beispielsweise den sogenannten Maximalweisswert bei einem maximalen Signal für Weiss gibt. Ausgehend von G^. = IL._ als Bezugswert folgt, dass ein weiss gefärbter Szenenteil bei Wiedergabe ebenfalls weiss ist, wenn gilt, dass R„ = TIy₀ und By = IL,₀ ist. Wenn, wie in Fig. 4 angegeben, die Vorverstärker 27_R und 27-r, dann nicht ein derartiges Signal liefern, werden die Signalvervielfacher 14_D und 14-q mit Hilfe der regelbaren

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Stromquellen 1_ und I₁₃ derart eingestellt, dass diese Signale dennoch

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an den Ausgängen 28_D und 28,, auftreten.

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In Fig. 5 ist eine detaillierte Ausführungsform eines Signalvervielfacherg 14 als Belastung der Stromquelle 1 dargestellt, und weiter ist eine Ausführungsform des nicht-linearen Widerstandsnetzwerkes 6 mit den Widerständen und vorgespannten Dioden angegeben. Durch 40 ist ein Potentiometer bezeichnet, das einen Teil der regelbaren Grleichspannungsquelle 30 bildet. Das Potentiometer 40 liegt zwischen einer Klemme mit der Spannung +Uq, und Masse, während der Abgriff mit dem Übertragungsweg 29 verbunden ist. Beim genannten Hegelspannungsbereich von 0 bis +5 V ist die Spannung U_, gleich 5 Volt.

In der Stromquelle 1 ist der Verbindungspunkt des

(+)-Eingangs des Verstärkers 4 und der Widerstände 5 und 5' an eine Anode einer Diode 41 gelegt, deren" Kathode an die Kathoden einiger Dioden 42, 43» 44 und 45 und an den Kollektor des Transistors 8 gelegt ist. Die Anode der Diode 42 liegt am Verbindungspunkt zweier Widerstände 46 und 47» äie in Reihe zwischen einer Klemme mit der Spannung +Uq₁ und Masse liegen. Auf gleiche Weise liegen die Anoden der Dioden 43» 44 und 45 am Verbindungspunkt zwischen den Widerstanden 48, 49» 50, 51; bzw. 52, 53· Die Spannungen an den genannten VerMndungspunkten sind nacheinander durch TJ , U_?, TJ, und TJ. angedeutet, wobei im möglichen leitenden Zustand der Dioden 42, 43, 44 und 45 diese je einen Strom I₁, I₃, I, und I führen. Die Diode 4I führt in allen Fällen einen Strom, der durch I_Q angedeutet ist.

Bei Fig. 1 wurde beschrieben, dass für die Regelspannung BL gleich dem Massepotential der Transistor 8 einen maximal

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eingestellten Strom ϊ_ führt, der bei einem Regelbereich bis +5 T für diesen Wert bis auf einen als Minimum betrachteten Strom abnimmt. Bei +5 V am (-)-Eingang des Verstärkers 4 tritt dieser Wert auch auf am (+)-Eingang, so dass, bei einem Spannungsabfall von 0,7 V an der leitenden Diode, die Kathode der (dann einzigen) leitenden Diode 41 auf +4»3 V steht. Die Spannungen IL, U_?, IL, und U, sind nämlich derart festgelegt, dass bei einer Spannung von +4*3 V an den miteinander verbundenen Kathoden der Dioden 42» 43» 44 und 45 diese nicht leitend sein können. Wird jedoch der Wert der Regelspannung TJ- verringert, so wird die Eingangsspannung am (+)-Verstärkereingang diesem Wert folgen, und für einen bestimmten Wert wird die Diode 42 mit einem Strom I. leitend. Für einen noch niedrigeren Wert folgt die Diode mit dem Strom I„, danach die Diode 44 mit dem Strom I, und als letzte wird die Diode 45 mit dem Strom I, leitend, so dass der Strom I_n der

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Summe der Ströme I_n bis I. entspricht«

Zur Erläuterung folgen einige Widerstands- und Spanntingswerte, wie diese im Schaltplan nach Fig. 5 auftreten können: Widerstand 5 * 8450-O. Widerstand 5¹ : 9O9O-j"L

Widerstand 7 s 2150-O. ' .- - ■

Widerstand 9-12 »17800 J"L

Widerstand 10-13 : 2050Jl. '

Widerstand 46 :38390-SL ■ Widerstand 47 : 17800 JT-Widerstand 48 : 9530SL· Widerstand 49 t 2610-Ί- ' Widerstand 50 128700 JZ-

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Widerstand 51 : 4020-/L
Widerstand 52 : 20500 SL
Widerstand 53 : 1470J7-Spannung U : 12 Volt
Spannung U₀₀ : 6 ToIt

Die obenstehenden Werte ergeben, dass bei einer linearen Aufregelung der Regelspannung TJ-, von 0 bis +5 V der Strom I-, nach einer logarithmischen Funktion von 4 mA bis 0,4 mA abnimmt. Die sich daraus ergebende 20-dB-Stromregelung über 5 V Eingangsspannung ergibt eine 4-dB-Stromregelung pro Volt.

Der Strom I« am Ausgang 3 der Stromquelle 1 steht dem Signalvervielfacher 14 zur Verfügung. Im Signalvervielfacher 14 ist der Ausgang 3 der Stromquelle 1 an den Verbindungspunkt zweier gleicher Widerstände 54 und 55» üe in Reihe zwischen den Emitterelektroden zweier npn-Transistoren 56 und 57 liegen, angeschlossen. Die Basiselektroden der Transistoren 56 und 57 sind über einen Widerstand 58 miteinander verbunden, und zwischen den Basiselektroden wird das Signal R oder B den Eingängen 59 und 60 zugeführt. Der Wert des" Widerstandes 58 entspricht dem Wellenwiderstand eines an die Eingänge 59 und 60 angeschlossenen nicht dargestellten Kabels. In Fig. 5 ist das Signal R, B als Funktion der Zeit dargestellt, wobei eine vom Schwarz— pegel mit Massepotential von 0 V ausgehende schräge Flanke bis zu einem Maximalweisswert U₁ . und eine darauffolgende steile abfallende Flanke aufgetragen sind.

Der Kollektor des Transistors 56 liegt an der Basis eines npn-Transistors 61 und am Emitter eines npn-Transistors 62, dessen Kollektor mit einer Klemme mit der Spannung +U_eo verbunden

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ist. Auf gleiche Weise ist der Kollektor des Transistors 57 mi* der Basis bzw. mit dem Emitter eines Transistors 63 bzw. 64 verbunden. Die Basiselektroden der Transistoren 62 und 64 liegen zur Erhaltung einer Vorspannung am Verbindungspunkt eines Widerstandes 65 mit zwei in Reihe geschalteten Dioden 66 und 67, die zusammen zwischen einer Klemme- mit der Spannung +U„_? und Masse liegen. Die Emitterelektroden der Transistoren 61 und 63 sind über einen Widerstand 68 mit einer Klemme mit der Spannung -U^₁ verbunden. Die Kollektorelektroden der Transistoren 61 und 63 liegen über einen Widerstand 69 bzw. 70 an Klemmen mit der Spannung +U„„ und sind unmittelbar mit einem (+)- bzw. (-)-Eingang eines Operationsverstärkers 71 verbunden. Der (+)-Eingang des Verstärkers 71 liegt über einen Widerstand 72 an Masse und der (-)-Eingang ist über einen Rückkopplungswiderstand 73 mi* dem Ausgang verbunden, der weiter über einen Widerstand 74 an einem Ausgang 75 des Signalvervielfachers I4 liegt. Der Wert des Widerstandes 74 entspricht beispielsweise dem des Widerstandes 58· Zwischen dem Ausgang 75 und einem an Masse liegenden Ausgang 76 gibt der Vervielfacher 14 das Signal R, B ab, das zwischen dem Schwarzpegel mit dem Massepotential 0 und dem Maximalweisswert +Uy„ schwankt. Der Wert +11 'muss, beispielsweise +200 mV genormt sein.

Die Wirkungsweise des Signalvervielfachers I4 ist wie folgt, wobei von einem Strom I^ mit einem bestimmten eingestellten Wert ausgegangen wird. Gibt es kein Signal R, B, so werden die¹ Basiselektroden der Transistoren 56 und 57 dieselbe Spannung haben, beispielsweise Massepotential 0, und die Transistoren 56 und 57 werden beide einen gleich grossen Strom -g I~ führen, der ebenfalls durch die Transistoren 62 und 64 fliesst. Die Transistoren 61 und 63 führen

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dadurch auch gleiche Ströme. Die Widerstände 69» 70» 72 und 75 sind ' derart bemessen, dass die Spannung am ( + )- und (-)-Eingang des Verstärkers 71 dieselbe ist und beispielsweise +TJ beträgt; die Opera-

tionsverstärker 71 hat dann am Ausgang Massepotential. Pur die Werte der Widerstände 69 und 70 bzw. 72 und 73 gilt, dass sie einander gleich sind.

Tritt danach eine positive Spannung im Signal R, B auf, so wird der Eingang 59 positiver werden als der Eingang 60 und der Transistor 56 wird mehr Strom führen, während der Transistor 57 ebensoviel weniger Strom führen wird. Dasselbe gilt für die Transistoren 62 und 64» wodurch der Transistor 61 weniger Strom führen wird als der Transistor 63. Der Spannungsabfall am Widerstand 69 wird kleiner und der Widerstand 70 grosser, so dass der (+)-Eingang des Verstärkers 71 eine grössere positive Spannung hat als der (-)-Eingang. Der Ausgang 75 wird dadurch eine positive Spannung führen.

Tritt danach im Signal R, B der Maximalweisswert +ir,.. auf, so kann die Spannung am (+)-Eingang des Verstärkers ΊΛ beispielsweise mit dem Wert + <ά U zugenommen haben, während der am (-)-Eingang um - Δ U abgenommen hat. Der Unterschied von 2 a U ergibt die dargestellte Spannung +Uy₀ im Signal R, B am Ausgang 75·

Wie bei Fig. 4 beschrieben, muss die Spannung +Ut,/-, ^auf einen genormten Wert von beispielsweise 200 mV eingestellt werden» während die Spannung Dy₁ oder TL, einen beliebigen von der Szenenbeleuchtung abhängigen Wert aufweisen kann. Als Beispiel gilt, dass die Spannung U₁,. _o zwischen 60 und 600 mV liegen kann. Hat nach einer geänderten Szenenbeleuchtung der Wert U„. oder II,₂ beispielsweise abgenommen, wodurch in dem am Ausgang 75 auftretenden Signal

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R oder B der genormte Wert von +Uy_n nicht erreicht wird, so muss der Vervielfachungsfaktor des Signalvervielfachers 14 vergrSssert werden. Das bedeutet, dass der Vert AV vergrössert werden muss, was geschieht, -wenn der eingestellte Strom I_n verringert wird. Die Verringerung des Stromes I_c ergibt nämlich eine Verringerung des Stromes der durch die als Dioden wirksamen Transistoren 62 und 64 fliesst, wodurch ihre Basis-Emitter-Diode einen grösseren differentiellen Widerstand erhält, so dass die bestimmte zu kleine Eingangsspannung zwischen den Eingängen 59 und 60 grössere Eingangsspannungen an der Basis-Emitter-Diode der Transistoren 61 und 63 ergeben. Der Wert Δ TI wird dadurch grosser, während die Spannung +TI dieselbe bleibt und zwar durch den sich nicht ändernden Strom, der durch den Widerstand 68 fliesst.

Wie aus der Beschreibung der Stromquelle 1 hervorgeht, muss zur Verringerung des Stromes I„ die Spannung TI vergr8ssert werden und vice versa. Mit Hilfe des nicht-linearen Widerstandsnetzwerkes 6, das mit den Dioden 41 bis 45 und mit den Widerständen 46 bis 53 ausgebildet ist, ist der Vervielfachungsfaktor des Signalvervielfachers I4 nach einer logarithmischen Funktion durch eine lineare Aenderung der Regelspannung U- einstellbar. Der Vervielfachungsfaktor kann beispielsweise zwischen i/3 und 3 i/3 eingestellt werden.

Pur die in Fig. 5 dargestellte Ausbildung der Stromquelle 1 mit dem nicht-linearen Widerstandsnetzwerk 6 und mit dem Signalvervielfacher 14 gilt, dass durch das Fehlen kapazitiver und induktiver Bauelemente das Ganze in einem Halbleiterkörper integriert werden kann.

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Claims (10)

-20- PIIN. 6521. PATENTANSPRÜCHE :

1. Regelbare Stromquelle mit einem Strom an einem Ausgang, der als Funktion einer einem Regeleingang zuzuführenden Regelspannung einstellbar ist, wobei der Regeleingang (2) der Stromquelle (i), die mit einem rückgekoppelten Operationsverstärker (4) mit zwei Eingängen ausgebildet ist, an einen nicht rückgekoppelten und dadurch hochohmigen Eingang des Verstärkers gelegt ist, dessen Ausgang eine Rückkopplung zum anderen Verstärkereingang hat, der über einen Widerstand (5) an einer Speiseklemme liegt, welche Rückkopplung weiter einen Transistor (7) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass von dem genannten Transistor der Kollektor mit dem rückgekoppelten Verstärkereingang und die Basis bzw. der Emitter mit dem Verstärkerausgang gekoppelt ist, welcher Transistor weiter in eine Stromspiegelschaltung (8,11) mit einem zweiten Transistor aufgenommen ist, dessen Kollektor mit dem Ausgang der Stromquelle (1) verbunden ist.

2. Regelbare Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungspunkt des genannten Widerstandes (5) mit dem Verstärkereingang über ein nicht-lineares Widerstandsnetzwerk (6) mit dem Kollektor des Transistors (8) in der Rückkopplung verbunden ist (Fig. 1).

3. Regelbare Stromquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungspunkt des genannten Widerstandes (5) mit dem Verstärkereingang über einen zweiten Widerstand an einer eine andere Spannung führenden,Speiseklemme liegt (Fig. 2).

4. Regelbare Stromquelle naGh Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Verstärkers (4) über einen Widerstand (7) mit den Basiselektroden der genannten zwei Transistoren

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-21- PIIN. C521.

(8,11; 8*,11·) in der Stromspiegelschaltung verbunden ist, während die Emitterelektroden über gleiche Belastungen (9»10 j 12,15) an Speiseklemmen mit denselben Spannungen gelegt sind.

5. Regelbare Stromquelle nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Verstärkers (4) über zwei Widerstände (7'»7") mit denselben Werten an die Emitterelektroden der genannten zwei Transistoren (8,11) in der Stromspiegelschaltung gelegt ist, während deren Basiselektroden an Speiseklemmen mit denselben Spannungen gelegt sind.

6. Regelbare Stromquelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Operationsverstärker, die Transistoren und die Widerstände zum grSssten Teil in einem Halbleiterkörper integriert ausgebildet sind.

7. Farbfernsehkamera mit einer regelbaren Stromquelle nach einem der vorstehenden Ansprüche.

8. Farbfernsehkamera nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens zwei ihrer drei Farbkanäle je eine regelbare Stromquelle aufgenommen ist, die zum Liefern eines Einstellstromes mit einem Eingang eines Signalvervielfachers mit einem zweiten Eingang zum Zuführen eines zu vervielfachenden Bildsignals im Farbkanal verbunden ist.

9. Farbfernsehkamera nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeleingang der Stromquelle an einen Uebertragungsweg nach einer in einem Abstand befindlichen regelbaren Gleichspannungsquelle anschliessbar ist.

10. Farbfernsehkamera nach Anspruch 2 und 7» 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, dass der Strom der Stromquelle entsprechend einer logarithmischen Funktion von der einzustellenden Regelspannung abhängig

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