DE2358501C3 - Trennschaltung zwischen dem Eingang eines Verstärkers und dem Ausgang einer Spannungsversorgungsschaltung, die beide über die Trennschaltung mit einer Klemme eines Geräts verbunden sind - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trennschaltung zwischen dem Eingang eines Verstärkers und dem Ausgang einer Spannungsversorgungsschaltung, die beide über die Trennschaltung mit einer Klemme eines Geräts verbunden sind, das im Betrieb an dieser Klemme eine plötzliche veränderbare Speisespannung empfängt und an der gleichen Klemme ein Signal abgibt, dessen Amplitude klein gegen die Änderungen der Speisespannung ist, wobei die Trennschaltung so ausgeführt ist, daß sie die durch die Änderungen der Speisespannung verursachten Störungen vom Eingang des Verstärkers fernhält.

Eine Trennschaltung dieser Art wird beispielsweise bei der Speicherplatte einer registrierenden Speicherröhre benötigt. Bekanntlich ist bei diesen Speicherröhren die Speicherplatte durch eine Metallplatte gebildet, die zum größten Teil mit einem Isoliermaterial bedeckt ist, das von einem Elektronenstrahl abgetastet wird. Die Speicherfunktion der Speicherplatte beruht auf dem Vorhandensein und der Aufrechterhaltung eines Potentialreliefs auf dem Isoliermaterial, wodurch es möglich ist, daß die Elektronen des Elektronenstrahls die Metallplatte in mehr oder weniger großen Mengen erreichen. Beim Lesen wird die Speicherplatte durch eine Gleichspannung von beispielsweise fünf Volt vorgespannt, und beim Schreiben durch eine Spannung von zweihundert Volt. Das Lesesignal wird an der Speicherplatte abgenommen. Dieses Lesesignal hat eine kleine Amplitude (von einigen zehn Mikrovolt oder einigen zehn Nanoampere) und wird dann dem Eingang eines Verstärkers zugeführt. Es besteht demzufolge die Notwendigkeit, den Eingang des Verstärkers von den zugeführten Vorspannungs-Gleichspannungen zu trennen und vor allem auch die durch die plötzlichen Spannungsänderungen sehr großer Amplitude verursachten Störsignale vom Eingang des Verstärkers fernzuhalten.

Nach dem Stand der Technik wird die Gleichspannung direkt an die Speicherplatte der Speicherröhre angelegt, und zwischen dem Eingang des Verstärkers und der Speicherplatte der Röhre ist ein Kondensator in Serie mit einer sogenannten Trenndiode angeordnet. Die Trenndiock ist in solcher Richtung gepolt, daß sie den Durchgang des Vorspannungs-Gleichstroms von der Speicherplatte zum Verstärker sperrt, wenn sich die Speicherröhre im Schreibzustand befindet. Dagegen wird die Trenndiode während des Lesens mit Hilfe einer Hilfsgleichspannungsquelle leitend gemacht, damit der Durchgang des Videosignals möglich ist.

Eine Schaltung dieser Art ergibt stets eine Verschlechterung des Rauchabstands, da einerseits eine Diode im leitenden Zustand Rauchsignale erzeugt und andererseits das Signal durch die in Serie im Signalkreis liegende Diode gedämpft wird. Der Hauptnachteil dieser Schaltung besteht jedoch darin, daß über die Kapazität der Diode Schaltstörsignale übertragen werden, die beim plötzlichen Umschalten der Gleichspannung zwischen den beiden sehr verschiedenen Spannungswerten entstehen und Amplituden haben können, die um Größenordnungen größer als der Pegel des Videosignals ist. Diese Störsignale ergeben unvermeidlich eine Sättigung des Verstärkers, der dann für eine mehr oder weniger lange Zeit, die er zur vollständigen EntSättigung benötigt, nicht verwendbar ist.

Demzufolge ergibt sich für die Dauer eines vollständigen Zyklus, d. h. die Unterbrechung des Auslesens, das Einschreiben und die Wiederaufnahme des Auslesens, eine untere Grenze, die wegen der durch die Umschaltung erzeugten Einschwingvorgänge nicht unterschritten werden kann. Ein vor dem Bildschirm einer Wiedergabevorrichtung befindlicher Beobachter stellt somit fest, daß das Bild während der ganzen Dauer dieses Zyklus, d. h. praktisch während der vollständigen Abtastung eines Bildes, verschwindet.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Trennschaltung, die es ermöglicht, die Sättigung des Verstärkers durch Störsignale auch bei sehr großen Amplituden der Spannungsänderungen zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe enthält die Trennschaltung nach der Erfindung einen Transformator mit zwei symmetrisch zueinander abgeglichenen Primärwicklungen, die an einer gemeinsamen Klemme gegensinnig zueinander mit der Ausgangsklemme der Spannungsversorgungsschaltung verbunden sind, während die zweite Klemme der einen Primärwicklung mit der Klemme des Geräts und die zweite Klemme der

anderen Primärwicklung mit einer Abgleichimpedanz verbunden sind, und mit einer Sekundärwicklung, an die dxr Eingang des Verstärkers angeschlossen ist.

Bei der Trennschaltung nach der Erfindung ist der Eingang des Verstärkers vom Ausgang der Spannungsversorgungsschaltung durch den Transformator galvanisch getrennt. Die beim Umschalten entstehenden Schaltstörsigiiale heben sich in den gegensinnigen und symmetrisch abgeglichenen Primärwicklungen hinsichtlich ihrer Wirkung auf die Sekundärwicklung gegenseitig auf, so daß pie nicht zum Eingang des Verstärkers gelangen. Dadurch wird jede Sättigung des Verstärkers durch solche Störsignale vermieden. Im Fall einer Speicherröhre kann die Dauer des vollständigen Zyklus von der Unterbrechung bis zur Wiederaufnahme des Lesevorgangs kleiner als dreißig Mikrosekunden sein, was der Dauer der Abtastung einer Zeile oder eines Teils einer Zeile nach der internationalen Fernsehnorm entspiicht. Die Speicherröhre kann somit in jedem beliebigen Zeitpunkt in den Zustand der Einschreibung gebracht werden, und die Folgefrequenz der Schreibperioden kann 30 kHz erreichen. Andererseits werden die von der Speicherröhre abgegebenen Lesesignale hinsichtlich Rauschfaktor, Amplitude und Bandbreite praktisch ohne Beeinträchtigung zum Eingang des Verstärkers übertragen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Trennschaltung besteht darin, daß das von der Speicherp atte zum Verstärker übertragene Signal während des Schreibzyklus nicht unterbrochen wird.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 das Schaltbild einer Trennschaltung bekannter Art und

Fig. 2 das Schaltbild einer Ausführungsform einer Trennschaltung nach der Erfindung.

F i g. 1 zeigt eine Trennschaltung bekannter Art. Die Klemme E stellt die Verbindung mit der Speicherplatte einer Speicherröhre oder allgemeiner mit der Anschlußklemme eines Gerätes dar, das einerseits eine Gleichspannung empfängt und andererseits ein schwaches Signal in einem großen Frequenzband liefert (beispielsweise von 0 bis 5 MHz und mehr im Fall von Fernsehvideosignalen). Die Gleichspannungsversorgung enthält zwei Gleichspannungsquellen mit Spannungen LJ1 und U2 (beispielsweise t/l = 5 Volt und Ü2 = 200 Volt) und einen Umschalter K 1, der eine dieser Spannungen auswählt und der Klemme fzuführt. Das von der Klemme fabgenommene Signal wird über eine Trenndiode D und einen Kondensator Co einem Verstärker A 1 zugeführt, der einen Ausgang S hat.

Damit die Diode im Lesezustand leitend ist, d. h., dann, wenn der Umschalter K 1 die Spannung U1 wählt, ist ein Stromgenerator G zwischen der die Spannung U1 empfangenden Klemme des Umschalters K1 und der mit dem Kondensator Co verbundenen Klemme der Diode D angeschlossen. Wenn der Umschalter K t und die Spannung U 2 wählt, ist der Stromgenerator G abgetrennt, und die Diode £>wird gesperrt.

Die durch die Umschaltung von der Spannung U1 auf die Spannung U2 und umgekehrt erzeugten Störsignale weisen jedoch gegenüber der am Eingang des Verstärkers zulässigen größten Amplitude eine sehr große Amplitude auf. Diese größte Amplitude liegt beispielsweise in der Größenordnung von 1 Millivolt, während die Amplitude der Störsignale Werte von 200 Volt erreicht. Diese Störsignaie werden insbesondere über die Kapazität der Diode D übertragen. Anstelle der Diode D können ein oder mehrere Transistoren, beispielsweise Feldeffekttransistoren verwendet werden. Das Verhältnis zwischen den Amplituden der Störsignale und des am Eingang des Verstärkers zulässigen größten Signals ist jedoch so groß (mehrere Millionen), daß diese Störsignale trotzdem über Streukapazitäten übertragen werden und ausreichen, um den Verstärker A \ in die Sättigung zu bringen

ίο F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Trennschaltung nach der Erfindung. Gleiche Teile wie in F i g. 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Trennglied ist in diesem Fall ein Transformator 7 mit zwei Pirmärwicklungen 1 und 2 und einer Sekundärwicklung 3. Ein elektrostatischer Schirm 4 unterdrückt kapazitive Verbindungen zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen.
Der Magnetkreis ist nicht dargestellt.
Bei diesem Transformator Thandelt es sich um einen Impulstransformator, der die an der Klemme £ erhaltenen schwachen Signale im ganzen Nutzfrequenzbereich zum Verstärker A 1 übertragen kann.

Dem Verbindungspunkt 5 zwischen den beiden Primärwicklungen 1 und 2 werden Gleichspannungen ul und u 2 über einen Umschalter K 2, eine !mpedanz Zi und einen über eine Impedanz Z 2 gegengekoppelten Verstärker A 2 zugeführt. Die Klemme 6 der Wicklung 1 ist mit der Klemme E verbunden Die Klemme 7 der Wicklung 2 ist über ein Kompensationsglied Z mi: dem Bezugspotential verbunden. Natürlich sind alle in dieser Beschreibung erwähnten Spannungen in bezug auf dieses Bezugspotential gemessen. Der elektrostatische Schirm 4 und die Klemme 9 der Sekundärwicklung 3 sind ebenfalls an das Bezugspotential gelegt, während die Klemme 8 der Sekundärwicklung mit dem Eingang des Verstärkers A 1 verbunden ist. Zwischen der Klemme fund dem Bezugspotentia! ist der Verstärker £■ dargestellt, der die Ersatzschaltung der Speicherplatte ist, sowie die Kapazität Cl, welche die Streukapazität der Speicherröhre und der Verdrahtung umfaßt.

Diese Schaltung arbeitet in folgender Weise: der Eingang des Verstärkers A\ ist dauernd von den an die Klemme Eangelegten Gleichspannungen getrennt, weil die Sekundärwicklung elektrisch von den Primärwicklungen 1 und 2 isoliert ist.

Das Signal, das von dem der Speicherplatte entsprechenden Generator g geliefert wird, wird magnetisch von der Pirmärwicklung 1 auf die Sekundärwicklung 3 übertragen.

Zu diesem Zweck ist es notwendig, daß die Ausgangsimpedanz der mit der Klemme 5 verbundenen Spannungsquelle praktisch Null ist, damit das Signal vollkommen zu dem Vorverstärker A 1 übertragen wird. Zu diesem Zweck verwendet man als Spannungsquelle den als »Rechenverstärker« ausgebildeten Verstärker A 2. Im übrigen sind die dem Eingang dieses Verstärkers iugeführten Spannungen u 1 und u 2 kleine Spannungen. Der Umschalter K 2 kann demzufolge wesentlich einfacher als der Umschalter K 1 von F: g. 1 ausgebildet sein.

Das Videosignal geht also nur durch die Primärwicklung 1. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung ist auf 1:1 bemessen. Die Selbstinduktivität der Primärwicklung 1 ist so festgelegt, daß sie das Videosignal im ganzen Nutzfrequenzband nur äußerst geringfügig beeinträchtigt.

Bei Verwendung eines solchen Transformators ist es möglich, die Polarität des Ausgangssignals einfach durch Vertauschung der Anschlüsse der beiden Enden der Sekundärwicklung 3 umzukehren.

Der Hauptvorteil der Verwendung des Transformators bes'iteht in der Unterdrückung von Störsignalen, welche durch die Umschaltung der für die Gittervorspannung verwendeten Gleichspannung verursacht werden.

Zu diesem Zweck weist der Primärkreis des ι ο Transformators zwei abgeglichene Wicklungen auf, die an ihrer gemeinsamen Klemme gespeist werden. Plötzliche Spannungsänderungen in der Primärwicklung 1 erzeugen identische Spannungsänderungen am Ausgang der Sekundärwicklung 3. Die gleichen Spannungsänderungen in der Primärwicklung 2 induzieren dann in der Sekundärwicklung 3 die gleichen Änderungen, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen. Die von der Wicklung 1 induzierten Signale werden also durch die von der Wicklung 2 induzierten Signale aufgehoben. Es ist notwendig, daß die beiden Wicklungen 1 und 2 möglichst gleich sind (gleiche Windungszahl, gleiche Streukapazitäten zwischen jeder Wicklung und der Abschirmung 4). Damit die beiden Primärströme gleich gemacht werden, müssen ferner die Wicklungen mit gleichen Lastimpedanzen verbunden sein.

Die Wicklung 1 ist mit der Klemme £ verbunden, die einer durch die Kapazität Cl dargestellten Lastimpedanz gleichwertig ist. Diese Kapazität enthält insbesondere die von der Speicherplatte und der Verdrahtung stammenden Kapazitäten. Die Lastimpedanz der Wicklung 2 muß der Kapazität Cl gleich sein. Sie ist durch die Impedanz Zdargestellt, die zur Erleichterung des Abgleichs der Schaltung einstellbar sein kann.

Bei Verwendung eines Verstärkers A 1 mit einer Spannungsverstärkung von 5000, welcher ein maximales Ausgangssignal S von 5 Volt abgeben kann, bevor er gesättigt wird, darf die größte Amplitude der Eingangssignale 1 mV nicht überschreiten. Mit einer Trennschaltung der beschriebenen Art wird die Sättigung des Verstärkers vermieden, da die zur Sekundärwicklung 3 übertragenen Störsignale wesentlich kleiner als diese größte Amplitude sind. Die Trennschaltung ergibt ferner eine ausreichende Dämpfung des von der Gleichspannungsquelle verursachten, d. h. am Ausgang des Verstärkers A 2 auftretenden Rauschsignals. Dieses Rauschsignal bleibt am Eingang des Verstärkers A 1 unter der kleinsten Amplitude des Lesesignals (etwa lOMikrovolt).

Die dem Verstärker A 2 zugeordneten Impedanzen Zl und ZI haben insbesondere den Zweck, die Anstiegs- und Abfallzeit der Speisespannung der Klemme E zu vergrößern, wodurch der Frequenzbereich der zu beseitigenden Störsignale, die durch die differenzierende Wirkung des Transformators verursacht werden, in dem die Kennlinie des Verstärkers A 2 entsprechend eingestellt wird.

Bei Verwendung einer derartigen Trennschaltung mit einem Transformator, welcher im wesentlichen durch einen vollkommenen Abgleich der Primärwicklungen und eine große Bandbreite gekennzeichnet ist, wird die Sichtbarmachung des von der Speicherplatte gelieferten Signals praktisch durch die Einschreibzyklen nicht gestört, wenn diese von kurzer Dauer sind. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Schaltungen, bei denen eine registrierende Speicherröhre verwendei wird. Sie kann jedoch auch in allen anderen Fällen angewendet werden, wo es notwendig ist, ein schwaches Signal von einem starken Signal zu trennen, das plötzliche Änderungen aufweisen kann, deren Amplitu de sehr groß gegen die Amplitude des Signals ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Trennschaltung zwischen dem Eingang eines Verstärkers und dem Ausgang einer Spannungsversorgungsschaltung, die beide über die Trennschaltung mit einer Klemme eines Geräts verbunden sind, das im Betrieb an dieser Klemme eine plötzliche veränderbare Speisespannung empfängt und an der gleichen Klemme ein Signal abgibt, dessen Amplitu- ι ο de klein gegen die Änderungen der Speisespannung ist, wobei die Trennschaltung so ausgeführt ist, daß sie die durch die Änderungen der Speisespannung verursachten Störungen vom Eingang des Verstärkers fernhält, gekennzeichnet durch einen Transformator mit zwei symmetrisch zueinander abgeglichenen Primärwicklungen, die an einer gemeinsamen Klemme gegensinnig zueinander mit der Ausgangsklemme der Spannungsversorgungsschaltung verbunden sind, während die zweite Klemme der einen Primärwicklung mit der Klemme des Geräts und die zweite Klemme der anderen Primärwicklung mit einer Abgleichimpedanz verbunden sind, und mit einer Sekundärwicklung, an die der Eingang des Verstärkers angeschlossen ist.

2. Trennschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungsschaltung einen Rechenverstärker mit sehr kleiner Ausgangsimpedanz enthält, an dessen Ausgang die gemeinsame Klemme der beiden Primärwicklungen angeschlossen ist.

3. Trennschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Eingang des Rechenverstärkers vorgeschaltete Impedanz und die dem Rechenverstärker zwischen dem Ausgang und dem Eingang parallelgeschaltete Impedanz so bemessen sind, daß sie den Frequenzbereich für die Übertragung der plötzlichen Änderungen der Speisespannung nach oben begrenzen.

4. Trennschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei einer Speicherröhre mit einer Speicherplatte, die an einer Klemme ein Videosignal liefert und an der gleichen Klemme eine zwischen zwei sehr verschiedenen Werten umschaltbare Vorspannung empfängt.