DE2428489C3 - Gamma-Korrekturschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gamma-Korrekturschaltung mit einem Bildsignalverstärker, an dessen Ausgangsklemme eine Halbleiterschaltung mit nichtlinearer Charakteristik angeschlossen ist, die mindestens eine steuerbare Diodenschaltung enthält, deren Anode mit der Ausgangsklemme des Verstärkers verbunden ist.

Eine Gamma-Korrekturschaltung wird ebenfalls als Gradations-Entzerrungsschaltung bezeichnet. Eine solche Schaltung wird beispielsweise bei einer Farbfernsehkamera verwandt, damit diese Gamma-Charakteri-Stiken, nämlich nichtlineare Eingangs-Ausgangs-Charakteristiken, zeigt. Wenn bei einer Farbbildröhre die Helligkeit bzw. die Leuchtdichte direkt proportional einem Signal sein könnte, dus dem Gitter geliefert wird, dann hätte die Farbbildröhre lineare Eingangs-Ausgangs-Charakteristiken und würde ein ideales Bild reproduzieren. Tatsächlich ist die Helligkeit jedoch proportional etwa der 2,2ten Potenz des Gittereingangssignals, was zu nicht linearen Eingangs-Ausgangs-Charakteristiken der Farbbildröhre führt. Wenn daher von einer Farbfernsehkamera ein Ausgangssignal, das einem Gegenstand im Vordergrund der Kamera entspricht, unverändert einer Farbfernsehröhre geliefert wird, dann werden sich nicht nur die Helligkeit, sondern luch die Farbabstufung und die Farbart auf dem Schirm der Farbbildröhre stark von dem unterscheiden, vas direkt von dem Gegenstand im Vordergrund der Kamera aufgenommen worden ist Die obengenannte beträchtlichen, nicht-linearen Eingangs-Ausgangs-Cha rakteristiken der Farbbildröhre werden daher durc das Entgegenwirken der nicht-linearen Eingangs-Aus 5 gangs-Charakteristiken einer Gamma-Korrekiurschal tung ausgeglichen, deren Eingangsamplitude nahezi proportional einer Potenz des Reziprokwertes voi etwa 2^ der Amplitude des Eingangssignals ist. Dami wird die Helligkeit einer Farbbildröhre nahezu direk proportional zu einem Eingangssignal einer Farbfern sehkamera, wodurch eine lineare Beziehung dazwi sehen erzielt wird und eine genaue Wiedergabe des BiI des eines Gegenstandes im Vordergrund der Kamera auf dem Schirm einer Bildröhre möglich wird. Die eingangs genannte aus »Einführung in die Fernsehtechnik«, Band 2 von W. D i 11 e η b u r g e r bekannte Gamma-Korrekturschaltung weist einen Bildsignalverstärker und eine erste und zweite Diode auf deren Anoden paralfel zur Ausgangsklemme des Verstärkers über entsprechende Widerstände geschaltet sind und deren Kathoden Steuersignale geliefert werden. Wenn die Ausgangsspannung vom Verstärker ansteigt, um die Dioden leitend zu machen, liefern die Widerstände, die zwischen den Verstärker und die Dioden geschaltet sind, einen zum Verstärker parallelen Widerstand.

Wenn die Steuerspannung, die der Kathode der zweiten Diode geliefert wird, so gewählt ist, daß ihr Pegel über dem der Steuerspannung liegt, die der ersten Kathode geliefert wird, dann werden die erste und die zweite Diode nacheinander mit dem Anstieg der Ausgangsspannung vom Verstärker leitend gemacht wodurch der Ausgangsklemme des Verstärkers ein ansteigender Widerstand gegeben, und der Verstärkungsgrad des Verstärkers verändert wird. Daher werden die Eingangs-Ausgangs-Charakteristiken des Verstärkers verändert, wenn die erste und die zweite Diode leitend werden. Da die Einschaltspannung der Dioden der Steuerspannung ihrer Kathoden entspricht, ergeben die Eingangs-Ausgangs-Charakteristiken der bekannten Gamma-Korrekturschaltung eine polygonale Kurve bei der die Punkte, an denen sich die Charakteristik ändert, den Einschaltspannungen der Dioden entsprechen. Eine herkömmliche Gamma-Korrekturschaltung die so aufgebaut ist, wie es oben beschrieben wurde liefert damit eine polygonale Gamma-Charakteristik die einer entgegenwirkenden, nicht linearen Eingangs-Ausgangs-Charakteristik nahekommt, die die wesentliche, nicht-lineare Eingangs-Ausgangs-Charakteristik der Bildröhre ausgleicht.

Die bekannte Gamma-Korrekturschaltung hat jedoch den Nachteil, daß sie durch eine Änderung der Umgebungstemperatur beträchtlich beeinflußt wird Die Sperrschaltung in Durchlaßrichtung fällt mit ansteigender Umgebungstemperatur und steigt mit der Abnahme der Umgebungstemperatur an. Damit ändert sich auch die Einschaltspannung der Diode mit der Umgebungstemperatur. Wenn infolge einer steigenden Temperatur die Einschaltspannung kleiner wird, fällt der Widerstand im Ausgangskreis des Verstärkers, was zu einer Abnahme der Ausgangsspannung der Gamma-Korrekturschaltung führt. Mit ansteigender Umgebungstemperatur werden daher die Punkte der polygonalen Gamma-Charakteristik, an denen sich die Charakteristik ändert, zu kleineren Ausgangsspannungen der Gamma-Korrekturschaltung verschoben, was zu einer Änderung der Gamma-Charakteristik führt. Die Änderung der Gamma-Charakteristik beeinflußt

ο·μ »iif dem Schirm einer Bildröhre, so daß eine ^tin wiedereabe des Bildes eines Gegenstands im J lih id U di Shiiki

wiedereabe des g

*^Cn!,^UeJund unmöglich wird. Um diese Schwierigkei-

^tenZU"mTTiermostaten zu halten, und zum anderen S des Verstärkers zu erhöhen, um das Viergrößern und dadurch die Änderung der

^_annünTin Durchlaßrichtung der Diode relativ Sperrspannung m ι-* 6

herabzusetzen _Verfahren ^ _{jedoch Ze}-_{t erforder}.

^BeL- Z Gamma-Korrekturschaltung ihren norma-^&KpfiriS^auSTmt, und zum anderen wird die Schal- ^{|en B}?[nl5eires zusätzlichen Energiebedarfs zum Auf-Sei einer konstanten Temperatur sehr umlten «nerv* Velwendung fehige-

iir^ is Das zweite Verfahren wird von dem Nachöffner maxTmaTen Energieaufnahme begleitet und

^tel IchwSkeiten beim Integrieren der Gammaliefert Schwierig*eiw 5

fchalt^ darin,

Pokale Charakteristik Verwendet, die Gamma-Charakteristik nahebekannten Weise ausgebildete Gamma-Korrekturschaltung dargestellt Ein Eingangsbildsignal wird in ein Eingangssignal B mit Hilfe einer Schwarzwert-W.eder- ^ ^ ^ ^ _dargesteUten Klemmschaltung umgewandelt. Das Eingangssignal B wird durch einen Verstärker mit einem N PN-Transistor 1 verstärkt JD.e Ausgangsklemme des Verstärkers oder der Kollektor des Transistors 1 steht über einen Belastungswider- ^^ ^ ^ ^^ _positiven Spannungsquelle Eb und _{über die} entsprechenden Widerstände 3 und 4 mit den Anoden der Dioden 5 und 6 in Verbindung.

Die Kathoden der Dioden 5 und 6 stehen jewe.ls m.t

den Emitter-Ausgangsklemmen der Transistoren 7 und

8 in Verbindung, von denen jeder eine Emmerfohjer-

,₅ schaltung bildet Die Emitter der Transistoren 7 und 8

sind jeweils über die Widerstände 9 und «geerdet und

die Kollektoren der Transistoren 7 und 8i «eher ge-

meinsam mit der pos.t.ven Quelle Eb in Verbmdung.

Steuersignale Ex und £2 werden jeweils den Basen der

» Transis.oren 7 und 8 geliefert Das Kollektorausgangs-

signal des Transistors 1 bildet das Ausgangss.gnal Eo

derGamma-Korrekturächaltung.

Kor/ekturschahung mit ,5 schaltung näher erläutert Snannun«-

die mehrere zu Wenn das Steuersignal £1 einen höheren Spannungs

iS Sieden und pegel al, das Steuersigna, fi hat «igt die Ganuna-

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Zur Lösung dieser Aufgabe besteht d.e Halbleiter wira _{die Au angsspa}n

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einer Diode zur Erläuterung der in F , g. 5 dargestellten jemperaturen Tj₁. T^u ^ ^ ^^^ ^ _{ftnt auch}

Ausführungsform. 15 49 620 Basis-Emitterspannung Vbe der Transistoren 7 und H In Fig. 1 ist eine in der aus der ui-ua i"'«"

mit ansteigender Umgebungstemperatur ab, da die Spannung Vbe der Transistoren 7 und 8 der Sperrspannung in Durchlaßrichtung der Dioden 5, 6 entspricht. Wenn daher die Steuerspannungen Ei und Ei konstant gehalten werden, steigt die Emitterspannung an und kommt der Basisspannung mit ansteigender Temperatur näher. Mit fallender Temperatur fällt ebenfalls die Emitterspannung, so daß sie sich mehr von der Basisspannung unterscheidet.

Bei der Gamma-Korrekturschaltung werden die Ausgangsspannungen der Emitterfolgertransistoren 7, 8 den Kathoden der Dioden 5,6 jeweils geliefert, wie es oben besschrieben wurde. Während eine ansteigende Umgebungstemperatur ein Abfallen der Sperrspannung der Dioden 5 und 6 in Durchlaßrichtung verursacht und damit deren Einschaltspannung herabsetzt, bewirkt die ansteigende Temperatur einen Abfall der Basis-Emitterspannung Vbe der Transistoren 7 und 8 und einen Anstieg ihrer Emitterspannung und der Kathodenspannung der Dioden 5 und 6, wodurch die Einschaltspannung der Dioden ebenfalls ansteigt. Dem Absinken der Einschaltspannung infolge der Verringerung der Sperrspannung in Durchlaßrichtung der Dioden 5 und 6 wirkt daher der Anstieg ihrer Kathodenspannung entgegen.

Wenn die Umgebungstemperatur abfällt, arbeitet die Gamma-Korrekturschaltung in umgekehrter Weise und wirkt der resultierende Effekt den Dioden entgegen.

Die Einschaltspannung der Dioden 5 und 6 wird unabhängig von einer sich ändernden Umgebungstemperatur konstant gehalten, indem Änderungen in der Sperrspannung in Durchlaßrichtung der Dioden 5 und 6 durch Änderungen in der Basis-Emitterspannung der Transistoren 7, 8 ausgeglichen werden. Seblst wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, werden daher die Punkte Ei und £2 der in F i g. 2 dargestellten polygonalen Charakteristik, an denen sich diese ändert, nicht verschoben, so daß die Gamma-Charakteristik der in F i g. 1 dargestellten Gamma-Korrekturschaltung stabil bleibt. Die Verwendung einer Emitterfolgerschaltung mit einer sehr geringen Ausgangsimpedanz beeinträchtigt nicht die gewünschte Gamma-Charakteristik.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltung sind zwei Dioden parallel zu dem Belastungswiderstand geschaltet, wodurch die Annäherung an die gewünschte Gamma-Charakteristik durch das Auftragen von zwei Punkten £1, Ez, an denen sich die Charakteristik ändert, erfolgt Es ist offensichtlich, daß die Anzahl der Dioden nicht auf zwei beschränkt ist und wenigstens eine Diode parallel zum Verstärker geschaltet sein kann. Eine größere Anzahl von parallel geschalteten Dioden führt zu einer größeren Anzahl von aufzutragenden Punkten, an denen sich die Charakteristik ändert An Stelle der Dioden 5 und 6 können Transistoren in Diodenschaltung verwandt werden.

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung, bei der ein Bildsignal mit positiver Polarität von einer Klemme 11 fiber einen Kondensator 12 der Basis eines NPN-Transistors 13 geliefert wird. Ein positiver Klemmschaltungsimpuls wird von der Klemme 14 über den Kondensator 15 der Basis des Transistors 16 geliefert Dieser Transistor 16 ist ein Schalttransistor zur Pegelhaltung und wird nur dann leitend gemacht, wenn er mit einem Klemmschaltungsimpuls versorgt wird, so daß die Basisspannung des Transistors 13 auf einen vorgeschriebenen Wert festgelegt ist. Der Transistor 16 schaltet im allgemeinen einmal während der Austastlücke des Videosignals. Durch dieses Schalten wird ein Eingangsvideosignal einer Schwarzwertwiedergabe unterworfen. Ein so in Form eines Gleichstroms wiedergegebenes Eingangssignal E wird durch einen Differentialverstärker mit NPN-Transistoren 13,17 verstärkt Die Emitter dieser NPN-Transistoren 13, 17 sind über eine Konstantstromquelle 18 geerdet. Die positive Spannungsquelle Eb ist mit dem Kollektor des Transistors 17 über den Belastungswiderstand 19 gekoppelt Die Basis des Transistors 17 wird mit einer Vorspannung mit bestimmtem Pegel versorgt. Die positive Spannungsquelle Eb steht ebenfalls mit dem Kollektor des Transistors 13 in Verbindung.

Eine nicht-lineare Halbleiterschaltung umfaßt eine Reihenschaltung von drei NPN-Transistoren 21 bis 23 in Diodenschaltung, bei der der Kollektor und die Basis jedes Transistors miteinander verbunden sind, damit der Transistor als Diode arbeitet. Der Kollektor des Transistors 21 ist über einen Widerstand 20 mit dem Ausgang des Differentialverstärkers, d. h. mit dem Kollektor des Transistors 17, verbunden. Die Emitterfolgerschaltung umfaßt drei NPN-Emilterfolgertransistoren 24 bis 26, die in Kaskade geschaltet sind und den drei Transistoren 21 bis 23 der Diodenschaltung entsprechen. Ihre Emitter sind über die entsprechenden Widerstände 27 bis 29 geerdet. Der Emitter des Transistors 24, der die Ausgangsklemme der Emitterfolgerschaltung bildet, steht mit dem Emitter des Transistors 23 der Reihenschaltung in Verbindung, und die Basis des Transistors 26 der Emitterfolgerschaltung wird mit dem Steuersignal £3 versorgt. Die Kollektoren der Transistoren 24 bis 26 stehen gemeinsam mit der positiven Spannungsquelle Eb in Verbindung.

Wie es in den Fig.6A und 6B dargestellt ist. steigt das Ausgangssignal Eo der in F i g. 5 dargestellten Gamma-Korrekturschaltung in nicht-linearer Form an. wenn das Eingangssignal E; linear abnimmt. Wenn die in F i g. 5 dargestellte Gamma-Korrekturschaltung mit einer steigenden Eingangsspannung E beaufschlagt wird, werden die Transistoren 21 bis 23 leitend. Dann werden der Widerstand 20 und eine Belastungsreihenschaltung, die die Widerstandskomponenten der Transistoren 21 bis 23 in Diodenschaltung umfaßt, parallel zum Differentialverstärker geschaltet, wodurch eine Abnahme des Verstärkungsgrades entsprechend der Änderung des Widerstandswertes der Belastungsreihenschaltung verursacht wird.

Die Gamma-Charakteristik der in F i g. 5 dargestellten Gamma-Korrekturschaltung wird später erläutert. In F i g. 7 ist die Stromspannungscharakteristik einer Diode mit I bezeichnet Die mit Il bezeichnete Strom spannungscharakteristik dreier Dioden zeigt einen vergrößerten nicht-linearen Bereich bezüglich einer vorgeschriebenen Spannungsamplitude des Eingangssignals. Im nicht-linearen Bereich der Stromspannungscharakteristik der Diode nimmt nicht-linear die Widerstandskomponente der Diode umso mehr ab, je höher die Spannung eines Eingangssignals wird. Bei der in F i g. 5 dargestellten Gamma-Korrekturschaltung führt die steigende Spannung eines Eingangssignals zu einer nicht-linearen Abnahme des Belastungswiderstandes, der den Gesamtwiderstand der Widerstandskomponenten der in Reihe geschalteten drei Transistoren 21 bis 23 enthält, wodurch eine nicht-lineare Änderung des Ausgangssginals Eo der Gamma-Korrekturschaltung in Abhängigkeit von der Änderung des Belastungswiderstands hervorgerufen wird, wie es in F i g. 6A und 6B

dargestellt ist. Die Gamma-Charakteristik der Gamma-Korrekturschaltung von F i g. 5 leitet sich aus der Impedanzcharakteristik der Widerstandskomponenlen der Transistoren 21 bis 23 in Diodenschaltung mit steigender Spannung des Eingangssignals Eo bei leitenden Transistoren 21 bis 23 ab. Die Gamma-Charakteristik c.er Gamma-Korrekturschaltung von Fig.5 zeigt daher einen stetigeren Verlauf als die polygonale Charakteristik der in F i g. 1 dargestellten Gamm-Korrekturschaltung. Daher liefert die in F i g. 5 dargestelle Schaltung eine Gamma-Charakteristik, die die Eingangs-Ausgangs-Charakteristik einer Farbbildröhre noch wirkungsvoller korrigiert.

Wenn die Gamma-Charakteristik geändert werden soll, ist es empfehlenswert, den Widerstandswert des Widerstands 20 oder die Steuerspannung £3 zu ändern, wodurch die Arbeitsspannung der Transistoren 21 bis 23 verändert wird. Die Fig.6A und 6B zeigen Änderungen in der Kurve der Gamma-Charakteristik, wenn die Steuerspannung £3 verschiedene Werte aufweist. Die Fig.6A und 6B zeigen jeweils die Charakteristik bei einer Steuerspannung £3 von 5,8 V oder 5,6 V. Dabei ergibt sich ein Gamma-Wert T' = 0,7 oder 0,45. Der Gamma-Wert bezeichnet den Exponenten, in der die Gamma-Kurve darstellenden Funktion.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Gamma-Korrekturschaltung, bei der die Reihenschaltung der Transistoren 21 bis 23 in Diodenschaltung und der Kreis der in Kaskade geschalteten Emitterfolgertransistoren 24 bis 26 aus der gleichen Anzahl von Transistoren gebildet sind, wird eine Änderung in der Basis-Emitterspannung der Transistoren 21 bis 23 infolge einer Änderung der Umgebungstemperatur durch eine Änderung der Basis-Emitterspannung der Transistoren 24 bis 26 ausgeglichen. Eine steigende Umgebungstemperatur führt zu einer abnehmenden Basis-Emitterspannung der Transistoren 21 bis 23, wodurch die Einschaltspannung der Transistoren 21 bis 23 auf einen geringeren Pegel herabgesetzt wird. Da jedoch die Basis-Emitterspannung der Transistoren 24 bis 26 ansteigt, steigt die Emitterausgangsspannung des Transistors 24 bezüglich derselben Steuerspannung £3 an, wodurch ein Anstieg der Emitterklemmenspannung des Transistors 23 verursacht wird. Als Folge davon wird die Einschaltspannung der Transistoren 21 bis 23 auf einen höheren Pegel angehoben. Unabhängig von einer Änderung der Umgebungstemperatur ändern sich daher weder die Kollektorklemmenspannung des Transistors 21 noch folglich die Ausgangsspannung Eoder Gamma-Korrekturschaltung. Die Gamma-Charakteristik der in F i g. 5 dargestellten Gamma-Korrekturschaltung wird daher durch die Umgebungstemperatur nicht beeinflußt. Da die Emitter der Transistoren 25, 26 über die Widerstände 28, 29 geerdet sind, ist der Kollcktor-Emitter-Strom der Transistoreii relativ hoch. Demzufolge sind die Eingangsimpedanz des Transistors 24 und daher seine Emitterimpedanz und Emitttrspannung gering. Änderungen der Emitterspannung des Transistors 24 haben somit nur einen geringen Einfluß auf das Ausgangssignal Ea so daß die Gamma-Korrekturschaltung stabil arbeitet.

Wenn die in Fig. 5 dargestellte Schaltung in integrierter Forni ausgeführt wird, können die Charakteristika der Transistoren 21 bis 23 die gleichen wie die der Transistoren 24 bis 26 sein. Damit ist die in F i g. 5 dargestellte Schaltung wie die in F i g. 1 dargestellte Schaltung integrierbar.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform können die drei Transistoren 21 bis 23 in Diodenschaltung durch drei Dioden ersetzt werden.

Die Anzahl der Transistoren, die für den Schaltkreis der in Kaskade geschalteten Emitterfolgertransistoren verwandt werden, ist nicht auf drei begrenzt. Die erfindungsgemäße Gamma-Korrekturschaltung kann ebenfalls einen Schaltkreis mit in Kaskade geschalteter Emitterfolgertransistoren enthalten, die aus irgendeinet anderen Anzahl von Transistoren gebildet sind. Es isi ebenfalls möglich, eine Anzahl von Stufen parallel zurr Verstärker zu schalten, von denen jede eine Reihenschaltung von Transistoren und einen Schaltkreis vor in Kaskade geschalteten Emitterfolgertransistoren enthält.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen wurder NPN-Transistoren verwandt. Erfindungsgemäß könner mit dem gleichen Effekt auch PNP-Transistoren Ver wendung finden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. * Patentansprüche:

   * 1. Gamma-Korrekturschaltung mit einem Bildsi- ;- gnalverstärker, an dessen Ausgangsklemme eine Halbleiterschaltung mit nichtlinearer Charakteristik angeschlossen ist, die mindestens eine steuerbare Diodenschaltung enthält, deren Anode mit der Ausgangsklemme des Verstärkers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltung aus einer Anzahl von in Reihe geschalteten Dioden (21, 22, 23) besteht und die Ausgangsklemme der Halbleiterschaltung mit der Ausgangsklemme einer Emitterfolgertransistorschaltung mit mehreren in Kaskade geschalteten Emitterfolgertransistoren (24, 25, 26) verbunden ist, deren Eingar.gsklemme das Steuersignal (Ei) zugeführt wird.
2. 2. Gamma-Korrekturschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Dioden (21, 22, 23) ein Transistor ist, dessen Basis und Kollektorelektroden miteinander verbunden sind.
3. 3. Gamma-Korrekturschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Dioden (21, 22, 23) gleich der Anzahl der in Kaskade geschalteten Emitterfolgertransistoren (24, 25, 26) ist.
4. 4. Gamma-Korrekturschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker eine Klemmschaltung (15, 16), deren Eingangsklemme das Bildsignal zugeführt wird und deren Ausgangsklemme ein Gleichstromausgangssignal liefert, und einen Differentialverstärker (13,17) umfaßt, der mit der Ausgangsklemme der Klemmschaltung (15, 16) verbunden ist und die Gleichstromausgangssignale von der Klemmschaltung (15.16) verstärkt.