DE2720374A1

DE2720374A1 - Verstaerker mit automatischer verstaerkungsregelung

Info

Publication number: DE2720374A1
Application number: DE19772720374
Authority: DE
Inventors: William P Haynes
Original assignee: GTE Laboratories Inc
Current assignee: Verizon Laboratories Inc
Priority date: 1976-05-07
Filing date: 1977-05-06
Publication date: 1977-11-17
Also published as: CA1090917A; US4032973A

Description

BESCHREIBUN

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einer automatischen Verstärkungsregelung (AGC) zur Erzeugung eines Steuersignals zur Veränderung der Verstärkung eines geregelten Verstärkers in einem Fernsehempfänger.

In üblichen Fernsehempfängern wird ein hochfrequent moduliertes Fernsehempfangssignal empfangen und verarbeitet, d.h. verstärkt gefiltert und demoduliert und daraus ein zusammengesetztes Videosignal gebildet. Das zusammengesetzte Videosignal enthält die Videoinformation, die dazu verwendet wird, einen Elektronenstrahl bzw. Elektronenstrahlen in einer Kathodenstrahlröhre zu modulieren, sowie aus einer Synchronisationsinformation, um die Ablenkung der Elektronenstrahlen in der Kathodenstrahlröhre zu synchronisieren, damit die
Videoinformation ein zusammenhängendes Bild erzeugt.

Die Synchronisationsinformation wird durch Synchronisationsimpulse gebildet, welche über einen Austastpegel des zusammengesetzten Videosignals hinausragen und die während des
vertikalen und horizontalen Rücklaufs» erscheinen.

Fernsehempfänger sind üblicherweise mit einer Schaltungsanordnung zur automatischen Verstärkungsregelung versehen,
welche die Amplitude der Synchronimpulse in dem zusammengesetzten Videosignal feststellt und die Verstärkung der Signalempfänger in Abhängigkeit von dieser einstellt. Für eine bestmögliche Wirkungsweise sollte die Schaltung zur automa-

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tischen Verstärkungsregelung eine hohe Verstärkung z.B. in der Größenordnung von 5oo besitzen. Während derartige Schaltungen in der bekannten Technik entwickelt wurden und mehr oder weniger zufriedenstellend arbeiten, leiden sie jedoch noch unter verschiedenen Nachteilen. Z.B. verwendet eine bekannte Schaltung einen Transistor in Emitter-Schaltung, dessen Emitter über einen Kondensator nach Masse geschaltet ist, um die erwünschte hohe Verstärkung zu erreichen. Eine andere Schaltungsanordnung verwendet Differenzverstärker in integrierter Schaltungstechnik, jedoch liefern diese Verstärker nicht die notwendige hohe Verstärkung ohne die Verwendung von aktiven Belastungen, die den Schaltungsaufbau komplizieren. So eignen sich diese und andere Schal-· tungsanordnungen oder Techniken nicht für eine Farbrikation in integrierter Schaltungstechnik.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung anzugeben, die leicht in integrierter Schaltungstechnik hergestellt werden kann, die mit möglichst hoher Verstärkung arbeitet, während weiter noch die gesamte Anzahl der Bauelemente kostengünstig vermindert wird. Bei der angemeldeten Schaltungsanordnung soll ein Verstärker mit einer hohen Verstärkung ohne die Notwendigkeit eines Emitter-Kondensators ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Nachstehend soll mit Hilfe der Zeichnung die'Erfindung näher erläutert werden.

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Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm der hauptsächlichen Komponenten eines Fernsehempfangers, der eine Schaltungsanordnung zur automatischen Verstärkungsregelung besitzt.

Figur 2 zeigt ein Diagramm eines zusammengesetzten Videosignals .

Figur 3 zeigt ein Schaltbild eins vorzugsweisen Ausführungsbeispiels.

In Figur 1 empfängt die Antenne 1o Fernsehsignale und koppelt das hochfrequent modulierte zusammengesetzte Videosignal an einen Tuner 12, der das empfangene Signal auf eine geeignete Zwischenfrequenz umsetzt. Das Zwischenfrequenzsignal wird an den Zwischenfrequenzverstärker 14 gekoppelt, der dieses verstärkt. Die Tonsignale des empfangenen Signals werden aus dem ZF-Verstärker 14 an einen Tonkanal 16 geschaltet. Die Videoanteile des ZF-Signals werden aus dem ZF-Verstärker 14 an den Videokanal 18 geschaltet, in welchem das ZF-Signal zu einem zusammengesetzten Videosignal demoduliert wird. Das zusammengesetzte Videosignal wird in dem Videokanal 18 weiterverarbeitet, um daraus ein oder mehrere Signale für die Elektroden einer Kathodenstrahlröhre 2o zu bilden.

Da diese Erfindung sowohl auf Schwarz-WeiB- als auch auf Farbfernsehempfänger angewendet werden kann, kann der Videokanal 18 die Videoschaltkreise eines konventionellen Schwarz-WeiB-Empfängers oder auch HelligkeitS- und Farbart-Verstärkerschaltungen eines Farbfernsehempfängers enthalten.

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Der Tuner 12, der ZF-Verstärker 14 und der Videokanal 16 besitzen im allgemeinen einen geregelten Verstärker zur Bildung des zusammengesetzten Videosignals. Eine bzw. mehrere Verstärkerstufen im Tuner 12 und im ZF-Verstärker 14 werden im allgemeinen mit Hilfe eines Steuersignals geregelt, welches aus den Synchronimpulsen des zusammengesetzten Videosignals abgeleitet wird.

Der Videokanal 18 besitzt einen AusgangsanschluB 22, an welchem das zusammengesetzte Videosignal abgenommen werden kann. Der AusgangsanschluB 22 ist seinerseits sowohl an eine Störunterdrückungsschaltung 23 als auch an eine automatische Verstärkungsregelungsschaltung angeschlossen, was hier durch das Bezugszeichen 24 angedeutet sein soll. Die Störunterdrückungsschaltung 23 soll das Vorhandensein von Störimpulsen im zusammengesetzten Videosignal auslöschen und am Anschluß 26 ein Signal für den Regelverstärker 24 erzeugen, damit die Störimpulse ausgelöscht werden, welche in dem zusammengesetzten Videosignal enthalten sind. Ein anderer Anschluß 27 der Störunterdrückungsschaltung 23 ist mit der Synchronabtrennstufe 28 verbunden, welche die Synchronimpulse aus dem zusammengesetzten Videosignal aussiebt. Die Synchronimpulse werden daraufhin an die Vertikal- und Horizontalablenkschaltungen 3o geleitet, welche geeignete vertikal- und horizontalfrequente Ablenksignale erzeugen, die an eine mit der Kathodenstrahlröhre 2o verbundene Ablenkeinheit 31 gelangen.

Erfindungsgemäß empfängt der Verstärker 24 das- zusammengesetzte Videosignal aus dem geregelten Verstärker und erzeugt ein Verstärkungsregelungssignal am Ausgang 32 für den Tuner 12 und den ZF-Verstärker 14, ein.iTrennverstärker 34 empfängt das zusammengesetzte Videosignal und erzeugt ein dem zusammengesetzten Videosignal entsprechendes Ausgangssignal.

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Dieses Signal wird mit dem Ausgang der Störunterdrückungsschaltung 23 verbunden, um ein störungsfreies Eingangssignal für den ersten Verstärker 36 zu liefern. Eine Referenzspannungsquelle 38 erzeugt eine Spannung für einen festgelegten Pegel, der den Pegel der Synchronimpulse des zusammengesetzten Videosignals bestimmt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 36 ist kennzeichnend für die verstärkte Differenzspannung zwischen den Synchronimpulsen und dem festgeregelten Referenzpegel. Diese verstärkte Ausgangsspannung wird ihrerseits an den zweiten Verstärker 4o geschaltet,
der eine Stromverstärkung des ..zusammengesetzten Videosignals hervorruft. Ein positives Rückkopplungsnetzwerk 42
koppelt einen Teil der Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers 4o an den ersten Verstärker 36. Ein Filter 44 ist in die Ausgangsleitung des Verstärkers 4o geschaltet, an
welchem das Verstärkungsregelungssignal entsteht.

Figur 2 zeigt ein Diagramm des zusammengesetzten Videosignals, welches mit 5o bezeichnet ist. Das Videosignal 5o besitzt Synchronimpulse 52 mit der zwischen diesen liegender Videoinformation. Die Synchronimpulse 52 sitzen auf Austastimpulsen 54. Die Synchronimpulse sind negativ gerichtet
und besitzen einen Pegel VS und die Austastimpulse besitzen einen Pegel VB. Die Schaltung 24 soll den Pegel VS an den festgelegten Referenzpegel VR angleichen.

Figur 3 zeigt ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführung der automatischen Verstärkungsregelungsschaltuhg 24. Der
Trennverstärker 34 besitzt einen Transistor 01, dessen Basis mit der Ausgangsklemme 22 des Videokanals 16 verbunden ist» dessen Emitter über einen Widerstand R1 nach Masse und dessen

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Kollektor an die Spannungsquelle V1 geschaltet ist. Der Emitter des Transistors Q1 ist weiter mit der Basis eines Transistors 02 verbunden, dessen Kollektor mit Masse und dessen Emitter über einen Widerstand R2 mit der Spannungsquelle + V1 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 02 ist weiter mit einem Transistor 03 verbunden, dessen Kollektor nach Masse und dessen Emitter über einen Widerstand R3 mit der Spannungsquelle + V1 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 03 ist weiter über einen Widerstand R4 mit dem Eingang des Verstärkers 36 verbunden. Der Zweck des Trennverstärkers mit der Verstärkung 1 besteht darin, das zusammengesetzte Videosignal an der Klemme 22 von der übrigen Schaltung 24 für die Verstärkungsregelung zu trennen. Zusätzlich wird durch die Verwendung der drei Transistoren in Emitterfolgerschaltungen erreicht, daß sich die Synchronimpulse am Ausgang des Trennverstärkers von dem Referrenzpegel VR nur durch den Spannungsabfall über der Basisemitterstrecke des ersten Transistors des Verstärkers 36 unterscheiden. Demgemäß ist das Ausgangssignal des Verstärkers 34 an das zusammengesetzte Videosignal angepaßt. Dieses Ausgangssignal wird mit dem über die Leitung 26 ankommenden Signal aus der Störunterdrückungsschaltung zusammengefügt und dient als Eingangsspannung für den Verstärker für die automatische Verstärkungsregelung.

Der Verstärker 36 besitzt einen Transistor 04 in Emitter-Schaltung, dessen Basis mit dem Ausgang des Trennverstärkers verbunden ist, dessen Emitter mit der Referenzspannungsquelle 38 und dessen Kollektor über einen Widerstand R5 an die Spannungsquelle + V2 geschaltet ist. Die Referenzspannungsquelle 3B liefert eine Spannung VR, die den festgelegten Pegel bildet, auf dem die Synchronimpulse des zusammengesetzten Videosignals gehalten werden sollen. Vorzugsweise, jedoch nicht

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notwendig, besteht diese Quelle aus einem Spannungsteiler. Die Quelle besitzt einen Transistor Q5, dessen Kollektor mit Masse, dessen Emitter über die Serienschaltung einer Diode D1 und eines Widerstandes R6 an die Spannungsquelle ■fV3 und dessen Basis an das Spannungsteilernetzwerk geschaltet ist, welches aus einer Diode D2 und den Widerständen R7 und R8 besteht, die zwischen Masse und die Spannungsquelle + V3 geschaltet sind. Diese Schaltung ist das entsprechende Gegenstück zur Spannungsquelle 38 von Figur 1 mit einem endlichen in Serie geschalteten Innenwiderstand. Die Ausgangsspannung der Quelle wird am Emitter des Transistors Q5 abgenommen und an den Emitter des Transistors Q4 geschaltet.

Der Verstärker 4o besitzt einen Transistor Q6, der als Emitterfolger arbeitet, wobei die Basis an den Ausgang des Verstärkers 36 und der Kollektor über einen Widerstand R9 an die Spannungsquelle +V2 und der Emitter an das Filter 44 geschaltet ist. Der Widerstand R9 begrenzt den Kollektorstrom des Transistors Q6. Das Rückkopplungsnetzwerk 42 besteht aus einem Widerstand Rio, der zwischen die Emitter der Transistoren Q4 und Q6 geschaltet ist. Das Filter 44 besteht aus einer Diode D3 in Reihe mit einem Widerstand R11 und der Parallelschaltung eines Kondensators C1 mit einem Widerstand R12, die zwischen die Ausgangsklemme 32 und Masse geschaltet ist.

Die automatische Verstärkungsregelungsschaltung 24 arbeitet in der Art, daB der Strom in die Referenzspannungsquelle konstant gehalten wird, wodurch der Innenwiderstand der Spannungsquelle kleingehalten wird. Wenn der Transistor Q4 gesperrt ist, fließt der gesamte Strom in die Referenzspan-

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nungsquelle hinein und besitzt die Größe (Vo - Ve)/R1o wobei Vo die Emitterspannung des Transistors 06 und Ve die Emitterspannung des Transistors 04 darstellt. Wenn eine Eingangsspannung an die Basis des Transistors gelangt, die die Ausgangsspannung des Transistors 04 um den Spannungabfall VD erniedrigt, setzt sich der gesamte Strom in die Referenzspannungsquelle aus der Summe des Emitterstroms des Transistors 04 und des Rückkopplungsstroms durch den Widerstand Rio zusammen von der Größe VD/R5+

+ (Vo - Ve - VD)/R1o. Wenn R5 und Rio gleich groß gewählt werden, ergibt sich daraus ein Strom von (Vo - Ve)/R1o. Auf diese Weise bleibt die Spannung am Emitter des Transi- ' stors U4 konstant und deshalb wird ein Bezugspunkt konstanten Potentials geschaffen. Die Stromverstärkung ist ungefähr gleich R5/Re4, wobei Re4 den inneren Emitterbahnwiderstand des Transistors 04 darstellt. Eine genauere Untersuchung hinsichtlich Ladungseffekten und endlicher Stromverstärkung des Transistors bringt eine Rückkopplung von bis 99 %, wodurch die Wirkung des inneren Widerstandes der Referenzspannungsquelle (Re5) um den Faktor 5o bis 1oo vermindert wird.

Nachfolgend soll die dynamische Arbeitsweise der Schaltung erläutert werden. Es sei zunächst angenommen, daß die Stärke des zusammengesetzten Videosignals abnimmt, wodurch die Synchronimpulse weniger negativ werden, daß sie in Bezug auf die Null-Volt-Spannung positiver werden. Als Folge davon wird der Transistor 04 während der Synchronimpulsdauer mehr leitend, wodurch die Kollektorspannung des Transistors 04 absinkt. Als Folge davon nimmt die Leitfähigkeit des Transistors 06 ab, wodurch die Ausgangsspannung sinkt.

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Diese erniedrigte Ausgangsspannung erhöht die Verstärkung der Verstärkerstufen der geregelten Signalverstärker. Es soll nur angenommen werden, daß die Stärke des zusammengesetzten Videosignals zunimmt, wodurch die Synchronimpulse negativer werden, d.h. sie gehen mehr auf Null Volt zu. Infolgedessen nimmt die Leitfähigkeit des Transistors 06 ebenfalls zu, wodurch die Ausgangsspannung ansteigt. Diese erhöhte Ausgangsspannung erniedrigt die Verstärkung der geregelten Versterkerstufen. Während des normalen Betriebs, bei dem die Synchronimpulse in Höhe der Referenzspannung liegen, sind sowohl die Videoinformation als auch der Austastimpulspegel VB in Figur 2 positiv genug, um den Transistor Q4 in die Sättigung zu treiben, wodurch die Ausgangsspannung während dieser Intervalle auf ihrem niedrigsten Pegel liegt.

Der Zweck des Filters besteht darin, diesen Pegel während der Dauer der Videoinformation auf dem Ausgangspegel, der sich während der Synchronimpulsintervalle einstellt, zu halten. Dies wird folgendermaßen erreicht. Während der Synchronimpulsintervalle wird der Kondensator C1 mit einer durch den Widerstand R11 und den Kondensator C1 gegebenen Zeit konstanten aufgeladen. Diese Zeit konstante ist derart gewählt, daB C1 im wesentlichen voll aufgeladen ist, bevor der Synchronimpuls beendet ist. Während der Videoinformation entlädt sich der Kondensator C1 über den Widerstand R12 mit einer wesentlich längeren Zeitkonstanten als bei der Aufladung, so daB die Ausgangsspannung im wesentlichen während des gesanten Zeilenhinlaufs auf einem Pegel, der durch Synchronimpulse gegeben ist, konstant bleibt. Der Widerstand R12 ist größer als der Widerstand R11, um die erhöhte Zeitkonstante zu erhalten.

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Die Diode D3 verhindert, daß der Kondensator C1 über den Verstärker Q6 entladen wird.

Zusammengefaßt arbeitet der lineare Verstärker mit hoher Verstärkung in einem engen Bereich über und unterhalb des Pegels VR. Als Beispiel seien folgende Werte für die Schaltung angenommen:

o,7 V

J R₁₀ = 15 KOhm = 3o Ohm 3o Ohm

Verstärkung des automatischen Verstärkungsreglers Sf 5oo.

Auf diese Weise wird bei einer Änderung der Synchronimpulsspannung von 2 V um 4o mV eine Ausgangsspannung von ungefähr 1Θ V erzeugt.

R	= +2	V	V	V	V	Vbe
V₁	= + 5,	—	R₅
V₂	= + 2o	,0	^Re4
V₃	= -»-5,	7	R_e5

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Leerseite

Claims

GTS Laboratories Inc·, U.
S^ A.
3. Mai 1977

GTE-PA 94

PATENTANMELDUNG

Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung

Patentansprüche:

Fernsehempfänger mit einem geregelten Signalempfänger zur Erzeugung eines zusammengesetzten Videosignals, einer Schaltungsanordnung zur automatischen Verstärkungsregelung zur Erzeugung eines Regelsignals für den Verstärker, gekennzeichnet durch die Zusammenschaltung folgender Stufen:

A. Eine Referenzspannungsquelle (38) zur Erzeugung einer Referenzspannung VR, die einen festgelegten Pegel darstellt, auf welchem die Synchronimpulse des zusammengesetzten Videosignals festgehalten werden.

B. Ein erster Verstärker (36) zur Verstärkung des zusammengesetzten Videosignals mit einem ersten Transistor (04) in Emitter-Schaltung, wobei die Referenzspannungsquelle (38) an den Emitter des ersten Transistors (04) geschaltet ist, so daB der Kollektor des ersten Transistors (04)

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eine der Differenz zwischen den Synchronimpulsamplituden und dem festgelegten Pegel entsprechende Ausgangsspannung erzeugt.

C. Ein zweiter Verstärker (4o), der an den Ausgang des ersten Verstärkers (36) zur Verstärkung des zusammengesetzten Videosignals angeschlossen ist, wobei der zweite Verstärker (4o) einen zweiten Transistor (06) in Emitter-Schaltung besitzt.

D. Eine positive Rückkopplungsschaltung (Rio), die einen Teil der Ausgangsspannung des zweiten Transistors (06) an den ersten Verstärker (04) rückkoppelt,'zur Bildung eines Bezugspunktes konstanten Potentials am Emitter des ersten Transistors (04).

E. Ein Filter (C1, R12), das an den Ausgang des zweiten Verstärkers (4o) zur Erzeugung der Regelspannung angeschlossen ist.

2. Fernsehempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Signalempfänger (18) und den ersten Verstärker (36) ein Trennverstärker (34) geschaltet ist, der die Amplitude der Synchronimpulse des zusammengesetzten Videosignals in der Weise verändert, daß diese urn einen im wesentlichen der Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors (04) entsprechenden Betrag verändert wird.

3. Fernsehempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung über einen Widerstand (Rio) zwischen den Emittern des ersten (04) und zweiten Transistors (06) erfolgt.

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4. Fernsehempfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verstärker (36) einen Kollektorwiderstand (R5) besitzt, wobei der Kollektorwiderstand (R5) und der Rückkopplungswiderstand (Rio) im wesentlichen den gleichen Wert besitzen.
5. Fernsehempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungswiderstand (Rio) wesentlich größer als der Innenwiderstand der Referenzspannungsquelle (38) ist

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