DE2742937A1 - Videoverstaerker mit wechselspannungsgekoppelter spannungsfolger-ausgangsstufe - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE DH. DIETEK V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEDSLEK MAHIA-TnSRBSIA-8TRASSB 22

POSTFACH ββΟββ» D-8OOO MUENCUEN 86

TELEKOM OSS/17(HlOA 17 es IU

Telex nttxaan TKLEUIItMM SUMIlKZ

RCA Docket No. 69,794
Ser.No. 727,044

Filing Date: September 27,1976 69794 Sch/E

RCA Corporation

New York N.Y. (V.St.A.)

Videoverstärker mit wechselspannungsgekoppelter Spannungsfolger-Ausgangsstufe

Die Erfindung betrifft Videoverstärkerschaltungen, die sich insbesondere durch stabile Betriebseigenschaften auszeichnen und sich für die Ansteuerung einer Farbbildröhre mit einem relativ breiten Sperrtoleranzbereich (Schwarzpegel) eignen.

Beim Entwurf von Halbleiter-Videoverstärkern für die Ansteuerung moderner Farbbildröhren müssen einige sich widersprechende Forderungen erfüllt werden; hierzu gehören die Bandbreite, eine relativ hohe Betriebsgleichspannung und niedrige Ruhe-Gleichstromverluste. Insbesondere bei Präzisions-Inline-Farbbildröhren müssen die zugehörigen Videoverstärker häufig einen relativ großen Einstellbereich für die Gleichspannungskomponente der Ausgangsspannung haben,

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damit man die relativ großen Toleranzen der Sperrspannung für den Strahlstrom der einzelnen Strahlsysteme ausgleichen kann. Bei einer typischen derartigen Röhre kann ein Einstellbereich von 50 bis 60 Volt für die Strahlsperrspannung erforderlich sein, während andererseits eine Signalspannungsamplitude in der Größe von 110 bis 130 Volt oberhalb des Sperrpegels (schwarz nach weiß) notwendig sein kann. Zusätzliche Änderungen der Versoryungsspannung und praktische Beschränkungen der Betriebseigenschaften von Verstärker und Bildröhre erfordern, daß die Betriebsgleichspannung (B+) für die Videoendverstärker in der Größenordnung von 200 Volt sein soll.

Seit kurzer Zeit stehen preiswerte, breitbundige Videoverstärkertransistoren relativ niedriger Leistung zur Verfügung, die ohne Kühlkörper arbeiten können (so daß im Sinne einer Verbesserung der oberen Frequenzgrenze die Ausgangskapazität niedriger ist). Aus Gründen ihrer Kosten und Betriebseigenschaften ist es wünschenswert, solche Elemente in Videoausgangsstufen zu verwenden. Jedoch könnte eine Versorgungsspannung der erwähnten Höhe entweder zu einem Leistungsverbrauch führen, welcher die Betriebsgrenzen eines solchen Elementes überschreitet, oder die Frequenzgrenze des Verstärkers nachteilig beeinflussen.

Die nachfolgend zu beschreibende Erfindung ermöglicht nun die Verwendung solcher preiswerter breitbandiger Transistoren niedriger Leistung in Schaltungen, wo die für die Videoausgangsstufen benötigte Betriebsgleichspannung größer als die übliche Betriebsspannung solcher transistoren ist. Solche Bedingungen sind auch bei in monolithischer integrierter Form aufgebauten Videoverstärkern anzutreffen.

Alternativ kann ein der Endstufe vorausgehender Videoverstärker bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auch mit niedrigeren Betriebsspannungen, und damit mit geringerer Verlustleistung, betrieben werden.

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Gemäß einer Ausführung der Erfindung enthält eine Videoverstärkerschaltung, die sich zur Ansteuerung einer LiIdwiedergabeeinrichtung eignet, eine erste Breitbandverstärkerstufe, deren Verstärkungsfaktor für die Videosignalspannung wesentlich größer als 1 ist. Die Schaltung weist ferne eine zweite Breitbandverstii rkerstufe ι t einer Verstärkung für die Videosignalspannung von näherungsweise 1 auf, die mindestens ein Verstärkerelement enthält, das einen Eingangsanschluß, einen Ausgangsanschluß und einen Eingangs- unl Ausgangskreis gemeinsamen Anschluß hat. In Reihe mit dem Ai ^iMjsanschluß und dem gemeinsamen Anschluß ist eine Ausyangslastschaltung mit mindestens einem ersten und einem zweiten Widerstand gekoppelt. Mittels einer Koppelschaltung werden die verstärkten Ausgangssignale vom Ausgangsanschluß zu der Bildwiedergabeeinrichtung gekoppelt. Über einen ersten Kondensator werden die verstärkten Signale von der ersten Stufe zum Eingangsanschiuß der zweiten Stufe gekoppelt.

Kin zweiter Kondensator ist vom EingangsanschLuß der zweiten Stufe zu dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand der Lastschaltung gekoppelt, und über ihn gelangen die Videosignalschwingungen mit einer Polarität im Sinne einer Verringerung der Leitung des Verstärkereiementes zum Ausgangsanschluß.

In der beiliegenden Zeichnung ist ein Teil einer Fernsehempfängerschaltung dargestellt, welche drei gemäß der Erfindung aufgebaute Videoverstärker enthält.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, liefern drei für niedriger Pegel ausgelegte Videosignalverarbeitungi... liaL-tungen 10, die üblicher Art sein können, Bildsignale entsprechend den Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) über entsprechende, einstellbare Ansteuerjustierwiderstände 12, 14 bzw. 16 und zugeordnete Vorspannungsschaltun., η 18, 20 bzw. 22 zu

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einem Rotsignalverstärker 24, einem Grünsignalverstärker 26 bzw. einem Blausignalverstärker 28. In jedem dieser Verstärker 24, 26 und 28 können beispielsweise Breitbandverst.irkerelemente niedriger Verlustleistung, wie etwa als B-Verstärker geschaltete komplementäre Transistoren BF 422 und BF 423 enthalten sein.

Die verstärkten Rot-, Grün-und Blausignale gelangen von den Verstärkern 24, 26 und 28 über entsprechende Kondensatoien 30, 32 bzw. 34 zu Videotreiber- oder -endstufen 36, 38 bzw. 40, die gemäß der Erfindung aufgebaut sind.

Die Rot-, Grün- una Blausignale, deren Gleichspannungspegel einstellbar sind, (wie noch erläutert worden wird), werden von den Verstärkern 36, 38 und 4 0 auf die jeweiligen

Kathoden einer Bildröhre 42 gekoppelt. Die dargestellte Kathodenstrahlröhre ist eine sogenannte PI-Röhre (inline-Röhre) und enthält somit für alle drei Strahlsysteme eine gemeinsame Vorspannungsquelle für das erste Steuergitter (G₁) und eine gemeinsame einstellbare Vorspannungsquelle für das gemeinsame zweite Steuergitter (G₂).

Die Endstufen 36, 38 und 40 sind praktisch identisch, und aus diesem Grunde wird nur der Rotsignalverstärker 36 im einzelnen beschrieben. Die Endstufe 36 enthält einen als Spannungsfolger (mit auf Bezugspotential liegendem Kollektor) geschalteten Transistor 44, dessen Basis Eingangssignale über den Kondensator 30 zugeführt werden und von dessen Emitter Ausgangssignale in Gleichspannungskopplung der Rotkathode der Bildröhre 4 2 zugeführt werden. Der Emitterkreis des Transistors 44 enthält die Reihenschaltung von Widerständen 4 6 und 48 mit einem einstellbaren Gleichspannungspegel-Justierwiderstand 50 und einem an ein Bezugspotential (Masse) geführten Widerstand 52.

Mit Hilfe einer getasteten Klemmschaltung aus in Kaskade geschalteten Transistoren 54 und 56, einem Kollektor-

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lastwiderstand 58, einem Koppelwiderstand 60 und einem Filterkondensator 62 wird ein Bruchteil der Ausgangsspannung(am Verbindungspunkt des Widerstandes 48 mit dem Gleichspannungspegel-Justierwiderstand 50) während jeden Zeilenaustastintervalls mit einer Bezugsgleichspannung (V-p-,. verglichen. Der Kollektor des Transistors 56 liegt über einen Widerstand 60 am Verbindungspunkt des Koppelkondensators 30 mit der basis des Endtransistors 44, so daß an dessen Basis ein gewünschter Gleichspannungspegel aufrecht erhalten wird und die Gleichspannungskomponente der der Kathode der Bildröhre 42 zugeführten Ausgangsspannung bestimm: wird. Mit der Zeilenabtastfrequenz (Periode 1H) auftretende Tastimpulse werden einem Anschluß 64 zugeführt (Kollektoren des Transistors 54 und der entsprechenden Transistoren der Endstufen 38 und 40). Die Tastimpulse werden typischerweise von der nicht dargestellten zugehörigen Zeilenablenkschaltung abgeleitet und fallen zeitlich mit den Austastintervallen jeder Zeilenablenkperiode zusammen. Geeignete Spannungspegel sind an der neben dem Anschluß 64 dargestellten Kurvenform vermerkt.

Gemäß einem Aspekt der hier beschriebenen Erfindung ist ein Kondensator 66 zwischen die Basis des Spannungsfolgertransistors 44 und eine Anzapfung des Emitterlastwiderstandes (zwischen den Widerständen 46 und 48) gekoppelt. Infolge dieses Kondensators 66 kann sich die der Kathode der Bildröhre 42 zugeordnete Lastkapazität 68 über den Widerstand 46, dem Kondensator 30 und die vorangehende Verstärkerstufe 24 entladen, so daß das übertragungsverhalten des Spannungsfolgertransistors 44 für negativ gerichtete Spannungsamplituden des Ausgangssignals verbessert wird.

Der Kollektor des Transistors 44 liegt an der

Betriebsapannungsquelle B+, während der vorausgehende Verstärker 24 an einer niedrigeren Betriebsspannung (B+ - Δ&) liegt. Typische Werte für diese Spannungen sind +190 Volt bzw. +160 Volt.

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Im Betrieb der dargestellten Schaltung liefert der Verstärker 24 Rotsignale einer Spitze-Spitze-Amplitude (beispielsweise 130 Volt), wie sie zur Ansteuerung der Kathodenstrahlröhre 42 erforderlich ist. Diese Signale werden mit Bezug auf die Versorgungsspannung des Verstärkers 24,(beispielsweise +160 Volt) erzeugt, welche im Falle einer PI-Röhre für die Kathodenstrahlröhre 42 nicht ausreicht, um die erforderliche Sperrbereicheinstellung vorzunehmen. Die Signale gelangen über den Kondensator 30 in Wechselspannungskopplung auf die Basis des Spannungsfolgertransistors 44. Für positiv gerichtete Signalamplituden der Ausgangsspannung liefert der Transistor 44 den zur Aufladung des der Rotkathode der Röhre 42 augeordneten Lastkondensators 68 ( von beispielsweise ca 12 pF) erforderlichen Strom. Der Transistor 44 dient zur Herabsetzung der dem vorausgehenden Verstärker 24 sich darbietenden effektiven Kathodenkapazität um einen Faktor, gleich der Stromverstärkung (h_f ) des Transistors 44 ist, die in der Größenordnung von 50 liegen kann. Der Transistor 44 selbst kann vom Typ BF392 sein, der eine Kapazität in der Größenordnung von weniger als 2 pF aufweist. Die Gesamtwirkung der Einfügung der Ausgangsstufe 36 zwischen Verstärker 24 und Kathodenstrahlröhre 42 liegt in einer Verringerung der Anstiegszeit der der Kathode der Röhre 42 zugeführten Signale.

Durch negativ gerichtete Aus<jangssignalampli-

tuden wird ein üblicher einfacher Spannungsfolger normalerweise in Sperrichtung gesteuert, und die kapazitive Ausgangslast 68 entlädt sich über den Emitterwiderstand. Der effektive Emitterwirderstand des Spannungsfolgers 44 wird durch die Reihenschaltung der Widerstände 46, 48, 50 und 52 gebildet. Der Gesamtwert dieser Widerstände kann so hoch wie etwa 20 kOhm sein, damit der Leistungsverbrauch dieser Stufe relativ niedrig gehalten wird. Dieser relativ hohe Wert für einen Emitterwider-

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stand würde jedoch die Fähigkeit eines üblichen Spannungsfolgers, große negativ gerichtet Signalamplituden zu übertragen, erheblich beeinträchtigen. Die Kathodenkapazität der Röhre 42 könnte nur mit einer relativ langen Zeitkonstanten über einen solchen Emitterwiderstand entladen werden. Dadurch können die Abfallzeiten eines Signals wesentlich größer als dessen Anstiegszeiten werden. Bei der dargestellten Schaltung ermöglicht der Kondensator 66 eine Entladung der Lastkapazität 68 ( Kathodenkapazität) über den relativ kleinen Widerstand (beispielsweise 270 Ohm), den großen Kondensator 60 (beispielsweise 1 μΕ) und die Ausgangsimpedanz der vorangehenden Verstärkerstufe 24 auch für negativ gerichtete Signalanstiege mit genügender Schnelligkeit, um die Anstiegs- und Abfallszeiten praktisch gleichwerden zu lassen.

Die Gleichspannungskomponente der Ausgangsspannung am Emitter des Transistors 44 wird mit Hilfe der die Transistoren 54 und 56 und die zugehörigen Elemente enthaltenden Klemmschaltung eingestellt. Die Klemmschaltung wird während jedes Zeilenaustastintervalles angetastet und vergleicht den über den Widerständen 50 und 52 entstehenden Bruchteil der Ausgangsgleichspannung mit einer Bezugsspannung (V_RE_). Die Transistoren 54 und 56 leiten entsprechend dem Unterschied zwischen diesen Spannungen und verändern die Ladung des Koppel kondensators 30. Auf diese Weise wird der Gleichspannungspegel des am Emitter des Transistors 44 erscheinenden Videosignals während jedes Zeilenaustastintervalls auf einen gewünschten Pegel wieder hergestellt. Dieser Pegel läßt sich mit Hilfe des Widerstandes 50 bei der Justierung des Empfängers auf Übereinstimmung mit einem geeigneten Schwarzpegel einstellen. Die Schwarzpegelspannung kann über einen Bereich in der Größenordnung von 50 bis 60 Volt variiert werden, wie es für PI-Kathodenstrahlröhren erforderlich ist.

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Es sei auch darauf hingewiesen, daß die am Ausgang des Transistors 44 (Verstärkungsfaktor 1) erscheinende Signalamplitude praktisch gleich der vom vorausgehenden Verstärker 24 gelieferten Amplitude ist, jedoch hinsichtlich der geeigneten einstellbaren Schwarzpegelspannung unabhängig vom Gleichspannungspegel am Ausgang des Verstärkers 24 ist. Weiterhin hat jegliche Temperaturdrift im vorausgehenden Vorstärker 24 keine Auswirkung auf die Gleichspannung am Ausgang des Transistors 44. Die Verstärkerstufen 24, 2 6 und 28 können alle mit praktisch gleichen Vorspannungsbedingungen betrieben werden, die so gewählt sind, daß die gewünschte Linearität mit einer minimalen Versorgungsspannung (B+-4.V) erreicht wird. Die Verstärker 24, 26 und 28 können dadurch auf praktisch gleiche Anstiegszeiten gebracht werden, so daß Anstiegszeitunterschiede in den drei Signalkanälen vermieden werden, welche sich auf dem Bildschirm ähnlich wie Konvergenzfehler auswirken.

Jegliche Temperaturdrift des Transistors 44

selbst hat eine vernachlässigbare Auswirkung auf seine Ausgangsgleichspannung, da die Spannungsverstärkung des Transistors 44 nur den Wert 1 hat. Weiterhin ist von den Transistoren 54 und 56 nur eine relativ kleine Temperatur zu erwarten, die überdies von gleichen Temperaturdriften der den Verstärkern 38 und 4 0 zugeordneten Klemmschaltungen begleitet ist. Aus der Temperaturdrift der Klemmschaltungen sind praktisch keine Driftunterschiede, und damit auch keine Farbverschiebungen, zu erwarten.

Es ist gegebenenfalls auch möglich, jegliche gemeinsame Drift in den Klemmschaltungen dadurch zu kompensieren, daß man entgegengesetzte Drift der Bezugsspannung (V-™) vorsieht.

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Wenn die Erfindung hier auch unter Bezugnahme

auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, so sand im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen möglich. Nachstehend sind Parameter für eine typische Schaltung angegeben.

Kondensatoren 30,32,34	18	1 Mf	Ohm	Ohm
Widerstand 4 6	1	270	Ohm	Ohm
Widerstand 48		000	Ohm(einstell	MF
Widerstand 50	1	000	bar)	2 mF
	47		8 Volt
Widerstand 52		000	Volt
Widerstand 58		000	Volt
Kondensator 62		100
Kondensator 66		2,
Bezugsspannung (V )		+6,
B+	+ 190
B+ -Δν	+ 160

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   Videoverstärker zur Lieferung verstärkter Bildsignale an eine Bildwiedergabeeinrichtung, deren Eingangsimpedanz eine kapazitive Komponente hat, gekennzeichnet durch eine erste Breitbandverstärkerstufe (24), die eine Spannungsverstärkung für die Videosignale von wesentlich mehr als 1 hat, durch eine zweite Breitbandverstärkerstufe (36), die eine Spannungsverstärkung für Videosignale von etwa 1 hat und mindestens ein Verstärkerelement (44) enthält, das einen Eingangsanschluß, einen Ausgangsanschluß und einen Eingangs- und Ausgangskreis gemeinsamen Anschluß aufweist, durch eine Ausgangslastschaltung, welche mindestens einen ersten und einen zweiten Widerstand (46 bzw. 48) aufweist, die in Reihe zwischen den Ausgangsanschluß und den gemeinsamen Anschluß geschaltet sind, durch eine Koppelschaltung zur Kopplung der verstärkten Signale vom Ausgangsanschluß an die Bildwiedergabeeinrichtung (42), durch einen ersten Kondensator (30), über welchen die verstärkten Signale von der ersten Verstärkerstufe (24) zum Eingangsanschluß der zweiten Verstärkerstufe (J6) gekoppelt werden, und durch einen zweiten Kondensator (66) , welcher vom Eingangsanschluß zum Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand (46, 48) geführt ist und Videosignalamplituden einer die Leitfähigkeit des Verstärkerelementes zu verringern suchenden Polarität zum Ausgangsanschluß koppelt.
2. 2. Videoverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß der erste Widerstand (46) einen wesentlich niederigeren Wert als der zweite Widerstand (48) hat.

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   ORIGINAL INSPECTED
3. 3. Videoverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei chnet, daß der zweite Kondensator (66) für Bildkantenübergängen entsprechende Signalfrequenzen eine relativ niedrige Impedanz hat.
4. 4. Videoverstärker nach Anspruch 1, 2 oder 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des ersten Kondensators (30) in derselben Größenordnung wie die Kapazität des zweiten Kondensators (44) liegt.
5. 5. Videoverstärker nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Breitbandverstärkerstufe (24) eine erste Betriebsgleichsspannung (B+ - V) zugeordnet ist und daß der zweiten Breitbandverstärkerstufe (36) eine zweite Betriebsgleichspannung (B+) zugeordnet ist, welche wesentlich größer als erste ist.
6. 6. Videoverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslastschaltung mindestens ein einstellbares Widerstandselement (50) zur Veränderung der Gleichspannung am Ausgangsanschluß enthält.
7. 7. Videoverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Breitbandverstärkerstufe (36) weiterhin eine getastete Klemmschaltung (54, 56, 58, 60, 62) enthält, die mit dem ersten Kondensator (30) zur periodischen Wiederherstellung einer Gleichspannungskomponente in den der zweiten Stufe zugeführten Bildsignalen gekoppelt ist.

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8. 8. Videoverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbare Widerstandselement (50) zur Veränderung der Gleichspannungskomponente und damit des Schwarzpegels der auf der Bildwiedergabeeinrichtung dargestellten Bilder mit der Klemmschaltung gekoppelt ist.

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