DE2742937C3 - Videoendverstärker, insbesondere für Farbfernsehsignale - Google Patents
Videoendverstärker, insbesondere für FarbfernsehsignaleInfo
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Description
Die [Erfindung betrifft einen Videoendverstärker, wie
er im Oberbegriff des Anspruchs I vorausgesetzt ist. Aus der DF-AS 19 24 510 ist eine Videoverstärkerschaltung
bekannt, deren Endstufe mit einer Vakuumröhre bestückt ist. von deren Anode aus die Bildrohre
angesteuert wird. Der Ausstcucrbcreich einer solchen Vakuumröhre isl normalerweise genügend groß, um
sowohl den relativ großen Amplitudenbereich der Bildsignale als auch einen genügend breiten Kinstcllbercich
für den Schwarzpcgcl. der zum Ausgleich der Bildröhrenioleranzen benötigt wird, zu umfassen.
Insbesondere bei Präzisions-Inline-I'arbbildiöhren (Plllöhren)
müssen zugehörige Videoverstärker häufiger einen relativ großen Einstellbereich für die Gleichspannungskomponente
der Ausgangsspannung haben, damit man die relativ großen Toleranzen der Sperrspannung
für den Strahlstrom der einzelnen Strahisystcme ausgleichen kann. Bei einer typischen derartigen Röhre
kann ein Kinstcllberc'vh von 50 bis 60 Volt für die
Strahlsperrspanniing erforderlich sein, während andererseits
eine Signalspannungsamplilude in der Größe von 110 bis 1 30 Volt oberhalb des Spcrrpcgels (schwarz
nach weiß) notwendig sein kann. Zusätzlich bedingen Schwankungen der Versorgungsspannung und gewisse
Betriebseigenschaften von Verstärker und Bildröhre, daß die Betriebsgleichspannung (/?+) für die Videoendverstärker
in der Größenordnung von 200 Volt liegen soll. Inzwischen stehen preiswerte, breilbandigc Videovcrstärkcrtransisloren
relativ niedriger Leistung zur Verfugung, die ohne Kühlkörper arbeiten können (und
wegen der deshalb niedrigeren Ausgangskapazität eine höhere Grenzfrequenz ergeben). Jedoch vertragen
solche Transistoren keine Versorgungsspannung der ei wähnten Höhe.
Um dennoch die aus Kostengründen und wegen ihrer sonstigen Betriebseigenschaften günstigen derartigen
Transistoren in Videoendstufen verwenden zu können, kann man einem solchen Verstärkertransistor einen
Emitterfolger nachschalten, der nun seinerseits ohne weiteres an eine höhere Betriebsspannung gelegt
werden kann. Während in der erwähnten bekannten Verstärkerschaltung der Endröhre ein Kathodenfolger
vorgeschaltet ist, der nur in einem relativ kleinen Bereich ausgesteuert wird und als Impadanzwandler zur
Anpassung an eine Verzögerungsleitung dient, welche der Endröhre vorgeschaltet ist, ist die Ansteuerspannung
bei einem als Treiber für die Bildröhre dienenden Emitterfolger erheblich größer, und außerdem ist der
Aussteuerbereich eines Emitterfolgertransistors kleiner als derjenige einer Kathodenfolgerröhre. Da nun dieser
Emitterfolgertransistor auf die kapazitive Eingangsimpedanz der Bildröhre arbeitet, kann es vorkommen, daß
er bei genügend schneller Ansteuerung in den Sperrzustand gerät und sich die Eingangskapazität der
Bildröhre nicht mehr über den re'ativ niedrigen Ausgan^swiderstand des Emitterfolgeriransistors entladen
kann, sondern sich einen anderen, mit einer größeren Zeitkonstante behafteten Endladeweg sucht.
Ί0 Dadurch werden aber die Ansteuerverhältnisse für die
Bildröhre für positiv und negativ gerichtete Signalflanken unterschiedlich, und die Ansteuersymetrie gehl
verloren.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise zu ermöglichen, daß die Auflade- und
Enlladczcitkonslanie für die Bildröhrenkapazität möglichst
gleich /u machen isl. um dadurch eine Angleichung der Anstiegs- und Abfallzeilen des
Videosignals an der Bildröhre zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Erfindung ermöglicht also die Verwendung solcher preiswerter, breitbandiger Transistoren niedriger
Leistung auch in Schaltungen, wo die für die
Videoausgangsstufen unter Berücksichtigung eines ausreichenden Einstellbereiches für die Sperrspannung
benötigte Betricbsgleichspannung größer als die übliche
Betriebsspannung solcher Transistoren ist. ohne daß I Asymmetrien bei der Aussteuerung der Bildröhre in
Kauf genommen werden müssen. Solche Bedingungen sind beispielsweise bei monolithischen integrierten
Schaltungen anzutreffen. Aber auch wenn die Verstärkertransistoren an sich eine höhere Betriebsspannung
vertragen würden, erlaubt die Erfindung kleinere
">5 Betriebsspannungen und damit niedrigere Verlustleistungen,
was für integrierte Schaltungen ebenfalls wichtig ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der
Zeichnungen näher erläutert, die einen Teil einer Fernsehempfängerschallung mit drei gemäß der Erfindung
aufgebauten Verstärkern zur Ansteuerung der drei Strahlsysteme einer Farbbildröhre darstellt.
Von einer Signalverarbcitungsschaltung 10 gelangen Farbsignale R, G und B über einstellbare Widerslände
12,14 bzw. 16 nach Hinzufügen von Vorspannungen aus Vorspannungsschaltungen 18, 20 bzw. 22 zu einem
Rotsignalverslärker 24, einem Grünsignalverstärker 26
bzw. einem Blausignalveistärker 28. In jedem dieser Verstärker 24, 26 und 28 können beispielsweise
Breitbandverstärkerelemente niedriger Verlustleistung, wie etwa als B-Verstärker geschaltete komplementäre
Transistoren BF422 und BF423 enthalten sein. Die
verstärkten Rot-, Grün- und Blausignale gelangen von den Verstärkern 24, 26 und 28 über Kondensatoren 30,
32 bzw. 34 zu Videoendstufen 36, 38 bzw. 40. Die Kot-, Grün- und Blausignale, deren Gleichspsnnungspegel
einstellbar sind (wie noch erläutert werden wird), werden von den Verstärkern 36, 38 und 40 auf die
jeweiligen Kathoden einer Bildröhre 42 gekoppelt. Die dargestellte Kathodenstrahlröhre 42 ist eine PI-Röhre
und enthält somit für alle drei Strahlsysteme eine gemeinsame Vorspannungsquelle für das erste Steuergitter
(Ci) und eine gemeinsame einstellbare Vorspanniingsquelle
für das gemeinsame zweite Steuergitter (C2).
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 geschalteten Transistor 44,
dessen Basis Eingangssignale über den Kondensator 30 zugeführt werden und von dessen Emitter Ausgangssignale
in Gleichspannungskopplung der Rotkathode der Bildröhre 42 zugeführt werden. Der Emitterkreis des
Transistors 44 enthält die Reihenschaltung von Widerständen 46 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 geschalleten Transistoren 54 und 56. einem
Kollcktorlastwiderstand 58, einem Koppehviderstand
60 und einem Filterkondensator 62 wird ein Bruchteil der Ausgangsspannung (am Verbindungspunkt der
Widerstände 48 und 50) während jeden Zeilenaustastintervalls
mit einer Bezugsgleichspannung ( Vhii) verglichen.
Der Kollektor des Transistors 56 liegt über einen Widerstand 60 am Verbindungspunkt des Koppelgenerators
30 mit der Basis des Endtransistors 44, so daß an dessen Basis ein gewünschter Gleichspannungspegel
aufrechterhalten wird und die Gleichspannungskomponente der der Kathode der Bildröhre 42 zugeführten
Ausgangsspannung bestimmt wird. Mit der Zeilenfrequenz auftretende Tastinipulse werden über einen
Anschluß 64 den Kollektoren der Transistoren 54 der Endstufen 36, 33 und 40 zugeführt Die Tastimpulse
fallen zeillich mit den Austastintervall jeder Zeilenablenkperiode
zusammen. Geeignete Spannungspegel sind an der neben dem Anschluß 64 dargestellten
Kurvenform vermerkt.
Zwischen die Basis des Spannungsfolgertransislors 44
und eine Anzapfung des Emitterlastwidcrstandes (zwischen den Widerständen 46 und 48) ist ein
Kondensator 66 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 Verstärker-Stufe
24 entladen, so daß das I "-^tragungsverhalten des
Spannungsfolgertransistor.. 44 ,ur negativ gerichtete
Spannungsamplituden des Ausgangssignals verbessert wird.
Der Kollektor des Transistors 44 liegt an der Betriebsspannungsquelle B+, während der vorausgehende
Verstärker 24 an einer niedrigeren Betriebsspannung (B+ -AV) liegt. Typische Werte für diese
Spannungen sind +190 Volt bzw. + 160 Volt.
Jm Betrieb 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 zugeordneten Lastkondensators 68 (von
beispielsweise ca. 12 pF) erforderlichen Strom. Der Transistor 44 setzt die dem vorausgehenden Verstärker
24 sich darbietenden effektiven Kathodenkapazität um einen Faktor herab, der gleich der Stromverstärkung
(hie) des Transistors 44 ist, die in der Größenordnung
von 50 liegen kann. Der Transistor 44 selbst kann vom Typ BF 392 sein, der eine Kapazität in der Größenordnung
von weniger als 2 pF aufweist. Durch die Einführung der Ausgangsstufe 36 zwischen Verstärker
24 und Kathodenstrahlröhre 42 läßt sich die Anstiegs zeit der der Kathode der Röhre 42 zugeführten Signale
verkürzen.
Durch negativ gerichtete Ausgangssignalamplituden wird ein üblicher einfacher Spannungsfolger mit einem
npn-Transistor normalerweise in Sperrichtung gesteuert, und die kapazitive Ausgangslast 68 entlädt sich
über den Emitterwiderstand, der für den Spannungsfolger 44 durch die Reihenschaltung der Widerstände 46,
48, 50 und 52 gebildet wird. Der Gesamtwert dieser Widerstände kann etwa 20 kOhm betragen, damit der
Leistungsverbrauch dieser Stufe niedrig gehallen wird. Dieser relativ hohe Wert für einen Emillerwiderstand
würde jedoch die Übertragungsfähigkeit eines üblichen Spannungsfolgers für große negativ gerichtete Signal
amplituden erheblich beeinträchtigen. Die Kathodenkapazität
der Röhre 42 könnte nur mit einer relativ langen Zeitkonstanten über einen solchen Emiiterwiderstand
entladen werden. Dadurch können die Abfallzeiten eines Signals wesentlich größer als dessen Anstiegszeit
ten werden. Bei der dargestellten Schallung ermöglicht der Kondensator 66 eine Entladung der Lastkapazität
68 (Kathodenkapazität) über den relativ kleinen Widerstand 46 (beispielsweise 270 Ohm), den großen
Kondensator 30 (beispielsweise 1 μΡ) und die Ausgangsimpedanz
der vorangehenden Verslärkerslufe 24 auch für negativ gerichtete Signalanstiege mit genügender
Schnelligkeit, um die Anstiegs- und Abfallzeiten praktisch gleichwerden zu lassen.
Die Gleichspannungskomponente der Ausgangsspannung am Emitter des Transistors 44 wird mit Hilfe der
die Transistoren 54 und 56 enthaltenden Klemmschaltung eingestellt, die während jedes Zeilenaustastiniervalles
angetastet wird und den über den Widerständen 50 und 52 entstehenden Bruchteil der Ausgangsgleichspannung
mit einer Bezugsspannung (Vim) vergleicht.
Die Transistoren 54 und 56 leiten entsprechend dem Unterschied zwischen diesen Spannungen und verändern
die Ladung des Koppelkondensators 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 im Sinne eines gewünschten
Schwarzpegels einjustieren. Die Schwarzpegelspan-
nung kann über einen Bereich in der Größenordnung von 50 bis 60 Voll variiert werden, wie es für
Pl-Kathodenstrahlröhren erforderlich ist.
Die am Ausgang des Transistors 44 erscheinende Signalamplitude ist praktisch gleich der vom vorausgehenden
Verstärker 24 gelieferten Amplitude, jedoch ist sie hinsichtlich der einstellbaren Schwarzpegelspannung
unabhängig vom Gleichspannungspegcl am Ausgang des Verstärkers 24. Weiterhin hat jegliche
Temperaturdrift im vorausgehenden Verstärker 24 keine Auswirkung auf die Gleichspannung am Ausgang
des Transistors 44. Die Verstärkerstufen 24, 26 und 28 können alle mit praktisch gleichen Vorspannungsbedingungen
betrieben werden, die so gewählt sind, daß die gewünschte Linearität mit einer minimalen Versorgungsspannung
(B+ —Δ V) erreicht wird. Die Verstärker 24, 26 und 28 können dadurch auf praktisch gleiche
Ansliegszeilen gebracht werden, so daß Ansliegszeitunterschiede in den drei Signalkanälen vermieden
werden, welche sich auf dem Bildschirm ähnlich wie Konvergenzfelder auswirken.
Auch eine Temperaturdrift des Transistors 44 selbst hat eine vernachlässigbarc Auswirkung auf seine
Ausgangsgleichspannung, da die Spannungsverstärkung des Transistors 44 nur den Wert 1 hat. Weilerhin ist von
den Transistoren 54 und 56 nur eine relativ kleine Temperaturdrifl zu erwarten, die überdies von gleichen
Temperaturdriften der den Verstärkern 38 und 40 zugeordneten Klemmschallungen begleitet ist, bei
denen praktisch keine Driftunierschiedc, und damit auch keine Farbverschiebungen, zu erwarten sind. Eine
gemeinsame Drift der Klemmschallungen kann auch durch cnigegcngesetztc Drift der Bezugsspannung
(Vm 1 j kompensiert werden.
Nachstehend sind noch Parameter für eine typische Schaltung angegeben.
Kondensatoren 30,32,34 | 1 μ Γ |
Widerstand 46 | 270 0hm |
Widerstand 48 | 18 000 0hm |
Widerstand 50 | IX)OO Ohm |
(einstellbar) | |
Widerstand 52 | 1000 Ohm |
Widerstand 58 | 47 000 Ohm |
Kondensator 62 | 10OnF |
Kondensator 66 | 2,2 μ F |
Bezugsspannung ('1/Rt-;.-) | + 6,8 Voll |
B+ | + 190VoIl |
B+ -AV | + 160VoIl |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Videoendverstärker, insbesondere für Farbfernsehsignal,
zur Ansteuerung einer Bildwidergabeeinrichtung, die eine kapazitive Eingangskomponente
hat, mit mindestens einer Breitbandverslärktrstufe, der über einen Koppelkondensator ein Spannungsfolger
nachgeschaltet ist, dessen Lastimpedanz einen zum Bezugspotential geführten Spannungsteiler
aufweist und mit einer Ansteuerelektrode der Bildwiedergabeeinrichtung gekoppelt ist. dadurch
gekennzeichnet, daß vom Abgriff des Spannungsteilers (46, 48) zum Eingang des Spannungsfolgers
(44) ein weiterer Kondensator (66) zur Ableitung der Ladung aus der kapazitiven Eingangskomponente (68) der Bildwiedergabeeinrichtung
(42) geschallet ist.
2. Videoendverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Ausgangsclektrode
des Spannungsfolgers (44) und dem Kondensator (66) liegende Widerstand (46) des
Spannungsteilers einen wesentlich geringeren Wert als der andere Tcilerwidersiand (48) hat.
3. Videoendverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des
Kondensators (66) in derselben Größenordnung wie die Kapazität des Koppelkondcnsaiors (30) liegt.
4. Videocnd verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastimpedanz (46, 48, 50,
52) zur Schwarzpcgelcinstcllung mit Hilfe eines einstellbaren Widerstandes (50) veränderbar ist, an
den eine Schwarzpegclkltnimschallung (54, 56) für
die Ladungswiedcrhcrstcllung im Koppclkondcnsator (30) angeschlossen ist.
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