DE2819775A1

DE2819775A1 - Schaltungsanordnung zur automatischen strahlstrombegrenzung mit voneinander unabhaengigem schwellwert und dynamiksteuerbereich

Info

Publication number: DE2819775A1
Application number: DE19782819775
Authority: DE
Inventors: Joseph James Serafini
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1978-11-09
Also published as: FR2390062B1; AU520273B2; US4137552A; IT7822871A0; DE2819775C3; JPS5842997B2; AU3558878A; GB1601319A; ATA328678A; JPS53138223A; FR2390062A1; AT377404B; DE2819775B2; IT1095621B

Description

Schaltungsanordnung zur automatischen Strahlstrombegrenzung mit voneinander unabhängigem Schwellwert

und Dynamiksteuerbereich

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur automatischen Begrenzung des Elektronenstrahlstroms, der in einer Bildwiedergabeeinrichtung, wie etwa einer Bildröhre eines Fernsehempfängers, fließt, und betrifft insbesondere eine Schaltung mit einem aktiven Steuerelement, welches einen dynamischen Steuerbereich hat, der unabhängig von einem Schwellwertsteuerpegel eingestellt werden kann.

Übermäßige Strahlströme können dazu führen, daß die Bildröhre eines Fernsehempfängers ein schlechtes Bild liefert, übermäßige Strahlströme können in dieser Hinsicht die Funktionsfähigkeit des Ablenksystems des Empfängers beeinträchtigen, den Elektronenstrahl defokussieren und Überstrahlungserscheinungen verursachen. Übermäßige Strahlströme können aber auch die zulässige Strombelastbarkeit der Bildröhre übersteigen und möglicherweise die Bildröhre und die zugeordneten Schaltungskomponenten beschädigen.

Automatische Strahlstrom- oder Helligkeitsbegrenzungsschaltungen mit einem aktiven Steuerelement sind bekannt. Zum Beispiel sind derartige Strahlstrombegrenzungsschaltungen in den ÜS-PSen 3 674 932 und 4 067 048 beschrieben.

Ein aktives Element (beispielsweise ein Transistor) was als Steuerelement in einer Schaltung zur automatischen Strahlstrombegrenzung verwendet wird, liefert bei übermäßigem Strahlstrom typischerweise ein Steuersignal, das ein Maß für den erhöhten Strahlstrom ist. Das Steuersignal wird beispielsweise den Videosignalverarbeitungsschaltungen des Empfängers zur Beeinflussung

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des Gleichspannungspegels oder der Spitzenamplitude des Videosignals in einer Richtung zugeführt, welche dem durch das Videosignal hervorgerufenen übermäßigen Strahlstrom entgegenwirkt.

Beim Entwurf und beim Betrieb automatischer Strahlstrombegrenzungsschaltungen mit einem aktiven Steuerelement sind typischerweise zwei Parameter von Bedeutung. Der eine ist ein vorbestimmter dynamischer Steuerbereich für den Strahlbegrenzungsvorgang, während der andere ein vorbestimmter Schwellwert für den Strahlstrom ist, oberhalb dessen der Strahlstrom begrenzt werden soll. Der dynamische Steuerbereich und der Schwellwert für den Regelungseinsatz sollen möglichst unabhängig voneinander festgelegt werden können, so daß diese Parameter ohne gegenseitige Beeinflussung den jeweiligen Erfordernissen eines bestimmten Bildwiedergabesystems angepaßt werden können.

Der Strahlstrombegrenzer soll ferner mit relativ niedrigen Betriebsspannungen arbeiten können. Solche Spannungsquellen lassen sich genau regeln und ermöglichen eine engere Kontrolle des Betriebs des Strahlstrombegrenzers.

Eine entsprechend der Erfindung aufgebaute Schaltung enthält einen automatischen Strahlstrombegrenzer in einem System zur Verarbeitung von bilderwiedergebenden Videosignalen, mit einem Videosignal-übertragungskanal und einer Bildwiedergabeeinrichtung zur Reproduzierung eines Bildes in Abhängigkeit von den durch den Kanal übertragenen Videosignalen. Ferner ist eine Anordnung vorgesehen, die ein Signal liefert, welches die Größe des in der Bildwiedergabeeinrichtung fließenden Strahlstromes wiedergibt und einen Schwellwert dieses Signales bestimmt, oberhalb dessen Strahlstromerhöhungen entgegengewirkt werden soll. Ein aktives Stromleitungselement reagiert auf das erwähnte Signal und liefert ein Ausgangssteuersignal, welches ein Maß für die Größe des Strahlstromes ist, wenn der Schwellwert überschritten ist. Dem aktiven Element ist eine Gleichstromgegenkopplung zugeordnet, welche der Bestimmung eines dynami-

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schen Betriebsbereichs für die Steuerung des aktiven Elementes dient, wenn der Schwellwert überschritten ist, wobei die Größe des Steuerbereiches unabhängig von dem Schwellwert ist. Das Ausgangssteuersignal wird dann der Bildwiedergabeeinrichtung zugeführt, um deren anwachsenden Strom entsprechend der Größe des Steuersignals entgegenzuwirken.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der einzigen beiliegenden Zeichnung teilweise in Blockform dargestellt ist und einen Farbfernsehempfänger mit einer Schaltung gemäß der Erfindung darstellt.

Von einer Antenne 10 empfangene hochfrequente Schwingungen, die ein Videosignalgemisch enthalten, werden einer Signalverarbeitungsschaltung 20 zugeführt, die mit Hilfe von Zwischenfrequenz- und Demodulatorschaltungen ein Bildsignalgemisch ableitet, welches Färb-, Leuchtdichte-, Ton- und Synchronsignalkomponenten enthält. Ein Ausgangssignal der Schaltung 20 wird einem Farbkanal 30, einem Leuchtdichtekanal 40 und einer Synchronsignaltrennschaltung 50 zugeführt.

Der Farbkanal 30 enthält eine Frequenzselektionsschaltung 31, mit Hilfe deren die Farbkomponenten einer Farbverarbeitungsschaltung 34 zur Ableitung von R-Y, B-Y und G-Y Farbdifferenzsignalen zugeführt werden. Die Farbdifferenzsignale werden in einer Bildröhrentreiberschaltung 38 mit einem vom Leuchtdichtekanal 40 gelieferten Leuchtdichtesignal Y zu R, B und G-Farbsignalen matriziert, die dann entsprechenden Steuerelektroden einer Bildröhre 41 zugeführt werden.

Eine Leuchtdichteverarbeitungsschaltung 45 des Leuchtdichtekanals 40 dient der Verstärkung und anderweitigen Verarbeitung der Leuchtdichtekomponenten des Videosignalgemisches. Der Leuchtdichteverarbeitungsschaltung 45 sind Kontrast- und Helligkeitsregler 130 bzw. 150 zugeordnet, die noch näher erläutert werden.

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Die Synchronsignaltrennschaltung 50 trennt vom Videosignal periodische Synchronsignale für das Bild ab und koppelt sie auf die Äblenkschaltungen_i..60. Eine Hochspannungsquelle 70 (beispielsweise ein Spannungsvervielfacher) erzeugt aus den positiven periodischen Horizontalrücklaufimpulsen der Ablenkschaltung 60 Betriebshochspannungen für die Bildröhre 41. Ein Gleichspannungseingang der Hochspannungsquelle 70 ist über einen Widerstand 74 mit einer Quelle 71 im wesentlichen konstanten Stromes gekoppelt, welche einen strombestimmenden Widerstand 72 und eine Quelle geregelter positiver Gleichspannung Vg (+27 V) enthält. Ein in den Gleichspannungseingang der Hochspannungsquelle 70 fließender Strom I_ß ist ein Abbild des Strombedarfs der Bildröhre 41 .

Eine automatische Strahlstrombegrenzungsschaltung enthält eine dynamische Steuerstufe 110, welche über den Kontrastregler und den Helligkeitsregler 150 der Leuchtdichteverarbeitungsschaltung 45 zugeordnet ist, wie dies in der US-Patentanmeldung Ser. No. 794,088 mit dem Titel "Kinescope Beam Current Limiter Employing Sequential Control of Image Contrast and Brightness to Limit Beam Current" erläutert ist.

Die Steuerstufe 110 enthält einen normalerweise gesättigten, in Emittergrundschaltung betriebenen NPN-Transistor 120 hoher Stromverstärkung (Beta größer gleich 100). Der Kollektorausgang des Transistors 120 ist mit einem Steuereingang des Kontrastreglers 130 und einem Steuereingang des Helligkeitsreglers 150 über einen Widerstand 124 verbunden. Der Widerstand 124 und ein Widerstand 119 bilden eine Kollektorlastschaltung für den Transistor 120 und sind mit einer geregelten Quelle einer positiven Gleichspannung V_ß (+22 V) gekoppelt. Eine die Basis-Emitter- S tr ecke des Transistors 120 überbrückende Diode 118 verhindert einen Durchbruch des Transistors 120 in Sperrichtung. Die Verstärkung des Transistors 120 wird durch eine vom Kollektor zur Basis dieses Transistors geführte Wechselspannungsgegenkopplungsschleife stabilisiert, welche einen Wider-

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stand 114 und einen Kondensator 115 enthält. Ein zwischen den Kollektorausgang und den Basiseingang des Transistors 120 gekoppelter Widerstand 117 bildet eine Gleichspannungsgegenkopp lung für den Transistor 120.

Ein im wesentlicher konstanter Strom I_g von 1,64 mA, der von der Quelle 71 geliefert wird, hängt vom Wert der Spannung V_g, dem Basis-Emitter-Spannungsabfall V_ßE des Transistors 120 und dem Wert des Widerstandes 72 (R₇₂) nach der folgenden Gleichung ab

V - ν

ι = §USE ¹

ι = SE

¹S R₇₂

Dieser Strom stellt einen vorbestimmten maximal zulässigen Strahlstrom der Bildröhre unter normalen Betriebsbedingungen dar. Der Wert des Widerstandes 112 ist sehr klein gegenüber demjenigen des Widerstandes 72.

Unter normalen Betriebsbedingungen, wenn der Strahlstrombedarf (dargestellt durch den Strom I_ß, der in den Gleichstromeingang der Hochspannungsquelle 70 fließt) kleiner als der Wert des Stromes I_g ist, dann teilt sich der Strom I_g so auf, daß der über dem Widerstand 112 in die Basis des Transistors 120 fließende Strom-anteil den Transistor 120 gesättigt hält. In diesem Zustand nähert sich die Kollektorspannung V^ des Transistors 120 dem Massepotential (also 0 Volt), und der Kontrastregler 130 und der Helligkeitsregler 15O arbeiten normal ohne Einfluß auf die Stufe 110.

Im Falle einer Strahlstrombegrenzung, wenn der von der Hochspannungsquelle 70 aufgenommene Strom I_ praktisch gleich dem Pegel des Stromes I_g oder größer als dieser ist, dann wird der Basistreiberstrom des Transistors 120 kleiner. Der Transistor 120 gerät außer Sättigung und arbeitet im linearen aktiven Bereich, wo er eine Strahlstromsteuerung bewirkt. Die Kollektorsteuerspannung Vp des Transistors 20 steigt dann proportional

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dem Betrag, um welchen der Transistor 120 weniger leitet, wenn er sich in seinem aktiven Kennlinienbereich befindet. Die ansteigende Kollektorspannung hat einen Stromfluß I_ß vom Kollektor zur Basis des Transistors 120 über dem Widerstand 117 zur Folge.

Der bei Strahlstrombegrenzung erzeugte Strom I, teilt sich in zwei Anteile auf. Ein erster Anteil fließt zur Basis des Transistors 120 und stellt eine Vorspannung dar, welche den Transistor 120 in seinem aktiven Bereich leitend hält. Dieser Basisstromanteil des Stromes I^ ist wegen der hohen Stromverstärkung des Transistors 120 vernachlässigbar. Ein zweiter Anteil des Stromes I_fa fließt über die Widerstände 112 und 74 in den Gleichspannungseingang der Hochspannungsquelle 70. Dieser Stromanteil ist ein Maß für den übermäßigen Strahlstrombedarf oberhalb des Schwellwertes im Begrenzungsbetrieb, da die Stromquelle 71 dann keinen zusätzlichen Strom liefert.

Der Strom I. verhält sich umgekehrt proportional zum Leiten des Transistors 120 in dessen aktiven Bereich, und die Größe des Stromes I, entspricht dem Pegel des Strahlstrombedarfs über dem vorbestimmten Pegel (also dem Strom I_g). Die Ausgangssteuerspannung V_c ist proportional dem Strom I, und gleich der Summe des Spannungsabfalls am Widerstand 117 und des Basis-Emitter-Spannungsabfalls des Transistors 120, der im wesentlichen konstant ist, weil der Transistor 120 in seinem aktiven Bereich leitet.

Die vom Kollektor des Transistors 120 auftretende Steuerspannung V_c ist ein Maß für den mittleren Strahlstrombedarf anstatt für den Momentanwert oder den Spitzenwert, Der Grund hierfür liegt in der Wechselspannungsgegenkopplung mit dem Kondensator 115, Da dieser Kondensator eine niedrige Impedanz für eine Wechselkomponente oder Momentankomponente darstellt, welche am Kollektor des Transistors 120 auffceten kann, wird eine sol che Wechselkomponente der Basis des Transistors 120 über die-

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sen Kondensator 115 zugeführt. Diese zunächst auftretende wechselspannungsgekoppelte Wechselspannungskomponente erscheint in verstärkter Form am Kollektor des Transistors 120 und löscht die ursprünglich aufgetretene Wechselspannungskomponente aus.

Der Schwellwert 1^, bei welchem die Strahlstrombegrenzung beginnt, kann verändert werden, um den Erfordernissen eines speziellen Systems angepaßt zu werden, indem für den Widerstand 72 ein passender Wert gewählt wird. Auch kann die Größe des dynamischen Strahlbegrenzungsregelbereiches und der Gleichstromverstärkung des Transistors 120 innerhalb des Regelbereiches durch entsprechende Bemessung des Widerstandes 117 abgewandelt werden. Die Werte der Widerstände 72 und 117 und damit der Schwellwert und der Regelbereich können vorteilhafterweise unabhängig voneinander gewählt werden. Bei der beschriebenen Anordnung kann die der Stromquelle 71 zugeordnete Spannung Vg relativ niedrig sein und sich daher gut regeln lassen, was einem genau bestimmten Schwellwertstrom I_g zugute kommt.

Die Grenze des dynamischen Regelbereichs des Transistors 120 wird durch den Maximalwert der Spannung V_ bestimmt, der seinerseits vom Maximalwert des Stromes I. abhängt. Der Maximalwert des Stromes I. hängt ab von den Werten der Spannungsquelle V_B, des Widerstandes 119 (R₁₁₉), des Widerstandes 117 (R₁₁₇), des Widerstandes 124 (R₁-,) und des Basis-Emitter-Spannungsabfalls des Transistors 120 (V_ßE, näherungsweise 0,6 V) gemäß der Gleichung

^VB - ^VBE

I
^b(MAX)

und ist in diesem Beispiel gleich 0,53 mA. Die Steuerstufe wirict somit dem Strahlstrombedarf entgegen, welcher den vorbestimmten Wert des Stromes I_ um einen Betrag bis zu 0,53 mA überschreitet. Die Steuerstufe 110 wirkt im vorliegenden Bereich also einem Strom entgegen, der von der Hochspannungsschaltung 70 innerhalb eines Bereiches von etwa 1,64 bis 2,17 mA verlangt wird. 809845/1029

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Die am Kollektor des Transistors 120 bei der Strombegrenzung erscheinende Steuerspannung V_ und die entsprechende Steuerspannung, die am Verbindungspunkt der Widerstände 119 und 124 dann erscheint, beeinflussen dann den Kontrast-und den Helligkeitsregler 110 und 115, um einen übermäßigen Strahlstrom oberhalb des vorbestimmten Wertes zu begrenzen. Diese Betriebsweise ist in näheren Einzelheiten in der eingangs erwähnten gleichlaufenden Patentanmeldung erläutert.

Wenn der Strahlstrombedarf einen vorbestimmten Wert um einen Betrag innerhalb eines ersten Strahlstrombereiches übersteigt, dann dient die Steuerspannung V der Beeinflussung des Kontrastreglers 130 zur Veränderung der Spitzenamplitude des von der Leuchtdichtesignalverarbeitungsschaltung 45 verarbeiteten Videosignals im Sinne einer Begrenzung übermäßigen Strahlstroms oberhalb des vorbestimmten Pegels. Die entsprechende Steuerspannung, die dann am Verbindungspunkt der Widerstände 119 und 124 auftritt, wirkt dann jedoch nicht auf den normalen Betrieb des Helligkeitsreglers 150 ein. Wenn jedoch der Strahlstrombedarf einen vorbestimmten Pegel um einen relativ größeren Betrag innerhalb eines zweiten Strahlstrombereiches übersteigt, dann verändert die Steuerspannung V-, auch die Spitzenamplitude des Videosignals, wie bereits erwähnt, und die dann am Verbindungspunkt der Widerstände 119 und 124 auftretende Steuerspannung beeinflußt den Helligkeitsregler 150 so, daß der Gleichspannungswert des durch die Schaltung 45 verarbeiteten Videosignals ebenfalls im Sinne einer Begrenzung des übermäßigen Strahlstroms oberhalb des vorbestimmten Pegels verändert wird. So wirkt im letztgenannten Falle die vom Transistor 120 gelieferte Steuerspannung sowohl zur Veränderung der Spitzenamplitude, welche dem Bildkontrast entspricht, also auch des Gleichspannungspegels, welcher der Bildhelligkeit entspricht, im Leuchtdichtesignal in einem übermäßigen Strahlströmen entgegenwirkenden Sinne.

Von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind

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Abweichungen innerhalb des Erfindungsgedankens durchaus möglich, so kann beispielsweise die Steuerstufe 110 einen PNP-Steuertransistor enthalten, und verschiedene andere Anordnungen können vorgesehen sein, um einen Strom oder ein Signal zu erzeugen, welches den Strahlstrombedarf der Bildröhre wiedergibt.

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Claims

RCA 71,: vom 5. Ma1 1977 D-p[ _|ng p£t3r Schütz Dfpl.-lng. Wolfgang H8usler 8 München 86, Postfach 860668 RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.) Patentansprüche

1)) Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von Bildern entsprechenden Videosignalen mit einem Videosignalübertragungskanal und einer Bildwiedergabeeinrichtung zur Wiedergabe eines Bildes unter Steuerung durch die über den Kanal übertragenen Videosignale, mit einer Anordnung zur Lieferung eines die Größe des in der Bildwiedergabeeinrichtung fließenden Strahlstromes wiedergebenden Signales, welche eine Stufe zur Bestimmung eines Schwellwertes des Signals enthält, oberhalb dessen einem Anwachsen des Strahlstromes entgegengewirkt werden soll, gekennzeichnet durch eine Fühlschaltung (110) zur Ableitung eines Steuersignals, das der Größe des Strahlstromes entspricht, wenn der Schwellwert überschritten wird, durch ein in der Steuerschaltung enthaltenes aktives stromleitendes Element (120), welches unter Steuerung durch dieses Signal das Steuersignal an seinem Ausgang liefert, und durch eine Gleichstromgegenkopplungsschleife (117) für das aktive Element (120) zur Bestimmung eines dynamischen Betriebsrege lber ei ches für das aktive Element, dessen Größe unabhängig

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vom Schwellwert ist, v/enn dieser überschritten ist, und durch eine Koppelschaltung (124,119,130,150,45,38) zur Zuführung des Ausgangssteuersignals zur Bildwiedergabeeinrichtung (41) in einem dessen Stromleitung entgegenwirkenden Sinne entsprechend der Größe des Steuersignals.

2) Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Element einen Transistor (120) aufweist, dessen Eingangselektrode an die Schaltungsanordnung (72,74) zur Lieferung des dem Strahlstrom entsprechenden Signals angeschlossen ist und dessen Ausgangselektrode das Steuersignal liefert und das außerdem noch eine Eingangs- und Ausgangskreis gemeinsame Elektrode hat.

3) Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangs-, Ausgangs- und gemeinsame Elektrode Basis, Kollektor bzw. Emitter des Transistors sind und daß die Gleichstromgegenkopplungsschleife eine erste Impedanz (117) vorbestimmter Größe zwischen Kollektor und Basis des Transistors enthält.

4) Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kollektor und Basis des Transistors eine Wechselstromkoppelschaltung (114,115) angeordnet ist.

5) Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromkoppelschaltung eine Kapazität (115) enthält.

6) Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das dem Strahlstrom entsprechende Signal liefernde Schaltung eine Stromquelle (V_e,72) enthält, welche mit der Basiseingangselektrode des Transistors (120) und der Bildwiedergabeeinrichtung (41) gekoppelt ist.

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7) Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bilciwiedergabeeinrichtung (41) eine Hochspannungsquelle (70) vorgesehen ist, die einen mit der Stromquelle (V_g,72) gekoppelten Eingang und einen mit der Bildwiedergabeeinrichtung (41) gekoppelten Ausgang hat, und daß der dem Eingang der Hochspannungsquelle (70) zugeführte Strom ein Maß für den in der Bildwiedergabeeinrichtung fließenden Strom ist.

8) Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle eine Spannungsquelle (+V_c) sowie eine einen Strom bestimmende zweite Impedanz (72) vorbestimmter Größe zur Festlegung des Schwellwertes unabhängig von der Größe des dynamischen Betriebsregelbereiches aufweist.

9) Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Impedanz jeweils einen Widerstand enthalten .

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