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Schaltungsanordnung zur Verstärkung von Video-
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signalen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der
DE-OS 26 53 624 bekannt. Die Pandbreite dieser Schaltungsanordnung genügt nur geringen
Anforderungen. Bereits bei einer Frequenz ven 1 MHz wird ein Abfall von 2,6 dB gemessen.
Aulaerclem weist die Schaltung frequenzabhängig Nichtlinearitäten auf.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung
nach der eingangs genannten Art nit verbessertem Frequenzgang anzugeben, deren über
tragungskennlinie frequenzunabhängig linear verläuft.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs ermöglicht einen bis etwa 7 MHz
geradlinig verlaufenden Frequenzgang und eine im Übertragungsbereich frequenzunabhängige
lineare Übertragungskennlinie.
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Der Aufwand für zusätzliche Bauteile ist gering. Als weiterer Vorteil
ist anzusehen, daß durch Zwischenschaltung eines Widerstandes in die Emitterzuführung
eines Transistors einer sogenannten Aktiv-Laststufe mögliche Zerstörungen durch
Kurzschluß vermieden werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Tlauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung
möglich.
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Zeichnung Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im
folgenden mit einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnlmg anhand von Figuren näher
beschrieben und erläutert. Von den Figuren zeigen: lig. 1 eine Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung und Fig. 2 Stromzeitdiagramme zur Erläuterung der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung
Beschreibung der Erfindung Bei der in der Fig.
1 dargestellten Schaltungsanordnung wird das an der Klemme 1 liegende Videosignal
über einen Widerstand 2 der Basiselektrode eines Transistors 3 zugeführt. Die Kollektorelektrode
des Transistors 3 ist an einer Klemme 4 angeschlossen, welche eine erste Bet:riebsspannung
führt.
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Die Emitterelektrode ist zusammen mit der Emitterelektrode eines Transistors
5 über einen Widerstand 6 mit Massepotential verbunden. Die Basiselektrode des Transistors
5 ist über einen Widerstand 7 an einen Abgriff 3 eines aus Widerständen 9 und 10
gebildeten Spannungsteilers geschaltet. Die Kollektorelektrode des Transistors 5
ist mit der Emitterelektrode eines in Basisgrundschaltung arbeitenden Transistors
11 gekoppelt. i)ie Basiselektrode des Transistors 11 ist: mit einem Kondensator
12 gegen Massepotential abgeblockt und liegt an der ersten Betriebs spannung (Klemme
4). Zwischen einer zweiten Betriebsspannung an einer Klemme 13 und dem Kollektor
des Transistors 11 ist eine sogenannte aktive Lastimpedanz geschaltet. Diese aktive
Lastimpedanz besteht im wesentlichen aus zwei Zweigen. Der erste Zweig wird aus
einer Reihenschaltun«, bestehend aus einem Widerstand 14 und drei Diolen 15,16 und
17 gebildet. Der andere Zweig wird durch eine Reihenschaltung, bestehend aus einem
Widerstand 13, der HLollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 19, einen Widerstand
20 und einer Diode 21 verwirklicht. Die Basiselektrode des Transistors 19 ist an
einen Verbindungspunkt 22 zwischen
dem Widerstand 14 und der Diode
15 des ersten Zweiges angeschlossen. An einem Verbindungspunkt 23 zwischen dem Widerstand
0 und der Diode 21 im zweiten Zweig befindet sich der Signalausgang, an welchem
über einen Widerstand 24 das Videosignal an einer Klemme 25 abgreifbar ist. Das
vom Punkt 8 abgewandte Ende des Widerstands 10 ist mit dem Signalausgang am sinkt
23 verbunden. Die erste Betriebsspannung an Klemme /l ist im Vergleich zu der zweiten
Betriebsspannung an Klemme 13 niedrig.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei angenommen, daß an Klemme 1
ein sinusförmiges Videosignal liegt. Im Ruhezustand, d. h. bei dem in Figur 1 mit
0 bezeichnuten Spannungspegel des an Klemme 1 liegenden sinusförmigen Videosignals,
fließt über die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 11 und 5 sowie über
den Widerstand 6 ein Ruhestrom, welcher sich aus zwei Komponenten zusammensetzt.
Die eine Komponente des Ruhestrom wird durch den in der Reihenschaltung 14 bis 17
fließenden Strom gebildet; die andere durch den in der Rihenschaltung 1 bis 21 fließenden
Strom. Die Größe des Stroms der zuletzt genannten Komponente wird durch z>rei
Faktoren bestimmt. Einmal durch die liöhe der Vorspannung durch die Dioden 15 bis
17 an der Basiselektrode des Transistors 19 und ein anderes lIal durch die Widerstandsgröße
von Widerstand 20. In Ruhezustand sind die drei Dioden 15 bis 17 und der Basis-Emitter-Übergang
des Transistors 19 in Flußrichtung vorgespannt, so daß die Anode der Diode 21 gegenüber
ihrer kathode eine positive Potentialdifferenz aufweist. Die Diode 21 befindet sich
daher im leitenden Zustand. Über die Kollektor-Emitter-Strecke des
Transistors
19 kann ein Strom fließen, welcher lediglich durch den Widerstand 20 wie folgt bestimmt
wird
Ein Teil des zuletzt erwähnten Stromes fließt über den als Rückkopplungswiderstand
wirkenden Widerstand 10 und den Widerstand 9 gegen hasse ab. Der entstehende Spannungsabfall
dient zur Basisvorspannung des Transistors 5.
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Wird das an Klemme 1 liegende sinusförmige Videosignal positiv, so
fließt über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 3 mehr und über die Wollektor-Emitter-Strecke
des Transistors 5 weniger Ruhestrom.
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Mit dem Absinken des nuhestroms steigt die Kollektor-Spannung des
Transistors 11 mit einer Geschwindigkeit an, die verhältnismäßig unabhängig von
einer kapazitiven Belastung durch eine Kapazität 26 (gestrichelt gezeichnet) am
Signalausgang mit Klemme 25 liegt.
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Diese kapazitive Last ist durch die nunmehr gesperrte Diode 21 vom
Kollektor des Transistors 11 entkoppelt und erscheint an der Basis des itansistors
19 mit einem um den Wert des Stromverstärkungsfaktors ß des Transistors 19 verringerten
lernt. Die Ausgangsspannung an der Lastkapazität CCC? ändert sich als Folge auf
die in positiver Richtung verlaufende minderung des sinusförmigen Videosignals an
Klemme 1 im Verhältnis von R10 + R9 zur Eingangsspa@@@ung.
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R9 Während des Abfalls des an Klemme 1 liegenden Signals wird der
über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 3 fließende Strom geringer und
der über die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 11 und 5 fließende Ruhestrom
größer, so daß die Kollektorspannung
des Transistors 11 abfällt.
ueber die leitende Diode 21 und die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren
11 und 5 sowie dem Widerstand 6 wird die Lastkapazität 26 niederohmig schnell entladen.
Dadurch wird ermöglicht, daß die Ausgangsspannung schnellen negativen Änderungen
des an Klemme 1 liegenden Signals folgt.
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Durch den zusätzlichen Ruhestrom über die Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors 19, bedingt durch den erhöhten Spannungsversatz durch die drei Dioden
15 bis 17 gegenüber dem Spannungsversatz durch nur eine Diode bei der bekannten
Schaltungsanordnung werden Ubergangsverzerrungen vermieden. Die Erfindung beruht
auf der Crkenntnis, daß diese IJbergangsverzerrungen bei der bekannten Schaltungsanordnung
im Anlaufgebiet des Stromes auftreten, wenn der Transistor 19 von dem nicht leitenden
in den leitenden Zustand geschaltet wird, was bei der erfindungsgemäßen Schaltung
vermieden wird. Dadurch, daß nämlich durch den Transistor 9 ständig Strom fließt,
kann sich dessen Einschaltungsverzögerung nicht störend bemerkbar machen. Erfindungsgemäß
fließt durch den Transistor 19 auch Strom, wenn die Transistoren 11 und 5 durch
Leitendwerden der Diode 21 den Laststrom zunehmend übernimmt. Dem Ruhestrom im Augenblick
des Strom-Null-Durchgangs an der Klemme 25 angeschlossenen Last fällt dabei besondere
Aufmerksamkeit zu, weil der differentielle Laststrom hier am größten ist und bisherige
Einschaltverzögerungen, z. B. durch den Transistor 19, zu erheblichen Verzerrungen
mit zunehmender Frequenz führen würden.
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Der Ruhestrom beträgt: Tr. 19 Ruhe -
Dieser Strom wird vom Widerstand 10 und den Transistoren 11 und 5 übernommen. Wird
durch Steuerung des Eingangssignales der Stromanteil in den Transistoren 11 und
5 reduziert, wird dieser Anteil über die Ausgangslast fließen, ohne daß eine Verzögerung
eintritt, da sich an der Betriebsweise von Transistor 19 nichts geändert hat. Sobald
der Ausgangsstrom den Wert iL = iRuhe - i10 erreicht hat, wird D21 stromlos werden.
Ein weiteres Ansteigen der Steuerspannung an Klemme 1 beeinflußt jetzt den Stromanteil
im Widerstand 1t, Dioden 15 bis 1r, und in den Transistoren 11 und 5. Der Kollektorstrom
in den Transistoren 11 und 5 wird weiter reduziert, somit fließt mehr Strom iiber
den Widerstand 14 in die Basis von Transistor 19 und bewirkt ein weiteres kräftiges
Ansteigen vom Kollektorstrom des Transistor 19, der über den Widerstand 20 in die
Last fließt. Linse Verzögerung tritt dabei nicht auf, da Transistor 19 bereits eingeschaltet
war, bevor die Diode 21 stromlos wurde.
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Wird die Steuerspannung an Klemme 1 wieder negativ übernehmen die
Transistoren 11 und 15 zunächst mehr Strom vom Basiszweig des Transistor 19, so
daß der Kollektorstrom in Transistor 19 und somit der Lnststrom abnimmt und die
Ausgangsspannung stark absinkt.
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Wird der Laststrom kleiner als der Ruhe strom von Transistor 19, wird
die Diode 21 wieder leitend und Transistor 11 und Transistor 5 übernehmen den Differenzbet:rag
des St;romes.
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Bei negativer Steuerspannung werden die Transistoren 11 und 5 stark
leitend, die Ausgangslastkapazität wird jetzt über die Diode ,s1, die Transistoren
11 und 5 ungeladen. ErfindlnsgemäB fließt auch jetzt der Ruhestrom des Transistor
19 über die Diode 21 sowie ein Strom vom Widerstand 14 über die Dioden 15, 16 und
17 in den Kollektor des Transistors 11.
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Der aus der bekannten Schaltung niedrige Reststrom für die Transistoren
11 und 5 durch den Basis zweig des Transistors 19 wird somit um den Ruhestromanteil
des Transistors 19 erhöht, was ohne Zweifel die Verlustleistung der Transistoren
11, 5 und 19 erhöht.
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Die daraus resultierenden Vorteile eines verzerrungsfreien Stromübernahmebereichs
auch bei höheren Frequenzen erweitern jedoch den Anwendungsbereich dieser Schaltungsart
recht erheblich.
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Anstelle der Dioden 15 bis 17 kann auch eine Zener-Diode mit einem
entsprechenden Spannungsversatz UZ = 3UD treten. Die Wirkung des Spannungsversatzes
läßt sich mit dem Widerstand 20 einstellen. zur hohe Frequenzanteile kann der Widerstand
20 auch mit einem Kondensator 27 (gestrichelt gezeichnet) überbrücke werden. Silan
erhält damit einen nahezu konstanten Ruhestromverlauf für die Kollektor-Emitter-Strecke
des Transistors 19 mit zunehmender Frequenz.
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In der Fig. 2 ist der otronverlauf über die Kollektor-E;mitter4Strecken
der Transistoren 19, 11 und 5 sowie über eine an der Klemme 25 angeschlossenen Last
als Funktion der Zeit darGestellt. Bei einem sinusförmigen
Videosignal
an Klemme 1 fließt über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 19 ein Strom,
welcher dem strichliert gezeichneten Verlauf in der Fig. 2 entspricht. Zeitrichtig
dazu fließt über die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 11 und 5 ein Strom
gemäß der strichpunktiert gezeichneten Linie. Der in der an der Klemme 25 angeschlossenen
Last fließende ;,tron i Last weist den in der Fig. 2 mit Voll strich gezeichneten
Verlauf auf. Aus den gezeigten Stromverläufen ist ersichtlich, daß sich die einzelnen
Ruhe ströme - bedingt durch den fest definierten Ruhestrom - überlappen.
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Die erfindungsgemäße ,Schaltungsanordnung ist sowohl als Videosignalverstärker
für J2arb- als auch für Schwarz-Weiß-Bildwiedergabeeinrichtungen sowie für allgemeine
Signalverstärkung geeignet.