DE2840822C3

DE2840822C3 - Schaltungsanordnung zur Verstärkung von Videosignalen

Info

Publication number: DE2840822C3
Application number: DE19782840822
Authority: DE
Inventors: Dieter 6107 Reinheim Spannhake
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-09-20
Filing date: 1978-09-20
Publication date: 1981-06-04
Also published as: DE2840822A1; BE878907A; DE2840822B2

Description

Stand det 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 Bandbreite dieser bekannten Schaltungsanordnung genügt nur geringen Anforderungen. Bereits bei einer Frequenz von 4 MHz wird ein Abfall von 2.6 dB gemessen. Außerdem weist die Schallung frequenzabhängige Nichtlineraritaten auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. eine Schaltungsanordnung nach der eingangs genannten Art mit verbessertem Frequenzgang anzugeben, deren Übertragungskennlinie frequenzunabhängig linear verläuft

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.

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.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen ίο Schaltungsanordnung möglich.

Zeichnung

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden mit einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung anhand von Figuren näher beschrieben und erläutert Von den Figuren zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und

F i g. 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 Betriebsspannung führt.

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 8 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. Die Basiselektrode des Transistors 11 ist mit einem Kondensator 12 gegen Massepotential abgeblockt und liegt an der ersten Betriebsspannung (Klemme 4).

Zwischen einer zweiten Betiiebsspurnung 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 Reihenschaltung, bestehend aus einem Widerstand 14 und drei Dioden 15, 16 und i 7 gebildet. Der andere Zweig wird durch eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Widerstand 18, der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 19, einem Widerstand 20 und einer Diode 21

so verwirklicht. Die Basiselektrode des Transistors 19 ist an einem Verbindungspunkt 22 zwischen dem Widerstand 14 und der Diode 15 des ersten Zweiges angeschlossen. An einem Verbindungspunkt 23 zwischen dem Widerstand 20 und der Diode 21 im zweiten Zweig befindet sich der Signalausgang, an welchem das Videosignal an einer Klemme 25 abgreifbar ist. Das vom Punkt 8 abgewandte Ende des Widerstands 10 ist mit dem Signalausgang am Punkt 23 verbunden. Die erste Betriebsspannung an Klemme 4 ist im Vergleich zu der

M) zweiten Betriebsspannung an Klemme 13 niedrig.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei angenommen, daß an Klemme 1 ein sinusförmiges Videosignal liegt. Im Ruhezustand, d.h. bei dem in Fig. I mit 0 bezeichneten Spannungspegel des an Klemme I

h) 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 Ruhestroms wird durch den in der Reihenschaltung 14 bis 17 fließenden Strom gebildet; die andere durch den in der Reihenschaltung 18 bis 21 fließenden Strom. Die Größe des Stroms der zuletzt genannten Komponente wird durch zwei Faktoren bestimmt. Einmal durch die Höhe der Vorspannung durch die Dioden 15 bis 17 an der Basiselektrode des Transistors 19 und ein anderes Mal durch die Widerstandsgröße von Widerstand 20. Im 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 is ein Strom fließen, welcher lediglich durch den Widerstand 20 wie folgt bestimmt wird

J _T.g —

— "0

Ein Teil des zuletzt erwähnten Stromes Rießt über den als Rückkopplungswiderstand wirkenden Widerstand 10 und den Widerstand 9 gegen Masse p.b. Der entstehende Spannungsabfall dient zur Basisvorspannung des Transistors 5.

Wird das an Klemme 1 liegende sinusförmige Videosignal positiv, so fließt über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 3 mehr und über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 5 weniger jo Ruhestrom. Mit dem Absinken des Ruhestroms steigt die Kollektorspannung 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. Diese kapazitive Last ist durch die nunmehr gesperrte Diode 21 vom Kollektor des Transistors 11 entkoppelt und erscheint an der Basis des Transistors 19 mit einem um den Wert des Stromverstärkungsfaktors β des Transistors 19 verringerten Wert. Die Ausgangsspannung an der Lastkapazität 26 ändert sich als Folge auf die in positiver Richtung verlaufende Änderung des sinusförmigen Videosignals an Klemme 1 im Verhältnis von

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zur Eingangsspannung.

Während des Abfalls des an Klemme 1 liegenden Signals wird der über die Kollektor-EmitterStrecke des Transistors 3 fließende Strom geringer und der über die Kollektor-Einitter-Strecken der Transistoren 11 und 5 fließende Ruhestrom größer, so daß die Kollektorspannung des Transistors 11 abfällt. Über 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,

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 t>i eine Diode bei de» bekannten Schaltungsanordnung werden Übergangsverzerrungen vermieden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß diese Übergangsverzerrungen bei der bekannten Schaltungsanordnung im Anlaufgebiet des Stroms 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 19 ständig Strom fließt, kann sich dessen Einschaltungsverzögerung nicht störend bemerkbar machen. Wenn gemäß der Lehre der Erfindung verfahren wird, 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.
Der Ruhestrom beträgt:

20 hr.

IU₁

19 Ruhe ~

DlS .16.17

-u_K

Dieser Strom wird vom Widerstand 10 und den Transistoren 11 und 5 übernommen. Wird durch Steuerung des Eingangssignals 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 Ausgungsstrom den Wert iL = iRuhe-ho erreicht hat, wird Eh\ stromlos werden. Ein weiteres Ansteigen der Steuerspannung an Klemme 1 beeinflußt jetzt den Stromanteil im Widerstand 14, Dioden 15 bis 17 und in den Transistoren 11 und 5. Der Kollektorstrom in den Transistoren 11 und 5 wird weiter reduziert, somit fließt mehr Strom über den Widerstand 14 in die Basis von Transistor 19 und bewirkt ein weiteres kräftiges Ansteigen vom Kollektorstrom des Transistor 19, der über den WiJersta zd 20 in die Last fließt. Eine Verzögerung tritt dabei nicht auf. da Transistor 19 bereits eingeschaltet war, bevor die Dio-.e 21 stromlos wurde.

Wird die Steuerspannung an Klemme 1 wieder negativ übernehmen die Transistoren 11 und 5 zunächst mehr Strom vom Basiszweig des Transistors 19. so daß der Kollektorstrom in Transistor 19 und somit der Laststrom abnimmt und die Ausgangsspannung stark absinkt. Wird der Laststrom kleiner als der Ruhestrom von Transistor 19. wird die Diode 21 wieder leitend und Transistor U und Transistor 5 übernehmen den Differenzbetrag des Stromes.

Bei negativer Steuerspannung werden die Transistoren 11 und 5 stark leitend, die Ausgangslastkapazität wird )"'.i' über die Diode 21. die Transistoren 11 und 5 umgeladen. Wenn gemäß der Lehre der Erfindung verfahren wird, fliißt auch jetzt der Ruhcsirom des Transistors 19 über die Diode 21 sowie ein Strom vom Widerstand 14 über die Dioden 15, 16 und 17 in den Kollektor des Transistors 11.

Der aus der bekannten Schaltung niedrige Reststrom für die Transistoren Il und 9 durch den Basiszweig des Transistors 19 wird somit um den R11hestromanc.il des Transistors 19 erhöht, was ohne Zweifel die Verlustleistung der Transistoren 11,5 und 19 erhöht.

Die daraus resultierenden Vorteile eines verzerrungsfreien Stromübernaniiiebereichs auch bei höheren Frequenzen erweitern jedoch den Anwendungsbereich dieser Schaltungsart recht erheblich.

Anstelle der Dioden 15 bis 17 kann auch eine Zener-Diode mit einem entsprechenden Spannungsversatz U/= 3Ui) treten. Die Wirkung des Spannungsversatzes läßt sich mit dem Widerstand 20 einstellen. Für hohe Frequenzanteile kann der Widerstand 20 auch mit einem Kondensator 27 (gestrichelt gezeichnet) überbrückt werden. Man erhält damit einen nahezu konstanten Ruhestromverlauf für die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 19 mit zunehmender Frequenz.

In der Fig. 2 ist der Stromverlauf über die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 19, Il und 5 sowie über eine an der Klemme 25 angeschlossenen Last als Funktion der Zeit dargestellt. Bei einem sinusförmigen Videosignal an Klemme I fließt über die Kollektor- Emitter-Strecke des Transistors 19 ein Strom, welcher dem strichliert gezeichneten Verlauf in der F i g. 2 entspricht. Zeitrichtig dazu fließt über die Kollektor-F.mitter-Strecken der Transistoren 11 und 5 • ein Strom gemäß der strichpunktiert gezeichneten Linie. Der in der an der Klemme 25 angeschlossenen Last fließende Strom //.,<, weist den in der F i g. 2 mi* Vollstrich gezeichneten Verlauf auf. Aus den gezeigten Stromverläufen ist ersichtlich, daß sich die einzelnen

in Ruheströme — bedingt durch den fest definierten Ruhestrom — überlappen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist so wohl als Videosignalverstärker für Färb- als auch für Sch war/-Weiß-Bi Id wieder gabeein richtungen sowie für

ι ι ,illgemeine Signalverstärkung geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Schaltungsanordnung zur Verstärkung von Videosignalen, wobei

- der Kollektorausgang eines Transistorverstärkers über eine Diode und einen weiteren Transistor des gleichen Leitfähigkeitstyps mit der Betriebsspannungsquelle verbunden ist,

- die vom Kollektorausgang der Transistorschaltung abgewandte Elektrode der Diode den Signalausgang bildet und über ein erstes Kopplungselement mit einem invertierenden Eingang des Transistorverstärkers verbunden ist,

- der Kollektorausgang des Transistorverstärkers mit Hilfe eines zweiten Kopplungselementes mit der Basis des weiteren Transistors verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß zwischen dem Emitter des weiteren Transistors (19) und dem Signalausgang (25) ein Widerstand (20) angeordnet ist,

- daß das zweite Kupplungselement (i5, 16, 17) einen derartigen Gleichspannungsversatz ermöglicht, daß die Kollektor-Emitter-Strecke des weiteren Transistors (19) ständig im leitenden Bereich arbeitet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kopplungselement aus drei in Reihe geschalteten Dioden (15—17) in Durchlaßrichtung besteht.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnt., daß das zweite Kopplungselement eine Zener-Diode ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wid "stand (20) ein Kondensator (27) parallelgeschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne:, daß der Transistorverstärker aus einer Kaskodenschaltung zweier Transistoren (5,11) und einem dritten mit dem Eingangstransistor der Kaskodenschaltung emitter-gekoppelten Transistor (3) besteht und daß das erste Kopplungselement aus einem Spannungsteiler (9,10) besteht.