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Farbsignalverarbeitungssschaltung in integrierter
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Schaltungstechnik für ein Farbfernsehempfangsgerät Die Erfindung betrifft
eine Farbsignalverarbeitungsschaltung in integrierter Schaltungstechnik für ein
Fernsehempfangsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der modernen Schaltungstechnik für Fernsehempfangsgeräte geht man
immer mehr dazu über, einen größtmöglichen Integrationsgrad einzelner Schaltungen
zu verwirklichen.
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Dies trifft insbesondere auch auf die Farbsignalaufbereitungsschaltung
zu. Als Beispiel sei auf einen integrierten Schaltkreis mit der Bezeichnung TDA
3500 verwiesen, der in Blockschaltung in der Fachzeitschrift "Funkschau", 16/1979,
Seite 919 und ff., beschrieben ist. Eine Weiterentwicklung stellt der von der Firma
Motorola Semiconductor Products Inc. entwickelte integrierte Schaltkreis TDA 3300
dar, der auf ein volles Multistandard-PAL-NTSC- und Secam-System erweiterbar und
mit einer automatischen Umschalteinrichtung für die Farbsignalverarbeitung bei PAL
und Secam ausgerüstet ist. Alle diese integrierten Schaltkreise weisen für die einzelnen
Grundfarben Rot, Grün, Blau entsprechende Matrixverstärker auf, die aus den Farbdifferenzsignalen
die Farbsignale der Grundfarben Rot, Grün, Blau erzeugen. Diese Farbsignale werden
in den Folgeschaltungen derart aufbereitet, daß sie allen Anforderungen an die naturgetreue
Farbwiedergabe durch die Farbbildröhre gerecht werden. Hierzu ist es notwendig,
daß die Farbsättigung durch elektronische Einsteller sowie der Kontrat und die Helligkeit
eingestellt werden. Ferner sind Tastschaltungen vorgesehen, die in Abhängigkeit
von den aus den Synchronimpulsen erzeugten Impulsen die Signale tasten,
sowie
Klemmschaltungen, die dafür Sorge tragen, daß ein bestimmter Schwarzwertpegel eingehalten
wird. Üblich sind auch Begrenzerschaltungen für Schwarz- und Weißwertpegel sowie
elektronische Einsteller hierfür. Die Impulse für die Tastung werden mit "Sand castle-Impulse"
bezeichnet und durch Generatorschaltungen aus den Vertikal- und Horizontalsynchronimpulsen
gewonnen.
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Derartige integrierte Schaltkreise weisen am Ausgang Treiberstufen
auf, die auch aus Differenzverstärkern bestehen können. Über diese Treiberstufen
werden die extern angeschlossenen Videoendverstärker gesteuert, die zur Ansteuerung
der Bildröhre mit den im Fernsehempfänger aus dem Eingangssignal gewonnenen Videosignalen
dienen. Bei RGB-Ansteuerung der Farbbildröhre beträgt die wünschenswerte 1 dB Bandbreite
einer Videoendstufe etwa 4 MHz, und die erforderliche Amplitude der Ausgangssignale
liegt bei etwa UBA = 100 V (Spitzenweiß-Austastpegel). Bei der Bildröhren-Kathodenansteuerung,
die z.Z. üblich ist, benötigt man als Ausgangsvideosignale die Farbsignale -R,-
-G und -B.
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Bei der Auslegung der Videoendstufen ist es wesentlich, daß die Last
weitgehend kapazitiv ist und vor allem aus den Bildröhren und Schaltungskapazitäten
von zusammen ca. 14 pF besteht. Die Wirklast, verursacht durch die Bildröhren-Kathodenströme,
spielt nur eine untergeordnete Rolle. Ausgehend von einer erforderlichen Amplitude
des Ausgangssignals bzw. Aussteuersignals der Bildröhre von ca. UBA 100 V muß die
Betriebsspannung an den Kathoden, so auch an der Endstufe selbst, ca. 200 V betragen,
da die Helligkeits- und Austaststeuerung über das aufbereitete Farbsignal in gleicher
Weise mit erfolgt.
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Zunächst sei noch auf die üblichen Endverstärker eingegangen. Die
größte Verlustleistung erzeugt eine Eintaktstufe der Klasse A, bei der der Transistor,
der über seine Basis angesteuert wird, und der Kollektorwiderstand, der an der Betriebsspannungsquelle
liegt, von einem Ruhestrom durchflossen werden. Die Entladung der Lastkapazität
erfolgt über den Transistor, die Aufladung über den Kollektorwiderstand. Damit die
Aufladung schnell genug erfolgt, muß der Kollektorwiderstand hinreichend klein gewählt
werden, was wegen der großen erforderlichen Ausgangssignalamplitude und damit hohen
Versorgungsspannung der Endstufe einen hohen RuhestromBdgnit eine große Verlustleistung
nach sich zieht. Wesentliche Nachteile bestehen in der großen Wärmeentwicklung und
darin, daß ein leistungsstarker Endtransistor und große Kühlkörper zur Abführung
der erzeugten Wärme erforderlich sind, die die unerwünschte HF-Abstrahlung und die
schädliche Lastkapazität vergrößern. Ein hoher Strombedarf und damit ein aufwendiges
Netzteil sowie Hochlastwiderstände sind außerdem notwendig.
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Die aufgezeigten Nachteile können durch die ebenfalls als bekannt
vorausgesetzten Endverstärker, bei denen die Aufladung der Kapazität über einen
Transistor erfolgt, weitgehend vermindert werden. Man unterscheidet die Endverstärker
in die Klassen AB und B. Im ersten Fall handelt es sich um zwei gleich dotierte
Transistoren (pnp), im zweiten Fall um eine Gegentaktendstufe. Die Schaltungen sind
in der Firmenschrift "Valvo Entwicklungsmitteilungen", Nr. 64 B, Seiten 4, 5 und
6 beschrieben. Durch diese neueren Schaltungsausbildungen der Endverstärker wird
die Verlustleistung zwar wesentlich verringert. Sie ist aber dennoch so groß, daß
eine Integration der Endverstärkerstufen in den integrierten
Schaltkreis
der Farbaufbereitungsschaltung z.Z. noch nicht möglich ist. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß die Betriebsspannung für die Endverstärkerstufen, bedingt durch die benötigte
relativ hohe Amplitude der Ausgangssignale zur Ansteuerung der Kathoden - dasselbe
trifft auch für die Wehnelt-Ansteuerung zu -, eine Integration nicht gestattet.
Die Ausgangsspannungen zur Ansteuerung der Endverstärkerstufen liegen in der Regel
bei ca. 5 V. Die Spannungsfestigkeit der integrierten Schaltung gestattet das Anschließen
der benötigten Betriebsspannung von ca. 200 V für die Endstufen nicht.
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Hinzu kommt, daß in der integrierten Technik die Verlustleistung sich
verstärkt wieder bemerkbar macht, da eine Wärmeabfuhr der durch die Verlustwärme
bedingten erzeugten Wärme nur bedingt möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von bereits vorhandenen
integrierten Schaltungen für die Farbsignalaufbereitung und dem Einsatz bekannter
Endverstärkerschaltungen, nach einer Lösung zu suchen, um die Betriebsspannung an
den Endverstärkern um ca. 25 % senken zu können und damit die Verlustleistung zu
verringern. Es soll ferner die Bildröhre austastbar sein.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei getrennter Ansteuerung
zueinander angeordneter Steuerelektroden der Bildröhre durch das Farbsignal und
die Bildhelligkeitseinstellinformation und Austastsignale die Endstufen leistungsärmer
ausgelegt sein können und die Betriebsspannung herabgesetzt werden kann. Dadurch
wird die Leistungsaufnahme wesentlich reduziert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach der im Patentanspruch 1 wiedergegebenen
technischen Lehre gelöst.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, die getastete Helligkeitssteuerung
und Austastung, die durch einen integrierten Schaltkreis eingangs beschriebener
Art ermöglicht werden, beizubehalten, den Pegel des Farbsignals durch die Helligkeitseinstellung
nicht direkt heraufzusetzen, sondern eine Steuerung der Helligkeit über die von
der Endstufe nicht angesteuerten Elektroden der Bildröhre zu ermöglichen, die eine
Helligkeitssteuerung gestatten. Dieses ist die Steuerung über die Steuergitter (Wehnelt)
bei Anschluß der Videoendverstärker an die Kathoden der Bildröhre. Im umgekehrten
Fall würde bei entsprechender Auslegung der Endstufen und der Ansteuersignale für
die Helligkeitsregelung auch bei umgekehrtem Anschluß die Schaltung voll funktionsfähig
sein.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Durch die Erfindung wird es erstmals möglich, die Betriebsspannung
für die Endverstärker um ca. 50 V herabzusetzen, was dem Aussteuerbereich der Helligkeitseinstellung
entspricht. Da zur Erzeugung der Helligkeitseinstellspannung ein gleich aufgebauter
Endverstärker vorgesehen sein kann, kann die gleiche Betriebsspannung auch an dem
Endverstärker zur Erzeugung der Helligkeitseinstellspannung verwendet werden, jedoch
mit einer wesentlich reduzierten Stromaufnahme. Ein gleicher Grundaufbau innerhalb
der integrierten Schaltung ist somit ebenfalls möglich. Der Endverstärker erzeugt
die zur Helligkeitseinstellung notwendigen Spannungen, die zweckmäßigerweise einer
am Wehnelt anliegenden negativen Vorspannung überlagert werden. Hierauf wird in
der Schaltungsbeschreibung anhand der Fig. 1 näher eingangen.
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In Fig. 1 ist in Form eines Blockschaltbildes ein erfindungsgemäß
ausgebildeter integrierter Schaltkreis für eine Farbsignalverarbeitungsschaltung
dargestellt.
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An den Eingängen A, B! C liegen die Farbdifferenzsignale R-Y, B-Y
und das Leuchtdichtesignal Y kapazitiv gekoppelt an. Die Farbsättigung wird über
die im integreirten Schaltkreis vorhandenen elektronischen Farbsättigungseinsteller
1 in Abhängigkeit einer angelegten Sättigungseinstellspannung U5 (2 bis 4 V) geregelt.
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Während der hinteren Schwarz schulter der Empfangssignale kann zusätzlich
eine Klemmung auf einen bestimmten Pegel durch vorgeschaltete nicht dargestellte
Klemmschaltungen erfolgen, die von einer getakteten Impulsaufbereitungsschaltung
2 gesteuert werden. Das über den dritten Eingang anliegende Leuchtdichtesignal Y
wird mittels eines Verstärkers 3 verstärkt und an die RGB-Matrixschaltung 4 a, b,
c weitergegeben. Aus den Farbdifferenzsignalen R-Y und B-Y wird in einer Farbdifferenzsignalmatrixschaltung
das Signal G-Y gewonnen. Alle drei Signale werden getrennten Matrixschaltungen 4
a, b, c zugeführt, wobei je eine einer Grundfarbe zugeordnet ist. An den Ausgängen
dieser Matrixschaltungen liegen die reinen Farbsignale Rot, Grün, Blau an. Die Ausgänge
der Matrixschaltungen sind mit Signalumschaltern 5 a, b, c verbunden, die bei Anliegen
eines Farbsignal, das vom Empfangssignal nicht abgeleitet ist, über die Matrixstufen
abschalten. Zusätzlich kann eine Klemmung, ähnlich der beschriebenen, über den Umschalter
erfolgen. Über diese Umschalter werden die einzelnen gerade anliegenden Farbsignale
elektronischen Kontrasteinstellern 6 a. b, c zugeführt, die durch eine extern angeschlossene,
mittels eines Potentiometers 7 regelbare Kontrasteinstellspannung UK auf einen bestimmten
Wert eingestellt werden. Die Ausgänge sind mit an sich bekannten Schaltungsanordnungen
7 a, b, c zur Tastung
auf bestimmte Werte ultraschwarz und kunstschwarz"
verbunden, die von den Vertikal- und Horizontal-Synchronimpulsen, die von der Impulsaufbereitungsschaltung
2 abgegeben werden, synchron getastet werden. Den Tastschaltungen sind Begrenzungsstufen
nachgeschaltet, die das Farbsignal auf bestimmte, von der Bildröhre abhängige Werte
begrenzen.
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Die Begrenzungsstufen sind mit den Bezugszeichen 8 a, b und c gekennzeichnet.
In der Regel sind auch noch Weißabgleichschaltungen nachgeschaltet, die der Einfachheit
halber hier nicht dargestellt sind. Als vorletzte Stufen in dem integrierten Schaltkreis
sind die Treiberschaltungen 9 a, b, c für die Endverstärker vorgesehen. Es kann
sich hierbei z.B. um von den Klemmimpulsen getastete Differenzverstärker handeln,
die den Vorteil haben, daß durch starke Gegenkopplung vom Ausgang der Endstufen
an einen Eingang nichtlineare Verzerrungen herabgesetzt werden der Frequenzgang
linearisiert und der Arbeitspunkt stabilisiert wird. Die Ausbildung der Treiberschaltungen
ist abhängig von dem Aufwand,der für die Signalverarbeitung betrieben werden soll.
Die Treiberschaltungen 9 a, b, c steuern die Endstufen 10 a, b, c signalabhängig
direkt, die in den integrierten Schaltkreises integriert sind. An den Endverstärkern
liegt eine Betriebsspannung UB2, die gegenüber der allgemeinen Betriebs spannung
UB1 etwa um den Faktor 10 größer ist. Zweckmäßigerweise beträgt UB1 ca. 12 V
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150 V. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Mabtahme, die Helligkeit
nicht über das Farbsignal selbst zu steuern - durch entsprechende Anhebung des Pegels
- sondern gesondert über andere Elektroden erfolgen zu lassen, kann die Betriebsspannung
auf die angegebenen Werte herabgesetzt werden. Dadurch ist die Verlustleistung der
Endstufen ebenfalls geringer, so daß
die mögliche Erwärmung herabgesetzt
wird. Die Ausgänge der Endverstärkerstufen, die gleichzeitig die Ausgänge der integrierten
Schaltung bilden, sind mit den Kathoden der Bildröhre 11 verbunden.
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Zur Ansteuerung der sand castle-Impulsverarbeitungsschaltung 2 dient
der in einer anderen Schaltung der Empfängerschaltung aus den anliegenden Synchronsignalen
gewonnene sand castle-Impuls 12. Von diesem Impuls werden die Vertikalimpulse, die
Horizontal- und die Klemmimpulse sowie die Bildimpulse abgeleitet. Die Impulse steuern
auch eine getastete Regelschaltung 13 für die Helligkeitsregelung, an deren Eingang
eine Helligkeitsregelspannung UH über ein Potentiometer 14 liegt. Zeitlich proportional
den anliegenden Tastimpulsen H, V, B und K werden die bestimmten Helligkeitsspannungen
zur Einstellung der Helligkeit der Bildröhre an den Endverstärker 15 durchgeschaltet
und von diesem weiter an das gemeinsame Steuergitter 16 verstärkt geleitet. Während
des Zeilenhinlaufs liegt über den Widerstand 17 an dem Steuergitter 16 eine Spannung
an, die zwischen 0 V bzw. der maximalen Betriebsspannung UB2 (150 V) individuell
mittels der Helligkeitseinstellspannung UH eingestellt ist. Da das Steuergitter
negativ vorgespannt und damit gegenüber den Kathoden negativer eingestellt ist,
wird während des Zeilenrücklaufs bzw. Bildrücklaufs der Elektronenstrahl in der
Bildröhre 11 gesperrt. Die negative Spannung wird von den Zeilenrücklaufimpulsen
18 abgeleitet, die über einen Widerstand 19 an einer Gleichrichterschaltung 20 anliegen.
Parallel zum Gleichrichter 20, über den das Signal gegen Masse geklemmt wird, liegt
ein Ladekondensator 21, von dem die negative Spannung über einen Widerstand 22 und
eine Stabilisierungszenerdiode 23 abgreifbar ist.
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Verschiebt sich das negative Potential am Steuergitter 16 durch den
anliegenden positiven Helligkeitssteuerimpuls von der negativen Vorspannung ( 300
Vss) derart, daß das Steuergitter gegenüber der Kathode ein höheres Potential aufweist,
so können die Elektronen von der Kathode zur Anode in der Bildröhre 11 fließen.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der integrierten Schaltung
durch Herausnahme der von gleichen Kenngrößen wie für die Farbsignale getakteten
Helligkeitseinstellung ist es möglich, sämtliche Schaltungsteile der Farbsignalverarbeitungsschaltung
in einem integrierten Schaltkreis zusammenzufassen. Dadurch wird der Platzbedarf
in einem Fernsehempfangsgerät wesentlich verringert und eine wesentliche Verbilligung
erzielt. Da das Steuergitter ohnehin eine Vorspannung aufweisen muß, ist auch hierfür
lediglich der Anschluß der vom Endverstärker des Helligkeitseinstellern anliegenden
Impulse erforderlich.