DE3043944A1 - Stromrueckkopplungs-vorverstaerker - Google Patents

Description

Beschreibung
Stromrückkopplung s-Vorverstärker

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vorverstärker, insbesondere für eine Kameraröhre.

Eines der grundlegenden Probleme bei der Entwicklung eines Vorverstärkers für z.B. die Objektivseite einer Kamera betrifft die Regelung seines Frequenzganges oder genauer gesagt, die Bewertung des Frequenzganges. Idealerweise sollte der von der Bildaufnahmeröhre (z.B. Plumbikon, Vidikon, etc.) gelieferte Signalstrom in eine Spannung umgesetzt oder verstärkt werden, ohne daß ein"Verlust am Frequenzgang auftritt. Beispielsweise sollte der Frequenzverlauf von der Gleichspannung bis in die Größenordnung von 5 oder 6 Megahertz (MHz) linear sein. Das Problem besteht nun nicht darin, den Frequenzgang zu linearisieren sondern in der Bestimmung bzw. dem Nachweis der Linearität des Frequenzganges. Das heißt, daß der Vorverstärker für eine Bewertung des Frequenzganges über einen Bereich von Betriebsfrequenzen durchgeprüft werden muß, was ohne die Störung der Betriebsmerkmale des Vorverstärkers sehr schwierig zu bewerkstelligen ist, da ein Anlegen von Testsignalen an den Verstärkereingang den Frequenzgang selbsttätig stört.

Das vorstehend beschriebene Problem bei herkömmlichen Rückkopplungsverstärkern für Aufnahmeröhren wird zum Teil dadurch geschaffen, daß zum Erzielen eines möglichst minimalen Rauschens großvolumige Lastwiderstände verwendet werden, deren Widerstandswerte zwischen 1/2 Million und 2 oder

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5 Millionen Ohm liegen. Diese Lastwiderstände mit hohen Widerstandswerten haben sehr wirksame Eigenkapazitäten und auch Streukapazitäten zur Masse hin, wodurch bewirkt wird, daß die Rückkopplung bei Frequenzsehwankungen variiert. Ferner sind diese Störkapazitäten nicht vorausbestimmbar, so daß es notwendig ist, eine einstellbare Kompensation im Vorverstärker vorzusehen· Um jedoch diese Einstellungen durchzuführen ist es, wie vorstehend erläutert, notwendig, den Vorverstärker für den in Frage kommenden Frequenzbereich durchzuprüfen. Jeder Prüfvorgang interferiert üblicherweise nrit den Betriebsmerkmalen des Vorverstärkers, wodurch die vorgenommenen Einstellungen wieder zunichte gemacht werden.

Ein weiteres Problem tritt bei herkömmlichen Vorverstärkern beim Einsatz von Anti-Kometenschweif röhren auf. Beim Entladen von Spitzlichtern können diese Röhren Signalstrome bis zu 80 Mikroampere erzeugen^ was in einem Vorverstärker mit eignem Rückkopplungswider stand von 1 Million Ohm 80-Volt-Impulse erzeugt. Es ist wesentlich, daß der Vorverstärker in der Lage ist, derartige Pulse aufzunehmen, ohne in die Sättigung zu gelangen, andernfalls sind überlange Erholungszeiten unvermeidbar. Infolgedessen werden Hochspannungszuführungen erforderlieh und der Vorverstärker-Leistungsbedarf kann empfindlich hoch werden.

Ein weiterer Nachteil bei herkömmlichen Vorverstärkern besteht darin, daß ihre zum Nullsignalstrom (Schwarzwert-Aussteuerung) korrespondierende Ausgangs-Gleichspannung nicht genau festgelegt ist und mit der Temperatur schwankt. Dies führt zur Notwendigkeit irgendeiner Schwarzwertklemmung, um so die Schwarzwert-Aussteuerung vor dem Dunkeltasten wieder exakt zurückzustellen.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, einen Stromrückkopplungs-Vorverstärker zu schaffen, der einen zufriedenstellenden linearen !Frequenzgang bei geringem Rauschen über die gesamte Bandbreite besitzt; ferner soll der Stromruckkopplungszweig einen linearen Frequenzgang aufweisen und gegenüber äußeren Rauscheinflüssen unangreifbar sein; außerdem soll der Stromrückkopplungs-Vorverstärker für Anti-Kometenschweifaufnahmeröhren und -Schaltungen verwendbar sein und dabei die hohen Strompulse bei einer niedrigen Spannungszufuhr ohne weiteres verarbeiten können; schließlich soll der Stromrückkopplungs-Vorverstärker eine genau vorbestimmbare Ausgangsgleichspannung erzeugen, die dem Nullsignalstrom (z.B. der Schwarzaussteuerung) entspricht, um dadurch die Notwendigkeit einer Schwarzwertklemmung im Anschluß an den Vorverstärker zu erübrigen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist bei einem Stromrückkopplungs-Vorverstärker der eingangs definierten Art gekennzeichnet durch einen vom Ausgang zum Eingang angeschlossenen Lichtleitungs-Rückkopplungszweig zur Erzeugung eines dem Ausgangssignal entsprechenden StromrückkoppluBgssignals.

Mit dieser erfindungsgemäßen Anordnung werden die vorgenannten Nachteile von Vorverstärkern nach dem Stand der Technik überwunden, wobei die Schaltungsanordnung bei Kameraröhrensystemen und auch in Situationen anwendbar ist, in denen Strom in Spannung über eine große Bandbreite bei niedrigem Rauschen umgesetzt wird. 3o

Im einzelnen wird der Vorverstärker aus einem Feldeffekttransistor (FET)-Verstärker gebildet, der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse aufweist und wobei die Stromrückkopplung

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durch Modulation einer lichtemittierenden Diode (LED) entsprechend dem MOT-Verstärker-Ausgangssignal über einen Ausgangstransistor erhalten wird und wobei das resultierende Lichtsignal auf den Eingangsanschluß über eine Lichtleitfaser und eine lichtempfindliche Photodiode zurückgeführt wird. Der Lichtrückkopplungszweig besitzt einen sehr linearen Frequenzgang über die gesamte Bandbreite, wodurch die Frequenzgangprobleme, wie sie bei mit hohen Widerständen rückgekoppelten Vorver stärkern auftraten, umgangen v/erden.

Bei der Verwendung mit einer Anti-Koaetenschv/eifröhre wird eine Referenzspannung an den AusgangsanscfaluB über eine Diode angeschlossen₉ um das Ausgangssignal zu be·= grenzen, ohne di.s Büekkopplungssignal zu dämpf en ο Die Signalspannungen is Vor-TerstärkerseJxaltfereis braueliea niemals einige wsnise Volt zn übersteigen ₉ weshalb ancla nur eine niedrige Spannungszufuhr "benötigt

Nachstehend werden Ausfüiiruagsbeispiel© der Erfindun anhand von Seiekmaagen aä&ar srlätitsr-to ISs saigens

Fig. 1 sine \"©rsinfacht® seheiiatisciie Schaltungsaaordnuag nach den Merlaaaiss der Erfindung und

Fig. 2 einen ssheaatiseli@H Sehaltungsaufbaia. eia©? Implementierung der Schaltung nach Figo 1_O

Obwohl das beschriebene Ausfübruagsbeispiel der Erfindiang im Rahmen einer Verwendung b&± einer Kamerarohr© beschrieben wird, versteht ©3 sicn₂ daß die Schaltung auch im Zusaismea-» hang mit anderen Asv/endungsfallen, wo ein Stroa umgesetzt werden ,tcII, und zv;ar übs? eiae große 3andbx-eits bei

niedrigem Bauschen, mit genau definiertem Frequenzgang, einer geringen Offsetspannung und wo ein Niederspannungsbetrieb gewünscht wird, mit Vorteil eingesetzt werden kann.

Zu diesem Zweck ist ein !Feldeffekttransistor (EES?)-Eingangsverstärker 12 an seinem Minuseingang an ein über einen Eingangsanschluß 14 von einem Kameraröhrentarget (nicht dargestellt) ankommendes Signal angeschlossen. Der Minuseingang ist ebenfalls mit der Anode einer (EM) Photodiode 16 verbunden. Die Kathode der Photodiode 16 steht mit einer positiven Spannungsquelle (z.B. +12 7) 18 in Verbindung. Der positive Eingang des HST-Verstärkers 12 ist an Masse gelegt.

Der Ausgang des HET-Verstärkers 12 steht mit der Basis eines Ausgangstransistors 20 in Verbindung, dessen Kollektor mit der Kathode einer lichtemittierenden Diode (LED) 22 verbunden ist. Die Anode dieser letztgenannten Diode ;> ist mit einer positiven Spannungsquelle (z.B. +12 V) 24 verbunden. Ein Lichtstrahlsignal 25, welches von der LED 22 erzeugt wird, ist über eine Lichtleitfaser 26 an die Photodiode 16 angeschlossen.

Der Emitter des Transistors 20 liegt über einen Lastwiderstand 28 an Masse, über eine Begrenzungsdiode 52 und einen V/iderstand 54 an einer Referenzspannungsquelle 50 und ferner an einem Videoausgangsanschluß 56.

Im Betrieb wird die Stromrückkopplung dadurch erzielt, daß die LED 22 mit dem über den Kollektor des Transistors 20 zugeführten Ausgangssignal moduliert und das sich ergebende Lichtstrahlsignal 25 zur Photodiode 16 über die Licht-

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leitfaser 26 weitergegeben wird, die Photodiode 16 ist mit dem Eingang des FEI-Verstärkers 12 gemeinsam mit dem Eingangssignalstrom für diesen Verstärker am Eingangs— anschluß 14 verbunden.

Das Ausgangssignal wird durch die Diode 32 begrenzt und dadurch die Referenzspannung 30 auf einen vorbestimmten Begrenzungsbereich festgelegt. Der Widerstand 34 bestimmt die Weichheit der Begrenzung.

Fig. 2 stellt eine detailliertere schematische Darstellung der Schaltung nach Fig. 1 dar, wöbe, entsprechende Bauelemente mit denselben oder, ahnlichen Bezugszeiehen versehen sind. Der Tideoeingang 14 wird einem Feldeffekt— transistor (FM?) 38 zugeführt und damit auch einem Sin— gangsfecansistor 40, um ein Kaskode-EFetzwerk festzulegen, welches den Miller-Effekt herabsetzt. Der Ausgang des Eingangstransistors 40 wird an einen Operationsverstärker mit einer Kilo, dopplung 42 gelegt, wobei die Teile 38, 40,42 den FEE-V erstärker 12 nach Fig. 1 bilden. Der FED-38 wird so gewählt, daß er sehr geringe JRauscheigenschaf-. ten besitzt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 42 ist eine Gleichspannung, die lediglich wegen ihrer "eigentümlichen Gleichspannungskennwerte über eine Zenerdiode/ Widerstandsanordnung 44 auf Masse gelegt und dem Ausgangstransistor 20 zugeführt wird. Eine Kapazität 46 verhindert, daß Spannungszufuhr-Storungen an der Kathode der Photodiode 16 ein Übersprechen im Schaltkreis erzeugen.

Der Lichtleitungsrückkqpplungszweig besitzt einen sehr

linearen Frequenzgang, d.h. die EED 22 weist einen linearen Frequenzverlauf von Gleichspannung bis mindestens 20 MHz auf, und die Photodiode 16 ist bis in den Mega- _¥ hertzbereich ebenfalls genügend" linear. Ferner ist der

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Lichtleitungs-Rückkopplungszweig nicht anfällig für ein Rauschen, da keine Verbindung zur Masse zwischen dem Ausgang des Verstärkers 12 und seiner Rückkopplungs-Eingangsklemme besteht, solange dafür gesorgt ist, daß kein äußeres Licht in die Lichtleitfaser 26 gelangt.

Anti-Kometenschweifpulse großer Amplitude werden bei einer Niederspannungszufuhr ohne Schwierigkeiten verarbeitet, da der relativ geringe Lastwiderstand 28 den Gebrauch einer niedrigen Ausgangsspannung während des normalen Röhrenbetriebs von z.B. 10 mV gestattet. Während des Auftretens von Anti-Komstensehweifpulsen von z.B. tausendfacher Signalgröße liegt die erzeugte Ausgangsspannung nur in der Größenordnung von 1 VoIt₉ was innerhalb des Arbeitsbereichs der Niedsrspannungs-Vorverstärkerschaltung liegt.

Außerdem erlaubt die Verwendung des liiehtlt kopplungszweigs sine genaue Bestimmung d©r Aussteuerung, d.h. -ein Hulispasnuagssigsal₉ da ©la Video-Pegel (Schwär ζ wert) am Eingang 14 srssts ®i:s®a entsprechenden Null-Video-Pegel am TorTersiaiaasssnissaag 36 erzeugt. Im einzelnen ergibt sicli ein I\rallsigsa! von der Photodiode 15, wenn eine Null spannung, am Ijbigsmg 14 liegt, was bewirkt, daß im Ausgangstransistor SO ImIlstrom herrscht und kein Signal vom LED 22 abgegeben wird, ebenfalls kein Lichtsignal in der ' Lichtleitfaser 26 enthalten ist und daß am AusgangsasseliluB JS 2IuII-spannung (d.h. eine vorbestimmbar© Seli'-'/arsauss'fe©ii©r^jBag) herrscht.

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Claims (13)

1. PATENTANWÄLTE DlPL.-!xS. H. WEICKHANy, DiPL.-PHYS. Dr. K. FlNCKE

   Dipl.-Ing. F.A.¥eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. Liska

   Ha/KO ⁸⁰⁰° ^ΜϋΝ^^ΗΕΝ 86, DEN

   POSTFACH 860 820

   MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22 ID-2599

   AMPEX CORPORATION

   401 Broadway

   Redwood City, Calif. 94063, V.St.A.

   Stromrückkopplungs-Vorverstärker Patentansprüche

   1, Stiromrückkopplungs-Vorverstärker mit einem Eingangssignal an seinem Eingang und einem Ausgangssignal an seinem Ausgang, gekennzeichnet durch einen vom Ausgang zum Eingang angeschlossenen Lichtleitungs-Rückkopplungszweig zur Erzeugung eines dem Ausgangssignal entsprechenden Stromrückkopplungssignals.
2. 2. Stromrückkopplungs-Vorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitungs-Rückkopplungszweig eine lichterzeugende Anordnung zur Bildung eines vom Ausgangssignal abhängigen Licht signals und ein mit dieser lichterzeugenden Anordnung verbundenes Leitungsmittel zur Zuführung des Stromrückkopplungssignals zum Eingang umfaßt.

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3. 3. Stromrückkopplungs-Vorverstärker nach Aisprueh 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichterzeugend© Anordnung eine mit dem Ausgangsanschluß leitend verbundene lichtemittierende Diode (22) aufweist und daß das Leitungsmittel zur Zufuhr des Stromrückkopplungssignals eine mit dem Eingangsanschluß verbundene Photodiode (16) und eine zwischen die lichtemittierende Diode und die Photodiode geschaltete Lichtleitfaser (26) umfaßt.
4. 4-, Stromrückkopplungs-Vorverstärker nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen Feldeffekttransistor (12), dessen Eingang den Vorverstärkereing ^ darstellt, einen Ausgangstransistor (20), der mit dem Feldeffekttransistor und somit auch mit der licht emittierenden Diode (22) verbunden ist und einen an den Ausgangstransistor angeschlossenen Lastwiderstand (28).
5. 5· Stromrückkopplungs-Vorverstärker nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeic¹- at, daß eine Spannungsbegrenzungs-Anordnung (Clipper 32,34) vom Ausgangstransistor (20) an eine Referenzspannung (30) angeschlossen ist und daß der Lastwiderstand (28) einen Widerstandswert in der Größenordnung von 1000 Ohm aufweist. '
6. 6. Vorverstärkerschaltung, insbesondere nach Anspruch 1, zur Erzeugung eines Ausgangssignals als Antwort auf ein Eingangssignal, umfassend die Kombination aus: einem (Feldeffekttransistor)-Verstärker (12) mit einem Eingang und einem Ausgang, der zum Empfangen des Eingangssignals an seinem Eingang ausgebildet ist und einer Photo-Rückkopplungsanordnung, die vom Ausgang zum Eingang des (Feldeffekttransistor)-Verstärkers rückgekoppelt ist," um ein mit dem (FET)-Verstärker-Ausgangssignal vergleichbares Stromrückkopplungssignal zu erzeugen.

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7. 7· Vorverstärkerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Photo-Rückkopplungsanordnung eine lichtemittierende Diode (22) zur Lieferung eines mit dem Verstärkerausgangssignal vergleichbaren Lichtsignals aufweist.
8. 8. Vorverstärkerschaltung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die lichtemittierende Diode (22) entsprechend dem Verstärkerausgangssignal moduliert ist und daß die Photo-Rückkopplungsanordnung ferner eine lichtempfindliche Photodiode (16) aufweist, welche mit dem Eingang verbunden ist und daß zwischen der lichtemittierenden Diode und der lichtempfindlichen Photodiode eine Lichtleitfaser (26) angeschlossen ist.
9. 9. Vorverstärkerschaltung nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des(Feldeffekttransistor)-Verstärkers (12) und somit auch an die lichtemittierende Diode (22) ein Ausgangstransistor (20) angeschlossen ist, der zur Bereitstellung des Vorverstärker-Ausgangssignals dient.
10. 10. Vorverstärkerschaltung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgangstransistor (20) und Masse ein Lastwiderstand (28) in der Größenordnung von 1000 0hm angeschlossen ist.
11. 11. Vorverstärkerschaltung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine an den Ausgangstransistor (20) angeschlossene Begrenzerschaltung zur selektiven Begrenzung des Ausgangssignals, umfassend eine Referenzspannung, eine an das Ausgangssignal angeschlossene Diode und einen von der Diode zur Referenzspannung geschalteten Widerstand.

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12. 12. Vorverstärkerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der (Feldeffekttransistor-Verstärker (12) einen Minuseingang, der mit dem Signalstromeingang verbunden ist und einen Pluseingang aufweist, der an Masse liegt.
13. 13. Vorverstärkerschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangstransistor (20) mit seiner Basis an den (Feldeffekttransistor)-Verstärker (12), mit seinem Kollektor an die lichtemittierende Diode (22) und mit seinem Emitter an die Begrenzerschaltung sowie an den Lastwiderstand (28) angeschlossen ist und daß vom Lastwiderstand das Vorverstärker-Ausgangssignal abnehmbar ist.

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