DE3046902A1

DE3046902A1 - Automatischer strahlstrombegrenzer fuer eine bildroehre mit aufeinanderfolgenden steuerweisen

Info

Publication number: DE3046902A1
Application number: DE19803046902
Authority: DE
Inventors: Leopold Albert Bridgewater N.J. Harwood; Robert Loren Indianapolis Ind. Shanley II; Erwin Johann North Plainfield N.J. Wittmann
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1979-12-14
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1981-09-03
Also published as: US4253110A; PT72112A; CA1156375A; AU531829B2; FI71647C; MY8500738A; BE886643A; ES497702A0; IT8026527A0; DE3046902C2; FI71647B; JPH0365073B2; NZ195819A; AU6530480A; ES8106980A1; PT72112B; AT387481B; HK25287A; PL228451A1; FR2472323A1

Description

30A6902

RCA 73,402

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Automatischer Strahl Strombegrenzer für eine Bildröhre mit aufeinanderfolgenden Steuerweisen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Begrenzung übermäßiger Strahlströme, die in einer Bildwiedergabevorrichtung eines Fernsehempfängers oder eines vergleichbaren Videoverarbeitungssystems fließen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltung, welche nacheinander den Gleichspannungspegel und die Spitzenamplitude eines Videosignals in Richtung einer Begrenzung übermäßiger Strahlströme derart begrenzt, daß die Wahrscheinlichkeit von Regel Sprüngen zwischen den aufeinanderfolgenden Regel arten minimal gehalten wird.

Der Inhalt eines von der Bildröhre eines Fernsehempfängers reproduzierten Bildes enthält Leuchtdichteinforniation und - im Falle eines Farbbildes bei einem Farbfernsehsystem - auch Farbinformation. Die von der Bildröhre wiedergegebene Bildinformation wird typischerweise von der mit dem Bildkontrast zusammenhängenden Spitzenamplitude des Video-

*" signals und von der mit der Bildhelligkeit oder dem Hintergrundpegel zusammenhängenden, den Schwarzpegel bestimmenden Gleichspannungskomponente des Videosignals bestimmt. Diese beiden Komponenten können

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dazu beitragen, daß die Bildröhre einen übermäßigen Strahl strom führt.

übermäßige Strahlströme können dazu führen, daß ein Empfänger ein schlechtes Bild erzeugt, etwa durch Beeinträchtigung des Betriebs des Ablenksystems des Empfängers, durch Defokussierung des Strahl auftreffpunktes und durch Bildüberstrahlungen. Hohe Strahl ströme können auch den Sicherheitsspielraum für den Betriebsstrom der Bildröhre überschreiten und möglicherweise zu Beschädigungen der Bildröhre und der zugehörigen Schaltungsteile führen. Es sind verschiedene automatische Bildröhren-Strahlstrombegrenzer bekannt, welche nacheinander den Spitzenwert und den Gleichstromwert des Videosignals begrenzen. Beispielsweise ist in der US-PS 4 126 884 von Shanley eine auf den Mittelwert ansprechende Strahlstrombegrenzerschaltung bekannt, bei welcher eine den übermäßigen mittleren Strahl strombedarf darstellende Regelspannung zur Regelung der Spitzenamplitude des Videosignals (Kontrastwert) über einen ersten Bereich übermäßiger Strahlströme und zur Regelung sowohl der Spitzenamplitude als auch des Gleichspannungspegels (Kontrastwert und Helligkeitswert) über einen zweiten Bereich relativ größeren übermäßigen Strahlstroms benutzt wird. In der US-PS 4 096 518 von Tuma et al ist ebenfalls ein mittelwertgesteuertes Strahlstrombegrenzungssystem beschrieben, bei dem eine den Mittelwert wiedergebende Regelspannung abgeleitet und zur Regelung des Gleichspannungspegels des Videosignals über einen ersten Bereich übermäßiger Strahlströme und zur Regelung der Spitzenamplitude des Videosignals über einen zweiten Bereich relativ größerer übermäßiger Strahlströme benutzt wird.

Gemäß den Prinzipien der hier zu beschreibenden Erfindung ist es als wünschenswert erkannt worden, daß ein Bildröhrenstrahlstrombegrenzer mit aufeinanderfolgenden Regelarten (also Kontrast- und Helligkeitsregelung) so arbeitet, daß zwischen diesen Regelarten ein glatter kontinuierlicher übergang erfolgt. Es ist insbesondere erkannt worden, daß unter gewissen Umständen der öbergangspunkt, bei welchem die eine Regelart endet (beispielsweise die Kontrastregelung) und die andere

Regelart beginnt (also die Helligkeitsregelung) möglicherweise nicht übereinstimmen. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn Schaltungstoleranzen der Steuerschaltung für die Abfolge der Strahlstrombe-

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grenzung von Empfänger zu Empfänger variieren. Auch können Schwankungen der Betriebsspannung und der Vorspannungen ebenso wie temperaturbedingte Effekte Offsetfehl er hervorrufen, welche die Betriebsweise der Steuerschaltung für die Abfolge derart beeinträchtigen, daß die zweite Regel art erst erheblich später nach dem Ende der ersten Regelart einsetzt.

Wenn dies auftritt, dann wird die Strahlstrombegrenzungsschaltung hinsichtlich ihres beabsichtigten Zweckes weniger wirksam, weil zwischen den Regelbereichen eine Unterbrechung vorhanden ist, während deren keine Strahl stromregelung erfolgt. Das Auftreten einer solchen Regelunterbrechung kann auch je nach Bildinhalt störende sichtbare Auswirkungen haben. So kann etwa bei einem mittelwertgesteuerten Strahl-Strombegrenzungssystem, wo über einen ersten Bereich hoher Strahlströme eine Bildkontrastregelung erfolgt (Regelung der Spitzenamplitude des Videosignals) und über einen zweiten Bereich relativ höherer Strahlströme eine Bildhelligkeitsregelung (Regelung des Gleichspannungspegels des Videosignals) erfolgt, eine Diskontinuität zwischen der Kontrast- und Helligkeitsregelart zu einem plötzlichen unerwünschten Anwachsen der Bildhelligkeit während des Diskontinuitätsintervalls auftreten, wenn der Strahl nicht begrenzt wird, ehe die Regelung der Bildhelligkeit einsetzt. Ein solches Anwachsen der Bildhelligkeit oder des Hintergrundpegels kann leicht vom Betrachter bemerkt werden, insbesondere wenn der hohe Strahlstrom von sich wiederholendem BiIdinhalt herrührt. Die Diskontinuität kann auch eine Instabilität der geschlossenen Regelschleife für die Strahlstrombegrenzung hervorrufen.

Eine Schaltung gemäß der Erfindung ist in einem System zur Verarbeitung eines ein Bild darstellenden Videosignals enthalten, welches eine den Bildkontrast bestimmende Spitzenamplitude und eine die Bildhelligkeit bestimmende Gleichspannungskomponente hat; das System enthält einen Videosignalverarbeitungskanal und eine Bildröhre mit einer Intensitätssteuerelektrode zur Erzeugung eines Bildes in Abhängigkeit von einem der Intensitätssteuerelektrode von dem Kanal aus zugeführ-

^OJ ten Videosignal.

Eine Fühlschaltung leitet ein Signal ab, welches die Größe des übermäßigen Strahlstroms, welcher in der Bildröhre fließt, oberhalb eines

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Stromschwellwertes darstellt. Ein erstes steuerbares Leitungselement mit einem Eingang, dem dieses Signal zugeführt wird, und einem Ausgang verändert seine Stromleitungsfähigkeit entsprechend der Größe dieses Signals innerhalb eines ersten, eines zweiten und eines dritten Bereiches zunehmend größerer übermäßiger Strahlströme. Ferner ist ein zweites steuerbares Leitungselement mit einem Eingang und einem Ausgang vorgesehen. Ein vom Ausgang des ersten Elementes abgenommenes erstes Regelsignal wird dem Videokanal zur Veränderung der Spitzenamplitude oder der Gleichspannungskomponente des Videosignals im Sinne einer Begrenzung übermäßiger Strahlströme jenseits des Schwellwertes zugeführt. Eine Schwellwertleitungsschaltung koppelt Leitfähigkeitsänderungen des ersten Elementes auf den Eingang des zweiten Elementes, wenn die Leitfähigkeit oder der Leitungszustand des ersten Elementes übermäßigen Strahl strömen jenseits des ersten Bereiches entspricht. Ein vom Ausgang des zweiten Elementes abgeleitetes zweites Regel signal wird dem Videokanal zur Modifizierung der anderen Größe (Spitzenamplitude oder Gleichspannungskomponente) des Videosignals im Sinne einer Begrenzung der Strahlströme jenseits des ersten Bereiches zugeführt, wobei sowohl die Spitzenamplitude als auch die Gleichspannungskomponente zur Begrenzung übermäßiger Strahl ströme über den zweiten Bereich modifiziert werden. Das erste Regelsignal wird auf einen im wesentlichen festen Wert geklemmt, wenn der Leitungszustand des ersten Elementes übermäßigen Strahlströmen jenseits des zweiten Bereiches entspricht, wobei die andere Große, also Spitzenamplitude oder Gleichspannungskomponente des Videosignals, allein zur Begrenzung übermäßiger Strahl ströme über den dritten Bereich modifiziert wird.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird das erste Regelsignal benutzt zur Regelung der Spitzenamplitude des Videosignals über den ersten und zweiten Bereich übermäßiger Strahl ströme, und das zweite Regel signal wird zur Regelung der Gleichspannungskomponente des Videosignals über den zweiten und dritten Bereich übermäßiger Strahlströme verwendet.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Teils eines Farbfernsehempfängers mit einer Strahlstrombegrenzungsschaltung für die Bildröhre gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm zum Verständnis der Betriebsweise der in Fig. 1 dargestellten Strahlstrombegrenzungsschaltung und Fig. 3 ein Detailschaltbild aus der Schaltung gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 liefert eine Videosignalquelle 10, deren Videosignale Leuchtdichte- und Farbkomponenten enthalten, eine abgetrennte Leuchtdichtekomponente an einem Ausgang an eine Farbsignalverarbeitungsschaltung 14 in einem Farbkanal des Empfängers, welche Farbdifferenzsignale r-Y, g-Y und b-Y ableitet. Eine abgetrennte Leuchtdichtekomponente wird von einem anderen Ausgang der Quelle 10 an eine Leuchtdichteverarbeitungsschaltung 22 im Leuchtdichtekanal des Empfängers geliefert. Die von der Schaltung 22 verarbeiteten Leuchtdichtesignale werden einem Signaleingang eines regelbaren Leuchtdichteverstärkers 24 (beispielsweise in Form eines Differenzverstärkers) zugeführt. An den Regeleingang des Verstärkers 24 ist zur Veränderung von dessen Verstärkung ein Kontrasteinsteller 30 (etwa in Form eines vom Benutzer einstellbaren Potentiometers oder Widerstandes) angeschlossen, und entsprechend der gewählten Einstellung läßt sich die Spitzenamplitude des Ausgangssignals des Verstärkers verändern.

Ein vom Signalausgang des Verstärkers 24 kommendes verstärktes Leuchtdichtesignal Y wird einer Matrix 18 zur Matrizierung von Leuchtdichte- und Farbsignal zugeführt, wo das Leuchtdichtesignal mit den von der Schaltung 14 kommenden Farbdifferenzsignalen zur Erzeugung von Farbsignalen r, g und b kombiniert wird. Diese Signale werden jeweils durch eine Bildröhrentreiberverstärkerstufe 32 zu hochverstärkten Farbsignalen R, G und B verstärkt. Diese Signale R, G und B werden den jeweiligen Kathoden des Rot-, Grün- und Blaustrahl systems als Intensitätssteuerelektroden einer Farbbildröhre 38 zugeführt.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung enthält auch eine getastete, ab-

tastende Vergleichsschaltung 55, die in folgender Weise in einer geschlossenen Regelschleife für die automatische Helligkeitsregelung enthalten ist. Ein Signaleingang der Vergleichsschaltung fühlt das Blau-

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ausgangssignal b der Matrix 18 vor seiner Verstärkung ab, und ein zweiter Signaleingang der Vergleichsschaltung 55 fühlt eine helligkeitsbestimmende Bezugsspannung ab, die von einem handbetätigten Helligkeitseinsteller 58 geliefert wird (etwa in Form eines vom Benutzer einstellbaren Potentiometers oder Widerstandes). Die Vergleichsschaltung 55 wird unter Steuerung durch Tastsignale, welche während periodischer horizontaler Bildaustastintervalle des Videosignals auftreten, getastet, um den (Austast-)Pegel des dann am b-Signalausgang der Matrix 18 erscheinenden Signals abzutasten und mit dem vom Helligkeitseinsteller 58 kommenden Helligkeitsbezugspegel zu vergleichen. Bei fehlender Übereinstimmung zwischen diesen beiden Pegeln erzeugt die Vergleichsschaltung 55 ein Ausgangskorrektursignal, das einem Gleichspannungspegel-Regeleingang des Leuchtdichteverstärkers 24 zugeführt wird. Dieses Korrektursignal dient der Veränderung des Gleichspannungspegels des Ausgangssignals des Verstärkers 24 und damit auch des Gleichspannungspegels des b-Ausgangssignals der Matrix 18 im Sinne einer Minimalisierung des Unterschiedes zwischen den abgetasteten Eingangssignalen der Vergleichsschaltung 55. Durch diesen Mechanismus kann der Gleichspannungspegel des Leuchtdichtesignals und damit der die Helligkeit bestimmende Gleichspannungspegel in jedem der Signale r, g und b verändert werden durch Veränderung des Pegels des dem Helligkeitsbezugssignaleingang der Vergleichsschaltung 55 zugeführten Signals. Weitere Einzelheiten der geschlossenen Regelschleife für die Helligkeitsregelung mit der Vergleichsschaltung 55, dem Verstärker 24 und der Matrix 18 sind in der US-PS 4 197 557 vom 8. April 1980 (Erfinder A. V. Tuma et al) mit dem Titel "Brightness Control Circuit Employing A Closed Control Loop" nachzulesen.

Eine automatische Begrenzung des Strahl stromes der Bildröhre erfolgt mit Hilfe einer Anordnung, die eine Steuerschaltung 60 enthält, die der übertragung des Regelsignals und Bestimmung der Regelungsfolge dient und der eine Eingangsregelspannung E zugeführt wird, die von Rückführungsströmen abgeleitet ist, welche einer Hochspannungsver-

sorgungsschaltung 50 für die Bildröhre zugeführt werden. 35

Die Versorgungsschaltung 50 (beispielsweise ein Spannungsverdreifacher) erzeugt hohe Betriebsspannungen für die Endanode und die

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Fokussierelektroden der Bildröhre 38. Periodische Horizontalrücklaufimpulse, die während der Horizontal rücklaufIntervalle des Bildes abgeleitet werden, werden einem Eingang der Schaltung 50 zugeführt. Mit dem Gleichspannungseingang der Schaltung 50 ist eine Quelle für Bildröhrenrücklaufstrom gekoppelt, die eine Betriebsspannungsquelle (B+) und einen Strombestimmungswiderstand 52 enthält. Die in den Gleichstromeingang der Quelle 50 hineinfließenden Ströme sind ein Maß für den Strahl strombedarf der Bildröhre.

Die Regelspannung E ist im vorliegenden Beispiel ein Maß für den mittleren Strahl strombedarf der Bildröhre und wird von einer mittelwertgesteuerten Fühlschaltung 54 geliefert. Die Fühlschaltung 54 kann irgendeine geeignete Schaltung zum Abfühlen der Größe des mittleren Strahlstrombedarfs sein, der sich in den über den Widerstand 52 zur Hochspannungsquelle 50 fließenden Strömen ausdrückt. Beispielsweise kann die Fühlschaltung 54 von der in den US-PSen 4 137 552 (Serafini) und 4 067 048 (Norman) beschriebenen Art sein.

Die Steuerschaltung 60 liefert unter Steuerung durch die Eingangsregelspannung E_ ein den Strahlstrom begrenzendes Kontrastregel signal E und ein den Strahlstrom begrenzendes Helligkeitsregelsignal E_ß, wenn der (übermäßige) mittlere Strahl strombedarf einen gegebenen Schwellwert überschreitet.

Die Regelspannung E ist in einem ersten Strahlstrombereich proportional der Größe des übermäßigen Strahl Strombedarfs. Die Regelspannung E . wird dem Verstärkungsrege!eingang des Verstärkers 24 zur Veränderung von dessen Verstärkung, und damit der Spitzenamplitude der von diesem Verstärker 24 verarbeiteten Signale im Sinne einer Begrenzung des übermäßigen Strahlstrombedarfs oberhalb des Schwellwertes in dem ersten Bereich zugeführt. Der Bildkontrast wird entsprechend modifiziert. Die Regelspannung E_ß ist in einem zweiten Bereich relativ größerer Strahlströme proportional den übermäßigen mittleren Strahlströmen. Diese Regelspannung wird dem Helligkeitsbezugssignaleingang der Vergleichsschaltung 55 zur Modifizierung des Gleichspannungspegels des Videosignals, und damit der Bildhelligkeit, im Sinne einer Begrenzung übermäßiger Strahl ströme innerhalb des zweiten Stromregel-

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bereiches zugeführt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Steuerschaltung 60 so ausgebildet ist, daß sie innerhalb eines Übergangsbereiches sowohl Kontrast- als auch Helligkeitsregelsignale liefert, und zwar bei Vorliegen eines Bereiches übermäßiger Strahlströme zwischen dem ersten und dem zweiten Strahlstrombereich. Die Beziehung zwischen dem Kontrastregelbereich, dem Übergangsregelbereich und dem Helligkeitsregelbereich ist in dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm veranschaulicht und soll nun erläutert werden.

Wenn die Regel spannung E den Schwellwert für die Regelung überschreitet, dann werden übermäßige Strahlströme innerhalb des ersten Bereiches dadurch begrenzt, daß die Spitzenamplitude des Videosignals mit Hilfe der Regelspannung E über den Kontrastregelbereich verringert wird. Die Steigung der übertragungsfunktion für die Kontrastregelung ist gegeben durch ΔΕ /ΔΕ , und dieser Ausdruck stellt dar, wie stark sich die Spitzenamplitude des Videosignals mit der Regelspannung E verändert. Im vorliegenden Beispiel kann die Spitzenamplitude des Videosignals im Kontrastregelbereich maximal, auf 50% der vollen Spitzenamplitude herabgeregelt werden, wenn die Kontrastregelschaltung auf einen Maximal kontrast zwischen 50 und 100% eingestellt ist.

Der Übergangsregel bereich weist einen Kontrastregel abschnitt und einen Helligkeitsregelabschnitt auf₄ welche jeweils überlappende Abschnitte des Endes des Kontrastregelbereiches und des Beginns des Helligkeitsregelbereiches umfassen. Die Steigung der übertragungsfunktion für den Kontrastregel abschnitt des Übergangsbereiches ist gegeben durch ΔΕ./ΔΕ2, und dies stellt das Ausmaß der Änderung der Spitzenamplitude des Videosignals (Bildkontrast) mit der Regelspannung E dar. Entsprechend ist die Steigung der übertragungsfunktion des Helligkeitsregelabschnittes des Übergangsbereiches durch ΔΕ^/ΔΕ gegeben, und dies stellt das Ausmaß der Änderung der Gleichspannungskomponente des Videosignals (Bildhelligkeit) mit der Regelspannung E dar.

übermäßige Strahl ströme innerhalb eines Bereiches von Strömen, welche über die in den Kontrast- und Übergangsbereichen begrenzten Ströme

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hinausgehen, werden begrenzt durch alleinige Änderung der Gleichspannungskomponente des Videosignals innerhalb des HeIligkeitsrege!bereiches mit Hilfe der Regelspannung En. Die Steigung der übertragungsfunktion für diesen Bereich ist gegeben durch ΔΕ_β/ΔΕ .

Bei dieser Ausführungsform umfassen der Kontrast-, der Übergangs- und der Helligkeitsbereich jeweils etwa gleiche Teile (ein Drittel) eines normalerweise zu erwartenden Bereichs übermäßiger Strahl ströme. Jedoch kann man auch eine andere Aufteilung dieser Regelbereiche wählen. Die Regelschleifenverstärkungen für die Strahlstrombegrenzung (Übertragungsregel funktionen) können für den Helligkeits- und den Kontrastregelbereich gleich gemacht werden. Damit kann man die Änderungsrate der Kontrastregelung im Kontrastregelbereich gleich der Änderungsrate der Helligkeitsregelung im Helligkeitsregelbereich machen (also ΔΕ = ΔΕη). Weiterhin kann man im Obergangsbereich die Änderungsrate der Kontrastregelung ΔΕ-, und die Änderungsrate der Helligkeitsregelung ΔΕ2 in folgende Beziehung zu den Änderungsraten in den Kontrast- und Helligkeitsrege!bereichen setzen:

ΔΕ = ΔΕ_β = (AE₁) X (AE₂).

Jedoch können im Einzelfall auch andere Beziehungen zwischen diesen Änderungsraten entsprechend den Verstärkungserfordernissen für die geschlossene Schleife gewählt werden.
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Der beschriebene öbergangsbereich eliminiert virtuell die Wahrschein lichkeit einer Regeldiskontinuität zwischen den Kontrast- und Helligkeitsregelbereichen und schafft damit die vorerwähnten Probleme bei solchen Diskontinuitäten aus der Welt. Praktisch kann man erwarten, daß hohe Strahlströme innerhalb des letzten Regelbereiches weniger häufig als im ersten Regelbereich auftreten. Eine Regelung des Bildkontrastes im ersten Bereich hoher Strahlströme wird insofern als zweckmäßig angesehen, als eine Verringerung des Bildkontrastes durch den Betrachter weniger leicht wahrgenommen wird als eine Änderung

der Bildhelligkeit oder des Hintergrundpegels. Jedoch kann die beschriebene Aufeinanderfolge von Kontrast- und Helligkeitsregelung auch umgekehrt werden.

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1 Obgleich nicht dargestellt, kann das Ausgangssignal des Kontrasteinstellers 30 auch einem geeigneten Verstärkungsregel eingang der Farbsignalverarbeitungsschaltung 14 zugeführt werden. In diesem Fall arbeitet der Einsteller 30 dann als Bildeinsteller zur gleichzeitigen Änderung der Spitzenwerte von Leuchtdichte- und Farbsignalen. Auch in diesem Falle werden die Spitzenamplituden sowohl des Leuchtdichtesignals als auch des Farbsignals im Strahlbegrenzungsbetrieb in Abhängigkeit von der Regelspannung E geregelt.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung der Steuerschaltung 60 (Fig.1), welche die in Fig. 2 dargestellte Regel übertragungsfunktion ergibt und auch Einzelheiten des Kontrasteinstellers 30 und des Helligkeitseinstellers 58 zeigt.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 3 hat die vom Ausgang der Fühlschaltung 54 (Fig. 1) gelieferte Regelspannung E- im Normalfall einen festen positiven Pegel. Im hier beschriebenen Beispiel haben die am Verstärkungsregeleingang des Verstärkers 24 (Fig. 1), welchem die Spannung E zugeführt wird, und am Helligkeitsbezugseingang der Vergleichsschaltung 55 (Fig. 1), welchem die Spannung E_ß zugeführt wird, auftretenden Spannungen normalerweise einen nominellen festen positiven Gleichspannungswert bei einer gegebenen Einstellung des Kontrasteinstellers 30 und des Helligkeitseinstellers 58. Der Kontrasteinsteller 30 umfaßt gemäß Fig. 3 ein vom Benutzer einstellbares Potentiometer 31 und eine zugehörige Gleichspannungsquelle (+11,2 Volt). Der Helligkeitsregler 58 besteht gemäß der Darstellung aus einer Widerstandsschaltung mit einem vom Benutzer einstellbaren Potentiometer 59 und einer zugehörigen Gleichspannungsquelle (+11,2 Volt).

Im Strahlstrombegrenzungsbetrieb wird die Regelspannung E zunehmend weniger positiv (also negativ gerichtet), und zwar proportional zu dem Betrag, um welchen der Schwellwert für die Strahlstrombegrenzung überschritten wird. Die Regelspannung wird einer Eingangsschaltung zugeführt, die einen Folgertransistor 65 mit einer zugehörigen Strom-

quelle, welche ihrerseits einen Transistor 68 und einen Widerstand umfaßt, sowie eine Schutzdiode 67 enthält, welche dazu dient, übermäßige negativ gerichtete Werte der Spannung Ep zu klemmen oder zu

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begrenzen. Ein invertierender Verstärkertransistor 70 überträgt die am Emitter des Transistors 65 auftretende Regelspannung, so daß am Kollektor des Transistors 70 die invertierte Regelspannung mit einer Amplitude auftritt, welche durch das Verhältnis von Kollektorwiderstand 74 zu Emitterwiderstand 72 des Transistors 70 bestimmt ist. Die Regel spannung wird dann über einen invertierenden Verstärkertransistor 75 auf die Basis eines PNP-Transistors 80 gekoppelt.

Der Transistor 75 leitet über den gesamten Bereich normalerweise zu erwartender libermäßiger Strahlströme; sein Kollektorstrom und seine Kollektorspannung wachsen bzw. sinken, wenn die Regelspannung E_c im ersten Bereich bei übermäßigem Strahlstrom abnimmt, so daß die Kontrastregelspannung E am Kollektorausgang des Transistors 75 um einen entsprechenden Betrag in einer Richtung abnimmt, daß der Strahlstrom im Kontrastregelbereich begrenzt wird. Die Steigung der Obertragungsregelfunktion im Kontrastregelbereich hängt von der Verstärkung des Transistors 75 in diesem Bereich ab. Diese Verstärkung wird bestimmt durch das Verhältnis der effektiven Impedanz, welche der die Kollektorlastimpedanz des Transistors 75 umfassende Kontrasteinsteller 30 darbietet, zum Wert des Emittergegenkopplungswiderstandes 89. Die Steigung der Kontrastregel-Obertragungsfunktion und der Punkt, an welchem der Kontrastregelbereich beginnt, lassen sich durch entsprechende Bemessung des Widerstandes 89 im Verhältnis zu der effektiven Impedanz des Kontrasteinstellers 30 wählen.

Eine Schwellwerk eitungs-Diodenschaltung 86 mit Dioden 86a, 86b und 86c ist mit dem Transistor 80 zu einem Stromspiegel zusammengeschaltet und in jeder der Dioden 86a, 86b und 86c fließt derselbe Kollektorstrom wie im Transistor 80. Der im Widerstand 87 fließende Strom teilt sich zwischen dem Strom in der Diodenschaltung 86 und dem Emitterstrom des Transistors 80 auf (wie noch erläutert wird). Die Schaltung der Diodenanordnung 86 mit dem Transistor 80 dient zur Erreichung einer gewünschten gegenseitigen Beziehung oder Bemessung der Kollektorströme der Transistoren 75 und 80. Im hier beschriebenen Beispiel teilt sich der über den Widerstand 87 gelieferte Strom zwischen dem Transistor 80 und der Diodenschaltung 86 auf, so daß der Kollektorstrom des Transistors 75 dreimal größer als der Kollek-

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torstrom des Transistors 80 ist. Jedoch kann man im Helligkeitsrege!- bereich auch eine Verstärkungsproportionierung durch Anwendung einer anderen Anzahl von Dioden in der Schaltung 86 und durch entsprechende Bemessung des Wertes des Kollektorwiderstandes 88 vornehmen. Der Basisstrom des Transistors 80 (der ein hochverstärkendes Element ist) kann vernachlässigt werden. Die Diodenschaltung 86 und der Transistor 80 leiten im Verstärkungsregelbereich nicht.

Der Übergangsregel bereich beginnt, wenn die Kontrastregel spannung E weit genug abgesunken ist, um die Diodenschaltung 86 in Durchlaßrichtung zur Leitung eines nennenswerten Stromes vorzuspannen. Dies ist der Fall, wenn die Spannung E an den Kathoden der Dioden 86a, 86b und 86c unter einen Schwellwert von +5,6 Volt abfällt und eine im wesentliche feste Offsetspannung von +0,7 Volt an den Dioden 86 abfällt und damit auch am Basis-Emitter-Übergang des Transistors 80 liegt. Durch das Leiten der Diodenschaltung 86 wird ein Stromweg geschlossen, der von einer Spannungsquelle von +6,3 Volt zum Widerstand 87, über diesen und die Diodenschaltung 86 zum Kollektor des Transistors 75 verläuft. Gleichzeitig läßt der Kollektorstrom des Transistors 80 einen Spannungsabfall am Widerstand 88 abfallen, der ausreicht, um den Transistor 84 zum Leiten zu bringen. Der Emitterstrom des Transistors 84 fließt über Widerstände 90 und 91 und erzeugt am Kollektorausgang eine Helligkeitsregelspannung En. Eine Diode 96 im Emitterkreis des Transistors 84 ist im Übergangsbereich nichtleitend.

Die Steigung der Kontrastregel übertragungsfunktion im Übergangsbereich hängt von der Verstärkung des Transistors 75 ab, welche durch das Verhältnis von Kollektorlastimpedanz zu Emitterlastimpedanz des Transistors 75 bestimmt wird. In diesem Bereich ist die Kollektorimpedanz des Transistors 75 verringert und umfaßt die effektive Lastimpedanz des Kontraste!nstellers 30 und die effektive Lastimpedanz, welche durch die Kombination der leitenden Diodenschaltung 86 mit dem Widerstand 87 dargestellt wird, und beide Lastimpedanzen sind so angeordnet, daß die effektive Kollektorlastimpedanz des Transistors 75 im Vergleich zur Kollektor!astimpedanz des Transistors 75 im Kontrastregelbereich kleiner ist. Damit ist die Verstärkung des Transistors 75 für die Kontrastregelung im Übergangsbereich kleiner als im Kontrastregelbereich. .

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Die Steigung der Heiligkeitsregeiübertragungsfunktion im Helligkeitsregelbereich hängt ab von der Verstärkung des Transistors 48. Diese wird bestimmt durch das Verhältnis der effektiven Lastimpedanz, welche von dem die Kollektor!astimpedanz des Transistors 84 umfassenden Helligkeitseinsteller 58 dargeboten wird, zur Kombination der Emittergegenkopplungswiderstände 90 und 91.

Das Übergangs!ntervall dauert solange, bis der im Widerstand 87 aufgrund des Kollektorstroms des Transistors 75 fließende Strom am Widerstand 87 einen Spannungsabfall von etwa 0,7 Volt hervorruft. Dann erscheint eine entsprechende Spannung am Basis-Emitter-Übergang des Klemmtransistors 85, so daß dieser leitet. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 85 ist im wesentlichen konstant, wenn der Transistor 85 unter Steuerung durch die Regelspannung E stärker leitet, und klemmt damit die Spannung am Widerstand 87 auf einen festen Wert (0,7 Volt). Damit ändert sich der Spannungsabfall am Widerstand 87 nicht mehr bei weiteren Änderungen der Regelspannung E mit zunehmendem Strahl strom.

Dieser Punkt bestimmt das Ende des Übergangsregelbereiches, weil weitere Änderungen der Regel spannung E (bei wachsenden höheren Strahlströmen) keine entsprechende Änderung der Spannung E mehr hervorrufen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung E auf einen festen Wert (+4,9 Volt) geklemmt, der gleich der Basisspannung des Klemmtransistors 85 (+6,3 Volt) abzüglich des festen Spannungsabfalls ah der Diodenschaltung 86 (+0,7 Volt) und des festen Basis-Emitter-Spannungsabfalls des Klemmtransistors 85 (+0,7 Volt) ist. Nachdem dieser Punkt erreicht ist, ändert sich im Helligkeitsrege!bereich nur noch die Helligkeitsregelspannung E_R am Kollektorausgang des Transistors 84

on °

weiterhin mit Änderungen der Regel spannung E .

Im Helligkeitsregelbereich führt ein stärkeres Leiten des Transistors 75 zu einem höheren Kollektorstrom und einer höheren Kollektorspannung des Transistors 80. Dadurch wiederum leitet der Transistor 84

stärker, und seine Kollektorspannung E_ß nimmt entsprechend ab. Die Diode 96 leitet, wenn der Helligkeitsregelbereich am Ende des Übergangsbereiches beginnt, wenn nämlich infolge des Emitterstroms des

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Transistors 84 eine genügende Spannung am Widerstand 91 abfällt, um die Diode 96 in Durchlaßrichtung vorzuspannen.

Die Steigung der öbergangsregelfunktion im Helligkeitsregelbereich hängt von der Verstärkung des Transistors 84 ab, und diese wiederum wird bestimmt durch das Verhältnis der von dem Helligkeitseinsteller 98 dargebotenen Impedanz zum Widerstand 90 allein, da ja der Widerstand 91 durch die sehr niedrige Impedanz der Diode 96 überbrückt ist, die im Helligkeitsregelbereich leitet. Wegen der überbrückung des Emittergegenkopplungswiderstandes 91 in diesem Bereich hat der Transistor 84 eine größere Verstärkung als im Übergangsbereich. Damit läßt sich die Steigung der Regelübertragungsfunktion, also der Regelkennlinie, im Helligkeitsregelbereich durch entsprechende Bemessung des Widerstandes 90 einstellen.

Der Kollektorstrom des Transistors 75 hat sowohl im Übergangs- wie auch im Helligkeitsregelbereich ein vorbestimmbares Verhältnis zum Kollektorstrom des Transistors 80. Damit lassen sich im Übergangsund Helligkeitsregelbereich die Schaltungsverstärkung und die Regelkennlinien in vorherbestimmbarer Weise festlegen.

Die Diode 86 dient außer ihrer Funktion als Abfühlelement zur Anzeige des Beginns des Übergangsbereiches auch noch der Sicherstellung eines glatten kontinuierlichen Betriebs der Schaltung 60 zwischen dem Betrieb der Übergangsregelung und demjenigen der Helligkeitsregelung. Bei Fehlen der Diodenschaltung 86 würde die Basisspannung E des Transistors 80 in der erwähnten Weise im Übergangsbereich auf +4,9 Volt geklemmt, außer wenn der Spannungsabfall von 0,7 Volt der Diodenschaltung 86 durch die entsprechende Basis-Emitter-Offsetspannung des

™ Transistors 80 ersetzt würde. Auch in diesem Falle würde die Schwellwertleitungscharakteristik des Emitter-Basis-PN-Übergangs des Transistors 80 dazu dienen, den Beginn des Übergangsintervalls abzufühlen. Da jedoch in diesem Fall die Basis des Transistors 80 und der Kollektor des Transistors 75 geklemmt werden, kann ein höherer Kollektor-

^OJ strombedarf des Transistors 75 nur durch den Basisstrom des Transistors 80 befriedigt werden, weil kein zusätzlicher Strom vom Kontrasteinsteller 30 verfügbar ist. Wenn der Transistor 80 ein hochverstär-

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kendes Element ist, wie bei dieser Ausführungsform, dann gerät er schnell in die Sättigung und arbeitet als schneller Schalter, und dabei geht die gewünschte Wirkung eines sanften Obergangsbereiches verloren. Dieses Problem wird bei der offenbarten Anordnung ausgeschaltet, weil die Diodenschaltung 86 einen geeigneten Weg (der auch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 85 und den Widerstand 87 umfaßt) für den Kollektorstrom des Transistors 75 bildet. Bei der offenbarten Anordnung der Diodenschaltung 86 arbeitet der Transistor 80 als relativ linearer Stromspiegel anstatt als nichtlinearer Schalter.

Die vom Basis-Emitter-öbergang des Transistors 85 ausgeübte Klemmfunktion kann auch von einer Diode übernommen werden. In einem solchen Falle wäre die Diode über den Widerstand 87 und in Reihe mit der Diodenschaltung 86 und der +6,3 Volt-Spannungsquelle geschaltet und so gepolt, daß sie in derselben Richtung wie die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 85 leitet.

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Claims

PATENTANWÄLTE

DR. DIETER" V. BEZOLD

DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

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Patentansprüche

vL/ System zur Verarbeitung eines Bilder darstellenden Videosignals, das eine den Bildkontrast bestimmende, sich in der Spitzenamplitude ausdrückende Komponente und eine die Bildhelligkeit bestimmende Gleichspannungskomponente hat, mit einem Videosignalverarbeitungskanal und einer der Bildwiedergabe dienenden Bildröhre, die eine Helligkeits steuerelektrode aufweist, welcher zur Bildwiedergabe Videosignale von dem Signalverarbeitungskanal zugeführt werden, gekennzeichnet durch eine Signalableitungsschaltung (Fühlschaltung 54) zur Ableitung eines Signals, welches die Größe des in der Bildröhre oberhalb eines Stromschwellwertes fließenden übermäßigen Stromes wiedergibt, durch eine erste steuerbare Leitungseinrichtung (75), der an einem Eingang das die Größe des übermäßigen Stromes wiedergebende Signal zugeführt wird und die einen Ausgang hat und deren Stromleitung entsprechend der Größe dieses Signals sich über einen ersten, zweiten und dritten Bereich zunehmend größerer übermäßiger

Strahlströme ändert, durch eine Koppelschaltung, über welche ein

erstes Steuersignal (E ,E. ) vom Ausgang der ersten steuerbaren Stromleitungseinrichtung dem Videosignal kanal zugeführt wird zur Verände-

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rung einer der beiden Komponenten (Spitzenamplitude oder Gleichspannungskomponente) des Videosignals im Sinne einer Begrenzung übermäßiger Strahlströme oberhalb des Schwellwertes, durch eine zweite steuerbare Leitungseinrichtung (84) mit einem Eingang und einem Ausgang durch eine Schwellwertleitungseinrichtung (80,86), über welche Leitungszustandsänderungen der ersten steuerbaren Leitungseinrichtung dem Eingang der zweiten steuerbaren Leitungseinrichtung zugeführt werden, wenn der Leitungszustand der ersten Leitungseinrichtung übermäßigen Strahl strömen jenseits des ersten Bereiches entspricht, durch eine Koppel schaltung, über welche das zweite Regelsignal (E_ß,E ) vom Ausgang der zweiten steuerbaren Leitungseinrichtung dem Videosignalkanal zugeführt wird zur Änderung der anderen der beiden Komponenten des Videosignals im Sinne einer Begrenzung der Bildröhrenstrahl ströme jenseits des ersten Bereiches, wobei sowohl die Spitzenamplitudenkomponente als auch die Gleichspannungskomponente zur Begrenzung übermäßiger Strahlströme im zweiten Bereich verändert werden, und durch eine Klemmschaltung zum Klemmen des ersten Regelsignals auf einem im wesentlichen festen Wert, wenn der Leitungszustand der ersten steuerbaren Leitungseinrichtung übermäßigen Strahlströmen jenseits des zweiten Bereiches entspricht, wobei die andere der beiden Komponenten (Spitzenamplitude) oder Gleichspannung des Videosignals zur Begrenzung übermäßiger Strahlströme in dem dritten Bereich allein verändert wird.
2) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Regelsignal (E ) dem Signalverarbeitungskanal zur Veränderung der Spitzenamplitudenkomponente des Videosignals zugeführt wird, wenn übermäßige Strahlströme innerhalb des ersten Bereiches liegen, und daß das zweite Regelsignal (E_ß) dem Signalverarbeitungskanal zur Veränderung der Gleichspannungskomponente des Videosignals zugeführt

wird, wenn übermäßige Strahlströme in dem dritten Bereich vorliegen.
3) System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Signalableitungsschaltung (Fühlschaltung 54) abgeleitete Regelsignal (E ) die Größe des in der Bildröhre fließenden mittleren

Strahlstromes darstellt.

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4) System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung einer Hochspannung für die Bildröhre eine Hochspannungserzeugurschaitung (50) vorgesehen ist, mit der die Signalableitungsschaltung (Fühlschaltung 54) derart gekoppelt ist, daß das abgeleitete Regelsignal ein Maß für den der Hochspannungsversorgungsschaltung von der Bildröhre entnommenen Strom ist.
5) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strombereich, der zweite Strombereich und der dritte Strombereich etwa gleich groß sind.
6) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste steuerbare Leitungseinrichtung einen ersten Transistor (75) mit Eingangsund Ausgangselektroden aufweist, daß die SchwelIwertleitungs(Koppel)-Einrichtung einen zweiten Transistor (80) mit einer an die Ausgangselektrode des ersten Transistors angekoppelten Eingangselektrode und mit einer Ausgangselektrode aufweist, und daß die zweite steuerbare Leitungseinrichtung einen dritten Transistor (84) mit einer an die Ausgangselektrode des zweiten Transistors angekoppelten Eingangselektrode und mit einer Ausgangselektrode aufweist.
7) System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertleitungseinrichtung ferner eine zwischen die Ausgangselektrode des ersten Transistors und die Gleichspannungsquelle gekoppelte Diodenan-Ordnung (86) enthält.
8) System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenanordnung (86) und der zweite Transistor (80) in Stromspiegelschaltung angeordnet sind.
9) System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung einen an die Gleichspannungsquelle angeschlossenen Halblei ter-PN-Obergang (85) aufweist, welcher in Reihe mit der Diodenanordnung geschaltet und bezüglich dieser in gleicher Stromflußrichtung

3$ gepolt ist und daß zwischen die Diodenanordnung und die Gleichspannungsquelle eine Gleichstromimpedanz gekoppelt ist.

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10) System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung einen vierten Transistor (75) enthält, der mit einer ersten Elektrode (Basis) an die Gleichspannungsquelle, mit einer zweiten Elektrode (Kollektor) an die Betriebsspannungsquelle und mit einer dritten Elektrode (Emitter) an die Diodenanordnung gekoppelt ist, und daß die zweite und dritte Elektrode eine Hauptstromstrecke des vierten Transistors definieren, die in Reihe mit der Diodenanordnung geschaltet und bezüglich dieser in gleicher Stromflußrichtung gepolt ist, und daß über die erste und die dritte Elektrode des vierten Transistors eine Gleichstromimpedanz (87) gekoppelt ist.
11) System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertleitungseinrichtung ferner eine zwischen die Ausgangselektrode des ersten Transistors und die Gleichspannungsquelle geschaltete Diode (86)

Ϊ5 aufweist, die mit dem zweiten Transistor (80) zusammen als Stromspiegel ' geschaltet ist, daß die Klemmschaltung einen vierten Transistor (85) aufweist, dessen Basiselektrode an die Gleichspannungsquelle angeschlossen und dessen Kollektor an die Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist und dessen Emitter mit der Diode gekoppelt ist, und daß der vierte Transistor und die Diode in Reihe und mit gleicher Stromrichtungspolung geschaltet sind, und daß zwischen die Diode und die Gleichspannungsquelle ein Widerstand (87) gekoppelt ist.
12) System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (87) unmittelbar über die Basis-Emitter-Strecke des vierten Transistors (85) geschaltet ist.
13) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste

steuerbare Leitungseinrichtung über den ersten Bereich einen ersten

Verstärkungsgrad und über den zweiten Bereich einen veränderten Verstärkungsgrad aufweist und daß die zweite steuerbare Leitungseinrichtung über den zweiten Bereich einen ersten Verstärkungsgrad und über den dritten Bereich einen veränderten Verstärkungsgrad aufweist.
14) System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste

steuerbare LeUungseinrichtung (75) eine die SchwelIwertleitungseinrichtung aufweisende Lastimpedanz enthält, daß der Verstärkungsgrad

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der ersten steuerbaren Leitungseinrichtung von der Größe der Lastimpedanz abhängt, und daß die erste steuerbare Leitungseinrichtung den ersten Verstärkungsgrad aufweist, wenn die Schwellwerk eitungseinrichtung einen ersten Leitungszustand einnimmt, wobei die Lastimpedanz eine erste Größe festlegt, und daß die erste steuerbare Leitungseinrichtung eine veränderte Verstärkung hat, wenn die Schwellwertleitungseinrichtung einen zweiten Leitungszustand aufweist, wobei die Lastimpedanz eine zweite Größe festlegt.

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