DE3126341A1

DE3126341A1 - Nichtlineare anhebungsschaltung

Info

Publication number: DE3126341A1
Application number: DE3126341A
Authority: DE
Inventors: Koichi Katsuta Hirose; Kazuo Totsuka Yokohama Kondo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-07-04
Filing date: 1981-07-03
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DE3126341C2; JPH0132566B2; US4451746A; JPS5717241A

Description

« *3 mm

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Nichtlineare Anhebungsschaltung

Die Erfindung betrifft eine nichtlineare Anhebungsschaltung für Heim-Videogeräte, die zur Aufnahme und Wiedergabe auf Magnetband geeignet sind (im folgenden kurz als Videorecorder bzw VTR bezeichnet) zur Verbesserung des Signal-Rausch-Ve'rhältnisses.

Da bei zum privaten Gebrauch vorgesehenen Videorecordern eine möglichst lange Aufzeichnungsdauer auf einem einzigen Magnetband verlangt wird, sind viele zum Heimgebrauch vorgesehenen Videorecorder so gebaut, daß sie neben dem normalen Aufnahmebetrieb auch im Langzeitbetrieb aufzeichnen können, bei dem eine verringerte Spurbreite verwendet wird.

81-(A5554-O2)-SP-Bk

Aufgrund der verringerten Spurbreite ist jedoch das Signal-Rausch-Verhältnis im Langzeit-Aufnahmebetrieb gegenüber dem normalen Aufnahmebetrieb schlechter. Ein üblicher Ausweg zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses ist die sog nichtlineare Anhebung, bei der das Ausmaß der Anhebung im Langzeit-Aufnahmebetrieb vom Pegel des Eingangssignals abhängig ist, während im normalen Aufnahmebetrieb eine gleichbleibende Anhebung vorgenommen wird.

Herkömmliche Anhebungsschaltungen umfassen, wie im folgenden anhand der Zeichnung erläutert ist, Bauteile, die an der eigentlichen Festlegung des Frequenzgangs der Schaltung beteiligt sind und die daher sehr genaue Kennwerte aufweisen müssen, so daß eine schaltungsmäßige Anordnung solcher Bauteile für die Herstellung der Schaltung als integrierte Schaltung ungeeignet ist. Nichtlineare Anhebungsschaltungen nach dem Stand der Technik weisen ferner eine Schalteinrichtung auf, die dazu dient, im normalen Aufnahmebetrieb die nichtlineare Anhebungsschaltung zu überbrücken, um ein nicht angehobenes Signal zu erhalten; derartige Schalteinrichtungen sind jedoch kompliziert aufgebaut, wie im folgenden erläutert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nichtlineare Anhebungsschaltung anzugeben, deren Aufbau die Herstellung in IC-Form erlaubt und eine kleine Anzahl von Anschlüssen und peripheren Bauteilen aufweist, und die ferner hinsichtlich der Frequenzcharakteristik relativ leicht auszulegen ist und eine einfach aufgebaute Schalteinrichtung aufweist.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß das Eingangssignal zu einem Hochpaß-Filter geleitet wird, das Ausgangssignal dieses Filters in einer Kompressorschaltung mit variabler Verstärkung verarbeitet wird, die bei Abnahme bzw Zunahme des Pegels des Eingangssignals zunimmt bzw abnimmt, und das Ausgangssignal der Kompressorschaltung und das Eingangssignal in einer Addierschaltung addiert werden, so daß je nach dem Pegel des Eingangssignals die gewünschte Anhebungscharakteristik erhalten wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß der Schaltungsabschnitt, der bei der Festlegung des Frequenzgangs oder der Frequenzcharakteristik mitwirkt, keine nichtlinearen Elemente enthält.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: ein Schaltbild einer herkömmlichen nichtlinearen Anhebungsschaltung;

Fig. 2 und 3: Diagramme zur Erläuterung der Wir·*-- kungsweise der Schaltung von Fig. 1; *

Fig. 4: ein Blockschaltbild des schematischen Aufbaus einer nichtlinearen Anhebungsschaltung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 bis 8: Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung von Fig. 4 und

Fig.9 bis 11: Schaltbilder von praktischen Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zunächst anhand der Fig. 1 bis 3 die oben erwähnten Nachteile des Stands der Technik näher erläutert.

Fig. 1 zeigt beispielhaft eine typische nichtlineare Anhebungsschaltung nach dem Stand der Technik mit einem Eingangsanschluß 1 und einem Ausgangsanschluß 2. Die Basis eines Verstärker-Transistors Q₁ ist über einen Kopplungskondensator C. mit dem Eingangsanschluß verbunden. An der Basis dieses Transistors liegt eine Vorspannung, da die Basis an die Verbindungsstelle von zwei Widerständen R₁ und-R„ angeschlossen ist, die zwischen einer Spannungsquelle V und Erde in Serie geschaltet sind.

CC

Der Transistor Q₁ ist mit seinem Kollektor an einen Widerstand R- als Last und mit seinem Emitter an einen Widerstand R. angeschlossen. Parallel zum Widerstand R₃ liegt eine Reihenschaltung, die aus zwei antiparallel geschalteten Dioden D₁ und D₂ und aus dem in Reihe geschalteten Widerstand R, und dem Kondensator C-. besteht. Parallel zum Widerstand" R. liegt eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R_g und einem Kondensator C₂. Die Widerstände R_c und R, und die Kondensatoren C₀ und C_ sind die wesentlichen Bauelemente zur Festlegung des Frequenzgangs bzw der Frequenzcharakteristik der Anhebungsschaltung. Die Dioden D₁ und D_n sind elektrisch mit der Reihenschaltung aus dem Widerstand R_fi und dem

Kondensator C₃ verbunden und wirken mit diesen so zusammen, daß eine nichtlineare Anhebung erzielt wird.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Anhebungsschaltung kurz beschrieben.

Zunächst wird die Emitter-Impedaz Z des Transistors Q₁ berechnet, für die gilt

Z = ^R4 (1+ J ^E 1 + JwC₂ (R4 + R5)

wobei co die Kreisfrequenz bedeutet.

Wenn das Eingangssignal auf die Basis des Transistors Q₁ gebracht wird, ergibt sich folgende Frequenzabhängigkeit des Emitterstroms i :

L ₌ 1 ⁺ JwC₂ (R₄ + R₅) Z_E R₄ (1 + jwC₂R5)

Die Kennlinie des Emitterstroms i ist in Fig. graphisch dargestellt, wobei zu entnehmen ist, daß der Emitterstrom i_e im tieferen Frequenzbereich bei einer Kreisfrequenz cj_g , die als

S1 C₂ (R₄ + R5)

definiert ist, um 3dB erhöht ist.

(2)

J i Z b J 4 I

Der Wert i do des Emitterstroms i im höheren e e

Frequenzbereich, bei dem die Impedanz des Kondensators C„ vernachlässigbar ist, ergibt sich zu

~> *4 + R5 (3).

co R₄-R₅

Dementsprechend verringert sich bei der Kreisfrequenz co_₂, für die gilt

der Emitterstrom um 3dB gegenüber seinem Wert i oo ·

Andererseits ergibt sich die Kollektor-Impedanz Z„ des Transistors Q₁ zu

R₃ {1 + JQ)C₃ (R6 ^{+ R}P)}_ . , . (5) _f

^ZC χ + Jt₁)C₃ (R₃ + R6 ^{+ r}d)

wobei Co die Kreisfrequenz und

R_ den Leitungswiderstand der Dioden D₁ und D„ in Durchlaßrichtung (dh im leitenden Zustand)·, bedeuten.

Wenn die beiden Dioden D₁ und D„ leitend sind und ihr Leitungswiderstand in Durchlaßrichtung bei hinreichend großem Eingangssignal am Eingangsanschluß 1 als Null angenommen wird, gilt die Beziehung

Z = R₃ (1 + JO)C₃Rg)
^C " 1 + Jo₁C₃ (R_{3 +} R₆)

Wenn bei genügend hohem Eingangssignal R_D = 0 ist> nimmt die Kollektor-Impedanz Z_ bei einer Kreisfrequenz u)_g,, die als

C₃ (R3 + R6)

J)

definiert ist, gegenüber ihrem Wert im tieferen Frequenzbereich um 3dB ab.

Weiterhin gilt für den Wert ZW der Kollektor-Impedanz im höheren Frequenzbereich, wenn bei genügend hohem Eingangssignal R_D = 0 ist,

^ ^R3 ^R6-R₃ + R₆

Die Kollektor-Impedanz ist um 3dB größer als der bei einer Kreisfrequenz cj„. auftretende Wert Z . Für

S4 C₃ R₆

Die Gesamtcharakteristik der nichtlinearen Anhebungsschaltung von Fig. 1 wird durch das Produkt aus Gleichung (1), die der Charakteristik des Emitterstroms i entspricht, und Gleichung (5), die der Charakteristik der Kollektor-

J I Zb

Impedanz Z_Q entspricht, dargestellt. So ergibt sich am Ausgangsanschluß 2^, wenn man Gleichung (6) zur Beschreibung der Charakteristik der Kollektor-Impedanz Z verwendet, dh, wenn der Pegel des Eingangssignals genügend hoch ist und R₀ als Null angesetzt wird, eine Ausgangsspannung v„ von

ti
^VH Äi, ^{a +} ^jCÜ°^{2 (R4 + R5)}} · ^{R3 (1} *

R₄ (1 + JuC₂Rs) {1 + JuC₃ (R₃ + Rß) }

Wenn C₂R₅=C₃R₅ und C₃(R₄₊R₅) = C₃(R₃₊Rg) ist, dh, wenn

^82 ⁼ °° S4 ^{und W}S1 ^=CüS3 ^ist <^wobei diese Bedingungen bei der Schaltungsauslegung zu allgemeinen Zwecken gültig sind, gilt

wobei die Ausgangsspannung V_R eine flache Kennlinie aufweist, die frequenzunabhängig ist.

Im folgenden wird der Fall behandelt, in dem bei nicht ausreichend hohem Pegel des EingangsSignaIs R₀ nicht gleich Full ist. Die Kollektor-Impedanz Z_Q des Transistors Q erniedrigt sich bei einer Kreisfrequenz Cjo_acr die definiert

DJ

ist als

(10),

"s5 C₃ (R₃ + Rg +

gegenüber ihrem Wert im tieferen Frequenzbereich um 3dB.

Die Kollektor-Impedanz Z_n ist für den höheren Frequenzbereich gegeben durch

Z - R3 (R-6 ^{+ R}P) ^c R₃ + R6 + Rd

Bei einer Kreisfrequenz <xw liegt die Kollektorimpedanz 3dB über dem Wert Z «> ; für Oi gilt

■ ₌ 1 (11) .

"¹So C₃ (R6 + Rd)

Für die mit V„ bezeichnete Gesamtcharakteristik im höheren Frequenzbereich ergibt sich entsprechend für R_D = 0 ein Wert V Oo , für den gilt

R5 . R3 (Re ⁺ Rp) .....-(12),

R₄ R5 R₃ + R6 + Rd

R4 + R₅ da der Emitter strom i ^₀ aa -—Ξ———i— und die Kollektor-

" R4 ^κς Impedanz ³

R (R + R)

Im niedrigeren Frequenzbereich nimmt die Gesamtcharakteristik V den Wert V_MQ an, für den gilt:

^VM0 ^TT * ^R3 (13),

da der Emitterstrom i _n*^ =— und die Kollektor-Impedanz

eu κ.

Z^ = R₃ sind.

I C U O 4 I

Wenn das auf den· Eingangsanschluß 1 gebrachte Eingangssignal klein ist, die Dioden D₁ und D_ nicht leitend sind, also R =co ist, ist zum einen der Emitterstrom i durch Gleichung (1) und zum anderen die Kollektor-Impedanz durch Z__T = R_ gegeben, so daß für die Gesamtcharakteristik V_T die Beziehung

v ^ α + J"C₂ (R₄ + R5)> . ρ _(14J

^L R₄ (1 + JCR) ³

gilt, die eine Frequenzabhängigkeit beschreibt, die durch den Emitterstrom i des Transistors Q₁ bestimmt ist.

Wie oben beschrieben, hängt die durch das Produkt aus Gleichung (1) und Gleichung (5) definierte Gesamtcharakteristik vom Leitungswiderstand R der Dioden D₁ und D„ ab; dies bedeutet, daß sich der Pegel des Eingangssignals, wie aus den Gleichungen (1), (5), {9'), (13) und (14) hervorgeht, und der Frequenzgang wie in Fig. 3 verhalten, indem sie sich bei Abnahme des Pegels des Eingangssignals von einem flachen, der Gleichung (9) entsprechenden Kurvenverlauf (a) bis zu dem durch die Werte von C-, R. und R₅ bestimmten Kurvenverlauf (c) ändern, der Gleichung (14) entspricht. Dazwischen liegt der Kurvenverlauf (b), der dem Produkt von Gleichung (1) und Gleichung (5) entspricht.

Auf diese Weise besitzt die in Fig. 1 dargestellte Schaltung eine nichtlineare Anhebungskennlinie und kann beim Einsatz in Heim-Videorecordern das Signal-Rausch-Verhältnis im Langzeit-Aufnahmebetrieb erheblich verbessern.

Bei der oben erläuterten herkömmlichen nichtlinearen Anhebungsschaltung ist die Auslegung zum Teil, so bei der Festlegung der in Fig. 3 gezeigten Übergangsfrequenzen COcι ^unc^ (λ)«.,-» einfach, jedoch teilweise auch sehr schwierig, nämlich bei der Festlegung der Abhängigkeit des Pegels des Eingangssignals von der Frequenz für alle Kurvenverläufe zwischen (a) und (c) von Fig. 3, zum Beispiel für den Kurvenverlauf (b), da alle dazwischenliegenden Kurvenverläufe von R_D abhängen.

Es war daher unvermeidlich, Konstanten für die dazwischenliegenden Kurvenverlaufe empirisch festzulegen.

Der zur Festlegung der Frequenzcharakteristik dienende Teil der Schaltung enthält ferner nichtlineare Bauelemente wie die Dioden D₁ und D^, die für die Entstehung von Verzerrungen durch Oberwellen verantwortlich sind, wobei sich insbesondere der Pegel der Oberwellen entsprechend der Zunahme des Pegels des Eingangssignals erhöht und der so erhöhte Pegel der Oberwellen direkt mit dem Ausgang der Schaltung gekoppelt ist, was die Bildqualität ungünstig beeinflußt.

In Fig. 1 ist ferner eine Schalteinrichtung dargestellt, die strichpunktiert eingerahmt ist. Diese Schalteinrichtung macht während des normalen Aufnahmebetriebs die nichtlineare Anhebung unwirksam; sie enthält einen Transistor Q₁', der einen Teil des am Eingangsanschluß 1 anliegenden Eingangssignals erhält und verstärkt. Ferner ist ein Paar Transistoren Q₁ und Q „ vorgesehen, deren Emitter und Kollektoren miteinander verbunden sind, wobei

J I L O J

die beiden miteinander verbundenen Kollektoren an eine Spannungsquelle V angeschlossen und die beiden miteinander verbundenen Emitter über einen Emitterwiderstand R₀,- geerdet sind. Die Basis des Transistors Q₀,-steht mit dem Kollektor des Transistors Q_c1 in Verbindung und empfängt von dort dessen angehobenes Ausgangssignal. Die Basis des Transistors Q₀,.. ist an die Verbindung der in Reihe geschalteten Widerstände R₀, χ und R_g2 angeschlossen und erhält von dort ein Schaltsignal. Weiterhin empfängt die Basis des Transistors Q₀,.. das Ausgangssignal des Transistors Q₁ ¹. Das Transisto renpaar Q₀₅₁ und Q_g2 wirkt in der Weise als Schalter, daß jeder der beiden Transistoren Q_g1 und Q₀₅₂ dann, wenn an seiner Basis eine höhere Spannung als an der Basis des anderen Transistors liegt, leitend und dann, wenn an seiner Basis eine niedrigere Spannung als an der Basis des anderen Transistors liegt, nichtleitend wird. Wenn an die Basis des Transistors Q₁ bei normalem Aufnahmebetrieb ein Schaltsignal derart angelegt wird, daß die Spannung an der Basis des Transistors Q₃₁ größer ist als an der Basis des Transistors Qq₂* werden die Transistoren Q₃₁ bzw Q₃₂ leitend bzw nichtleitend. Dabei wird das auf den Eingangsanschluß 1 gebrachte Eingangssignal vom Transistor Q₁' verstärkt und das verstärkte Signal dann ohne Anhebung durch den Transistor Q_0i zum Ausgangsanschluß 2'. gebracht. Andererseits liegt bei nicht vorhandenem Schaltsignal im Langzeit-Aufnahmebetrieb die Basis des Transistors Q₀,₁ auf Erdpotential und hat damit eine niedrigere Basisspannung als der Transistor Q₃₂, so daß die Transistoren Q . bzw Q₃₂ nichtleitend bzw leitend werden. Als Ergebnis wird durch den Transistor Q_q2 das einer nichtlinearen Anhe-

bung unterworfene Ausgangssignal des Transistors Q₁ auf den Ausgangsanschluß 2' gebracht.

Aus der obigen Erläuterung geht hervor, daß der für die selektive Unterdrückung der nichtlinearen Anhebung im normalen Aufnahmebetrieb benötigte Schaltkreis kompliziert ist.

In diesem Zusammenhang ist wichtig, daß die Widerstände R₁- und R, und die Kondensatoren C₀ und C_ zur ob. Zi

Festlegung der Frequenzcharakteristik sehr genau bemessen sein müssen. Diese Bauelemente müssen daher außerhalb einer integrierten Schaltung vorgesehen werden, was zu einer erhöhten Anzahl von Anschlüssen und peripheren Teilen der Schaltung führt. Dieser Nachteil wird durch den komplizierten Aufbau der Schalteinrichtung noch verschärft, womit ein Aufbau als integrierte Schaltung noch ungünstiger ist.

Das Prinzip der Erfindung kann am besten anhand von Fig. 4 verstanden werden, in der eine Ausführungsform der Erfindung in einem Blockschaltbild dargestellt ist; das Blockschaltbild umfaßt einen Eingangsanschluß 1 für das Eingangssignal, einen Ausgangsanschluß 2 für das Ausgangssignal, ein Hochpaß-Filter 3, eine Kompressorschaltung 4 und eine Addierschaltung 5. Das mit einem Eingangssignal gespeiste Hochpaß-Filter 3 erzeugt ein Ausgangssignal, das zur Kompressorschaltung 4 gelangt. Die Addierschaltung 5 überlagert dem auf den Eingangsanschluß 1 gebrachten Eingangssginal das Ausgangssignal der Kompressorschaltung 4 und erzeugt damit ein angeho-⁵ benes Ausgangssignal.

O I /LU O

Fig. 5 zeigt den Frequenzgang des Hochpaß-Filters 3; Fig. 6 zeigt das Verhältnis von Ausgangssignalpegel zu Eingangssignalpegel in Abhängigkeit vom Pegel des Eingangssignals für die Kompressorschaltung 4. Wie Fig. 6 zu entnehmen ist, führt bei der Kompressorschaltung 4 eine Erhöhung bzw Erniedrigung des Eingangssignalpegels (Amplitude) zu einer Erniedrigung bzw Erhöhung des Verhältnisses von Ausgangssignalpegel zu Eingangssignalpegel, dh der Verstärkung. Oberhalb eines bestimmten Eingangssignalpegels besitzt die Kompressorschaltung 4 konstante Verstärkung. Die Gesamtcharakteristik, die sich aus der in Fig. 5 gezeigten Kennlinie des Hochpaß-Filters 3 und der in Fig. 6 gezeigten Kennlinie der Kompressorschaltung 4 zusammensetzt, ist in Fig. 7 dargestellt. Die Kurven C₁, b.. bzw a.. in Fig. 7 entsprechen niedrigen, mittleren bzw großen Eingangssignalpegeln. Das Ausgangssignal der Kompressorschaltung 4 wird ferner auf einen geeigneten Wert abgeschwächt und dann der Addierschaltung 5 zur Addition mit dem ursprünglichen Eingangssignal zugeführt. Am Ausgangsanschluß 2 tritt dann die in Fig. 8 dargestellte Frequenzcharakteristik auf. Die Kurven c₂, b_ bzw a₂ entsprechen niedrigen, mittleren bzw großen Eingangssignalpegeln.

Aus der in Fig. 8 dargestellten Kennlinie ist zu entnehmen, daß die in Fig. 4 gezeigte Schaltung eine nichtlineare Anhebungscharakteristik aufweist.

Fig. 9 zeigt eine Ausfuhrungsform der Erfindung, die sich zur Herstellung in Form einer integrierten Schaltung eignet. In dieser Abbildung sind ein Eingangs-

anschluß, ein Ausgangsanschluß, ein Hochpaß-Filter, eine Kompressorschaltung und eine Addierschaltung wie in Fig. 4 miteinander verbunden, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.

Wie aus Fig. 9 hervorgeht, gelangt das Eingangssignal über den Eingangsanschluß 1 und einen Kopplungskondensator C₁ zur Verbindungsstelle des Emitters eines Klemmschaltungs-Transistors Q₂ mit der Basis eines Puffer-Transistors Q₃. Das Hochpaß-Filter 3 enthält eine Serienschaltung aus den Widerständen R_g und Rg und einem Kondensator C₄. Die Kompressorschaltung 4 enthält die Transistoren Q₄ und Q_x-, die einen Differenzverstärker bilden, und eine Serienschaltung, die die Kollektoren dieser beiden Transistoren verbindet und aus dem Widerstand R₁₄ und den als Diode geschalteten Transistoren Q_c und Q-, besteht. Die Transistoren Q_c und Q₇ sind antiparallel geschaltet. Zwischen dem Kollektor des Transistors Q₄ und der Spannungsquelle

V liegt ein Widerstand R_1o; zwischen dem Kollektor cc ^ 12

des Transistors Q₁. und der Spannungsquelle V ist

O CC

ein Widerstand R₁₃ vorgesehen. Der Emitter des Transistors Q_ß und der Kollektor und die Basis des Transistors Q₇ sind gemeinsam mit dem Kollektor des Transistors Q₄ verbunden. Basis und Kollektor des Transistors Q,

und der Emitter des Transistors Q₇ sind gemeinsam mit einem Ende des Widerstands R₁₄ verbunden, dessen anderes Ende mit dem Kollektor des Transistors Q₅ verbunden ist. Die Emitter der Transistoren Q₄ bzw Q₁. sind beide über die Widerstände R_1n bzw R₁₁ an eine Konstantstromquelle I₂ angeschlossen. Die Basis des Transistors Q₄ ist mit einem Ende eines Widerstands R₇ verbunden, dessen anderes Ende mit dem Emitter des

<-< I i. U vj *t I

Puffer-Transistors Q₃ verbunden ist, dessen Ausgang am Emitter abgenommen wird. Die Basis des Transistors Q₁. ist an die Verbindung zwischen dem Widerstand R„ und dem Kondensator C. angeschlossen. Das andere Ende des Widerstands R„ ist an den
Transistors Q- angeschlossen.

des Widerstands R„ ist an den Emitter des Puffer-

Die Addierschaltung 5 enthält einen Transistor Q_g, dessen Basis an den Kollektor des Transistors Q₁-, dessen Kollektor an die Spannungsquelle V und dessen Emitter an eine Stromquelle I_ und an das eine Ende eines Widerstands R. j. angeschlossen ist. Weiterhin enthält die Addierschaltung einen Transistor Q„, dessen Basis über den Kopplungskondensator C₁ mit dem Eingangsanschluß 1, dessen Kollektor mit der Spannungsquelle V und dessen Emitter mit einem Ende des Widercc

stands R._ verbunden ist. Die anderen Enden der Widerstände R_{1 ς} und R₁ , sind beide mit dem Ausgangsanschluß 2 verbunden. Zwischen einem Ende des Widerstands R., und Erde ist ein Widerstand R₁₇ geschaltet. Eine weitere Stromquelle I₁ ist mit dem Emitter des Puffer-Transistors Q_ verbunden. An der Basis des Klemmschaltungs-Transistors Q₂ liegt eine Vorspannung E₁. Die Schaltung weist ferner einen externen Anschluß 6 auf. Alle Bauelemente der Fig. 9 außer dem Kopplungskondensator C₁, dem Kondensator C., dem Hochpaß-Filter 3 und dem Widerstand R„, die außerhalb der Anordnung miteinander verschaltet werden, können in integrierter Bauweise ausgeführt werden.

Die Wirkungsweise der obigen Schaltung wird im folgenden erläutert.

Ein über den Eingangsanschluß 1 empfanenes Videosignal wird über dem Kondensator C₁ auf den Emitter des Klemmschaltungs-Transistors Q₂ und auf die Basen der Puffer-Transistoren Q-. und Q„ gebracht; die Synchronisations-Spitzenspannung wird bei E₁-V^p₂ festgehalten, wobei V_R„2 die Basis/Emitter-Spannung des Transistors Q„ ist.

Das Signal vom Emitter des Puffer-Transistors Q_ wird über den Widerstand R_ auf die Basis des Transistors Q. und über den Widerstand R_R auf die Basis des Transistors Q₅ gebracht. Da die Basis des Transistors Q₁. über den Kondensator C. und den Widerstand R_q geerdet ist, weist das an der Basis des Transistors Q₅ anliegende Eingangssignal eine Tiefpaßfiltercharakteristik auf, die durch die Widerstände R„ und Rg und den Kondensator C₄ festgelegt ist. Andererseits weist das am Differenzverstärker, der aus den Transistoren Q₄ und Q,- besteht, anliegende Eingangssignal die in Fig. 5 dargestellte Hochpaßfiltercharakteristik auf. Hierbei ist besonders hervorzuheben, daß das Hochpaß-Filter 3 eine durch die Größe C₄ (Rg + R_g) bestimmte Zeitkonstante aufweist und daher die Hochpaßfiltercharakteristik nicht wesentlich vom Pegel des Eingangssignals bzw gegenüber Änderungen des Pegels des Eingangssignals unempfindlich ist.

im
Anders ausgedrückt sind/Hochpaß-Filter 3 Bauelemente, deren Schaltkreis-Konstanten vom Eingangssignalpegel abhängen, vermieden, was ein unkompliziertes Schaltungsdesign ermöglicht.

Andererseits gilt für die Kollektor-Impedanz Z_r, des Differenzverstärkers (Q₄, Q₅) unter der Annahme,

daß der dynamische Widerstand der Transistoren Q, und Q₇ in der Diodenschaltung gleich R_D und R₁₂ = R₁₃ ist,

(Rp + R14)

_M (Rp + R14)
^1Z 2

Für große Signalhöhen ist R_Q ^R...; daher gilt

Rl 2 +^

+-^14. (16).

Als Folge einer Abnahme des Eingangssignalpegels nähert sich der Wert für Z„, dem Wert der sich aus Gleichung (15) ergibt. Bei weiter abfallendem Eingangssignalpegel werden die als Diode geschalteten Transistoren Q_ß und Q₇ ausgeschaltet, und es gilt:

²Cl ^{= R}12

Die Kompressorschaltung 4 kann somit durch Verwendung der oben abgeleiteten Charakteristik für Z_ die in Fig. 6 dargestellte Kennlinie besitzen. Weiter ist festzustellen, daß alle Bauelemente zur Festlegung von Z_,- Leitungskonstanten besitzen, die im wesentlichen frequenzunabhängig bzw gegenüber Frequenzänderungen unempfindlich sind, wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht und daher die Verstärkung der Kompressorschal-

-tung 4 ebenfalls keine wesentliche Frequenzabhängigkeit aufweist.

Das Ausgangssignal der Kompressorschaltung 4 wird über den Puffer-Transistor 0- auf die Addierschaltung 5 gebracht und zu dem vom Puffer-Transistor Q_ kommenden Original-Videosignal in einem vorgegebenen Verhältnis (Additionsverhältnis) addiert. Dieses Verhältnis wird durch die Größe der Widerstände R_1c und R₁, bestimmt

IP I D

und als Spannungs-Überlagerungsverhältnis V₁R₁ _κ:ν R₁-ausgedrückt. Dabei bedeuten v. den Originalsignalpegel und ν den Signalpegel am Ausgang der Kompressorschaltung. So muß zB ein Überlagerungsverhältnis von 1:1 eingestellt werden, um bei einer Abschwächung des Eingangssignalpegels von ungefähr 2OdB eine Anhebung um 6dB zu erreichen. Dementsprechend muß das Verhältnis R₁ ,-/R₁,-gleich 10:1 sein, um im höheren Frequenzbereich eine Anhebung um 6dB zu erreichen, wenn' der Eingangsignalpegel um 2OdB abnimmt; wenn das Ausgangssignal der Kompressorschaltung 1 V ist und OdB des Eingangs-

p-p

signals 1 V , entspricht. Andererseits bleibt der

p-p

Ausgangssignalpegel ν der Kompressorschaltung ebenfalls fast unverändert, wenn der Pegel des Eingangssignals OdB ist und genügend groß ist. Dabei wird die Höhe des Ausgangssignals, das von der Kompressorschaltung auf die Addierschaltung gebracht wird, vernachlässigbar klein im Vergleich zu der Höhe v. des Eingangssignals, womit die Anhebung im wesentlichen entfällt. Als Ergebnis ergibt sich die in Fig. 8 gezeigte Kennlinie am Ausgangsanschluß 2, woraus hervorgeht, daß eine nichtlineare Anhebungsschaltung vorliegt.

Da externe Anschlüsse nur für den Eingangsanschluß

O I L· Ü J

den Ausgangsanschluß 2 und den Außenanschluß 6 zur Verbindung mit der RC-Reihenschaltung im Hochpaß-Filter 3 benötigt werden und die Anzahl peripherer Bauelemente verringert ist, kann die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform der Erfindung als integrierte Schaltung hergestellt werden.

Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die sich von der in Fig. 9 nur durch ein wesentlich anders aufgebautes Hochpaß-Filter 3 unterscheidet.

Im einzelnen ist hierbei ein Kondensator 24 und ein Widerstand 29 zwischen dem Eingangsanschluß 1 und der Basis des Transistors Q. in Reihe geschaltet, wobei die Reihenschaltung auf der Seite des Kondensators mit dem Eingangsanschluß 1 und auf der Seite des Widerstands über einen Außenanschluß 6 mit der Basis des Transistors Q₄ verbunden ist. Ein am Eingangsanschluß 1 empfangenes Eingangssignal gelangt zum einen über den Kondensator 24, den Widerstand 29 und den Außenanschluß 6 zur Basis des in der Kompressorschaltung 4 enthaltenen Transistors Q₄, dessen Basis ferner über den Widerstand R₂₇ mit dem Emitter des Transistors Q, verbunden ist.

Bei dieser Ausführungsform ist festzustellen, daß bei der Verbindung zwischen dem Widerstand R„₈ und der Basis des Transistors Q_n. keine Verzweigung vorliegt. Der Kondensator C₂₄ und die Widerstände R»_g und R»₇ bilden das Hochpaß-Filter 3 mit einer Zeitkonstante von C^₄MR₇₇ + Rpq) · Zum anderen wird das Eingangssignal über

den Kondensator C₁ auf die Basis des Transistors Q„ gebracht und in der Addierschaltung 5 zum Ausgangssignal der Kompressorschaltung 4 addiert. An der Basis des Puffer-Transistors Q_ liegt eine Vorspannung E„.

Wenn die Zeitkonstante des Hochpaß-Filters gleich wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 9 gewählt wird, besitzt das in Fig. 10 dargestellte Ausführungsbeispiel die gleiche Frequenzkenn]inie.

In Fig. 11 ist eine weitere 1 usführungsform dargestellt, die außer einer zusätzlichen Schalteinrichtung 7 zum Ein- bzw Ausschalten der nichtlinearen Anhebung für den Langzeit- bzw den normalen Aufnahmebetrieb und einem Eingangsanschluß 8 für das Schaltsignal gleich wie die in Fig. 9 dargestellte Schaltung ist. Die Schalteinrichtung 7 ist dabei äußerst vereinfacht aufgebaut mit einem Schalttransistor Q₁ , dessen Kollektor mit einem Widerstand R_q, dessen Emitter mit Erde und dessen Basis mit einem Widerstand R₁₈ verbunden sind. Der Kollektor des Transistors Q₁₀ ist ferner über den Widerstand R_g und den Kondensator C. mit einem Außenanschluß 6 verbunden. Ein Schaltsignal, das am Eingangsanschluß 8 empfangen wird, gelangt.über den Widerstand R₁₈ zur Basis des Transistors Q₁₀- Während des Langzeit-Aufnahmebetriebs wird eine Gleichspannung an den Eingangsanschluß 8 gelegt, die ausreicht, um den Transistor leitend zu machen. In diesem Fall ist die anhand von Fig. 9 beschriebene nichtlineare Anhebung wirksam, da die Kollektorimpedanz des Transistors Q₁ gegenüber dem Widerstand R_q sehr klein ist und daher

der Widerstand R_g praktisch auf Erdpotential liegt.

Während des normalen Aufnahmebetriebs wird andererseits der Eingangsanschluß 8 für das Schaltsignal auf Erdpotential gebracht. In diesem Fall ist die Kollektor-Impedanz des Transistors Q₁₀ gegenüber dem Widerstand R_ sehr groß, weshalb der Kollektor als offen anzusehen ist. Die Basen der Transistoren Q. und Q_n., die den Differenzverstärker bilden, werden infolgedessen mit identischen Signalen versorgt, so daß am Kollektor des Differenzverstärkers kein Signal erscheint. Da kein Additionssignal der Kompressorschaltung 4 vorliegt, erfolgt keine nichtlineare Anhebung, und das unveränderte Originalsignal liegt als solches am Ausgangsanschluß 2 vor.

Die in Fig. 10 dargestellte Schalteinrichtung 27 besitzt im wesentlichen gleichen Aufbau wie die entsprechende Anordnung in Fig. 11. Die Schalteinrichtung von Fig. 10 enthält einen Transistor Q₂₀' dessen Kollektor über einen Kondensator C₃₀ mit einem Widerstand 29 verbunden und dessen Emitter geerdet ist, wobei ein Widerstand 38, zwischen der Basis des Transistors Q₂ und dem Eingangsanschluß 8 für das Schaltsignal liegt. Wenn der Transistor Qy_n durch das Schaltsignal leitend gemacht wird, wird die Verbindung zwischen dem Widerstand R_?q des Hochpaß-Filters 3 und dem Transistor Q. der Kompressorschaltung 4 wechselstrommäßig geerdet, wodurch das Ausgangssignal der Koirtpressorschaltung auf Null zurückgeht. Wenn der Transistor Q₂₀ andererseits nichtleitend ist, ist die Schalteinrichtung 27 elektrisch vom Hochpaß-Filter 3 isoliert, wodurch die Anhebung wirksam wird.

Wie oben beschrieben, wird bei der vorliegenden Erfindung die Frequenzcharakteristik nur durch die Zeitkonstante des Hochpaß-Filters, das nur passive Bauelemente enthält, die keine nichtlinearen Bauteile sind und das Überlagerungsverhältnis der Addierschaltung bestimmt, wodurch gegenüber dem Stand der Technik eine einfache Schaltkreisauslegung ermöglicht wird. Weiterhin wird, wenn der Eingangssignalpegel groß ist, das Additionsverhältnis des Ausgangssignals der Kompressorschaltung, das vor allem harmonische Verzerrungen aufweist, verringert und demzufolge der Oberwellenpegel im Ausgangssignal minimiert, womit die Verschlechterung der Bildqualität auf ein Minimum zurückgedrängt werden kann.

Die erfindungsgemäße nichtlineare Anhebungsschaltung eignet sich ferner für die Herstellung in Form einer integrierten Schaltung, wobei die Anzahl der Anschlüsse und der peripheren Bauteile verringert ist.

Leerseite

Claims

Ansprüche

- ein Hoehpaß-Filter (3), das das Eingangssignal empfängt,

- eine mit dem Ausgangssignal des Hochpaß-Filters (3) gespeiste Kompressorschaltung (4), deren Übertragungsverhältnis in Abhängigkeit vom Ausgang des Hochpaß-Filters (3) variabel ist/ wobei das Übertragungsverhältnis bei ansteigendem Ausgangssignal des Hochpaß-Filters (3) kleiner und bei fallendem Ausgangssignal größer wird,

und

- eine mit dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal der Kompressorschaltung (4) versorgte Addierschaltung (5), die diese Signale zur Erzeugung eines angehobenen Ausgangssignals in einem bestimmten Verhältnis addiert.

81- (A5554-O2)-SF-Bk

J IZbJ4 I
2. Anhebungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpaß-Filter (3) einen Frequenzgang aufweist, der gegenüber Änderungen des Pegels des Eingangssignals praktisch unempfindlich ist, und die Kompressorschaltung (4) ein Übertragungsverhältnis besitzt, das gegenüber Frequenzänderungen des Ausgangssignals des Hochpaß-Filters (3) praktisch unempfindlich ist.
3. Anhebungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressorschaltung (4) einen Differenzverstärker mit einem ersten und einem zweiten Transistor (Q₄JQs) und eine zwischen den Kollektoren der Transistoren geschaltete Serienschaltung aus einem Widerstand (R-m) und antiparallel geschalteten Diodenbauteilen (Q₆ ,Q-) aufweist und das Hochpaß-Filter (3) eine elektrisch mit einem der Transistoren verbundene Filterschaltung enthält.
4. Anhebungsschaltung nach einem der Ansprüche 1-3, ferner gekennzeichnet durch elektrisch mit dem Hochpaßfilter verbundene Schalteinrichtung (7 ) zur Abschaltung des Hochpaßfilters ( 3 ) .