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Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Bildröhre in einem
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Fernsehempfänger Stand der Technik Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Um bei der Ansteuerung von Bildröhren in Farbfernsehempfängern
einerseits mit einer möglichst kleinen Betriebsspannung der Videoendstufe auskommen
zu können und andererseits eine kathodenseitige Einstellmöglichkeit der sogenannten
Cut-off-Spannung zu haben, ist es bekannt (DE-OS 29 45 810) nach einem die Kathode
der Bildröhre und den Ausgang der Videoendstufe verbindenden Koppelkondensator eine
Klemmstufe vorzusehen. Da jedoch im Gegensatz zu den üblichen Anwendungen von Klemmschaltungen
im Zuge von Videoverstärkern, die auf die Klemmschaltung folgende Schaltung, also
in diesem Fall die Bildröhre, einen relativ niedrigen Eingangswiderstand aufweist,
also relativ viel Strom aufnimmt, ist es
zur Vermeidung von sogenannten
Dachschrägen erforderlich, einen sehr großen Koppelkondensator zu verwenden, Dieses
wiederum bedeutet- mehr Streukapaztäten im Bezug auf Massepotential, also einen
verschlechtdrten Videofrequenzgang und einen erhöhten Aufwand. Für die erforderliche
Größe und Spannungsfestigkeit des Kondensators sind von wirtschaftlichen Gesichtspunkten
nur Elektrolyt-Kondensatoren anwendbar, die wiederum für hohe frequenzen ungeeignet
sind und auch keine falschgepolte Spannung zulassen. Bei der bekannten Anordnung
wird daher der Elektrolyt-Kondensator durch einen Kondensator mit festem Dielektrikum
und eine Diode überbrückt.
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Ferner ist bei der bekannten Schaltungsanordnung zu berücksichtigen,
daß wegen des kleinen Tastverhältnisses des Klemmimpulses und wegen der großen Kapazität
des Kondensators ein sehr großer Umladestrom erforderlich ist, welcher am Fußpunkt
der Klemmschaltung die Quelle der einstellbaren Spannung kurzzeitig belastet, so
daß dort Störungen auftreten.
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Es sind ferner bereits andere Schaltungen zur Wiedergewinnung des
Schwarzwertes von Fernsehsignalen - auch solche mit einer Einrichtung zur Helligkeitseinstellung
-bekannt (Valvo-Berichte, Band 18, Heft 1/2, S. 53 u. 54).
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Diese ist jedoch zur Verwendung zwischen einer Videoendstufe und der
Kathode einer Bildröhre nicht geeignet, da bei dem hohen Spannungspegel eine Addierstufe
negative Auswirkungen auf den Frequenzgang hätte.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltung zum Betrieb
einer Bildröhre in einem Fernsehgerät vorzuschlagen, bei welche ohne die eingangs
geschilderten Nachteile eine Wiedergewinnung des Schwarzwertes und eine Änderung
der sogenannten Cut-off-Spannung im Signalweg
zwischen der Videoendstufe
und der Kathode der Bildröhre möglich ist.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit
den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß bei geringem Aufwand eine
sehr gute Signalübertragung von der Videoendstufe zur Kathode erfolgt, wobei eine
kapazitive Kopplung zwischen Videoendstufe und Kathode bei kleinem Koppelkondensator
möglich ist. Weiterbildungen und Verbesserungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zu einer Strahlstrom-Regelschaltung
erweitert werden. Schließlich ist vorteilhaft, daß das Gleichspannungspotential
an der Kathode mit großem Ilub unabhangig von der Betriebsspannung der Videoendstufe
einstellbar ist.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung, Fig. 2 ein erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel, Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer zusätzlichen
Strahistromregelung und Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer anderen
Variante zur Strahlstromregelung.
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Gleiche Teile sind in den Zeichnungen mit.gleichen Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die in Fig. 1 dargestellte bekannte
Schaltung umfaßt eine Videoendstuf, einen Koppelkondensator 5, welcher durch einen
Transistor zu einer Kiemmschaltung ergänzt ist sowie eine Bildröhre. Weitere Teile
eines Fernsehgerätes brauchen
im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung nicht beschrieben zu werden und sind daher in der Figur nicht dargeste-llt.
Die Videoendstufe besteht nus einem Transistor dessen Emitter über einen Gegenkopplungs-Widerstand
2 mit Massepotential und dessen Kollektor über einen Arbeitswiderstand 3 mit einem
Pol 4 einer positiven Betriebsspannungsquelle von beispielsweise 150 V verbunden
ist.
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Der Basis des Transistors 1 wird das zu verstärkende Videosignal zugeführt.
Das Ausgangssignal wird vom Kollektor abgenommen, über einen Kondensator 5 zur Kathode
6 einer Bildröhre 7 geführt und steuert dort den Strahl strom zur Erzeugung eines
Bildes. Zur Wiedergewinnung des Schwarzwertes ist die Kathode mit dem Kollektor
eines zweiten Transistors 8 verbunden, dessen Emitter mit einem einstellbaren Potential
beaufschlagt ist. Hierzu ist der Emitter mit dem Schleifer eines Potentiometers
9 verbunden. Da der Innenwiderstand der durch das Potentiometer 9 gebildeten Spannungsquelle
-nicht beliebig klein ist, jedoch durch den Transistor 8 ein impulsförmiger Strom
entnommen wird, ist ein Kondensator 10 vorgesehen. Der Basis des Transistors wird
ein horizontalfrequenter Klemmimpuls zugeführt, welcher bewirkt, daß der Transistor
8 während des horzizontalfrequenten Riicklaufs - vorzugsweise während der hinteren
Schwarz schulter - leitend wird.
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Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung treten die eingangs
geschilderten Probleme bezüglich des Kondensators 5, des,Frequenzganges des Signals
sowie des Impulsverhaltens auf.
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Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 2 ist wiederum eine Videoendstufe
1, 2, 3, 4 vorgesehen, welche mit einem Koppelkoidensator 11 an die Kathode 6 der
Bildröhre 7 angeschlossen ist. Bei der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung
kann der Kondensator 11 wesentlich kleiner als der Kondensator 5 sein. Ferner ist
die impulsförmige Strombelastung der Endstufe bei weitem nicht so groß wie bei der
bekannten Anordnung, so daß bei der erfindungsgemäßen Schaltung eine einfache Endstufen-Schaltung
verwendet werden kann, während bei der bekannten Schaltung wegen des niedrigen Ausgangs-Widerstandes
eine Gegentakt-Endstufe erforderlich ist.
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Die Kathode 6 der Bildröhre 7 ist nun über einen Widerstand 12 mit
einer positiven Betriebsspannung verbunden und gleichzeitig über einen weiteren
Transistor 13 mit Massepotential. Ferner ist die Kathode an einen aus den Widerständen
14 und 15 bestehenden Spannungsteiler angeschlossen, dessen von der Kathode abgewandtes
Ende am Schaltungspunkt 16 mit negativem Potential verbunden ist.
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Die Anzapfung des Spannungsteilers ist an einen nichtinvertierenden
Eingang eines schaltbaren Operationsverstärkers 17 mit Stromausgang angeschlossen.
Derartige Operationsverstärker sind unter der Bezeichnung OTA (operational transconductance
amplifier) bekannt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 17 ist mit
dem Schleifer eines zur Einstellung der sogennnnten Cutoff-Spannung vorgesehenen
Potentiometers 9 verbunden.
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In diesem Zusammenhang sei kurz erläutert, daß die Erfindung mit besonderem
Vorteil bei Farbfernsehgeräten angewendet werden kann, bei welchen innerhalb der
Bildröhre die Elektroden der drei Strahlsysteme, ausgenommen die Kathoden, miteinander
verbunden sind. Bei diesen Röhren kann zwar eine Helligkeitseinstellung über die
Wehnelt-Elektrode vorgenommen werden. Es ist jedoch erforderlich, die Anpassung
der Helligkeiten aneinander für die einzelnen Elektronenstrahlen an der jeweiligen
Kathode
vorzusehen. Da hierbei die Kathodenspannung derart eingestellt wird, daß bei Bildschwarz
der Strahlstrom gerade. zu fließen beginnt und damit Signalpegel unterhalb von Schwarz
abgeschnitten werden, nennt man diese Einstellung auch 'tCut-off'. Bei Farbfernsehgeräten
mit den beschriebenen Bildröhren wird also mit Hilfe des Potentiometers 9 die Cut-off-Einstellung
vorgenommen, während die gleiche Einrichtung bei Schwarz-Weiß-Geräten auch zuF Einstellung
der Helligkeit benutzt werden kann.
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Dem Operationsverstärker 17 wird nun wie bei der Schaltung nach Figur
1 ein Klemmimpuls zugeführt. Während der Dauer dieses Impulses wird die Differenz
der den beiden Eilngängen zugeführten Spannungen verstärkt und kann in Form eines
Stromes dem Ausgang des Operationsverstärkers 17 entnommen werden. Zwischen den
Impulsen ist der Ausgang des Operationsverstärkers 17 abgeschaltet und gibt keinen
Strom ab - unabhängig davon, welche Signale am Eingang liegen -Der Ausgangsstrom
des Operationsverstärkers 17 fließt nun einerseits in die Basis-Emitterstrecke des
Transistors 13 und lädt andererseits den Kondensator 18 auf.
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Wie bereits einleitend erwähnt, ist bei Schaltungen zur Wiedergewinnung
des Schwarzwertes, welche in den Signalweg zwischen Videoendstufe und Bildröhre
eingeschaltet sind, der Strahlstrom der Bildröhre zu berücksichtigen.
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Insbesondere, wenn während des zeilenfrequenten Hinlaufs kein Stromfluß
durch den Transistor 8 (Figur 1) erfolgt, treten bei der N<chl,adung des Kondensators
5 erhebliche Stromspitzen auf. So kann beispielsweise bei einem Strahlstrom von
(),) mA während des zeilenfrequenten Hinlaufs bei einer Klemmzeit von 2/us einen
maximalen Umladestrom von 16 mA zur Folge haben. Die erfindungsgemäße Schaltung
hat
nun eine Zuführung des Strahlstromes während des gesamten Hinlaufs ( und während
des Rücklaufs) zur Folge, welcher jedoch während der Klemmzeit - also während einer
Zeit innerhalb des Rücklauf - durch Vergleich zwischen der mit Hilfe des Potentiometers
9 einstellbaren Spannung und dem während der Klemmzeit an der Kathode liegenden
Potentials nachgeregelt wird. Hierzu ist der Kondensator 18 derart bemessen, daß
trotz des Basisstromes durch den Transistor 13 während des zeilenfrequenten Hinlaufs
keine wesentliche Änderung der Spannung eintritt.
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Fig. 3 zeigt eine Schaltungansordnung nach Fig. 2, welche durch eine
Einrichtung zur Regelung des Strahlstroms ergänzt wurde. Dazu ist bei der Anordnung
nach Figur 3 in Reihe mit der Basis-Emitterstrecke des Transistors 13 eine Basis-Emitterstrecke
eines weiteren zum Transistor 13 komplementären Transistors 20 geschaltet. Dessen
Basis liegt auf Massepotential und dessen Kollektor ist über einen Widerstand 21
mit einer negativen Betriebsspannung von beispielsweise - 12 V verbunden. Der Strom
durch den Widerstand 21 entspricht dem Strahlstrom, überlagert mit einem Strom,
der sich aus IR 12 minus IR 14 bildet.
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Der Spannungsabfall am Widerstand 21 ist dann proportional zum Strahlstrom.
Durch eine Abtast- und Halteschaltung, welche aus dem elektronischen Schalter 22
und dem Kondensator 23 besteht, wird dann während des vertikalfrequenten Rücklaufs
eine kontinuierliche Spannung erzeugt, welche dem Strahlstrom während des vertikalfrequenten
Rücklauf proportional ist. Hierzu wird dem elektronischen Schalter bei 24 ein vertikalfrequenter
Austastimpuls zugeführt. Über einen Impedanzwandler 25 gelangt diese Spannung dann
an das der Kathode- entfernte Ende des aus den Widerständen 14 und 15 bestehenden
Spannungsteilers. Dieses bewirkt, daß dem nicht-
invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 17 zusätzlich eine zur Stabilisierung des Strahlstromes
dienende Spannung überlagert wird.
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Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 4 entsprechen die Teile 1 bis
4, 11 und 13 bis 19 den gleichlautend bezeichneten Teilen der Figur 2. Der Widerstand
12 (Fig. 2) wurde bei der Schaltungsanordnung nach Figur 4 durch eine Eonstantstromquelle
ersetzt, welche vom Transistor 28,dem Emitter-Widerstand 29,den Dioden 30 und 31
sowie dem Widerstand 32 gebildet wird. An den Schaltungspunkt 33 kann die gleiche
Spannung wie an den entsprechenden Anschluß der Schaltungsanordnung nach Figur 2
angelegt werden. Es ist jedoch durch die Verwendung der Konstantstromquelie auch
möglich, eine niedrigere Spannung zu verwenden, ohne einen für die Funktion der
übrigen Schaltung zu geringen Widerstand verwenden zu müssen.
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Ferner sind in Reihe mit dem Transistor 13 ein Widerstand 34 und eine
Z-Diode 35 geschaltet. Dadurch wird die Leistungsbelastung des Transistors 13 herabgesetzt.
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Schließlich ist bei der Schaltungsanordnung nach Figur 4 zwischem
dem Ausgang des Operationsverstärkers 17 und der Basis des Transistors noch ein
als Impedanzwandler geschalteter Feldeffekttransistor 36 vorgesehen, um den niedrigen
Eingangswiderstand der Transistorschaltung 13 an die vom Ausgang des Operationsverstärkers
17 und dem Kondensator 18 gebildete Integrationsschaltung anæupassen .
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Als Arbeitswiderstand für den Feldeffekttransistor 36 ist ein Widerstand
37 vorgesehen. Außerdem ist zwischen dem Feldeffekttransistor 36 und die Basis des
Transistors 13
ebenfalls zu Anpassungszwecken ein weiterer Widerstand
38 geordnet.
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Der bisher beschriebene Teil der Schaltungsanordnung nach Figur 4
weist die gleiche Funktion wie die Schaltungsanordnung nach Figur 2 auf. Der weitere
Teil der Schaltungsanordnung nach Figur 4 stellt eine Alternative zu der im Zusammenhang
mit Figur 3 beschriebenen Strahlstromregelung dar.Hierzu ist vor die Kathode 6 der
Bildröhre 7 die Basis strecke eines Transistors 40 geschaltet.
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Der im Kollektorkreis des Transistors 40 angeordnete Widerstand 41
ist derart dimensioniert, daß bei Strahlstromwerten, welche wesentlich oberhalb
des für Bildschwarz einzustellenden Wertes liegen, die Kollektor spannung des Transistors
40 derart klein ist, daß er lediglich als eine im Kathodenkreis der Röhre befindliche
Diode betrieben wird. Während der Austastzeit ist jedoch der Strahlstrom derart
klein, daß der Spannungsabfall am Widerstand 41 genügend klein ist, um noch eine
ausreichende Betriebsspannung für den Transistor 40 übrig zu lassen, so daß der
Strahlstrom im wesentlichen über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 40
fließt und dann an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 42 gelangt,
welcher durch den Widerstand 43 gegengekoppelt ist. Um zu vermeiden, daß während
des Bildhinlaufs die Spannung am invertierenden Eingang größer als die Betriebsspannung
des Operationsverstärkers wird, ist eine Diode 44 vorgesehen, welche mit ihrer Kathode
auf einem konstanten Potential liegt, welches zwischen der Betriebsspannung des
Operationsverstärkers und Masse liegt. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers
42 ist mit Massepotential verbunden. Am Ausgang des Operationsverstärkers 42 steht
somit eine Spannung an, welche dem
Strahlstrom proportional ist.
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Bevor auf die weiteren Schaltungseinzelheiten der Schaltungsanordnung
nach Figur 4 eingegangen wird, werden im folgenden einige Erläuterungen zu der Strahlstrom,regelung
als solcher gegeben: Eine derartige Strahlstromregelung dient dem Zweck, eine einmal
eingestellte Bildhelligkeit und insbesondere bei Farbfernsehenpfängern die Helligkeiten
der drei Elektrontnstrahlen zueinander - konstant zu halten. So ist es erforderlich
den Strahlstrom für einen Signalwert, welcher einerseits unabhängig vom Bildinhalt
ist und andererseits nicht schwarz ist, zu messen. Letzteres ist deshalb notwendig,
da bei einer Helligkeitseinstellung, bei welcher die für Schwarz vorgesehenen Signalpegel
auch tatsächlich als Schwarz wiedergegeben werden kein Strahlstrom fließt. Es ist
deshalb bei derartigen Schaltungen eine Eintastung eines von Schwarz abweichenden
Grauwertes innerhalb der vertikalfrequenten Bildaustastung vorgesehen, welche kurz
nach dem vertikalfrequenten Rücklauf des Elektronenstrahls liegt.
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Bei der im Zusammenhang mit Figur 4 beschriebenen Schaltungsanordnung
wird also vorausgesetzt, daß im Signalweg vor der Endstufe 1 die Eintastung eines
solchen Grauwertes für die Dauer von ein bis zwei Zeilen vorgenommen wurde.
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Damit nun die Messung des Strahlstromes keinerlei Verfälschungen durch
Stöningen außerhalb der eigentlichen Meßzeit erfährt, ist bei der Schaltungsanordnung
nach Figur 4 am Ausgang des Operationsverstärkers 42 ein Transistor 45 vorgesehen,
dessen Basis am Schaltungspunkt 46 ein Impuls n etwa einer Zeilendauer zugeführt
wird. Dieser Impuls hält den Transistor während der gesamten Bildperiode leitend
bis auf eine Zeile, während
der das obengenannte Grauwertsignal
in das Videosignal eingeblendet wird.
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Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 42 gelangt dann in
einen weiteren Operationsverstärker 47, welcher wie der Operationsverstärker 17
ein schaltbarer Operationsverstärker mit Stromausgang (OTA) ist. Zusammen mit dem
am Ausgang des OTA 47 angeordneten Kondensator 48 und dem Feldeffekttransistor 49
sowie dem Gegenkopplungswiderstand 50 wird eine Abtast- und Halteschaltung (Sample
and Hold) gebildet. Diese wird von einem bei 51 zugeführten Impuls derart gesteuert,
daß das am Ausgang des Operationsverstärkers 42 anstehende Signal während etwa einer
halben Zeile innerhAlb der genannten Fernsehzeile abgetastet und bis zur nächsten
Abtastung gespeichert wird. Für den Feldeffekttransistor 49 ist dann noch ein Arbeitewiderstand
52 vorgesehen, welcher in Verbindung mit dem negativen Pol 53 einer Betriebsspannungsquelle
steht. Schließlich ist der Ausgang der Abtast- und Halte schaltung über einen Koppelwiderstand
54 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 55 angeschlossen.
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Dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 55 wird
über ein Potentiometer 56 eine einstellbare den Sollwert für den Strahlstrom bildende
Spannung zugeführt.
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Ferner ist der Operationsverstärker 55 mit Hilfe eines Kondensators
57 gegengekoppelt, so daß er als Integralregler wirkt. Die Ausgangsspannung des
Operationsverstärkers 55 wird dann dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
17 zugeführt und bildet den Sollwert für das im Zusammenhang mit den Figuren 2 und
3 erläuterte Regelsystem.