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Die
Erfindung betrifft einen Treiber für eine Kathodenstrahlröhre (CRT),
wie sie in einem Fernsehempfänger
oder einem anderen Videowiedergabesystem angewendet werden kann,
mit Mitteln zur Verhinderung der Leistungsverschlechterung aufgrund
einer CRT-Betriebsspannungsladung. Eine Videosignal-Verarbeitungs-anordnung
gemäß dem Anspruch
1 ist beschrieben in der US-A-4 096 517. Die Erfindung ist im Anspruch
1 und in dem abhängigen Anspruch
2 angegeben.
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In
Videowiedergabesystemen mit einer Kathodenstrahlröhre (CRT)
als Wiedergabeeinheit dient eine Videoausgangs- oder Treiberstufe
zur Verstärkung
der Videosignale mit einem relativ geringen Wert zur Erzeugung von
Videosignalen mit einem relativ hohen Wert mit hohem Wert (high
level), die direkt der CRT zugeführt
werden können.
Die Videoausgangssignale stellen im allgemeinen rote, grüne und blaue
Komponenten des wiedergegebenen Bildes dar und werden jeweils einer
Kathode der CRT zugeführt.
Hochspannungen werden der Anode und den verschiedenen Gittern der
CRT jeweils von Hochspannungs-Versorgungsein-heiten
zugeführt. Wenn
der Mittelwert des wiedergegebenen Bildes gegen weiß tendiert,
nehmen die von der Hochspannungsquelle gelieferten Ströme zu und
können
in extremen Fällen
bewirken, dass eine oder mehrere der Hochspannungen in der Amplitude
abnehmen oder "slump". Letzteres kann
bewirken, dass der Wert bei der Sperrung des Elektronenstrahls oder
der sogenannte "cut-off"-Wert der CRT zunimmt,
wodurch ein Verlust von Details in dunklen Stellen des Bildes entstehen
kann.
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Eine
Lösung
für das
oben beschriebene Problem besteht darin, Hochspannungs-Versorgungseinheiten
mit genügend
Möglichkeiten
für die
Strombehandlung anzuwenden. Jedoch sind derartige Versorgungseinheiten
teuer. Eine kostengünstigere
Lösung
ist in 1 dargestellt.
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Die
Endstufen des roten (R), grünen
(G) und blauen (B) Kanals eines Videowiedergabesystems sind in 1 dargestellt.
Da die drei Kanäle
im wesentlichen identisch sind, wird nur der rote Kanal im Detail
beschrieben. Der relativ niedrige Wert des Videosignals, das an
dem Ausgang des Vorverstärkers 10R entsteht,
wird durch den Treiber 12R verstärkt, und das resultierende
rote Videosignal mit einem relativ hohem Wert wird über einen
Widerstand 14R jeweils einer Kathode 16R einer
CRT 18 zugeführt.
Ein gemeinsames erstes Gitter G1 der Kathodenstrahlröhre 18 empfängt eine
Betriebsspannung von einer G1-Betriebsspannungsquelle 20.
Ein gemeinsames zweites oder Schirmgitter G2 eines gemeinsamen ersten
Fokussiergitters F1 und ein gemeinsames zweites Fokussiergitter
F2 empfangen jeweils relativ höhere
Spannungen von jeweiligen Ausgängen
eines Hochspannungsabschnitts 22. Eine sehr hohe Spannung
wird der Anode A der CRT 18 von einem anderen Ausgang des
Hochspannungsabschnitts 22 zugeführt.
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Ein
Treiber 12R enthält
NPN Transistoren Q1 und Q2 in einer Kascodenverstärkerschaltung.
Der Ausgang des Vorverstärkers 10R ist
mit der Basis des Transistors Q1 verbunden. Eine Referenzspannung
VREF ist mit dem Emitter des Transistors über einen Emitterwiderstand
RE verbunden. Eine Vorspannung +VCC wird der Basis des Transistors
Q2 zugeführt.
Der Kollektor des Transistors Q2 ist über die Last, die einfach als
ein Widerstand RL dargestellt ist, und einen Widerstand RS, dessen
Zweck später
erläutert
wird, mit einer Betriebsspannungsquelle B+ verbunden. Der Kollektor
des Transistors Q2 ist außerdem über einen
Widerstand 14R mit der Kathode 16R verbunden.
Ein Filterkondensator CS liegt zwischen dem Verbindungspunkt der
Last RL und des Widerstandes RS und Signalerde. Der "cut-off-Wert der
CRT 18 ist eine Funktion der Referenzspannung VREF und
der Vorspannung VCC. Das Netzwerk mit dem Widerstand RS und dem
Kondensator CS dient zur Verringerung der Möglichkeit des Verlustes von
Details in dunklen Teilen des Bilds während Bildern mit einem hohen
mittleren Wert, wie nunmehr erläutert
wird.
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Eine
Abnahme der Kathodenspannung entspricht der "Weißheit" des Bildes, und
eine Zunahme der Kathodenspannung entspricht einer Zunahme der "Dunkelheit" des Bildes. Der
Strahlstrom, der durch die CRT 18 von dem Hochspannungsabschnitt 22 entnommen
wird, nimmt zu, wenn der mittlere Bildwert in Richtung Weiß zunimmt.
Die der Anode und den verschiedenen Gittern der CRT 18 durch
das Hochspannungsnetzwerk 22 zugeführten Spannungen nehmen bei
relativ hohen Strahlströmen
ab. Wenn die Kathodenspannung konstant bleiben würde, würde dies bewirken, dass der "cut-off-Wert der CRT 18 zunimmt,
und bewirken, dass dunkle Bereiche des Bildes dunkler werden, was
einen Detailverlust bewirkt. Jedoch erzeugt der Widerstand RS einen
Spannungsabfall, der die Kathodenspannung verringert, wenn der Strahlstrom
zunimmt. Der über dem
Widerstand RS gebildete Spannungsabfall kompensiert die Verringerung
in der Amplitude (oder "slump") der Hochspannungen,
die durch das Hochspannungsnetzwerk 22 geliefert werden,
und verhindert daher den Detailverlust in dunklen Bereichen, wenn
der mittlere Bildwert zunimmt. Daher kann angenommen werden, dass
der Widerstand RS einen "Schwarzpegelausgleich" (black tracking)
bildet, die durch Verringerung der effektiven Betriebsspannung von
B+ der Spannungsquelle 24 mit einer Zunahme des Strahlstroms
verringert wird. Der Kondensator CS wird benötigt zur Beseitigung der Wechselspannungskomponente
bei der Klemme mit der effektiven Betriebsspannung an dem Verbindungspunkt
der Widerstände
RS und RL.
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Während das
Netzwerk mit dem Widerstand RS und dem Kondensator CS seine beabsichtigte Funktion
zufriedenstellend erfüllt,
hat es bestimmte Nachteile. Der Wert des Widerstands RS muss für die beabsichtigte
Kompensationsfunktion relativ groß sein. Jedoch ist als Folge
davon die "Bauhöhe" oder Aussteuerung
(head-room) des Treibers, d. h. der Amplitudenbereich des Ausgangssignals
des Treibers beschränkt.
Zusätzlich
ist, da die Spannung B+ relativ hoch ist (z. B. +220 Volt), die
körperliche
Größe des Kondensators
CS groß,
selbst für
kleine Kapazitätswerte.
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Die
vorliegende Erfindung besteht teilweise in der Erkenntnis des beschriebenen
Problems und teilweise in der Beschaffung einer Lösung für das Problem.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Schwarzpegelausgleich – (black tracking) Anordnung mit
dem Eingang der CRT-Treiberstufe und nicht mit ihrem Ausgang verbunden.
Insbesondere enthält
die Anordnung eine Schaltung zur Abfrage oder Sensierung wenigstens
eines Videosignals mit einem relativ niedrigerem Wert, das einem
Eingang eines CRT-Treiberverstärkers
zugeführt
wird, und einer
Schaltung zur Bildung eines Signals, das den
mittleren Wert des getasteten Videosignals mit geringem Wert darstellt.
Das darstellende Signal wird dem CRT-Treiber zugeführt und
wird effektiv zu dem Ausgangsvideosignal des CRT-Treibers addiert, so dass es eine zunehmende
Verschiebung oder ein Offset des Ausgangsvideosignals in der Weißrichtung
gibt, wenn der Mittelwert des Eingangsvideosignals des CRT-Treiberverstärkers in
zunehmenden Maße
Weiß entspricht.
Vorzugsweise wird das darstellende Signal dem Eingangssignal des
CRT-Treiberverstärkers zugefügt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung liegt ein Widerstandselement parallel zu dem Ausgang
eines Stromverstärkers
mit einem Vorverstärker
eines CRT-Treiberverstärkers
und in Reihe mit einem Tiefpassfilterelement. Das darstellende Signal
wird durch das Tiefpassfilterelement gebildet und durch die Eigenschaft
der Reihenschaltung zu dem Eingangsvideosignal addiert. Als ein
weiteres Merkmal der bevorzugten Ausführungsform liegt das Tiefpassfilterelement
gemeinsam mit wenigstens einem anderen Widerstandselement parallel
zu einem anderen Vorverstärker
eines anderen CRT-Treiberverstärkers
und bildet dadurch ein Signal, das den Mittelwert der Kombination
der beiden Videoeingangssignale darstellt. Die letztgenannte Anordnung bildet
eine zuverlässigere
Anzeige des Bildinhalts als eine Anordnung, in der nur ein einziges
Eingangssignal benutzt wird.
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Dieser
und andere Aspekte der Erfindung werden im einzelnen anhand der
beigefügten
Zeichnung beschrieben:
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Die
bereits beschriebene 1 ist ein Schaltbild einer CRT-Treiberanordnung
mit einem Schwarzpegelausgleichnetzwerk, das mit dem Ausgang des
Treiberverstärkers
verbunden ist, gemäß dem Stand
der Technik.
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2 ist
ein Schaltbild einer CRT-Treiberanordnung mit einem Schwarzpegelausgleichnetzwerk, das
mit dem Eingang eines Treiberverstärkers verbunden ist, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In
den 1 und 2 sind dieselben oder einander
entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen. Diejenigen
Teile der Anordnung von 2, für die es entsprechende Teile
in der Anordnung von 1 gibt, werden nicht erneut beschrieben.
Bei der in 1 dargestellten Anordnung wird nur
der rote Kanal im Detail beschrieben, da alle drei Kanäle im wesentlichen
identisch sind.
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In
der in 2 dargestellten Anordnung enthält der Vorverstärker 10R einen
Spannungs-/Strom-Konverter (angedeutet durch die einander überlappenden
Kreise), der das rote Videoeingangssignal mit einem niedrigen Wert
auf einen entsprechenden Ausgangsstrom umsetzt. Ein Abschlußwiderstand
RR parallel zu dem Ausgang des Vorverstärkers 10R dient zur
Bildung einer Eingangsspannung ER für den Treiber 12R.
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Der
in 2 dargestellte Treiber 12R ist ähnlich zu
dem in 1 dargestellten Treiber 12R, ist jedoch
etwas komplexer, da er eine praktische Ausführung ist. Der Fachmann auf
diesem Gebiet wird auch erkennen, dass die Last des Treibers 12R komplexer sein
kann als ein Widerstand und aktive Elemente enthalten kann. Zum
Beispiel kann die Last des Treibers 12R komplementäre Transistoren
enthalten, die jeweils als Emitterfolgerverstärker und in einer Gegentaktanordnung
geschaltet sind. Die Eingangsspannung ER mit dem niedrigem Wert
wird über
ein Filternetzwerk der Basis des Transistors Q1 zugeführt, das
die Parallelschaltung eines Widerstands RF und eines Kondensators
CF und einen Emitterfolgerverstärker
mit einem PNP-Transistor Q3 enthält. Ein
Widerstand REF zwischen dem Emitter des Transistors Q3 und dem Betriebsspannungspunkt
+VCC bildet den Lastwiderstand des Emitterfolgerverstärkers. Der
Kollektor des Transistors Q3 ist mit einem Punkt mit Erdpotential
verbunden. Ein Widerstand RFB liegt zwischen dem Kollektor des Transistors
Q2 und der Basis des Transistors Q3 und bildet eine Gegenkoppelung
für den
Treiberverstärker 12R.
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Der
Widerstand RR mit den entsprechenden Widerständen RG und RB des grünen und
des blauen Kanals und die Parallelschaltung eines Widerstands RC
und eines Kondensators CC zwischen den jeweiligen Enden der Widerstände RR,
RG und RB und einem Punkt für
Signalerde bilden einen Eingang des Schwarzpegelausgleich-Netzwerks
für die CRT
Treiberanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Widerstand RC ist ein Gleichtakt-Abschlußwiderstand, der die Summe
der Ausgangsströme
der Vorverstärker 10R, 10G und 10B auf
eine Spannung EC umsetzt. Der Kondensator CC ist ein Filterkondensator
und dient zur Filterung der Spannung EC, so dass die Spannung EC
nur die niedrigen Frequenzkomponenten der Summe der Videoeingangsströme darstellt.
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Jede
der Eingangsspannung ER, EG und EB des Treiberverstärkers ist
die Summe der Spannungen über
den jeweiligen Abschlußwiderständen RR, RG
und RB und der Spannung EC. Die Spannung EC stellt den mittleren
Bildwert (APL = average picture level) dar. In der vorliegenden
Ausführungsform,
in der die Treiberverstärker 12R, 12G und 12B invertierende
Verstärker
sind, da dann, wenn sich die APL gegen Weiß bewegt, die Spannung EG zunimmt. Wenn
die APL sich gegen Schwarz bewegt, nimmt die Spannung EC ab. Daher
wird, wenn die APL gegen Weiß zunimmt,
jede der Treibereingangsspannung ER, EG und EB zunehmend in Richtung
Weiß verschoben,
d. h. wird zunehmend nach oben verschoben. Demzufolge wird jede
der Treiberausgangsspannungen an den jeweiligen Q2-Kollek-toren zunehmend
in Richtung weiß verschoben,
d. h. zunehmend nach unten verschoben. Das hat die Wirkung einer
Kompensation des "slump" der der CRT 18 zugeführten Hochspannungen,
da sich die APL in Richtung Weiß bewegt.
Andererseits wird, wenn die APL sich gegen Schwarz bewegt wird,
jede Eingangsspannung abnehmend nach unten verschoben und jede Ausgangsspannung
wird zunehmend nach oben verschoben. Auf diese Weise wird mit der
in 2 dargestellten Anordnung eine „black-tracking" (Schwarzpegelausgleichs)-Spannung
zu jeder Treibereingangsspannung addiert. Die Größe der Schwarzpegelausgleichs-Spannung
ist bestimmt durch das Verhältnis der
Werte der Widerstände
RR, RG und RB (die in dieser Ausführungsform mit gleichen Werten
angenommen werden) und des Wertes des Widerstands RC.
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Verglichen
mit der Schwarzpegelausgleich-Anordnung gemäß 1 begrenzt
die in 2 dargestellte Schwarzpegelausgleich-Anordnung
nicht den "head-room" (Bauhöhe) der
CRT-Treibersignale. Zusätzlich
benötigt
sie keinen räumlich großen Filterkondensator
wie einen Kondensator CS der in 1 gezeigten
Anordnung, da die über
dem Kondensator CC gebildete Spannung relativ niedrig ist.
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Wenngleich
es erwünscht
ist, dass alle drei Videosignale mit niedrigem Wert summiert werden, um
eine Schwarzpegelausgleichspannung zu bilden und eine relativ genaue
Darstellung des Bildinhalts zu erhalten, ist es möglich, in
manchen Anwendungen weniger als das Ganze zu benutzen. Diese und andere
Abänderungen
sollen innerhalb des Schutzumfangs der durch die folgenden Ansprüche definierten
Erfindung liegen.