DE701082C - Gleichstromverstaerker, vorzugsweise fuer Fernsehzwecke - Google Patents

Description

Gleichstromverstärker haben den Nachteil, daß sie zu Schwankungen neigen, d. h. auch wenn keine Signale am Verstärker liegen, wird der Ausgangsstrom über eine Periode von mehreren Minuten hinweg langsam zu- oder abnehmen, was beispielsweise durch Änderungen der Kathodenemission der Verstärkerröhren bedingt sein kann. Diese Schwankkungen sind bei hohen Verstärkungsgraden so groß, daß es bisher nicht möglich war, Gleichstromverstärker für Fernsehzwecke zu verwenden. Sie sind aber gerade dort sehr erwünscht, damit die Gleichstromkomponente des Bildes, d. h. die mittlere Bildhelligkeit, übertragen werden kann. Diese Gleichstromkomponente stellt allerdings keinen reinen Gleichstrom dar,' sondern einen, wenn auch mit sehr niedrigen Frequenzen langsam veränderlichen Wechselstrom, der einem kon-

ao stanten Gleichstrom überlagert ist.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Gleichstromverstärker dadurch zu stabilisieren, daß man aus dem Anodenstrom des Verstärkerausgangs die Vorspannung für die Eingangsröhre des Verstärkers abnahm. Auf diese Weise erhält man zwar einen stabilen Gleichstromverstärker, der aber nicht mehr in der Lage ist, langsame Änderungen der Gleichstromkomponente zu verstärken, denn wenn der Anodenstrom der Endröhre zunimmt, nimmt die Vorspannung der Eingangsröhre ab, d. h. eine Veränderung der Gleichstromkomponente, welche die Ursache der Anodenstromzunahme war, wird durch Verringerung ' des Verstärkungsgrades ausgeglichen, so daß sie im Ausgang des Verstärkers nicht in Erscheinung treten kann.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstromverstärker, bei dem Schwankungen des Ausgangsstromes, die durch Veränderungen der Eigenschaften der Verstärkerelemente an und für sich bedingt sind, beseitigt sind, ohne daß der Verstärker die Gleichstromkomponente eines Fernsehsignals, d. h. langsame Änderungen dieser Gleich-Stromkomponente, nicht überträgt.

Der Erfindungsgedanke besteht darin, daß man von Zeit zu Zeit das Verstärkungsverhältnis des Gleichstromverstärkers nachregelt, indem man in bestimmten Zeitabständen die 5" Eingangsspannung auf einen festen Wert bringt und gleichzeitig den Verstärker in Abhängigkeit von seiner Ausgangsspannung im Sinne einer Konstanthaltung des Verhältnisses von Eingangs- zu Ausgangsspannung beeinflußt. Dies geschieht beispielsweise da-

durch, daß man in festen Zeitabständen auf den Eingang des Verstärkers einen Impuls von entgegengesetzter Polarität wie die Bildsignale gibt; dieser Impuls wird am einfachsten durch den Synchronisierimpuls dargestellt. Der Impuls bewirkt im Ausgang des Verstärkers einen Strom, der einen Kondensator auflädt, dessen Ladespannung während der folgenden Signalperiode praktisch konstant bleibt und die Vorspannung des Verstärkereingangs bestimmt. Der Ladekreis des Kondensators wirkt nur für die Dauer dieser Impulse. Da diese Ladung von dem Verstärkungsverhältnis des Verstärkers abhängt, entspricht einer Verstärkungsänderung zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen eine Änderung der Kondensatorspannung, so daß durch geeignete Wahl der Steuerung die Verstärkung immer auf demselben Wert gehalten werden kann.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nun unter Bezugnahme auf die Abbildungen genauer beschrieben werden. Die Abb. ι stellt auf der linken Seite einen Fernsehsender und auf der rechten Seite einen Empfänger dar, die beide durch einen punktiert gezeichneten Kanal 1, 3 verbunden sind. Der Fernsehsender ist für die Übertragung eines Films 5 gedacht. Es ist angenommen, daß die Abtastung durch eine in Abb. 2 dargestellte Nipkow-Scheibe erfolgt, welche die Abtastlöcher 11 sowie die Synchronisierlöcher 13 enthält. Über die beiden Photozellen 19 und 39 gelangt ein Signal nach Abb. 3 an den Eingang des Verstärkers 29. In Abb. 3 ist das Bildsignal der Photozelle 19 mit 51 und das Synchronisiersignal der Photozelle 39, welches entgegengesetzte Polarität wie das Bildsignal besitzt, mit 53 bezeichnet. Zwischen dem Eingang des Verstärkers 29 und seinem Ausgang liegt die Regelanordnung 33. Über die Verbindung 1,3, die einen drahtlosen Kanal oder eine Leitung darstellen kann, gelangt das Sendesignal an den Gleichstromverstärker 55, welcher in bekannter Weise die Modulationsspannungen für das Steuergitter 57 der Kathodenstrahlröhre 61 liefert. Entsprechend steuern die Synchronisiersignale in bekannter Weise die Ablenkkreise für die Zeilen- und Zeilenzugablenkung.

In Abb. 4 ist u. a. der Gleichstromverstärker 29 in einer Schaltskizze dargestellt. Dieser besitzt einen so hohen Verstärkungsgrad, daß Vorkehrungen getroffen werden müssen, um sein Schwanken zu vermeiden. Er enthält zwei Röhren 91 und 101. Das Steuergitter 95 der Röhre 91 ist direkt mit der Anode der vorhergehenden Röhre verbunden. Die Kathode 93 liegt einerseits über den Kondensator 31, andererseits über den Regelkreis 33 an der unteren Klemme der Spule 27, welche ι. zusammen mit dem Widerstand 25 die Eingaugsbelastung der Röhre 91 darstellt. An dieser Eingangsbelastung wird das in Abb. 3 dargestellte Signal zugeführt.

Der Regelkreis 33 enthält eine Röhre 123, deren Steuergitter 127 über eine Batterie 133 mit der Anode in der Röhre 101 des Gleichstromverstärkers 29 verbunden ist. Die Kathode 125 liegt über die Leitung 135 an der Kathode von 91. Zwischen der Anode 131 und der Batterie 139 ist ein Widerstand 137 eingeschaltet. Der Ausgang der Regel röhre 123 ist an den Kondensator 31 geführt, und zwar über die Leitung 135 und die Batterie 141, deren positive Klemme an der Anode 131 und deren negative Klemme über die Leitung 143 an der gitterseitigen Belegung des Kondensators 31 liegt. Die Vorspannung durch die Batterie 133 wird zweckmäßig so gewählt, daß die Regelröhre 123 etwas über dem Verriegelungspunkt vorgespannt ist. Aus diesem Grunde haben die Bildsignale an der Stelle, wo sie der Regelröhre aufgedrückt werden, keinen Einfluß auf diese Röhre, weil sie negative Polarität besitzen, während die Synchronisierimpulse an dieser Stelle positive Polarität haben, so daß im Ausgang der Regelröhre ein Stromimpuls erzeugt wird, welcher den Kondensator 31 lädt.

Die Wirkung dieser Stromimpulse erkennt man durch Verfolgung des Gitterkreises für die Röhre 91 des Verstärkers 29, welcher folgendermaßen verläuft: Kathode 93, Leitung. 135, Anodenbatterie 139, Widerstand 137, Vorspannungsbatterie 141, Leitung 143, Spule 2j, Widerstand 25, Steuergitter 95. Da die Spannung zwischen Kathode 125 und Anode 131 entgegengesetzte Polarität besitzt wie die der Batterie 141, nimmt die dem Gitter 95 zugeführte negative Vorspannung zu, wenn die positive Spannung an der Anode 131 abnimmt. Daraus folgt, daß das Auftreten eines Stromimpulses im Anodenkreis von 123 die negative Vorspannung am Steuergitter 95 vergrößert, da ein solcher Stromimpuls wegen des Spannungsabfalls im Widerstand 137 die Spannung der Anode 131 verringert. Der Kondensator 31 und der dazu im Nebenschluß liegende Anodenwiderstand 137 sind groß genug, um die Anodenstromimpulse der Röhre zu integrieren, so daß sich die Vorspannung am Gitter 95 allmählich mit den Änderungen der Größe der Anodenstromimpulse verändert, die den Kondensator 31 bis zu einem Wert aufladen, der von ihrer Amplitude abhängt. Der Eingang des Verstärkers erhält also eine Vorspannung, die sich mit einem Schwanken des Verstärkers ändert.

Die Arbeitsweise des Gleichstromverstärkers 29 und des damit verbundenen Regel-

kreises 33 erkennt man aus der graphischen Darstellung der Abb. 5. Die Kurve 203 stellt den Anodenstrom der Regelröhre 123 in Abhängigkeit von der Gitterspannung dar. Die Kurven für die Bild- und Synchronisiersignale 51 und 53 sind auf einer senkrechten Zeitachse aufgetragen, die durch denjenigen Wert der Gittervorspannung auf der Abszisse hindurchgeht, der gleich der Vorspannung der to Regelröhre 123. ist. Diese Vorspannung ist größer als der Wert, der zur vollständigen Verriegelung der Röhre benötigt wird. Die ausgezogenen Kurven stellen einen Zustand des Verstärkers 29 dar, in dem keine Neigung zum Schwanken besteht.

Da die Regelröhre 123 über den Verriegelungspunkt vorgespannt ist, haben die Bildsignale keinen Einfluß auf den Regelkreis. Die Synchronisierungsimpulse haben jedoch so eine solche Polarität und Größe, daß sie einen Anodenstrom in der Regelröhre hervorrufen, sooft ein Synchronisierimpuls auftritt. Diese Anodenstromimpulse sind durch die ausgezogenen Rechtecke 205 wiedergegeben. Sie werden durch den Kondensator 31 zu einem konstanten Strom integriert, dessen Größe •durch die punktierte Linie 207 dargestellt ist. Es wird demgemäß die Vorspannung der Röhre 91 des Verstärkers 29 durch die Syn-3.0 chronisierimpulse gesteuert.

Angenommen, der Verstärker 29 beginne so zu schwanken, daß der Anodenstrom der letzten Röhre 101 zunimmt. Dies bewirkt eine Abnahme der positiven Spannung an der Anode in, wodurch das Steuergitter 127 der Regelröhre 123 mehr negativ wird. Diese Zunahme der negativen Vorspannung ist durch die punktierte Linie 209 angedeutet. Die Bildsignale und die Synchronisiersignale sind in die punktiert gezeichneten Stellungen verschoben. Je größer die Verschiebung der Synchronisierimpulse in einer negativen Richtung ist, um so kleiner ist der Wert der Anodenstromimpulse, die im Ausgang der Regelröhre 123 auftreten. Die Abnahme der Anodenstromimpulse ist punktiert bei 2OS_ß wiedergegeben. Die kleineren Werte der Anodenstromimpulse, die durch den Kondensator 31 integriert werden, erzeugen eine konstante Vorspannung von kleinerem Wert entsprechend der punktierten Linie 211. Daraus folgt, daß eine Zunahme des Stromes im Ausgang des Gleichstromverstärkers eine ' Abnahme der negativen Vorspannung ibewirkt, die dem Eingang zugeführt wird. Da diese Abnahme der negativen Vorspannung eine Abnahme des Änodenstromes im Verstärkerausgang herbeiführt, wird eine Regelung bewirkt, mit anderen Worten, bevor der Strom im Ausgang des Verstärkers 29 um einen merklichen Betrag zu- oder abnehmen kann, wird die Vorspannung an der ersten Röhre 91 des Verstärkers so geändert, daß sie der Änderung des Ausgangsstromes entgegenwirkt. "

Der Kondensator 31 soll genügend Kapazität haben, um eine merkliche Beeinflussung der mittleren Helligkeit des Bildsignals zu verhindern, andererseits soll er nicht so groß sein, daß die Regelschaltung zu langsam auf Änderungen im Zustand des Verstärkers anspricht, da sonst einfach auftretende Schwankungen nicht schnell genug korrigiert werden können. Als geeignete Werte haben sich eine Kapazität von 1 Mikrofarad für den Kondensator 31 und von 100 000 Ohm für den Widerstand erwiesen.

Abb. 6 zeigt eine Schaltung, bei der die Impulse, d. h. also entsprechend der vorher beschriebenen Anordnung die Synchronisierimpulse, nicht über den Gleichstromverstärker 29 übertragen werden, sondern in richtiger Phase über ein Potentiometer 215 nach entsprechender Verstärkung auf die Übertragungsleitung 1,3 geführt werden. Der Eingang des Regelverstärkers 33 erhält die Synchronisierimpulse über eine Leitung 217 zugeführt, um diesen in der oben beschriebenen Weise zu steuern. Ein aus zwei hintereinandergeschalteten Röhren bestehender go Verstärker 219 verhindert, daß die Syn- · chronisierimpulse, die dem Regelverstärker zugeführt werden, auch auf die Übertragungsleitung i, 3 kommen. Man kann somit die Regelimpulse bzw. die Synchronisierimpulse dem Verstärker 33 bzw. der Leitung 1, 3 mit verschiedener Amplitude zuführen, was die Abgleichung der Schaltungsanordnung erleichtert. Will man Bildsignale frei von Synchronisierimpulsen übertragen, so kann die Verbindungsleitung vom Potentiometer 215 zur Fernleitung 1 wegfallen. Diese Ausführungsform ist von besonderem Wert, wenn der Verstärker nicht für Bildsignalverstärkung benutzt werden soll. -105

Man kann verschiedenartige Einrichtungen verwenden, um ■ die Signalspannungen periodisch zu unterbrechen und Steuerimpulse von entgegengesetzter Polarität während der Signalpausen zu liefern. Beispielsweise kann man bei einer Filmabtastung dafür sorgen, daß das Bild eine konstante Lichtkomponente von solchem Wert erhält, daß die vom Bild herrührenden Lichtänderungen das Licht niemals mehr als um einen bestimmten Prozentsatz modulieren. Ein derartiges Bildsignal ist in Abb. 7 dargestellt. Bezüglich der gestrichelt eingezeichneten Achse 221 entspricht dieses. Signal dem in Abb. 3 dargestellten Signal.

Für die vorliegende Beschreibung ist angenommen, daß die Bild- und Synchronisier-

signale verschiedene Polarität haben, sie können aber auch dieselbe Polarität besitzen, wenn man die Synchronisiersignale mit einer wesentlich größeren Amplitude ausstattet. Wenn z. B. in Abb. 5 die Bildsignale an der Regelröhre 123 positive Polarität und die halbe Amplitude haben wie die Synchronisieriinpulse, werden nur die Synchronisierinipulse einen Strom im Anodenkreis der to Regelröhre hervorrufen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Gleichstromverstärker, vorzugsweise für Fernsehzwecke, dadurch gekennzeichnet, daß zeitweise die Eingangsspannung auf einen festen Wert gebracht und gleichzeitig der Verstärker in Abhängigkeit von seiner Ausgangsspannung im Sinne einer Konstanthaltung des Verhältnisses von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung beeinflußt wird.

2. Gleichstromverstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung in den Zeilen- und bzw. oder den Bildpausen einer Fernsehsendung erfolgt.

3. Gleichstromverstärker nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelkreis vorgesehen ist, dessen Eingangsseite an den Verstärkerausgang angeschlossen ist und dessen Ausgang an den Verstärkereingang eine Vorspannung liefert, deren Höhe zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, in denen j die Beeinflussung erfolgt, konstant ist, aber zum Anodenstrom der letzten Verstärkerröhre in diesem Zeitpunkt in einem bestimmten Verhältnis steht.

4. Gleichstromverstärker nach den An-Sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Regelkreises so stark vorgespannt ist, daß er nur durch die Signale betätigt wird, deren Amplitude einen Pegel überschreitet, welcher von den Signalen zwischen den Zeitpunkten der Beeinflussung nicht erreicht wird.

5. Gleichstromverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalamplitude des Verstärkerausgangs während des Zeitpunktes der Beeinflussung um einen festen Betrag angehoben wird.

6. Gleichstromverstärker, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhebung durch Impulse erfolgt, welche dem Verstärkereingang zugeführt werden und somit gleichzeitig die Verstärkereingangsspannung auf einen festen Wert bringen.

7. Gleichstromverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Verstärkereingangsspannung auf einen festen Wert gebracht wird, die Anhebungsimpulse dem Eingang des Regelkreises zugeführt werden.

8. Gleichstromverstärker nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhebungsimpulse die Synchronisiersignale eines Fernsehbildsignals sind.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen