DE920911C - Anordnung zur Wiederherstellung der mittleren Bildhelligkeit am Ausgang von Fernsehsendern - Google Patents

Description

Die klassische Form eines Fernsehsignals kann gemäß Fig. ι dargestellt werden. Aus dieser Zeichnung ist zu erkennen, daß die eigentlichen Bildübertragungssignale einen genau bestimmten Amplitudenbereich einnehmen, wobei die größte Amplitude der Übertragung der Farbe Weiß und die kleinste Amplitude der Farbe Schwarz entspricht, wenn ein positives Signal (linke Seite der Fig. i) benutzt wird; bei Verwendung eines negativen Signals (rechte Seite der Fig. i) würde das Umgekehrte gelten.

Der Kurvenzug ist in Teile von gleicher Länge aufgeteilt, die je einer Zeile des zu übertragenden Bildes entsprechen. Diese Teile sind voneinander durch Synchronisierimpulse über dem Schwarzpegel getrennt, an welche sich vorher und nachher je eine waagerechte Stufe in der Höhe des Schwarzpegels anschließt.

Die getreue Übertragung der mittleren Helligkeit des Bildes setzt voraus, daß die Stufen der Fig. ι trotz der Änderungen der mittleren Signalspannung genau waagerecht ausgerichtet bleiben.

Um dies zu erreichen, müssen die Bildsignalverstärker die Gleichstromkomponente des Signals übertragen können. Ihr Durchlaßband muß also von Null bis zu einer größten Frequenz reichen, welche von der benutzten Bildnorm abhängt.

Um die Verwendung von Gleichstromverstärkern in der Übertragungskette auf ein Mindestmaß zu beschränken, hat man zu Maßnahmen gegriffen,

durch welche die mittlere Komponente zeilenweise wiederhergestellt wird, d. h. die dem Schwarzpegel entsprechenden Stufen Zeile für Zeile waagerecht ausgerichtet werden. Durch dieses Hilfsmittel läßt sich eine getreue Übertragung der langsamen Änderungen der mittleren Bildhelligkeit erreichen. Die Zeitkonstanten der Kopplungsglieder im Bildsignalverstärker müssen nur so bemessen sein, daß eine konstante Spannung während der Dauer einer ίο Zeile, d. h. während 50 bis 100 ^s übertragen werden kann.

Es sind mehrere Verfahren bekannt, welche die Wiederherstellung der mittleren Helligkeit am Ausgang eines Fernsehsenders ermöglichen. Insbesondere wird häufig die Ausrichtung mittels einer Diode oder mittels einer elektronischen Potentialklammer (sog. clamping) oder auch durch eine Kette mit Gegenkopplung benutzt. Die beiden erstgenannten Anordnungen sind nur bei Röhren anwendbar, welche ohne Gitterstrom arbeiten. Lediglich die Anordnungen mit Gegenkopplung sind in der Lage, die Übertragungsfehler bei den tiefen Frequenzen zu berichtigen, welche in den Breitbandhochfrequenzstufen und in den mit Gitterstrom arbeitenden Bildsignalstufen auftreten.

Der mittlere Anoden- und Gitterstrom der Hochfrequenzstufen hängt nämlich von der mittleren Bildhelligkeit ab. Daraus folgt, daß jede Impedanzänderung der Hochspannungs- und Vorspannungsquellen in dem Frequenzgebiet zwischen ο und 10 000 Hz eine Verzerrung des Bildsignals nach sich zieht. Dasselbe gilt auch bei Schwankungen der Netzspannung. Derartige Verzerrungen lassen sich nur durch eine Gegenkopplung beseitigen. Die zu diesem Zweck verwendeten Gegenkopplungsanordnungen sind im allgemeinen deshalb kompliziert, weil das Durchlaßband der verwendeten Gegenkopplungskette immer so breit sein muß, daß es wirksam ist, und trotzdem so schmal, daß es dem Kriterium von Nyquist genügt und keine Schwingungserregung verursacht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung dieser Art, die besonders einfach und wirkungsvoll ist. Gemäß der Erfindung ist die zwischen den Senderausgang und eine Bildsignalstufe des Senders eingeschaltete Gegenkopplungskette im wesentlichen aus folgenden Elementen aufgebaut: 1. Mit dem Hochfrequenzausgang des Senders ist ein Bildsignalbreitbanddetektor verbunden, welcher das Bildsignal liefert. 2. Mit diesem Detektor ist durch zugehörige Kreise, deren Bandbreite 2 MHz übersteigt, ein erstes elektronisches Steuerglied verbunden, welches während eines Teiles der Dauer einer der Schwarzpegelstufen der Synchronisierimpulse diesen Detektor mit einem Speicherkreis verbindet, wobei das breite Band dieser zugehörigen Kreise die verzerrungsfreie Übertragung der dem Schwarzpegel entsprechenden Stufe gestattet. 3. Mit dem ersten Steuerglied in Reihe Hegt ein zweites gleichartiges, welches während derselben Zeitintervalle den Speicherkreis mit dem Gitter der Bildsignalverstärkerröhre verbindet, welcher man das Gegenkopplungssignal zuführen will.

Das Durchlaßband der Kreise, welche das erste Steuerglied mit dem Gitter dieser Verstärkerröhre verbinden, ist einerseits verhältnismäßig klein (in der Größenordnung von 50 bis 100 kHz), um die Stabilität der Gegenkopplungskette, jedoch unter Beachtung des Kriteriums von Nyquist, zu gewährleisten, und andererseits ausreichend, um Korrektionssignale beim Durchlauf jeder Zeile zu übertragen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die beiden elektronischen Steuerglieder aus je vier als Brücke geschalteten Dioden, welche durch eine Reihe von Spannungsimpulsen, die mit den Synchronisierimpulsen mit einer passenden Verzögerung synchronisiert sind, stromführend gemacht werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den Detektor und das erste Steuerglied eine Amplitudenbegrenzungsstufe eingeschaltet, welche die Amplitude der Fernsehsignale etwas oberhalb und unterhalb des Schwarzpegels begrenzt, um nur einen Amplitudenteil zu erhalten, z. B. 20°/o der Amplitude des ursprünglichen Signals.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 2 ein Aibeitsschema der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 3 das Schema eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 4 ein Diagramm von Signalen zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 5 die Verzerrungen der dem Schwarzpegel entsprechenden Stufen für den Fall, daß das Durchlaßband der Übertragung vor dem ersten Steuerglied nicht ausreichend ist.

Nach Fig. 2 bezeichnet V die ersten Bildsignalstufen, A die Bildsignalstufen mit Gleichstromverbindung und die die modulierte Hochfrequenz führenden Stufen.

Am Ausgang von A ist die Gegenkopplungskette angeordnet, welche gemäß der Erfindung den Detektor D mit breitem Bildsignalband enthält; dieser liefert aus dem Signal der modulierten Hochfrequenz die zusammengesetzte Spannung der Fig. 1, welche zugleich die Bildsignale und die Synchronisierimpulse enthält.

Auf diesen Detektor folgen die zugehörigen Kreise E des ersten Steuergliedes mit breitem Band, welche im wesentlichen aus einer Begrenzerstufe bestehen, die das Bildsignal zu beiden Seiten des Schwarzpegels beschneidet, um nur einen Teil von etwa 20°/o der Amplitude des ursprünglichen Singais beizubehalten. Die Aufgabe dieser Begrenzerstufe wird unten näher erläutert.

Mit C_r ist das erste elektronische Steuerglied bezeichnet, welches die Aufgabe hat, die Gegenkopplungskette beim Durchlauf der ersten Schwarzpegelstufe zu öffnen.

An dieser Stelle sei die Aufgabe der Begrenzerstufe E erläutert. Da das Steuerglied die Aufgabe

hat, den Weg der Kette lediglich beim Durchlauf des dem Schwarzpegel entsprechenden Wertes zu öffnen, ist es unnötig, an ihrem Eingang den Teil der Signale beizubehalten, welcher einer großen Amplitude entspricht, wie den Teil der Signale, welcher den weißen Partien des Bildes und dem Grund des Synchronisierimpulses entspricht. Man erreicht auf diese Weise eine Verminderung der Amplitude der Entriegelungsimpulse des Steuergliedes ebenso wie der Amplitude der störenden Signale mit hohen Frequenzen, welche von den Impulsen herrühren und durch die Kapazität der Dioden hindurchgehen.

Mit C_e ist das zweite elektronische Steuerglied bezeichnet, welches mit dem ersten in Reihe liegt und dessen Aufgabe sich wie folgt erklären läßt: Die Basis, z. B. die hintere Stufe, des dem ersten elektronischen Steuerglied zugeführten Synchronisiersignals muß vollkommen waagerecht sein, um

so die Niveauhöhe des Schwarzpegels genau festlegen zu können. Daraus folgt, daß das Durchlaßband der Gegenkopplungskette vor dem ersten Steuerglied größer sein muß als 2 MHz.

Der Ausgang des ersten Steuergliedes kann nicht direkt mit dem Gitter der Bildsignalröhre verbunden werden, welcher man aus Stabilitätsgründen die Gegenkopplungsspannung zuführen will, da das Kriterium von Nyquist bei einem so hohen Band nicht erfüllt wird.

Das zweite Steuerglied dient als Trennstufe zwischen dem zwischen den beiden Steuergliedern angeordneten Steuerkreis und dem Gitter der Röhre der Bildsignalstufe, an welcher die Gegenkopplungskette zugeführt wird. Der Speicherkreis hat eine solche Zeitkonstante, daß einerseits das Kriterium von Nyquist für die Gegenkopplungskette befriedigt wird und andererseits die Änderungen des Schwarzpegels mit der Zeilenfrequenz(iobis 2OkHz) getreu auf die Bildsignalstufe übertragen werden.

Das Verhältnis der Spannung in dem Punkt α zu der Spannung im Punkt d ergibt den Gegenkopplungsgrad und den Faktor der Ausrichtung des Schwarzpegels.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anordnung.

Fig. 4 zeigt die Form der Spannungen in den wichtigsten Punkten des Schemas der Fig. 3. Mit a ist die Einrichtung bezeichnet, welche die Gegenkopplungskette am Ausgang der die modulierte Hochfrequenz führenden Stufe ankoppelt. Diese Einrichtung besteht aus zwei miteinander gekoppelten Selbstinduktionen. Die in Form einer Selbstinduktion L ausgebildete Sekundärspule ist mit ihrem Mittelpunkt an eine Vorspannungsquelle R angeschlossen. Parallel zu dieser Selbstinduktion ist ein Abstimmkondensator C₁ angeordnet.

Die beiden Klemmen der Sekundärwicklung sand an die beiden Anoden einer Doppeldiode D (Detektor D der Fig. 2) angeschlossen, deren Kathodenkreis ein Tiefpaßfilter (Kapazität C₂ und Selbstinduktion L₁) enthält. Dieses Filter hat die Aufgabe, den Strom mit der Trägerfrequenz zur Masse abzuleiten und die Bild- und Synchronisiersignale an das Gitter der Röhre V zu übertragen. Mit dem Gitter der Röhre V ist eine Doppeldiode E verbunden, welche als symmetrische Scheitelbegrenzungsstufe (wie diejenige der Fig. 2) wifkt.

Die erste Kathode und die zweite Anode dieser Doppeldiode sind so vorgespannt, daß die in der Amplitude begrenzten Signale einen Wert in der Größenordnung von 20°/o der maximalen Amplitude der Signale (vor Begrenzung) erhalten. Diese Signale werden an das Gitter der als Kathodenverstärker geschalteten Röhre V geschickt, deren Anode mit einer geeigneten Hochspannung und deren Kathode über einen Widerstand R₃ mit einer geeigneten Vorspannungsquelle R verbunden ist. Diese Kathodenverstäfkerschaltung spielt die Rolle eines Impedanztransformators.

Die Kathode ist mit dem Eingang des elektronischen Steuergliedes C₁. verbunden. Dieses Steuerglied besteht aus vier Dioden (H₁... d_v welche nach Fig. 3 als Brücke gegeneinandergeschaltet sind. Diese Dioden sind normalerweise gesperrt. Sie werden beim Durchlauf der dem Schwarzpegel entsprechenden Werte mit Hilfe von Impulsen von geeigneter Stärke stromführend gemacht, welche für die Dioden Ci₁ und d_i positiv und für die Dioden d₂ und d₃ negativ sind. Diese Impulse werden an die Platten von Ci₁ und. d_i bzw. an die Kathoden von d_z und ^₃ gegeben und durch ein Verfahren synchronisiert, welches bei Synchronisierimpulsen bekannt ist. Die positiven Impulse werden durch einen Kopplungskondensator C₃, die negativen Impulse durch einen Kopplungskondensator C₄ zugeführt.

Fig. 5 zeigt bei α in ausgezogenen Linien die beiden dem Schwarzpegel entsprechenden Stufen, welche einen Synchronisierimpuls begrenzen. Mit gestrichelten Linien ist der Entriegelungsimpuls des elektronischen Steuergliedes C_r angegeben, welcher den Durchgang für die Bildsignale in der Gegenkopplungskette im Augenblick des Durchlaufes des Schwarzpegelwertes, der z. B. auf den Synchronisierimpuls folgt, öffnet. Wenn die Zeitkonstante der Verbindung zwischen Detektor D und Umschalter C₁. zu groß ist, besteht die Gefahr, daß die dem Schwarzpegel entsprechende Stufe, wie bei b angedeutet, deformiert wird. Mit anderen Worten muß, damit die Pegelstufe nicht deformiert wird, das Durchlaßband des vor dem Umschalter C_r gelegenen Teiles der Gegenkopplungskette genügend breit sein, z. B. in der Größenordnung von einem Drittel des zu übertragenden Bandes.

Wie oben erwähnt, ist für ein solches Durchlaßband das Kriterium von Nyquist nicht erfüllt.

Um die Schwingungserregung in der Gegenkopplungskette zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung dem Steuerglied C_T die Speicherkapazität C₇ (wobei der Widerstand des Speicherkreises durch die inneren Widerstände der Dioden des ersten Steuergliedes bestimmt wird) und das elektronische Steuerglied C_e nachgeschaltet, welches in ähnlicher Weise wie das Glied C₁. ausgebildet ist; es besteht aus den Dioden D₁... D₄, welche als Brücke gegeneinandergeschaltet sind und durch Impulse ent-

riegelt werden, die in geeigneter Weise mit den Synchronisierimpulsen synchronisiert sind. Diese Impulse werden über die Kopplungskondensatoren C₅ und C₆ zugeführt. Der Ausgang dieses Steuergliedes ist bei b mit dem Gitter der Röhre T einer Bildsignalstufe verbunden.

Die Wirkungsweise der in Fig. 3 schematisch angegebenen Schaltung sei an Hand der Fig. 4 erläutert, welche den Spannungsverlauf an den charakteristischen Punkten dieser Schaltung darstellt.

Kurve C zeigt den Spannungsverlauf, der in dem Punkt c vor Eintritt in die Begrenzerstufe E zu beobachten ist. Diese Kurve zeigt die allgemeine Form der Fernsehsignale (Synchronisierimpulse plus Bildsignale). Nach Durchgang durch die Begrenzerstufe ergibt sich der durch Kurve D in Fig. 4 wiedergegebene Verlauf der bei e abgegriffenen Spannung, deren maximale Amplitude in der Größenordnung von 20% der maximalen Amplitude der Kurve C liegt.

Das erste elektronische Steuerglied öffnet sich nur beim Durchlauf der dem Schwarzpegel entsprechenden Werte. An seinem Ausgang erhält man jedoch infolge des Speicherkreises, zu dem insbesondere die Kapazität C₇ gehört, ein treppenfÖrmiges Signal, in welchem die Dauer jeder Stufe der Dauer einer Abtastzeile des Bildes (Kurve F) entspricht.

Das Steuerglied C_e überträgt während der Dauer der Schwarzpegelstufen die treppenförmige Kurve auf das Gitter der Bildsignalstufe.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die beschriebene Anordnung es durch verhältnismäßig einfache Mittel ermöglicht, eine sehr gute Ausrichtung des Schwarzpegels am Ausgang eines Fernsehsenders (bis auf 1%) zu erzielen, und zwar trotz der Schwankungen dieses Pegels in den Stufen großer Leistung, welche besonders auf den Spannungsänderungen in Abhängigkeit von dem Bildinhalt beruhen. Daraus kann sich eine erhebliche Ersparnis bei der Bemessung der Leistungsgleichrichter und ihrer Filter ergeben.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ι . Anordnung zur Wiederherstellung der mittleren Bildhelligkeit am Ausgang eines Fernsehsenders durch zeilenweise durchgeführte Ausrichtung der dem ,Schwarzpegel entsprechenden Stufen, bei welcher eine Gegenkopphingskette zwischen dem Ausgang des Senders und einer Bildsignalstufe des Senders angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungskette im wesentlichen aus einem das Fernsehband durchlassenden Detektor 'besteht, welcher mit dem Ausgang des Senders verbunden ist und dieses vollständige Fernsehsignal liefert und auf welchen ein erstes elektronisches Steuerglied folgt, das mit dem Detektor durch Kreise, deren Durchlaßband wenigstens ein Drittel des zu übertragenden Fernsehbandes ist, und ferner mit Einrichtungen verbunden ist, durch welche er den Detektor wenigstens während eines Teiles der Übertragungsdauer der rückwärtigen Flanke der Synchronisiersignale in Verbindung mit einem Speicherkreis bringt, wobei das breite Durchlaßband der zu diesem ersten Steuerglied gehörenden Kreise die verzerrungsfreie Übertragung des dem Schwarzpegel entsprechenden Wertes gestattet,, und ein zweites elektronisches Steuerglied vorgesehen ist, welches während derselben· Zeitintervalle wie das erste Glied den Speicherkreis mit der Eingangselektrode der Bildsignalstufe verbindet.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Detektor und dem ersten elektronischen Steuerglied eine Begrenzeristufe liegt, -welche die Amplitude der Fernsehsignale etwas unterhalb und oberhalb des Schwarzpegels begrenzt, um sie auf etwa 20°/o der Amplitude des ursprünglichen Signals herabzusetzen und dadurch die Amplitude der für den Betrieb der elektronischen. Steuerglieder erforderlichen Impulse zu vermindern.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Kathodenverstärker geschaltete Röhre zwischen die Begrenzerstufe und das erste Steuerglied geschaltet ist, deren Gitter die von der Begrenzerstufe kommenden Impulse erhält, während ihre Kathode mit dem Eingang des ersten Steuergliedes verbunden ist, so daß die Röhre als Impedanztransformator arbeitet und zu der Amplitudenbegrenzung beiträgt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden elektronischen Steuerglieder aus vier als Brücke gegeneinandergeschalteten Dioden besteht, wobei die Signale gleichzeitig an einer Brückenecke an der Anode einer Diode und der Kathode einer zweiten Diode zugeführt werden und der Austritt an der diagonal entgegengesetzten Ecke erfolgt, während gleichzeitig an den beiden anderen Ecken der Brücke positive bzw. negative Impulse zugeführt werden, die mit den Synchronisierimpulsen des Fernsehsignals in Beziehung stehen und die Steuerglieder in dem Zeitpunkt der Übertragung der Schwarzpegelstufen stromleitend machen. no
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkreis aus einer Kapazität besteht, die zwischen Masse und der den Ausgang des ersten Steuergliedes mit dem Eingang des zweiten Steuergliedes verbindenden Leitung liegt, während sein Widerstand durch den inneren Widerstand der Dioden des ersten Steuergliedes gebildet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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