DEP0000327MA - Fernsehsendegerät - Google Patents

Description

Bei der Aufnahmeröhre einer Fersehkamera, zum Beispiel eines Ikonoskopes oder eines Bildikonoskopes, ist die Ausgangselektrode mit einem Belastungswiderstand verbunden, dessen Spannungsänderungen einem Verstärker zugeführt werden, und zwar im allgemeinen einem in der Kamera vorgesehenen Vorverstärker, der seinerseits den Hauptverstärker speist. Dieser Belastungswiderstand muß einen hohen Wert haben, z.B. in der Größenordnung con 1 bis 2 Megohm, so daß ein hohes Verhältnis der Nutzspannung zur Störspannung erreicht wird. Da dieser Belastungswiderstand parallel zu einem Kondensator geschaltet ist, der durch die Kapazität des Rückbelags der Mosaik- und Zielelektrode der Aufnahmeröhre gegenüber Erde, durch die Drahtkapazität gegen die Erde und die Verstärkereingangskapazität gebildet wird, so summiert dieser Eingangskreis zum Vorverstärker die Signale, die von der Aufnahmeröhre aufgenommen werden, und demzufolge müssen Korrekturglieder in dem sich anschließenden Verstärkerkanal vorgesehen werden, so daß das Ausgangssignal des Hauptverstärkers eine im wesentlichen gleichmäßige Frequenzcharakteristik aufweist. Diese Korrekturglieder bestehen normalerweise aus einer Differenzierungsschaltung im Hauptverstärker. Wenn dieser Frequenzausgleich nicht genau durchgeführt wird, tritt die bekannte Streifenbildung bei der Wiedergabe des übertragenen Bildes auf.

In der Praxis wurde gefunden, daß die Korrekturglieder ein wiederholtes Justieren erfordern, um eine im wesentlichen gleichförmige Wiedergabe über den Frequenzbereich zu erhalten, und sobald die Fernsehsendung bewegter Szenen mit sich in weitem Umfang ändernder Lichtstärke erfolgt, hat es sich für den Operateur als unmöglich erwiesen, von Hand die Regelung hinreichend genau durchzuführen, um Streifenbildung zu verhindern.

Es wurde nun gefunden, daß der Grund, durch den die Charakteristiken der Korrekturglieder schnell aus der Justierung herausgehen, auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß die Ausgangsimpendanz der Aufnahmeröhre von der mittleren Beleuchtungsstärke der Röhre und einer Komponente abhängt, die wieder von dem Stromwert des tastenden Kathodenstrahls abhängt. Folgendes Ergebnis wurde bei der Untersuchung einer Aufnahmeröhre vom Typ des Bildikonoskops gefunden, bei dem die fernzusendende Szene eine Elektronen aussendende Photokathode beleuchtet, welche entsprechende Punkte einer Mosaik- oder Zielfläche bombardiert die danach von einem Elektronenstrahl abgetastet wird. Die Aufnahmeröhre besitzt eine veränderliche Impendanz, die sich zwischen 4 und 20 Megohm ändert und teils von dem Mittelwert der auf die Photokathode einwirkenden Lichtstärke, teils von der Stromstärke des Abtaststrahls anhängt; die letztere Komponente beträgt bei normalem Betrieb etwa 8 Megohm. Diese Änderung in der Ohmschen Röhrenimpendanz, die parallel zum Belastungswiderstand liegt, ändert die Zeitkonstante oder die Frequenzcharakteristik des Verstärkereingangskreises und macht es erforderlich, eine entsprechende Neueinstellung der Korrekturglieder im Verstärker zu bewirken, wenn Streifenbildung vermieden werden soll.

Die vorliegende Erfindung hat die Lösung der Aufgabe zum Gegenstand, bei einem Sendegerät diese Schwierigkeiten zu überwinden und automatisch die Änderungen in der Impendanz der Aufnahmeröhre zu kompensieren, die während der Übertragung eines Fersehprogramms dadurch auftreten, daß die mittlere Beleuchtungsstärke der Aufnahmeröhre sich mit den Szenen oder sogar während der Übertragung der gleichen Szene ändert.

Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß in einem Sendegerät, in welchem die Ausgangselektrode der Aufnahmeröhre mit einem Belastungswiderstand verbunden ist und die an diesen abgegriffenen Spannungsänderungen einem Verstärker zugeführt werden, Mittel zur automatischen Kompensation der durch Änderungen der Impendanz der Aufnahmeröhre bedingten Änderungen in der Frequenzcharakteristik des Kreises vorgesehen.

Nach einer Ausführung der Erfindung wird zur Erzielung dieses automatischen Ausgleichs im Verstärker eine Gegenkopplung mit solche hohem Gegenkopplungsverhältnis verwendet, daß Änderungen in der Impendanz der Aufnahmeröhre nur eine vernachlässigbare Änderung in der Zeitkonstante des Verstärkereingangskreises hervorrufen. Die Anordnung der Gegenkopplung muß Selbsterregung bei niedrigen Frequenzen vermeiden, und zu diesem Zweck ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ein Mehrstufenverstärker verwendet, dessen Zeitkonstanten aller Stufen, ausgenommen eine, so groß sind, dass keine Phasenverschiebung bei mehr als 20 Schwingungen pro Sekunde eintritt, während die erwähnte ausgenommene Stufe eine Zeitkonstante besitzt, die einen linearen Abfall mit fallender Frequenz bewirkt.

Die Frequenzkompensation kann im Gegenkopplungsverstärker über den ganzen Frequenzbereich durchgeführt werden, wenn der Verstärker ein genügend hohes Gegenkopplungsverhältnis erzeugt. Andererseits, da die Änderungen der Impendanz der Aufnahmeröhre bei verschiedenen Lichtwerten hauptsächlich auf die Frequenzcharakteristik bei niedrigen Frequenzen wirken und einen im wesentlichen vernachlässigbaren Effekt bei höheren Frequenzen besitzen, braucht die automatische Kompensation durch Gegenkopplung nur bei niedrigen Frequenzen wirksam zu werden, was nur ein kleines Gegenkopplungsverhältnis mit entsprechender Vereinfachung des Gegekopplungsverstärkers erfordert, während die höheren Frequenzen in einer anschließenden Stufe des Verstärkerkanals, z.B. im Hauptverstärker in üblicher Weise kompensiert werden.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt die zur Wirkung kommenden Widerstände und Kapazitäten eines üblichen Kreises, der den Ausgang der Aufnahmeröhre und den Verstärkereingang koppelt.

Fig. 2 und 3 zeigen Diagramme eines Verstärkers zur Erzielung der Ergebnisse der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild eines Verstärkers zur Erzielung der Ergebnisse der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Aufnahmeröhre 1 vom Bildikonoskop-Typ mit einer Ausgangselektrode 2, die mit dem Vorverstärker 3 durch einen Kreis verbunden ist, in dem ein Belastungswiderstand R, z.B. von der Größenordnung von 1 bis 2 Megohm, liegt. Die veränderliche Ohmsche Impendanz der Aufnahmeröhre wird durch den Widerstand R(sub)1 angedeutet, der parallel zum Belastungswiderstand R geschaltet ist. Außerdem ist zum Widerstand R der Kondensator C parallel geschaltet, der die Summe der Kapazitäten der Aufnahme- röhre, der Drahtkapazitäten und der Verstärkereingangskapazitäten darstellt, die alle im Nebenschluß liegen. Wenn auch Fig. 1 keine Einzelheiten wiedergibt, so zeigt sie doch die wirksamen Widerstände und Kapazitäten in dem Kreis, der die Aufnahmeröhre und den Vorverstärker koppelt, in ausreichender Weise zur Erklärung der Erfindung.

Versuche haben gezeigt, dass der Wert R(sub)1 von der mittleren Bildhelligkeit der Aufnahmeröhre, von dem Einfluß des Abtastkathodenstrahls und von dem Einfluß der Ionen- und Elektronenströme abhängt, die durch Gasreste im Aufnahmerohr verursacht werden. Diese Änderungen in R(sub)1 werden die Zeitkonstante des Eingangskreises zum Vorverstärker, insbesondere bei niedrigen Frequenzen beeinflussen, so daß sie fortlaufend das Einstellen der Korrekturglieder im nachfolgenden Hauptverstärker bewirken müssen, wenn Streifenbildung vermieden werden soll. Es wurde als undurchführbar empfunden, die Kompensation von Hand einzuregeln, um die notwendige Kompensation bei sich ändernden Lichtstärken zu bewirken, und die vorliegende Erfindung sieht daher Mittel zur automatischen Durchführung dieser Kompensation vor.

Diese automatische Kompensation wird in der zu beschreibenden Anordnung mittels eines auf die Ausgangselektrode wirkenden Gegenkopplungskreises erreicht, der bei geeignetem Wert des Gegenkopplungsverhältnisses eine wirksame Kompensation bei jeder Änderung des Röhrenwiderstandes R(sub)1 über einen weiten Bereich erzeugt. Das Prinzip dieser Gegenkopplungsanordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Signalplatte des Bildschirmes 2 ist mit dem Eingang des Vorverstärkers 3 verbunden, der eine Spannungsverstärkung A besitzt; die Verstärkerausgangsspannung e(sub)o besitzt entgegengesetzte Phase zur Eingangsspannung e(sub)i, indem man z.B. den Verstärker 3 mit einer ungeraden Zahl von Stufen ausbildet. Der Belastungs- widerstand R ist mit dem Verstärkerausgang verbunden und verursacht eine starke Spannungskopplung. Am Verstärkereingang wird die Impendanz Z durch den Ohmschen Widerstand R(sub)1 der Aufnahmeröhre gebildet, der im Nebenschluß zur Eingangskapazität C liegt.

Der Gegenkopplungsverstärker besitzt ein Spannungsverstärkerverhältnis von

Die Aufnahmeröhre erzeugt Stromimpulse i, die das Fernsehsignal darstellen. Die Signalspannung e(sub)i ist gleich diesem Strom i multipliziert mit der gesamten Ausgangsimpendanz des Signalkreises, d.h. es ist

Es ist angenommen, daß der Innenwiderstand der Bildröhre hoch genug ist, so daß die Wirkung des Signalkreises auf den Strom i vernachlässigt werden kann. Diese Annahme ist durch Versuche bestätigt worden.

Die Ausgangsspannung ist dann gegeben durch :

In Gleichung (1) ist angenommen, daß die Verstärkerausgangsimpendaz klein ist im Vergleich zu R. Es ergibt sich aus der Gleichung (1), daß, wenn 1 + A groß ist im Verhältnis <Formel> daß dann e(sub)o unabhängig von der Impendanz Z sein wird. Daher kann durch geeignete Wahl der Verstärkung A jeder gewünschte Freiheitsgrad von Änderungen der Ausgangsspannung bei Änderungen der Impendanz Z erreicht werden.

Fig. 3 zeigt eine mehr ins einzelne gehende Anordnung der Ausbildung nach Fig. 2, bei der die Impendanz Z durch den Widerstand R(sub)1 und die Kapazität C ersetzt ist. C(sub)2 ist ein Kopplungskondensator im Ausgangskreis des Verstärkers 3, und R(sub)2 ist ein Widerstand, der den Belastungswiderstand R mit Erde verbindet. In diesem Fall ergibt sich für Z:

Die Gleichung (1) wird dann folgendermaßen aussehen:

hierin ist

Dieses Ergebnis gibt einen Begriff von der Wirkung des Gegekopplungs-Kompensations-Prinzips. Es ist hiernach klar, daß die Frequenzwiedergabe des Signals nicht mehr durch die Zeitkonstante T bestimmt ist, die durch die Gleichung gegeben ist, sondern durch die kleinere Zeitkonstante T', gegeben durch die Gleichung bestimmt ist, in der R(sub)1 von sehr viel geringerem Einfluß ist. Dies kann man auch folgendermaßen ausdrücken. In einem System mit hoher Gegenkopplung wird die Verstärkung im wesentlichen nur durch das Gegenkopplungsverhältnis bestimmt. Dieses Ver- hältnis ist im vorliegenden Fall das Spannungsverhältnis

Die Zeitkonstante des Eingangskreises beeinflußt dieses Verhältnis und die Signalamplitude derart, daß diese beiden nahezu einen Ausgleich untereinander bewirken.

Da jedoch die Gegenkopplung mit anwachsender Frequenz geringer wird, so wird die Kompensation nicht für einen unbegrenzten Frequenzbereich wirksam. Für praktische Werte von A ist die Zeitkonstante T' nicht zu vernachlässigen,und es kann eine anschließende Kompensation im oberen Bereich der Frequenzen erforderlich werden. In diesem oberen Frequenzbereich ist jedoch der Widerstandswert der Kapazität C zahlenmäßig sehr viel kleiner als R(sub)1 und es sind daher Änderungen von R(sub)1 nicht wichtig.

Die folgende Schätzung gibt Werte für A, die ausreichen, um die erforderliche Kompensation zu erhalten. Ausgenommen, der Belastungswiderstand R ist gleich 2 Megohm und der Röhrenwiderstand R(sub)1 ändert sich vom Unendlichen herab auf ungefähr 4 Megohm unter normalen Bedingungen, so wird der maximale Wert für <Formel> gleich 0,5 sein. Aus den Gleichungen (2) und (3) folgt daher, daß wenn A gleich 50 ist und R(sub)1 seinen Wert verdoppelt, es eine Änderung e(sub)o von nur 0,5 % erfährt. Versuche haben bestätigt, daß bei einem Wert von A gleich 50 alle Streifenbildung, die sich aus den Änderungen von R(sub)1 ergibt, wirksam kompensiert war.

Die Kompensation der Steifenbildung durch Verwendung der Gegenkopplung auf die Signalplatte des Bildschirmes ist besonders vorteilhaft, weil nicht nur Widerstandswerte der Aufnahmeröhre auf Grund der mittleren Lichtstärke kompensiert werden, sondern alle Änderungen, die sich aus anderen Gründen ergeben, so z.B. eine Änderung des Kathodenstromes und anderer Sekudäreffekte, gleichzeitig kom- pensiert werden. Diese Kompensation wird weiterhin automatisch erreicht, ohne daß es erforderlich ist, die Impendanzwirkung der verschiedenen Störkomponenten zu kennen.

Der Verstärkungsverlust im Vorverstärker, hervorgerufen durch die Einführung der Gegenkopplung, ergibt keinen Nettoverlust der Verstärkung über den ganzen Verstärkungskanal, weil die Anwendung der Gegenkopplung auch zur Bildverbesserung beiträgt, da sie die integrierende Wirkung kompensiert, die im Verstärkereingangskreis stattfindet. Dadurch wird der Verstärkerverlust, der vorher im Hauptverstärker durch die normal vorgesehenen Korrekturglieder eintritt, erspart, und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden erreicht, ohne daß es erforderlich ist, eine zusätzliche Verstärkung im Verstärkerkanal vorzusehen.

Wenn eine vollständige Kompensation im Vorverstärker erreicht werden soll, so muß dieser eine hohe Spannungsverstärkung, z.B. von etwa 1200, besitzen. Solch hohe Werte der Verstärkung im Gegenkopplungskanal sind unbequem wegen der Schwingneigung außerhalb des normalen Schwingzahlbereiches. Weil die Gegenkopplung von der Frequenz abhängt, können diese Schwierigkeiten im niedrigen Frequenzbereich durch Herabsetzen der Verstärkung A auf einen niedrigeren Wert, z.B. auf ein Minimum von etwa 50 beträchtlich reduziert werden, um die Streifen-Kompensation bei Änderungen von R(sub)1 voll zu bewirken, während die Kompensation bei höheren Frequenzen mittels eines von Hand einstellbaren Korrekturgliedes im Hauptverstärker bewirkt wird.

Die Entscheidung, welche Art der Frequenzkompensation verwendet wird, hängt von mehreren praktischen Gesichtspunkten ab. Die vollständige Kompensation im Vorverstärker hat den Vorteil, daß das Signal die Kamera vollständig korrigiert verläßt und es besteht keine Notwendigkeit der Nachjustierung, wenn die Aufnahmeröhre ausgewechselt wird, weil die Gegenkopplung genügt, um alle Toleranzen auszuschalten. Andererseits hat der hohe Wert der Verstärkung, der bei dieser Anordnung erforderlich ist, den Nachteil, daß der Verstärker komplizierter wird und die räumliche Anordnung des Gegenkopplungswiderstandes kritisch wird, um die Wirkung von Streukapazitäten zu vermeiden. Diese Schwierigkeiten werden durch Verwendung der zweiten Methode herabgemindert, weil in diesem Fall die Gegenkopplung im Bereich hoher Frequenzen unwirksam ist. Auch ist der Vorverstärker einfacher und kleiner, so daß die zweite Methode bei begrenzten Raumverhältnissen in der Kamera vorteilhafter ist. Ein Nachteil der zweiten Methode besteht in der notwendigen Justierung der Korrekturglieder im sich anschließenden Hauptverstärker.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild der Fernseh-Sendeapparatur, bei der die oben beschriebene zweite Methode angewendet ist. Die Kamera, die durch das Rechteck 10 angedeutet ist, enthält die Aufnahmeröhre 1 und einen Vorverstärker, bestehen aus einem dreistufigen Gegenkopplungsverstärker, der die Röhren V(sub)1, V(sub)2, V(sub)3 enthält, denen im Gegentakt geschaltete Röhren V(sub)4 und V(sub)5 folgen, welche den Hauptverstärker speisen, der durch das Rechteck 11 angedeutet ist. Der Gegenkopplungsverstärker besteht aus drei widerstandsgekoppelten Stufen und dem negativen Gegenkopplungskanal, der von der Anode der Röhre V(sub)3 über den Belastungswiderstand R verläuft, der mit der Bildanode der Aufnahmeröhre verbunden ist. Der Widerstand R ist durch den Widerstand R(sub)2 an Erde gelegt.

Es haben sich bereits Schwierigkeiten im hohen Frequenzbereich wegen des linearen Abfalls der Gegenkopplung mit der Frequenz ergeben, dad die Gegenkopplung des Vorverstärkers im Bereich der hohen Frequenzen, wo beträchtliche Phasenverzerrungen auftreten können, unwirksam ist.

Es muß jedoch besondere Sorgfalt im unteren Frequenzbereich aufgewendet werden, um eine Selbsterregung zu vermeiden. Das Absinken der Verstärkung mit fallender Frequenz muß so sein, daß der absolute Wert von A kleiner ist als 1, sobald eine Phasenverzerrung bzw. eine Phasendrehung vorhanden ist. Dies wird durch Einschaltung eines Stromkreises mit kleiner Zeitkonstante erreicht, der den Kondensator C(sub)1 und den Widerstand R(sub)3 enthält und zwischen der Anode der zweiten Röhre V(sub)2 und dem Gitter der dritten Röhre V(sub)3 liegt, während die Zeitkonstanten aller anderen Kreise groß sind, und zwar größer als die Zeitkonstante des Kreises C(1), R(sub)3, und z.B. das Zwanzigfache betragen. Bei dieser Anordnung kann keine über 90° hinausgehende Phasenverschiebung eintreten, so daß eine Selbsterregung bei niedrigen Frequenzen vermieden wird.

Die Kompensation für höhere Frequenzen wird im Hauptverstärker 11 zum Beispiel durch die Zeitkonstantenkreise R(sub)k, C(sub)k und L(sub)a, R(sub)a im Kreis einer der Röhren V(sub)6 des Hauptverstärkers bewirkt.

Nachdem besondere Ausführungsarten beschrieben wurden, ergibt sich, daß verschiedene Abänderungen getroffen werden können, ohne daß diese aus dem Bereich der Erfindung herausgehen. So kann z.B. anstelle der Kompensation für Änderungen von R(sub)1 mittels eines Gegenkopplungskreises die automatische Steuerung durch automatisches Justieren der Zeitkonstante der Korrekturglieder im Hauptverstärker in Abhängigkeit von der mittleren Lichtstärke der Aufnahmeröhre erreicht werden. Dies ist möglich durch Justieren der Zeitkonstante der kompensierenden Korrekturglieder mittels eines Steuerpotentials, welches z.B. durch eine Photozelle erzeugt wird, die der gleichen mittleren Lichtstärke wie die Aufnahmeröhre unterworfen ist, oder direkt durch den photoelektrischen Strom in der Aufnahmeröhre. Dieses Steuerpotential kann z.B. als Vorspannung zu einer Triode benutzt werden, die in dem Korrekturglied so angeordnet ist, daß ihre Impendanz durch Änderungen des Steuerpotentials eingestellt wird.

Die Worte "kompensieren", "Kompensation" o.dgl. sind in den Ansprüchen im begrenzenden Sinne einer vollständigen Kompensation auszulegen, sondern umfassen eine Kompensation, bei der Streifenbildung praktisch wirksam und im wesentlichen vermieden wird.

Claims (7)

1. Fernsehsendegerät, in welchem die Ausgangselektrode der Aufnahmeröhre mit einem Belastungswiderstand verbunden ist, und die an diesem abgegriffenen Spannungen einem Verstärker zugeführt werden, gekennzeichnet durch Mittel zur automatischen Kompensation der durch Änderungen der Impendanz der Aufnahmeröhre bedingten Änderungen in der Frequenzcharakteristik des Stromkreises.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gegenkopplung des Verstärkerausgangs zur Ausgangselektrode der Aufnahmeröhre mit solcher Bemessung des Gegenkopplungsverhältnisses, daß Änderungen in der Impendanz der Aufnahmeröhre nur eine zu vernachlässigende Änderung in der Zeitkonstante des Verstärkereingangskreises hervorgerufen.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2 mit mehrstufigem Vorverstärker, dem die am Belastungswiderstand angegriffene Spannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Vorverstärkers in Gegenkopplungsverbindung mit der Ausgangselektrode der Aufnahmeröhre steht und der Belastungswiderstand im Gegenkopplungskreis liegt.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation für höhere Frequenzen durch ein Korrekturglied in einer an sich an den Verstärkerausgang anschließenden Verstärkerstufe erfolgt.

5. Gerät nach Anspruch 4 mit einem vom Vorverstärker getrennten Hauptverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptverstärker das Korrekturglied für die höheren Frequenzen enthält.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand R(sub)2 das von der Ausgangselektrode der Röhre entferntere Ende des Belastungswiederstandes (R) mit der Erde verbindet.

7. Gerät nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungsverstärker aus einem Mehrstufenverstärker besteht, in dem mit Ausnahme einer Stufen die Zeitkonstanten aller Stufen so groß sind, daß bei mehr als 20 Schwingungen pro Sekunde keine Phasenverschiebung eintritt, während die ausgenommene Stufe eine Zeitkonstante hat, die einen linearen Abfall mit fallender Frequenz hervorruft.