FI64256C - Faergvideofoerstaerkare - Google Patents

Description

ΓβΊ ««kuulutusjulkaisu ,ylo_ IBJ (11) uTLAGGNI NGSSKRIFT 642 5 6 ^ ^ (51) Kv.ik.3/Int.ci.3 H 03 F 3/4-2, H 04 N 9/537 SUOMI — FINLAND (21) P*t«nttlhtkemu* — Patentaruöknlng 763312 (22) Hakemitpilvl — Ans0knlngtd*g l8.ll.76 (Fl) (23) Alkupllvi—Glltlghttsdag l8.ll.76 (41) Tullut fulklseksl — Bllvlt offmtllg 26.05.77

Patentti- ja rekisterihallitus (44) Nlhtlvikilpanon ja kuuLJulkalsun pvm.— 30.06.83

Patent- och registerstyrelsen 7 Ansökan utlagd och utl.skrtftan publlcerad (32)(33)(31) Pyy···*1/ etuolkeui—Begird prlorltet 25.11.75

Englanti-England(GB) 1+8352/75, 20.05.76 USA (US) 6881+08 (71) RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, New York 10022, USA(US) (72) Werner Hinn, Zollikerberg, Sveitsi-Schweiz(CH) (7I+) Oy Kolster Ab (5I+) Varivideovahvistin - Färgvideoförstärkare Tämä keksintö kohdistuu värivideovahvistimeen, joka on sovitettu ohjaamaan värikuvan toistavaa laitetta, erityisesti inline-tyyppistä värikuvaputkea, joka vahvistin käsittää ensimmäisen ja toisen transistorin, jotka on järjestetty kaskadivahvistinkytken-tään, jolloin ensimmäisen transistorin ohjauselektrodi on kytketty värivideosignaalin sisääntulolähteeseen ja toisen transistorin ulostuloelektrodi on kytketty kuvaputkeen, minkä lisäksi ensimmäinen ja toinen käyttöpotentiaaliliitin on kytketty käyttötasajännitelähteeseen, edelleen kuormitusimpedanssin, joka on kytketty ensimmäisen käyttöpotentiaaliliittimen ja toisen transistorin ulos-tuloelektrodin väliin, joka kuormitusimpedanssi käsittää sarjassa ensimmäisen diodin ja kolmannen transistorin, jossa on ohjaus-elektrodi, esijännitteen antavat elimet, jotka käsittävät vähintään ensimmäisen tasavirtatien kytkettynä ensimmäisen käyttöpotentiaaliliittimen ja ohjauselektrodin väliin esijännitteen antavan virran viemiseksi kolmannen transistorin ohjauselektrodille, ja tasavirtakytkentäelimet kytkettynä kolmannen transistorin ohjaus-elektrodin ja toisen transistorin ulostuloelektrodin väliin kyt- 2 64256 kemään lepovirta mainittuun kaskodivahvistimeen, jolloin mainitut esijännitteen antavat elimet on sovitettu siten, että ensimmäinen diodi saa sellaisen esijännitteen, että siitä tulee oleellisesti johtamaton lepotilassa.

Tunnetaan erilaisia kaskodityyppisiä videoulostulovahvis-timia (vertaa esim. US-patentit 3,499,104; 3,598,912 ja 3,823,264). Kaskodijärjestely sisältää tyypillisessä tapauksessa pienjännitteisen suuren virtavahvistuksen omaavan yhteisemitterikytketyn laitteen yhdistettynä suurjännitteiseen, yksikkösuuruisen virta-vahvistuksen omaavaan yhteiskantakytkettyyn laitteeseen. Yhteis-kantakytketty laite eristää pienjännitteen laitteen kollektorin kuormitusjännitteen vaihteluista, mikä täten saattaa minimiinsä pienjännitteisen laitteen kollektorikantakapasitanssin Millerin ilmiön kerrointekijän. Sitäpaitsi, kuten on tunnettua yhteiskyt-ketyssä asteessa, ei esiinny mitään Millerin ilmiön moninkertaistumista kollektorikantakapasitanssissa. Täten aktiivisen laitteen kollektorikantakapasitanssien vaikutus vahvistimen kaistanleveyteen on pienempi kaskodityypin järjestelyssä kuin esim. on yhteis-emitterivahvistimissa.

Kaskodityypin videovahvistimet kykenevät tämän johdosta aikaansaamaan leveän kaistanleveyden. Kaskodityypin vahvistimet on kuitenkin tyypillisesti sovitettu esijännitteeltään luokan A tai AB toimintaan, eli olosuhteisiin, jotka merkitsevät haitallista tehonhukkaa. On toivottavaa saattaa minimiinsä tehonhukka videoulostuloasteissa, koska ne laitteet, joissa esiintyy alhaisin kantakollektorikapasitanssi (ja jotka tämän johdosta kykenevät aikaansaamaan suuren kaistanleveyden) omaavat tyypillisesti korkean termisen vastuksen (toisin sanoen suuren lämpötilamuutok-sen tehonhäviön funktiona). Tällaiset lämpötilan muutokset johtavat vahvistimen käyttöolosuhteitten haitalliseen ryömintään. Lämmön kuluttajia voidaan käyttää helpottamaan lämmön poistoa ulos-tuloastelaitteesta tällaisen ryöminnän estämiseksi. Tämä lämmön kuluttaja lisää kuitenkin itse laitteen tai laitteiden tehollista kollektorikapasitanssia ja pienentää täten tämän vahvistimen kykyä suureen kaistaleveyteen. Täten tehon säästämisen ja toimintaominaisuuksien termisen ryöminnän suorien etujen lisäksi, on myös toivottavaa saavutettavissa olevan kaistanleveyden kannalta tarkastellen saattaa minimiinsä tehonhukka videoulostuloasteissa.

* 3 64256 Näin on erityisesti asianlaita niissä tapauksissa, joissa vahvistinta käytetään "in-line" tyypin tykkien katodisädeputken ohjaukseen, joka laite tarvitsee toimintaansa varten suhteellisen korkean tasajännitesyötön (esim. suuruusluokaltaan kaksisataa volttia) , koska terminen ryömintä ja tehonhukka muutoin ovat huomattavia tässä tapauksessa.

Esillä olevan keksinnön mukaiselle selityksen alussa kuvatulle värivideovahvistimelle onkin tunnusomaista, että ensimmäinen transistori on sovitettu virranvahvistinkytkentään ja sillä on suhteellisen suuri virranvahvistuskerroin videosignaalitaajuuk-sia varten ja että degeneratiiviset takaisinkytkentäelimet on kytketty suoraan mainitun kaskodivahvistimen ulostulo- ja sisään-tuloliittimien väliin.

Viitaten nyt piirustuksessa esitettyyn tämän keksinnön suoritusmuotoon aikaansaa televisiosignaalin käsittelypiiri 10, joka sisältää esim. videoilmaisimen valotiheys- ja värikkyyssig-naalikomponentit demodulaattorimatriisipiiriin 12, joka puolestaan aikaansaa värivideosignaalit (se on punaista, vihreää ja sinistä kuvaa edustavat signaalit) vastaaviin videovahvistinpiirei-hin 14, 16 ja 18 (joista viimemainitut kaksi on esitetty osittain). Vahvistetut videoulostulosignaalit syötetään kustakin vahvistin-piiristä 14, 16 ja 18 vastaaviin ohjauselektrodeihin 20 (esim. katodiin) värikuvan toistavalla katodisädeputkella 22, joka on esim. in-line tykin omaavaa tyyppiä.

Koska vahvistimet 14, 16 ja 18 ovat oleellisesti keskenään identtisiä, esitetään ainoastaan vahvistin 14, ja sitä tullaan yksityiskohtaisesti kuvaamaan. Vahvistin 14 sisältää yhteisemit-teritransistorin 26 sekä yhteiskantatransistorin 28 kaskodijär-jestelyn 24. Yhteisemitteritransistorin 26 emitteri (kuten myös vahvistimien 16 ja 18 vastaavat elektrodit) on yhdistetty vertai-lujännitteen syöttölähteeseen (esim. +6,8 volttia, jonka kuviossa oleva zener diodi 50 kehittää).

Yhteisemitteritransistorin 26 kanta saa videosignaalit piirin kautta, johon sisältyy ohitusvastus 42, valkean tason säätävä säätövastus 44, vastustyyppinen jännitteenjakaja 46, 54, 56 (viimemainitun toimiessa mustan tason säätimenä) sekä ohituskonden-saattorit 48, 58 esitetyllä tavalla järjestettyinä.

Suhteellisen alhainen esijännite (esim. suuruusluokaltaan 4 64256 +12 volttia) yhdistetään yhteiskantatransistorin 28 kannalle. Aktiivinen kuormituspiiri 30 yhdistetään yhteiskantatransistorin 28 kollektorille ja se muodostuu kolmannesta transistorista 32 järjestettynä emitteiiseuraa jaksi, "irtikytkevästä” diodista 34 yhdistettynä emitteriseuraajan 32 emitterin ja transistorin 28 kollektorin väliin, siirtymän kompensointidiodista 36 yhdistettynä emitteriseuraajatransistorin 32 kannan sekä transistorin 28 kollektorin väliin, esijännitevastuksesta 40 yhdistettynä suhteellisen korkean jännitesyötön (esim. +210 volttia) sekä emitteriseuraajatransistorin 32 kannan väliin sekä virtaa rajoittavasta vastuksesta 38 yhdistettynä transistorin 32 kollektorin sekä jännitteensyötön (+210 V) väliin.

Jännitteestä riippuva virran takaisinkytkentä aikaansaadaan vahvistimen 14 ulostulosta (ts. emitteriseuraajantransisto-rin 32 emitteriltä) yhteisemitteritransistorin 26 kannalle vastuksen 52 kautta. Signaalit tuodaan katodisädeputken 22 punaisen elektronitykin katodille 20 sarjavastuksen 60 kautta.

Seuraavassa havainnollistetun videovahvistimen toiminnan selityksessä tullaan olettamaan, että vastus 56 säädetään siten, että "mustan tason" (lepotilan) jännite suuruudeltaan 150 volttia aikaansaadaan kuormitustransistorin 32 emitterille. Tässä tapauksessa ja piirustuksessa esitetyin arvoin aikaansaadaan 2,5 milli-ampeerin lepotilavirta vastukseen 40, diodiin 36 ja transistorei-hin 28 ja 26. Lepotilan emitterivirta likimain 3 milliampeeria aikaansaadaan myös kuormitusvastukseen 32. Viimemainittu virta kulkee takaisinkytkentävastuksessa 52 ja aikaansaa kantaesijännitteen transistorille 26. Lepotilan olosuhteissa saavat diodi 36 ja kuormitustransistorin 32 kantaemitteriliitos kumpikin johtosuuntaisen esijännitetteen siten, että diodin 34 katodi ja anodi ovat kumpikin samassa jännitteessä. Diodi 34 on tämän johdosta johtamattomana kun signaaleja ei esiinny.

Lepotilan virta kaskoditransistoreissa 26 ja 28 määräytyy pääasiallisesti vastuksen 40 arvosta, kun taas lepotilan virta kuormitustransistorissa 32 määräytyy ensisijaisesti takaisinkyt-kentävastuksen 52 arvosta. Vahvistimen 1,4 jännitevahvistuskerroin määräytyy pääasiallisesti vastuksen 52 suhteesta vastuksien 44 ja 46 sarjayhdistelmään. Vastus 44 aikaansaa välineen valkean tason 64256 5 (eli signaalivahvistuksen) säätämiseksi. Vastus 56 aikaansaa välineen mustan tason säätämiseksi (lepotilan jänniteulostulo transistorin 32 emitterillä). Katodisädeputken 22 katodin 20 voidaan ajatella olevan kapasitiivisena kuormana transistorin 32 emitterillä suuruudeltaan 12 pikofaradia maadoitukseen verrattuna.

Toiminnassa ollessaan, kun negatiiviseen suuntaan siirtyvän signaalin jännitteen vaihtelu aikaansaadaan vastuksen 42 yli, muuntavat vastukset 44 ja 46 tällaisen signaalin laskuksi transistorin 26 kantavirrassa. Tämän johdosta virta kaskodityypin transistoreiden 26 ja 28, diodin 36 ja vastuksen 40 läpi pienentyy suhteellisen nopeasti lepotilan arvosta (2,5 milliampeeria, kuten yllä todettiin). Kollektorijännite transistorilla 28, kuten myös transistorin 32 kannan jännite nousevat nopeudella, joka on suhteellisen riippumaton katodisädeputken 22 kapasitiivisesta kuormasta. Tämä kapasitiivinen kuorma irtikytketään transistorin 28 kollektorilta diodin 34 avulla ja tulee näkyviin transistorin 32 kannalla arvoltaan pienentyneenä transistorin 32 virtavahvis-tuskertoimen (esim. fi 40) verran. Jännitteen nousun alkuperäinen nousunopeus transistorin 32 kannalla määräytyy tämän johdosta ei suinkaan kuvaputken kuormittavan kapasitanssin perusteella vaan pikemminkin aikavakion mukaan, joka liittyy vastukseen 40 ja transistorin 28 kollektorilla ja transistorin 32 kannalla oleviin ka-pasitansseihin (jotka, kuten tulee käymään ilmi alempana saattavat olla suhteellisen pieniä).

Ulostulojännite kuormituskapasitanssin yli ei välittömästi muutu seurauksena negatiiviseen suuntaan siirtyvästä sisääntulo-signaalin muutoksesta, koska diodi 34 ei ole johtavana. Kun kuitenkin transistorin 28 kollektorijännite ja tämän johdosta transistorin 32 kantajännite on noussut likimäärin 0,7 volttia, johtaa kuormitustransistori 32 voimakkaasti ja katodisädeputken elektrodin 20 kuormituskapasitanssi varautuu sen pienen impedanssin jännitteensyötön kautta, jota transistorin 32 emitteri edustaa. Transistori 32 aikaansaa tämän johdosta korkean siirtymäno-peuden suurelle negatiiviseen suuntaan siirtyvälle sisääntulosig-naalille vaikkakjn lepotilan virta on suhteellisen pieni. Jännitteestä riippuva virran takaisinkytkentä vastuksen 52 kautta auttaa siirtymäsärön pienentämistä (se on viivettä ulostulojännitteen nousun alussa).

64256 e

Kun positiiviseen suuntaan siirtyvän signaalin jännitesiir-tymä aikaansaadaan vastuksen 42 yli/ pakoitetaan kaskoditransis-torit 26 ja 28 johtavuustasoille, jotka ovat suurempia kuin lepotilan taso, mikä tämän johdosta aikaansaa transistorin 28 kollek-torijännitteen laskemisen. Diodi 34 kytkeytyy täysin päälle, kun tämä jänniteputoama saavuttaa noin 0,7 voltin tason ja aikaansaa pienen impedanssinpurkaustien kuormituskapasitanssista (katodi 20) diodin 34 sekä kaskadivahvistimen 24 kautta vertailujännitteeseen. Tämä pieni impedanssinen purkaustie aikaansaa halutun korkean siirtymänopeuden suuren positiiviseen suuntaan siirtyvän si-sääntulosignaalin jännitesiirtymälle.

Piirin piensignaalikäyttäytyminen aikaansaa myöskin suhteellisen laajan kaistanleveyden. Koska yhteisemitteritransisto-rin 26 tarvitsee ylläpitää ainoastaan suhteellisen alhainen vastakkaissuuntainen estojännite ja se kuluttaa ainoastaan pienen määrän tehoa seurauksena sen omasta alhaisesta kollektorijännitteestä, voidaan helposti valita piensignaalilaite aikaansaamaan haluttu kaistanleveys. Koska kaskodivahvistinjärjestely 24 pienentää Miller kapasitanssi-ilmiön käytännölliseen minimiinsä ja piirin 30 aktiivinen kuorma pienentää ulostulokuormituskapasi-tanssin vaikutusta kertoimella, joka on yhtäsuuri kuin transistorin 32 virtavahvistuskerroin, alenee ulostulokuorman R-C aikavakio edullisesti. Suhteellisen suuri arvo voidaan tämän johdosta valita vastukselle 40 (vastustyyppinen komponentti R-C ulostulokuorman aikavakiossa), jotta aikaansaataisiin haluttu alentuminen lepotilavirrassa ja silti edelleen aikaansaataisiin haluttu leveä kaistanleveys. Differentiaalinen lämpötilaryömintä näiden kolmen vahvistimen 14, 16 ja 18 toimintapisteissä, joka aiheutuu keskenään erisuuruisista signaalitasoista näissä kolmessa vahvistimessa pienentyy oleellisesti, koska ainoastaan yhteisemitteritran-sistorit (esim. 26) osallistuvat kunkin asteen lämpötilaryömin-tään. Tehohäviö ja sen muuttumismäärä tällaisissa yhteisemitteri-kytketyissä transistoreissa on pieni, mikä aiheutuu niiden pienestä kollektoriemitterijännitteestä.

Yhteisemiterikytketty piensignaalitransistori omaa myös suhteellisen korkean virtavahvistuskertoimen ja tämän johdosta siirtymäsärö ja vaihtelut ulsotulojännitteessä syöttöjännitteen funktiona ovat havainnollistetussa järjestelyssä alhaisia.

7 64256

Videotransistorit, joilla on alhainen kollektorikantatakai-sinkytkentäkapasitanssi (esim. pienempi kuin 2,5 pikofaradia) ja jotka on havaittu soveliaiksi havainnollistetuksi kuormitustran-sistoriksi 32 käsittävät tyypit BFR 88, BF 391 tai RCA tyypit RCP 111C sekä BF 458. Soveliaita tyyppejä yhteisemitteritransis-toria 28 varten ovat RCA tyypit RCP 111C sekä BF 458. Sovelias tyyppi piensignaalitransistoriksi 26 on tyyppi BC 147.

Kuviossa esitetyillä komponenttien arvoilla havaittiin käytännön tyhjäkäynnin tehohäviö liittyen transistoreihin 28 ja 32 pienemmäksi kuin 410 milliwattia ja vastaavasti pienemmäksi kuin 220 milliwattia. Kokonaistyhjäkäyntihäviöt kutakin videovahvis-tinta 14 varten kun mitään signaalisisääntuloa ei esiinny ja jo aikaisemmin mainitussa tilanteessa 150 volttia mustan tasona transistorin 32 emitterillä, havaittiin olevan määrältään likimää-rin 1,2 wattia. Käytettäessä porrastyyppisiä sisääntulosignaaleja ulostulosta mitattiin nousu- ja laskuajoiksi alle 1 30 nanosekuntia ja taajuusvasteen laskuksi 2,6 desibeliä taajuudella 4 MHz.

Tällainen laitteisto havaitiin tämän johdosta soveliaaksi käytettäväksi ilman erillisen jäähdytyksen tarvetta näille aktiivisille laitteille ja tarvitsematta käyttää korostuskäämejä taajuusvasteen parantamiseksi.

Claims (5)

64256 β

1. Värivideovahvistin, joka on sovitettu ohjaamaan värikuvan toistavaa laitetta, erityisesti inline-tyyppistä värikuvaput-kea, joka vahvistin käsittää ensimmäisen (26) ja toisen (28) transistorin, jotka on järjestetty kaskodivahvistinkytkentään, jolloin ensimmäisen transistorin (26) ohjauselektrodi (kanta) on kytketty värivideosignaalin sisääntulolähteeseen ja toisen transistorin (28) ulostuloelektrodi (kollektori) on kytketty kuvaputkeen, minkä lisäksi ensimmäinen (+210V) ja toinen (maa) käyttöpotentiaalilii-tin on kytketty käyttötasajännitelähteeseen, edelleen kuormitus-impedanssin, joka on kytketty ensimmäisen käyttöpotentiaaliliit-timen (+210V) ja toisen transistorin ulostuloelektrodin väliin, joka kuormitusimpendassi käsittää sarjassa ensimmäisen diodin (34) ja kolmannen transistorin (32), jossa on ohjauselektrodi (kanta), esijännitteen antavat elimet, jotka käsittävät vähintään ensimmäisen tasavirtatien (40) kytkettynä ensimmäisen käyttöpotentiaali-liittimen (+210V) ja ohjauselektrodin (kanta 32:ssa) väliin esi-jännitteen antavan virran viemiseksi kolmannen transistorin (32) ohjauselektrodille, ja tasavirtakytkentäelimet (36) kytkettynä kolmannen transistorin (32) ohjauselektrodin ja toisen transistorin (28) ulostuloelektrodin väliin kytkemään lepovirta mainittuun kaskodivahvistimeen (24), jolloin mainitut esijännitteen antavat elimet on sovitettu siten, että ensimmäinen diodi (34) saa sellaisen esijännitteen, että siitä tulee oleellisesti johtamaton lepotilassa, tunnettu siitä, että ensimmäinen transistori (26) on sovitettu virranvahvistinkytkentään ja sillä on suhteellisen suuri virranvahvistuskerroin videosignaalitaajuuksia varten ja että degeneratiiviset takaisinkytkentäelimet (52) on kytketty suoraan mainitun kaskodivahvistimen ulostulo- ja sisääntuloliit-timien väliin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen videovahvistin, tunnettu siitä, että ensimmäinen tasavirtatie käsittää vastuksen (40), joka on valittu siten, että suhteellisen pieni lepo-käyttövirta johdetaan kaskodivahvistimeen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen videovahvistin, tunnettu siitä, että mainittu ensimmäinen (26), toinen (28) ja kolmas (32) transistori ovat transistoreja, joilla on sa- 9 64256 manlainen johtavuus ja joiden kollektori-emitteripiirit on kytketty sarjaan mainitun käyttöjännitelähteen poikki.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen videovahvistin, tunnettu siitä, että ensimmäisellä transistorilla (28) on verrattain korkea läpilyöntijännitearvo, jolloin toinen transistori on sovitettu yhteiskantakytkentään, jossa sen kanta on liitetty käyttötasajännitteeseen, joka muodostaa muorto-osan mainitun lähteen jännitteestä.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1...4 mukainen videovahvistin, tunnettu siitä, että tasavirtakytkentäelimet, jotka on kytketty kolmannen transistorin (32) ohjauselektrodin ja toisen transistorin ulostuloelektrodin väliin, käsittävät toisen diodin (36), jolla on sellainen esijännite, että se on virtaa johtava lepotilassa. 64256 10 *