FI66509B - Videofoerstaerkare med utslaeckning av hoegfrekvent straolning - Google Patents

Description

R5FH M «dKUULUTUSJULRAISU 66cng l J * 'UTLÄGGNINGSSKIUFT OOÖUy ^ ^ (51) Kv.Hu/te.CI.3 H 03 F 1/3¾. H 0*» K 5/1(8 SUOMI-FINLAND (21) 772170 (21) Hrit«irf^«vi-Ai-ötaitaf«tot 12.07.77 'Fl' (23) AMwpaM-.GIWgkM^g 12.07.77 (41) Τ·Η* JmRImIbI —Mv* dfitig 20.01.78

Patentti- ja rekisteri hallltu· .... .________________________ . ftl

Patent- och rfiiterityral—n ' ' AnAkm tl^d och wd!iikrW!w p«bl>c*r«d 23.06.81« (32)(33)(31) *nfoMttm teflrd prtortet 19.07.76

Englanti-England(GB) 30005/76, 21.01.77 USA(US) 760861« (71) RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, New York 10022, USA(US) (72) Werner Hinn, Zol1ikerberg, Sveitsi-Schweiz(CH) (7l«) Oy Kolster Ab (5¾) Suurtaajuisen säteilyn tukahdutuksella varustettu videovahvistin -Videoförstärkare med utsläckning av högfrekvent straining Tämän keksinnön kohteena on transistorivahvistin videoulos-tuloastetta varten, joka vahvistin soveltuu erityisesti värikuva-putken ohjaukseen, ja joka vahvistin toimii epälineaarisesta ensimmäisellä alueella, jossa on pieni sähkövirta ja lineaarisesti toisella alueella, jossa on suurempi sähkövirtaus, ja joka vahvistin on varustettu vastakytkentähaaralla, joka on kytketty sen ulostulo-piiristä sen sisääntulopiiriin.

On suotavaa, että videopääteasteella on laaja signaalikäistä, lineaarinen signaalivaste sekä pienet lepovirrat ja pieni tehonkulutus. Tavanomaiset, televisiovastaanottimen kuvaputken muodostamaa kapasitiivista kuormitusta ohjaavat A-luokan videopääteasteet vaativat suhteellisen suuret lähtövirrat halutun signaalikaistanlevey-den saavuttamiseksi suuriamplitudisilla videosignaaleilla. A-luokan pääteasteiden tehonkulutuksen vähentäminen lähtövirtoja pienentämällä huonontaa yleensä asteen laajakaistaista signaalivastetta, koska anteen kääntönopeus (lähtöjännitteen muutos aikayksikössä) pienenee.

2 66509

Viime aikoina on esitetty vähän tehoa kuluttavia, laajakaistaisia transistoroituja videopääteasteita. Vähän tehoa kuluttavien asteiden tehonkulutus on tyypillisesti pienempi kuin esimerkiksi A-luokan asteiden, ja ne eivät tarvitse suurikokoisia transistorei-ta, transistorien jäähdytyslevyjä tai suurta tehoa kestäviä transis-toreita. Näiden pääteasteiden pienentynyt tehonkulutus aiheuttaa myös matalamman toimintalämpötilan. Piirien hinta laskee ja luotettavuus kasvaa.

Tämän tyyppisessä vähän tehoa kuluttavassa laajakaistaisessa videopääteasteessa on tavallisesti kaksi Selmalla tavalla johtavaa transistoria, jotka on kytketty toimintajännitelähteen yli. Tulosig-naalit tulevat ensimmäiseen, yhteisemitterivahvistintransistoriin, jolla on aktiivinen kuormituspiiri. Aktiiviseen kuormituspiiriin kuuluu toinen transistori, suurjännitetransistori, joka tekee mahdolliseksi ensimmäisen transistorin kuormitusimpedanssin nostamisen, jolloin esivirrat pienenevät ja asteen kaistanleveysvaste säilyy. Kuor-mitustransistorin emitterin ja ensimmäisen transistorin kollektorin välissä oleva kytkentädiodi joutuu johtamattomaan tilaan lepo-olosuhteissa. Asteen lähdöstä sen tuloon on järjestetty tasavirtatakaisin-kytkentä, ja asteen toimintajännite tuodaan jännitelähteestä kuormi-tustransistorin kannalle ja tulotransistorin kollektorille. Lähtösig-naalit tulevat kuormitustransistorin emitterille.

Tämän tyyppinen videopääteaste on esitetty Mullard Limited -yhtiön, Lontoo, julkaisemassa Mullard Technical Communications Bulletinissa osa 13, n:o 128, lokakuu 1975, artikkelissa "Televisiovastaanottimien komplementaariset vuorovaihdevideovahvistimet", jonka on kirjoittanut M.C. Gander, sekä Motorola Semiconductors Europen 1975 julkaisemassa kuluttajatiedotteessa "TO-92 -transistoreilla toteutettu vähän tehoa kuluttava AB-luokan videopääteaste". Komplemen-taarisesti johtavilla transistoreilla toteutettu vähän tehoa kuluttava videopääteaste on kuvattu myös yllä mainitussa Mullard Limitedin julkaisemassa Technical Communications Bulletinissa.

Tunnetaan myös erilaisia kaskodivideopäätevahvistimia (ks. esim. US-patentteja n:o 3 499 104, Austin, ja 3 598 312, Nillesen, sekä 3 823 264 Haferl). Kaskodirakenteella on tyypillisesti pienijän-nitteinen ja suurivirtainen vahvistus, korkeaan jännitteeseen kytketty* yhteisemitterilaite, virtavahvistus yksi, sekä yhteiskantalaite, ¥ .

3 66509 jolla pienjännitelaitteen kollektori eristetään kuormitusjännitteen vaihteluista, jolloin pienjännitelaitteen kollektori-kantakapasi-tanssin Miller-kerronta minimoituu. Aktiivisten laitteiden kollekto-ri-kantakapasitanssien vaikutus vahvistimen kaistanleveyteen on kas-kadikytkennässä siis pienempi kuin esim. yhteisemitterivahvistimessa. Erityisen edullinen vähän tehoa kuluttava kaskodivideopääteaste on esitetty US-patentissa n:o 4 096 517, joka on myönnetty 20.06.1978.

Sen lisäksi, että siinä kuvatussa kaskodivahvistimessa saavutetaan suoraan tehon säästö ja vältetään ominaisuuksien lämpötila-ryömintä, lähtölaitteiden vähentynyt tehonkulutus lisää kaskodivah-vistimen laajakaistaominaisuuksia.

Väritelevisiojärjestelmissä videopääteasteiden on käsiteltävä laajakaistaisia videosignaaleja (esim. 0...4-5 MHz), joiden amplitudi on suuri (esim. 110 V^). Videopääteasteet voivat aiheuttaa signaalin epälineaarisia vääristymiä, jotka joissakin suhteellisen suuritehoisissa tavanomaisissa A-luokan vahvistimissa saavat aikaan signaalien ei-toivottuja harmonisia taajuuksia. Tällaisten videopääteasteiden synnyttämät ja säteilemät korkeamman kertaluvun harmoniset taajuudet voivat tulla ilmaistuiksi vastaanottimen suurtaajuussignaa-lien (RF) käsittelypiireissä ja häiritä vastaanotettuja, kuvaa esittäviä videosignaaleja. Ei-toivotut RF-signaalit voivat ilmetä kuvaputkella näkyvän kuvan häiriöinä.

RF-häiriöitä on yritetty estää mm. kytkemällä videopääteasteiden lähtöpiireihin suurtaajuuskuristimia ja käyttämällä suojattuja johtimia videolähtösignaalien kytkemiseen kuvaputkeen. Nämä ratkaisut nostavat kuitenkin piirien hintaa ja tekevät ne monimutkaisiksi.

Viime aikoina esitetyt vähän tehoa kuluttavat videopääteasteet ovat taipuvaisia aiheuttamaan enemmän RF-säteilyä kuin tavanomaiset A-luokan asteet. Tällaisen RF-säteilyn eräs syy on näiden asteiden pienistä lepovirroista johtuva voimakas epälineaarinen (eksponentiaalinen) johtaminen. Epälineaarisella ominaiskäyrällä on taipumusta aiheuttaa signaalin vääristymiä ja tulosignaalitaajuuden harmonisia taajuuksia. Tulovahvistintransistori voi myös toimia sulku-jännitteellä tai sen lähellä vasteena tulosignaalien nopeille siirty-mille tai transienteille, jolloin syntyy merkittäviä suurtaajuisten signaalien harmonisia, koska transistorin sulkutilan lähellä epälineaariset johtamisominaisuudet ovat erityisen korostuneita.

*f 1Γ .

% · • } 4 66509

Ei-toivotut suurtaajuiset harmoniset voivat ulottua televisiosignaalien hyvin suurille taajuuksille (VHF; 55-211 MHz yhdysvaltalaisten televisiojärjestelmien normien mukaan ja eurooppalaisten normien mukaan vastaavalle alueelle). Ei-toivottujen RF-harmonisten tukahduttaminen lähtösignaalien suurtaajuuskuristimella on vaikeaa vähän tehoa kuluttavien videopääteasteiden tyypillisesti pienen läh-töimpedanssin vuoksi.

Tämän keksinnön eräässä suoritusmuodossa vahvistin RF-taa-juisten harmoonisten tukahduttamiseksi on puolijohde-vahvistin, jonka johtavuuskäyrä on epälineaarinen pienen sähkövirtauksen alueella ja epälineaarinen suuremman sähkövirtauksen alueella. Vahvistin on varustettu vastakytkentähaaralla, joka on kytketty sen sisäänsyöttö-piiristä sen ulostulopiiriin. Keksinnön mukaisesti toinen vastakyt-kentäimpedanssi/ jonka kautta transistorivirta kulkee, sisältyy sisääntulopiiriin ja käsittää puolijohde-elementin, jolla on sellainen epälineaarinen ominaisuus, että transistorivahvistin toimii ensimmäisellä alueella suuremmalla sähkövirran katkeamisen estävällä takaisinkytkennällä ja toisella alueella pienemmällä takaisin-kytkennällä.

Keksinnön toisen ominaisuuden mukaan sisääntulopiirissä on signaalien alipäästösuodinpiiri, joka auttaa RF-säteilyn tukahduttamisessa yhteisimpedanssista riippumatta.

Oheisissa piirroksissa kuvio 1 esittää osin lohkokaavio- ja osin kaaviomuodossa tämän keksinnön mukaisesti tehdyn väritelevisiovastaanottimen osaa; kuvio 1a - 1 d esittävät kuvion 1 piiriin toiminnan ymmärtämiseksi hyödyllisiä aaltomuotoja, kuvio 2 esittää keksinnön toisen suoritusmuodon mukaista piiriä, kuvio 3 esittää edelleen keksinnön erään suoritusmuodon mukaista piiriä, kuvio 4 esittää myös keksinnön erään suoritusmuodon mukaista piiriä, ja kuviot 5-7 esittävät piirimuunnoksia, joita voidaan käyttää kuvioiden 1-4 piireissä.

Seuraavassa esityksessä ne piirikomponentit, joilla on sama viitenumero, ovat samanlaisia.

5 66509

Kuviossa 1 esitetyssä tämän keksinnön suoritusmuodossa televisiosignaalien käsittelypiirit 10, joihin kuuluu esim. videoil-main, tuovat valotiheys- ja värikkyyssignaalikomponentit ilmaisin-matriisipiiriin 12, joka puolestaan lähettää värivideosignaalit (siis punaiset, vihreät ja siniset kuvasignaalit) videopäätevahvis-tinpiireihin 14, 16 ja 18 (16 ja 18 esitetty lohkokaaviomuodossa). Kustakin vahvistinpiiristä 14, 16 ja 18 lähtee vahvistettuja video-lähtösignaaleja värikätodisädeputken 22 vastaaviin ohjaus- (siis katodi-) elektrodeihin 20, ja kuvaputki voi olla esim. inline-tykki-tyyppiä. Koska vahvistimet 14, 16 ja 18 ovat olennaisesti keskenään samanlaisia, vain vahvistin 14 on esitetty ja kuvataan yksityiskohtaisesti.

Vahvistimessa 14 on kaskadissa 24 yhteisemitteritransistori 26 ja yhteiskantatransistori 28. Transistorin 26 emitteri on kytketty vertailujännitepisteeseen (esim. zenerdiodista 50 saatavaan jännitteeseen +6,2 V) rinnan kytkettyjen diodin ja vastuksen kautta.

Transistorin 26 kannalle tuodaan videosignaaleita kuvan mukaisesti kytkettyjen sivuvastuksen 42, valkoisen tason säätövastuksen 44, resistiivisen jännitejakajan 46, 54, 56 (viimemainittu toimii mustan tason säätönä), ohikytkentäkondensaattorien 48 ja 58 sekä vastuksen kautta. Transistorin 26 kannalle kytketty kondensaattori muodostaa kaistanleveyttä rajoittavan alipäästösuotimen yhdessä vastuksen kanssa.

Yhteiskantatransistorin 28 kannalle on kytketty suhteellisen pieni esijännite (esim. +12 V). Transistorin 28 kollektoriin on kytketty aktiivinen kuormistuspiiri 30, johon kuuluu emitteriseuraajaksi kytketty kolmas transistori 32, seuraajan 32 emitterin ja transistorin 28 kollektorin väliin kytketty kytkentädiodi 34, siirtymä-häiriöiden kompensointidiodi 36, joka on kytketty seuraajatransis-torin 32 kannan ja transistorin 28 kollektorin väliin, suhteellisen korkean jännitteen lähteen (esim. +250 V) ja seuraajatransistorin 32 kannan väliin kytketty esivastus 40 sekä transistorin 32 kollektorin ja jännitelähteen väliin kytketty virtaa rajoittava vastus 38.

Vahvistimen 14 lähdöstä (siis seuraajatransistorin 32 emit-teriltä) on tasavirtatakaisinkytkentä transistorin 26 kannalle vastuksen 52 kautta. Signaalit tuodaan katodisädeputken 22 punainen elek- K* 6 66509 tronitykin (R) katodille 20 sarjavastuksen 60 kautta. Asteen 14 kapasitiivisessa kuormituksessa on piirien ja transistorien haja-kapasitansseja ja katodisädeputken 22 muodostama kapasitiivinen kuormitus.

Seuraavassa kuvion 1 videovahvistimen toimintaa koskevassa esityksessä oletetaan, että vastus 56 on säädetty siten, että luokkaa 150 V oleva mustan tason (lepo-) jännite tulee kuormitustransis-torin 32 emitterille. Tällöin vastukseen 40, diodiin 36 ja transis-toreihin 28 ja 26 syntyy lepovirta (esim. 2,5 mA). Kuormitustransis-torlin 32 syntyy lisäksi lepoemitterivirta (esim. 3 mA). Tämä virta kulkee takaisinkytkentävastuksessa 52 ja muodostaa transistorin 26 esikantavirran. Lepotilassa diodin 36 ja kuormitusvastuksen 32 kantaemitteriliitoksen esijännite on eteenpäin, joten diodin 34 katodi ja anodi ovat samassa jännitteessä. Diodi 34 ei siis johda, kun signaaleita ei tule.

Kun vastuksen 42 yli muodostuu negatiivissuuntäinen jännite-siirtymä, vastukset 44 ja 46 muuntavat tällaisen signaalin transistorin 26 kantavirran vähennykseksi. Kaskoditransistorien 26 ja 28 sekä diodin 36 ja vastuksen 40 kautta kulkeva virta kasvaa tällöin nopeasti lepoarvostaan,ja transistorin 28 kollektorijännite ja transistorin 32 kantajännite kasvavat. Kun transistorin 28 kollektorijännite - ja siis myös transistorin 32 kantajännite - kasvaa noin 0,7 V, kuormitustransistori 32 johtaa voimakkaasti ja katodisädeputken elektrodin 20 kuormituskapasitanssi varautuu transistorin 32 emitterin muodostelman pieni-impedanssisen jännitelähteen kautta.

Takaisinkytkentävastus 52 auttaa linearisoimaan asteen siir-tokäyrää vähentämällä siirtymähäiriöitä (eli lähtöjännitteen nousun alkuviivettä) sekä videopääteasteen vahvistuksen stabiloinnissa.

Kun vastuksen 42 yli vaikuttaa positiivissuuntainen signaali jännitesiirtymä, kaskoditransistorit 26 ja 28 tulevat lepotasoa korkeammille johtotasoille, jolloin transistorin 28 kollektorijännite laskee. Diodi 34 tulee täysin johtavaksi, kun tämä jännitteen lasku on noin 0,7 V, ja kuormituskapasitanssista (katodi 20) syntyy pie-ni-impedanssinen purkaustie diodin 34 ja kaskadivahvistimen 24 kautta vertailujännitteeseen.

Piirin piensignaaliominaisuudet aiheuttavat suhteellisen laajan, kaistanleveyden. Koska yhteisemitteritransistorin 26 tarvitsee * **» «f ‘ "i . * ·* •V.f, **: 7 66509 pitää yllä ainoastaan suhteellisen pieni läpilyöntijännite, ja se kuluttaa pienen kollektorijännitteensä vuoksi vain vähän tehoa, halutun kaistanleveyden aikaansaamiseksi tarvittava piensignaalilai-te on helppo valita.

Aste 14 ilman suodinpiiriä R^, ja diodin sekä vastuksen R2 sisältävää piiriä, on kuvattu yksityiskohtaisemmin US-patentti-julkaisussa 4 096 517, joka on mainittu aikaisemmin.

Tietyissä olosuhteissa videovahvistinaste 14 voi aiheuttaa siihen tuotujen videosignaalien ei-toivottuja korkeiden taajuuksien harmonisia. Nämä voivat ulottua vastaanotettujen VHF-signaalien taajuuskaistalle, jolloin televisiosignaalien käsittelypiirit 10 ilmaisevat ne, ja vastaanotetut signaalit häiriintyvät.

Transistorin 26 sulkuvirran lähellä esiintyvän epälineaarisen johtamiskäyrän mahdollisesti aiheuttama signaalin vääristymä synnyttää myös osaltaan korkeamman suuruusluokan signaalitaajuuksia tai videosignaalin perustaajuuden harmonisia. Transistorin 26 johtavuuden epälineaarisuus ja siitä aiheutuva signaalin vääristymä korostuvat jatkuvasti, kun transistorin 26 johtavuus lähenee sulkutilaa. Transistorin 26 toimiminen suhteellisen alhaisella lepovirtatasolla lisää sen todennäköisyyttä, että transistori 26 joutuu toimimaan erittäin epälineaarisella alueella.

Transistori 26 voidaan saada toimimaan lähellä sulkutilaa nopeilla negatiivissuuntaisilla signaaliamplitudin siirtymillä tai 'transienteilla. Tällöin transistorin 32 emitterilähtöön tulee suuri, vastaava positiivissuuntainen signaaliamplitudin siirtymä. Jos transistori 26 toimii tällöin hyvin epälineaarisella alueella tai lähellä sulkukohtaa, syntyy VHF-kaistalle ulottuvia liiallisia suurtaajuus-harmonisia. Transistorin 32 emitterilähtöön tulee vahvistettuja suur-taajuusharmonisia, jotka säteilevät videoasteen 14 ja kuvaputken 22 elektronitykkitulon välisestä johtimesta. Transistorin 26 käyttäminen alhaisilla lepovirran tasoilla auttaa siis RF-harmonisien syntymisessä, koska transistori 26 on tällöin helpompi saada toimimaan lähellä sulkukohtaa kuin korkeammilla lepovirran tasoilla.

Kuviossa 1a on osa videosignaaliaallosta (amplitudi esim.

0,1 Vj^ tai vähemmän), joka tuodaan vastuksen R^ transistorin 26 kannasta kauempana olevaan päähän. Tuloaallossa on nopea, lyhytaikai- ./banjoja negatiivissuuntainen amplitudisiirtymä t^ ja lyhytaikainen ♦ 8 66509 positiivissuuntainen amplitudisiirtymä tSiirtymä t^ vaikuttaa suuntaan, joka vähentää transistorin 26 johtavuutta. Tässä tapauksessa oletetaan, että siirtymän t^ laskuaika on lyhyempi kuin kapa-sitiivisen kuormituksen varausaikavakio, joten transistorin 32 emitter iin tulee kuvion 1b mukainen positiivissuuntainen signaali transistorin 26 vähentyneen johtavuuden vuoksi. Osa positiivissuuntaises-ta lähtösignaalista (kuvio 1c) tuodaan vastukseen 52 ja yhdistetään tuloaaltoon (kuvio 1a) vastuksien 52 ja kytkentäpisteessä, jolloin syntyy yhdistetty signaaliaalto (kuvio 1d).

Yhdistetyssä signaaliaallossa (kuvio 1d) on positiivis- ja negatiivissuuntaisia piikkejä, jotka aiheutuvat positiivisen takai-sinkytkentäsignaalin (kuvio 1c) amplitudisiirtymien nousujen ja laskujen jälkeenjäävistä vasteajoista. Negatiivissuntaiseen piikkiin liittyvä negatiivissuuntainen amplitudisiirtymä t'^ vaikuttaa suuntaan, joka pienentää hetkellisesti transistorin 26 johtamista sulkua kohti. Kun näin tapahtuu, takaisinkytkentäsilmukka avautuu hetkeksi, ja syntyy merkittävä määrä epälineaarista vääristymistä ja siitä seuraavia suurtaajuisia signaaliharmonisia.

Se todennäköisyys, että transistori 26 joutuu toimimaan erittäin epälineaarisella alueella sulkupisteessä tai sen lähellä, on suhteessa siihen määrään, jolla lähtösignaalin nousu- ja laskuajät ylittävät tulosignaalin vastaavat nousu- ja laskuajät. Lähtökuormi-tuskapasitanssin nostaminen kasvattaa lähtösignaalin nousuaikaa ja siten myös yhdistetyn tulosignaalin (kuvio 1d) negatiivissuuntaisen piikin suuruutta.

Takaisinkytkentäsignaali voi estää transistorin 26 toiminnan sulkupisteessä tai sen lähellä, jos laitteeseen tulee suhteellisen pienitaajuisia negatiivissuuntaisia videosignaaleja taikka signaaleja, joissa on suhteellisen pitkään kestäviä amplitudisiirtymiäf Jos tällaisten amplitudisiirtymien kestoaika on olennaisesti sama tai pitempi kuin kapasitiivisen kuormituksen varausaikavakio, kapasitii-visen kuormituksen yli syntyy positiivissuuntainen lähtösignaalisiir-tymä transistorin 26 johtamisen vähenemisen vuoksi. Tällä lähtösig-naalisiirtymällä on nouseva amplitudi, joka ajoittuu olennaisesti samaan aikaan kuin tulosignaalin negatiivissuuntainen (laskeva) ampli-tudimuutos. Tällöin yhdistetty tulosignaali ei sisällä amplitudipiik-Jtejä.. ja yhdistetyn aallon huippuamplituditasot vastaavat tällöin po- 9 66509 sitiivisia tasoja ja V2 (kuvio 1d) . Transistori 26 pysyy tällöin johtavassa tilassa muutoksia tarkkaan seuraavan takaisinkytkentäsig-naalin vuoksi, koska takaisinkytkentäsignaali vaikuttaa suuntaan, joka kasvattaa tässä tapauksessa transistorin 26 kantavirtaohjausta.

Ei-toivotut RF-harmoniset voidaan tukahduttaa kaistanleveyttä rajoittavalla suodinpiirillä, johon kuuluu vastus ja kondensaattori C^. Piiri R^, C1 on lisätty transistorin 26 kantatulopiiriin rajoittamaan tähän kantaan tuotujen signaalien kaistanleveysvastetta järjestelmän signaalitaajuuskaistanleveyteen, joka on esim. 0...4-5 MHz. Vastus R1 nostaa lisäksi transistorin 26 kannalle tuotujen signaalien ohjauslähdeimpedanssia. Signaalien epälineaarinen vääristyminen vähenee, sillä kuten tiedetään, transistorivahvistimen lineaarisuus paranee, kun sitä ohjataan suuri-impedanssisella ohjauksella. Vastus R^ pienentää myös transistorin 26 kantaemitteriliitoksen yli vaikuttavien signaalijännitteiden amplitudia.

Suurtaajuista harmonista säteilyä voidaan tukahduttaa enemmän diodilla D1 ja vastuksella R2.

Diodi on päästösuuntaan esijännitetty PN-liitoksinen puoli johdelaite, jonka virranjohtokäyrä on epälineaarinen pienen virran-johdon alueella. on kytketty sarjaan samantapaisesti päästösuuntaan kytketyn transistorin 26 PN-kantaemitteriliitoksen kanssa ja on yhteinen transistorin 26 tulo- ja lähtöpiireille. Diodin D^ epälineaarinen johtavuuskäyrä on samanlainen kuin transistorin kantaemitteriliitoksen, joten D^ muodostaa transistorille 26 epälineaarisen (virta-) takaisinkytkennän, joka kumoaa transistorin 26 muuten esiintyvän epälineaarisuuden etenkin pienellä virralla lähellä sul-kupistettä.

Transistorin 26 ja siis myös diodin D^ virta pienenee nopeasti yhdistetyn tulosignaalin negatiivissuuntaisen amplitudimuutoksen vuoksi. Tänä aikana diodin D^ impedanssi kasvaa verrannollisena transistorin 26 pienenevään emitterivirtaan ja muodostaa emitterivirran takaisinkytkennän (diodin D^ aiheuttama emitteritakaisinkytkentä on mitätöntä sen pienen impedanssin aiheuttamilla normaaleilla, suuremmilla virroilla). Diodi D^ linearisoi tällä tavoin transistorin 26 johtavuusominaisuuksia hyvin pienellä johtavuudella sulkupisteen lähellä. Lineaarisempi johtavuuskäyrä vähentää signaalin vääristymää 1 j&f^aiteeSentää merkittävästi RF-harmonisten suuruutta.

10 66509

Diodi tekee täten transistorille 26 mahdolliseksi sietää suurempia tulosignaalin piikkejä (f^) suuntaan, joka pienentää transistorin 26 johtamista sulkupistettä kohti. Transistorin 26 ja vastuksen 52 sisältävä takaisinkytkentäsilmukka pysyy suljettuna ja takaisinkytkentä säilyy. Epälineaariset signaalivääristymät ja niistä aiheutuvat RF-signaaliharmoniset vähenevät merkittävästi.

Yhdistetyn tulosignaalin suuriamplitudisten negatiivissuun-taisten piikkien haitallisia vaikutuksia vähentää edelleen suodin-piiri R^, C^. Vastus muodostaa jännitteenjakajan yhdessä transistorin 26 kantajaemitteriliitoksen impedanssin kanssa. Transistorin 26 kantaemitteriliitoksen yli syntyy tällöin yhdistetty tulosignaali, jonka amplitudi on pienentynyt. Tämän esimerkin järjestelmäkaistan-leveyden 4-5 MHz ylittäviin harmonisiin taajuuksiin liittyy myös yhdistetyn tulosignaalin (kuvio Id) nopea, negatiivissuuntainen ampli-tudipiikki. Tällaiset harmoniset taajuudet vaimenevat alipäästösuoti-messa R^, sekä transistorin 26 tuloimpedanssissa. Tämän vuoksi negatiivisen piikin amplitudi sekä siihen liittyvä taipumus vähentää transistorin 26 johtavuutta sulkutilaa kohti pienenevät edelleen. Piiriä D^, R2 voidaan käyttää joko yksinään tai yhdessä piirin R^, kanssa.

Vastus R2 rajoittaa emitteri-impedanssia ja siksi myös emit-teritakaisinkytkennän määrää sinä aikana, jolloin transistorin 26 johtavuus pienenee negatiivissuuntaisten signaaliamplitudin muutosten vuoksi, koska liiallinen emitteritakaisinkytkentä voi huonontaa transistorin 26 vahvistusta ja häiritä transistorin 26 ja vastuksen 52 sisältävän takaisinkytkentäpiirin toimintaa. Vastus R2 voidaan jättää pois, jos videopääteasteen lepovirta on niin suuri, että diodin impedanssin ei voida odottaa ylittävän vastuksen R2 arvoa (tässä esimerkissä 220 ohmia).

Kuviossa 2 on esitetty toinen muoto pienivirtaisesta vähän tehoa kuluttavasta yhteisemitterikytketystä videovahvistimen pääte-asteesta 214, jossa on samalla tavoin johtavia transistoreita. Tulo-signaalit tuodaan NPN-yhteisemitteritransistorin 226 kantaelektro-diin. NPN-emitteriseuraajatransistori 232 ja kytkentädiodi 234 muodostavat transistorille 226 aktiivisen kollektorikuormituksen. Lähtö-signaalit syntyvät kuormitusvastuksen 240 yli ja ne tuodaan transistorista^ 232 vastuksen 260 kautta kapasitiiviseen kuormitukseen samalla tavoin kuin kuvion 1 esittämässä laitteessa.

11 66509

Asteen 214 toiminta on samanlainen kuin kuvion 1 asteen 14. Transistorin 226 johtaminen diodin 234 kautta aiheuttaa negatiivis-suuntaisia signaaliamplitudin muutoksia, ja emitteriseuraajatransis-torin 232 johtaminen aiheuttaa positiivissuuntaisia amplitudimuutok-sia. Kun transistorin 232 emitterille tuleva lähtösignaali on nega-tiivissuuntainen, transistori 226 johtaa ja purkaa asteen 214 kuor-mituskapasitanssin diodin 234 kautta. Kun transistorin 226 johtavuus pienenee negatiivissuuntaisen tulosignaalin vuoksi, sen kollektori-jännite kasvaa ja aiheuttaa diodin 234 sulkeutumisen. Asteen 214 kuormituskapasitanssi pitää yllä transistorin 232 emitterillä vaikuttavaa jännitettä, kunnes transistorin 232 kantajännite riittää tekemään transistorin 232 johtavaksi, jolloin kuormituskapasitanssi purkautuu. Samoin kuin kuvion 1 laitteessa, kuormitusvastuksen 240 arvo voi olla suurempi kuin A-luokan videopääteasteen kuormitusvastus, joten asteen esivirta ja tehonkulutus pienenevät.

Kaistanleveyttä rajoittava piiri palvelee asteessa 214 samaa tarkoitusta kuin kuvion 1 piirin vastaava aste 14, paitsi että asteessa 214 kondensaattori on kytketty suoraan yhteisemit-terikytketyn vahvistintransistorin 226 kantaemitteriliitoksen yli. Asteen 214 diodi ja vastus palvelevat samaa tarkoitusta kuin asteen 14 vastaavat komponentit.

Asteen 214 takaisinkytkentäpiiri 252 palvelee olennaisesti samaa tarkoitusta kuin kuvion 14 asteen takaisinkytkentäpiiri, joka sisältää vastuksen 52. Takaisinkytkentäpiiriin 252 voi kuulua esimerkiksi resistiivinen jännitteenjakaja, ja se voidaan kytkeä transistorin 226 kantatuloon kuvion esittämällä tavalla tai astetta 214 edeltävän esivahvistinasteen tuloon (ei esitetty) . Takaisinkytkentäpiiriin 252 voi kuulua videosignaalin mustan ja valkoisen tason säätöpiirejä sekä taajuusselektiivinen takaisinkytkentä, joka muodostaa huipun yhdellä tai useammalla valitulla videosignaalitaajuudella. Vaihto- ja tasavirtatakaisinkytkennän määrää voidaan muutella piirin vahvistuksen ja toimintapisteen säätämiseksi.

Kuvio 3 esittää pienivirtaista vähän tehoa kuluttavaa video-pääteastetta 314, johon kuuluvat komplementaarisesti johtavat transistorit 326 ja 332. Tämäntyyppinen videopääteaste on kuvattu edellä mainitussa Mullard Limitedin julkaisemassa Technical Communications ·' Bh-CLetinissa.

12 66509 PNP-transistorin 332 esijännite saadaan toimintajänniteläh-| teestä (+240 V) vastusten 340, 343 ja 376 kautta. Vastus 351 on kyt- j ketty toimintajännitelähteestä transistorien 332 ja 326 kollektori- vastusten 371 ja 372 kannalle ja ne on vaihtovirtakytketty PNP-j transistorin 332 kannalle kondensaattorin 375 kautta, joten transis- i torit 326 ja 332 toimivat vuorovaiheisesti. Transistorien 326 ja 332 vuorovaiheiset lähtösignaalit tulevat vastuksien 371 ja 372 kytkentäpisteeseen, ja ne tuodaan vastuksen 360 kautta lähtöliittimeen. Kondensaattori 378 saa aikaan transistorille 332 riittävän vaihtovirta-vahvistuksen. Takasinkytkentäpiiri 352 on samanlainen kuin asteen 214 takaisinkytkentäpiiri 252 (kuvio 2).

Transistorien 326 ja 332 johtavuuskäyrä on epälineaarinen pienen virtajohtavuuden alueella sulkupisteessä tai sen lähellä. Kaistanleveyttä rajoittava alipäästösuodinpiiri on järjestet ty samalla tavalla ja suorittaa samat toiminnot kuin kuvion 2 vastaava piiri. Transistorin 326 emitteripiirissä oleva diodi estää transistorin 326 sulkeutumisen, kun siihen tulee negatiivissuuntai-sia tulosignaaleja, joilla on taipumusta saada transistori 326 toimimaan sulkupisteessä tai sen lähellä, kuten kuvion 1 piirin yhteydessä on esitetty. Samalla tavoin lisädiodi D2 estää PNP-transistorin 332 toiminnan sulkupisteessä tai sen lähellä tällaista toimintaa aiheuttavien positiivissuuntaisten tulosignaalimuutosten vuoksi.

Kuvio 4 esittää tämän keksinnön mukaista A-luokan videopää-teastetta. Tulosignaalit tuodaan transistorin 426 kannalle ja vahvistetut lähtösignaalit tulevat kollektorikuormitusvastuksen 473 yli. Tasavirtatakaisinkytkentä 452 on kytketty videopääteasteen lähdöstä tuloon kuvioiden 1-3 yhteydessä esitetyllä tavalla. Asteessa 414 on myös alipäästösuodinpiiri R^, kuvion mukaisesti, ja niiden tarkoitus on estää transistorin 426 toiminta sulkupisteessä tai sen lähellä negatiivissuuntaisten tulosignaalimuutosten vuoksi.

On huomattava, että A-luokan videopääteaste on vähemmän altis toimimaan sulkutilassa tai sen lähellä tulosignaalien vuoksi kuin kuvion 1-3 mukaiset pienivirtaiset vähän tehoa kuluttavat asteet, koska A-luokan aste toimii tyypillisesti suuremmilla lepovirroilla. RF-taajuuksien syntyminen voidaan estää nostamalla lepovirran tasoa, vaikka tämä lisää ei-toivottua tehonkulutusta ja toimintalämpötilaa.

muut A-luokan asteiden ongelmat voidaan tehdä pienemmiksi 13 66509 järjestelyllä, johon kuuluvat kuvion 4 mukaiset piirit R^, ja D1' R2 *

Kuviot 5, 6 ja 7 esittävät tämän keksinnön mukaisen video-pääteasteen tulovahvistintransistorin emitteripiirin muunnoksia (esim. kuvion 1 transistorin 26). Kuvion 5 yhteisemitteritransis-torin 526 emitteripiirissä on diodi D^ sekä lisävastus kytkettynä sarjaan transistorin 526 emitterin ja vertailujännitteen VR välille. Diodin toiminta on esitetty edellä. Tässä esimerkissä vastus R2 on jätetty pois (eli sen arvo on ääretön). Vastus R^ toimii emitteridegeneraatiovastuksena, joka parantaa videoasteen vahvistuksen stabiiliutta. Vastusta R^ voidaan tarvita esim. silloin, kun transistorin 526 kannalle tuodaan tulosignaaleita edeltävästä esivahvistinasteesta, jonka vahvistus on merkittävä, ja videopää-teasteen lähdöstä on järjestetty tasavirtatakaisinsyöttö esivah-vistimen tuloon, jolloin syntyy suhteellisen suuri takaisinkytken-tävahvistus.

Videopääteasteen tulovahvistintransistorin emitteripiirin vastuksen R^, vastuksen R^ ja diodin muita yhdistelmiä on esitetty kuvioissa 6 ja 7.

Kuormistustransistoreiksi sopivia transistoreita, joilla on pieni kollektorikantatakaisinkytkentäkapsitanssi (esim. alle 2,5 pF) ovat mm. tyypit BFR 88, BF 391 sekä RCA:n tyypit RCP 111C ja BF 458. Kuvion 1 yhteiskantatransistoriksi 28 sopivia transistoreita ovat mm. RCA:n mallit RCP 111C ja BF 458. Piensignaalitransistoriksi (esim. kuvion 1 transistori 26) sopiva malli on mm. BC 147. Diodeiksi D^ ja D2 sopivat esim. BAX 13 ja IN 914.

Vastuksen R^ arvo voidaan valita kuvatuntyyppisissä video-pääteasteissa esim. väliltä 0...3,3 ohmia. Vastaavasti kondensaattorin arvot voidaan valita esim. väliltä 0...56 pF (nolla riittää, kun tulovahvistintransistorin kantakapasitanssi pystyy saamaan ai- , kaan tehokkaan suodatuksen). Resistanssien ja kapasitanssien välittä- j viin arvoihin vaikuttavia tekijöitä ovat käytetyn tulovahvistintransistorin tyyppi, transistorien lepovirrat sekä piirien hajakapasitans-sit. Nämä tekijät vaikuttavat myös vastusten R2 ja R^ arvojen valintaan. Vastuksen R2 arvo voi olla 150 ohmia tai enemmän, ja vastuksen R^ arvo voi olla 0...n. 100 ohmia esimerkiksi.

► n 1 *· > # * M * :* 14 66509

Vaikka keksintöä on tässä kuvattu määrättyjen piiriesimerk-kien avulla, lienee selvää, että ammattimiehet voivat tehdä niistä muita muunnoksia poikkeamatta keksinnön alueelta.

Esimerkiksi voidaan käyttä transistoreita, joiden johtavuus on tässä esitetylle vastakkainen, jolloin diodien ja napaisuus on käännettävä. Diodit ja Dvoivat myös sisältää transistorin | kantaemitteriliitoksen, diodikytketyn transistorin tai muun vastaa van laitteen.

0 \ \ *.Λ.; .

Claims (9)

15 665 0 9

1. Transistorivahvistin videoulostuloastetta varten, joka vahvistin soveltuu erityisesti värikuvaputken ohjaukseen, ja joka vahvistin toimii epälineaarisesti ensimmäisellä alueella, jossa on pieni sähkövirta ja lineaarisesti toisella alueella, jossa on suurempi sähkövirtaus, ja joka vahvistin on varustettu vastakyt-kentähaaralla, joka on kytketty sen ulostulopiiristä sen sisään-tulopiiriin, tunnettu siitä, että toinen vastakytkentäim-pedanssi, jonka kautta transistorivirta kulkee, sisältyy sisään-tulopiiriin ja käsittää puolijohde-elementin (DI), jolla on sellainen epälineaarinen ominaisuus, että transistorivahvistin toimii ensimmäisellä alueella suuremmalla sähkövirran katkeamisen estävällä takaisinkytkennällä ja toisella alueella pienemmällä takai-sinkytkennällä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vahvistin, tunnet-t u transistorista (26) , jonka kantaelektrodi on kytketty si-sääntulopiiriin ja jonka kollektorielektrodi on kytketty ulostulo-piiriin ja jonka emitterielektrodi on kytketty negatiiviseen ta-kaisinkytkentäimpedanssin kautta vertailujännitteeseen, jolloin takaisinkytkentäimpedanssin puolijohde-elementti (DI) on kytketty niin, että sen PN-liitos on sarjaankytketty samalla napaisuudella transistorin kantaemitteriliitokseen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vahvistin, tunnettu siitä, että puolijohde-elementtiin (DI) on kytketty rinnan vastus (R2).

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vahvistin, tunnettu siitä, että puolijohde-elementin (DI) kanssa on kytketty sarjaan vastus (R3).

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vahvistin, tunnettu siitä, että puolijohde-elementin (DI) kanssa on kytketty yhdistelmä vastuksia (R2,R3) sarjaan ja rinnan.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen vahvistin, tunnettu siitä, että sisääntulopiiriin kuuluu alipäästösuodatinpiiri (Rl,Cl).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen vahvistin, t u n n e t -t u siitä, että alipäästösuodatinpiiri käsittää vastuksen (Rl), MJ.Λ Λ* ie 66509 jonka kautta vahvistettavat videosignaalit sekä negatiivisesta takaisinkytkentähaarasta (52) syötetyt negatiiviset takaisin-syöttösignaalit on kytketty vahvistintransistorin (26) mainittuun kantaelektrodiin.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vahvistin, tunnet-t u siitä, että alipäästösuodatinpiiri käsittää lisäksi kapasitanssin (Cl), joka on kytketty transistorin (26) kanta- ja emitterielektrodien väliin.

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen vahvistin, tunnettu siitä, että se on tehty kaskodivahvis-timeksi (26,28) . / 17 6 6509