DE1049905B - Schaltung zur Verstärkung der Signale einer Bildaufnahmeröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Verstärkung· der Signale einer Bildaufnahmeröhre. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bezieht sie sich auf eine solche Aufnahmeröhre, bei welcher der Ausgang direkt von der Signalplatte abgenommen wird. Ein Beispiel für eine Aufnahmeröhre dieses Typs ist die sogenannte auf Kathodenpotential stabilisierte Röhre.

Bei Fernsehkameras, bei. dienen der Ausgang direkt von dar Signalplatte abgenommen wird, wird die erste Stufe des· Kopfverstärkers von einer Signalquelle unendlicher Impedanz, nämlidh der Aufnahmeröhre, gesteuert. In dieser ersten Stufe wurde bisher eine Elektronenverstärkerröhre verwendet. Dies bedeutet, daß eine virtuell ■ konstante Stromquelle, nämlieh die Aufnahmeröhre, mit einer spannungsgesteuerten Vorrichtung, nämlich der ersten Elektronenröhre, gekoppelt werden mu/ß. Aus diesem Grunde ist es in der Praxis üblich, die Ausgangsströme aus der Aufnahmeröhre über einen großen Belastuingswi der st and fließen zu lassen und auf diese Weise die Steuerpotentiale für die: erste Stufe des Kopfverstärkers zu erzeugen. Eine derartige Kopplung besitzt aber den Nachteil, daß Geräusche in das System eingeführt werden und darüber hinaus eine ungleichmäßige Frequenzabhängigkeit entsteht. Nicht nur die Wärme in dem BelastUiiigswiderstand verursacht nämlich zufällige Stromschwankungen, die sich dem Fernsehsignal überlagern, sondern die· Streukapazität der Schaltung im Verbindung mit dem hohen Betrag des Belastungs-Widerstandes ergibt auch eine Frequenzabhängigkeit, bei der eine beträchtliche Verschiebung gegen das Hochfrequenzende des wirksamen Frequenzbereiches erfolgt. Falls kein solch großer Belastungswiderstand benutzt wird, besteht die Gefahr, daß das Signal-Rausch-Verhältnis im Bereich der niedrigeren Frequenzen eine nicht tragbare Verschlechterung erfährt.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Schaltung zur Verstärkung der Signale einer Bildaufnahmeröhre angegeben, bei welcher eine günstigere Art der Kopplung der Aufnahmeröhre mit der ersten Stufe des Verstärkers erfolgt, so daß eine Verbesserung hinsichtlich des Rauschens und der Frequenzabhängigkeit erreicht wird.

Bei der Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die erste. Verstärkerstufe aus einem Transistor, vorzugsweise einem Flächentransistor vom n-p-n-Typ, und die Auisgangselektrode der Aufnahmeröhre ist unmittelbar an die Basis des Transistors in Emitterschaltung geführt, während dessen Kollektor mit der Eingangselektrode der nachfolgenden Verstärkerstufe verbunden ist.'

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die erste Verstärkerstufe ebenfalls aus Schaltung zur Verstärkung der Signale
einer Bildaufnahmeröhre

Anmelder:

Electric & Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Bischoff, Patentanwalt,
Hannover, Am Klagesmarkt 10/11

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 10. April 1954 und 24. März 1955

Eric Lawrence Casling White,

Iver, Buckinghamshire (Großbritannien),

ist als Erfinder genannt worden

einem Transistor, vorzugsweise aus einem Flächentransistor vom n-p-n-Typ, und die Ausgangselektrode der Aufnahmeröhre ist unmittelbar an' die Basis des Transistors in Kollektorschaltung geführt, während dessen Emitter mit der Eingangselektrode der der nachfolgenden Verstärkungsstufe verbunden ist.

Durch die Verwendung von Transistoren an Stelle von Elektronenröhren in der ersten Stufe des Kopfverstärkers ergeben sich überraschende Vorteile. Der Hauptvorteil liegt darin, daß das Rauschen in der Anfangsstufe der Verstärkerschaltung herabgesetzt wird,, weil bei Verwendung eines Transistors der übliche Belastungswiderstand für die Aufnahmeröhre entbehrt werden kann. Durch die Einsparung des Belastungswiderstandes wird nicht nur das Rauschen herabgesetzt, sondern auch sein weiterer Nachteil; nämlich die Verschlechterung der Frequenzabhängigkeit, vermieden. Selbst wenn bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Ableitwiderstand benutzt wird, vermag dies nicht die vorteilhafte Wirkung der Rauschtninderung herabzusetzen, da ein derartiger Widerstand durch die verhältnismäßig niedrige Eingangsimpedanz des Transistors überbrückt wird.

Normalerweise liefert ein Transistor selbst auch Rauschen. Dieses Rauschen ist jedoch bei geringen Eingangsströmen¹ sehr klein und wird im vorliegenden Fall ständig klein gehalten, da der Transistor direkt mit der Signalplatte der Aufnahmeröhre verbunden

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ist. Außerdem vermindert sich der Rauisohanteil eines Transistors bei hohen Frequenzen.

Grundsätzlich ist bereits mehrfach der Ersatz einer Elektronenröhre durch einen Transistor vorgeschlagen worden. Hierbei ergeben sich hauptsächlich die Vorteile eines geringen Energieverbrauchs und einer niedrigeren Speisespannung. Diese bekannten Transistorvorteile sind im vorliegenden Fall von untergeordneter Bedeutung, da die Aufnahmeröhre in jedem Fall mit höherer Spannung gespeist werden muß und da in dem Verstärker die'nachfolgenden Verstärkerstufen üblicherweise ale Elektronenröhrenstufen ausgebildet sind, die einen größeren Energieverbrauch besitzen. Bei der Verwendung eines Transistors zur Kopplung einer hochohmigen Stromquelle mit einem niederohmigen Verbraucher wurde '.vorgeschlagen, daß der Anschluß des Transistors mit hoher Impedanz zur Stromquelle hin und der Anschluß mit niedrigerer ■Impedanz zum Verbraucher hin gerichtet ist. Im vorliegenden Fall wird jedoch gerade umgekehrt die Seite des Transistors mit niedrigerer Impedanz zur hoehohmigen Stromquelle und die Seite mit hoher Impedanz zum niederohmigen Verbraucher hin geschaltet. Der.Transistor wirkt also im. vorliegenden Fall nicht als Impedanzwandler im eigentlichen Sinne.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand, der Zeichnungen von zwei Ausführungsbeispielen, erläutert.

In Fig. 1 ist mit dem Bezügszeichen 1 eine auf dem Fotoemissionseffekt beruhende Aufnahmeröhre, z.B. eine auf Kathodenpotentiail stabilisierte Röhre der obenerwähnten Art, bezeichnet. Die Ausgangselektrode oder Signalplatte 2 dieser Röhre ist direkt über die Leitung 3 mit der Basis 4 des Transistors 5 verbunden. Die Signalplatte 2 ist in bekannter Weise auf der einen Oberfläche einer dielektrischen Schicht angebracht, auf deren anderer Oberfläche ein Mosaikschirm 2 a angeordnet ist. Der Mosaikschirm besteht aus gegeneinander isolierten Fotoemissiönselementen, diurdh welche ein Ladungsbild eines einfallenden Lichtbildes gespeichert werden kann. Ein das Ladungsbild darstellendes Ausgangssignal kann vom Mosaik 2 a in bekannter Weise durch Abtasten mittels eines Elektronenstrahls abgenommen werden. Eine Röhre, bei welcher das Ausgangssignal direkt von der Signalplatte abgenommen wird, arbeitet dem Wesen nach wie eine Signalquellle mit konstantem Strom.

Der Tranisistor 5 ist in Emitterschaltung geschaltet, der Emitter 6 ist dementsprechend mit einer Quelle 7 von geeignetem festem Potential verbunden. Der Kollektor 8 des Transistors ist direkt mit der Basis 9 des zweiten Transistors 10 verbunden. Damit der Transistor 5 in einem geeigneten Punkt seiner Charakteristik arbeitet, ist seine Basis 4 über einen hohen Widerstand 12 mit einer geeigneten Ouelile 11 von festem Potential verbunden. Angenommen, die Amplitude des von der Aufnahmeröhre 1 abgeleiteten Signals ist von der Größenordnung 0,1 μΑιηρ., so- kann der Widerstand 12 so gewählt werden, daß er einen Strom von. 0,2 μΑηιρ führt. Dies ist dann der Strom, der von der Basis des Transistors aufgenommen wird.

Der Emitter 13 des zweiten Transistors 10 ist ebenfalls mit einer Quelle 14 festen Potentials verbunden, Der Kollektor 15 des Transistors 10 ist direkt mit dem Steuergitter 16 der Verstärkerröhre 17 verbunden, welche die erste Röhre im Eingangsverstärker darstellt. Der Kollektor 15 ist außerdem über einen verhältnismäßig kleinen Widerstand 18 mit einer Quelle 19 von festem Potential verbunden. Die letztgenannte Quelde liefert auch die Steuergittervorspannung für die Röhre 17. Bei einer geeigneten Wahl der Potentiale der Quellen 11, 7 und 14 liefert die Vorspannungs·- quelle 19 auch das richtige Potential für den Kollektor 15 des Transistors 10. Das Potential der Strom-5_; quelle 19 liegt zweckmäßigerweise bei -2 Volt, so daß bei geerdeter Kathode der Röhre 17 dieses Potential als Vorspannung am Steuergitter 16 wirkt. Geeignete Werte, für die Potentiale der Stromquellen 11, 7, und 14 sind —. 10, + 10 bzw. + 5 Volt, während der Widerstand 12 die Größe von 100 Megohm und der Widerstand 18 die Größe von 5 Kiloohm besitzt. Die beiden Transistoren 5 und 10 sind vom n-p-n-Typ.

Die Anordnung, bei welcher die Ausgangselektrode der Röhre 1 direkt mit der Basis des Transistors 5 verbunden ist, ist vorteilhaft, da ein Transietor, wenn er mit geerdetem Emitter (Emitterschaltung) betrieben wird, eine verhältnismäßig hohe Stromverstärkung zwischen seinem Eingangs- und Ausgangskreis liefert. Jedoch kann der Transistor auch mit seinem Emitter 6 an der Signalplatte 2 der Röhre 1 anliegen, wobei der Tranisistor in diesem FaM nur einen Impedanzwandler bildet.

Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung ist im wesentlichen gleich der gemäß Fig. 1, mit der Ausnahme, daß die Aufnahmeröhre auf dem Fotoleitungseffekt beruht. Hier enthält die Fangelektrode eine Schicht aus fotoelektrisch leitendem Material, und eine Signalplatte ist auf der Oberfläche entgegengesetzt zu der Seite angebracht, welche durch den Elektronenstrahl abgetastet wird. Bei solcher Röhre wird kein Ableitwiderstand für den ersten Transistor benötigt, wie er bei. der Anordnung gemäß Fig. 1 (Widerstand 12J vorgesehen ist. Die Ausgangselektrode der Aufnahmeröhre 20 ist direkt: über die Leitung 21 mit der Basis 22 des Transistors 23 verbunden, und es besteht keine andere Verbindung zur Basis 22.

Auf den Transistor 23 folgt der Transistor 24, der einen dem Transistor 23 entgegengesetzten Typ besitzt. Der Transistor 23 ist vom n-p-n-Typ und der Transistor 24 vom p-n-p-Typ. Bei einer derartigen Wahl wird zweckmäßig ails Ausgang des Transistors

23 sein Emitter 25 verwendet und zur Steuerung des Emitters 26 des Transistors 24 benutzt, welcher durch die Verbindung der Basis 27 mit dem festen Potential der Quelle 28 in Basisschaltung arbeitet. Der Kollektor 29 des Transistors 23 ist mit einer Quelle 30 von geeignetem Potential verbunden. Der Tranisistor

24 arbeitet also analog einer Röhrenverstärkerstufe mit geerdetem Gitter.

Der Ausgang des Transistors 24 ist sein Kollektor 31, welcher direkt mit dem Steuergitter 32 der Verstärkerröhre 33 verbunden ist. Außerdem ist der Kollektor 31 über den Widerstand 34, welcher als Belastung für den Transistor 24 dient, mit einer Spannungsquelle 35 verbunden. Diese SpannungsqueUe liefert die Vorspannung für das Steuergitter 32 der Verstärkerröhre 33 und ebenso die geeignete Vorspannung für den Kollektor 31 des Transistors 24. Die Potentiale der Stromquellen 30 und 28 sind dementsprechend eingestellt. Das Potential der Quelle 35 kann — 2 Volt betragen, so daß die Vorspannung an der Röhre 33, deren Kathode geerdet ist, ebenfalls — 2 Volt beträgt. Die Potentiale der Spannungsquellen 30 und 28 können auf — 15 und — 10 Volt festgesetzt werden.

Die Kathode 36 der Aufnahmeröhre 20 ist mit der Spannungsquelle 37 verbunden, so daß die Kathode 36 z. B. mit einem Potential von — 30 Volt betrieben wird.

In einigen Fällen kann ein Abwärtstransformator zwischen der Aufnahmeröhre und der Eingangselek-

trode des Transistors der ersten Verstärkerstufe zweckmäßig sein. Dieser Transformator kann die Form eines Filtergliedes besitzen, welches zwei miteinander verbundene Spulenreihen enthält, zwischen deren Verbindungsstelle und Erde ein Nebenschlußkondensator liegt.

Die Erfindung wurde für Flächentransistoren beschrieben, da sie im allgemeinen ein kleineres Rauschen liefern als die Spitzentransfetoren. Trotzdem kann es in einigen Fällen zweckmäßig sein, Spitzentransistoren zu verwenden. In dem Frequenzbereich unterhalb der Zeilenabtastfrequenz ist das Rauschen, wel'öhes Transistoren liefern, leicht verhältnismäßig groß. Um die Wirkung dieser Rauschkomponenten herabzusetzen, kann ein an sich bekannter getasteter Schwarzsteuerkreis inden Sigiiialkanal an einem Punkt hinter dem Transistor eingeschaltet werden:. Weiterhin ist die Anwendung der Erfindung nicht auf Fernsehaufnaihmeröhren beschränkt. Die Erfindung kann auch bei Aufnahmeröhren für andere Zwecke verwendet werden, wie z. B. für Zeitspeicher.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Verstärkung der Signale einer Bildaufnahmeröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkerstufe aus einem Transistor, vorzugsweise einem Flächentransistor vom n-p-n-Typ, besteht und die Ausgangselektrode der Aufnahmeröhre unmittelbar an. die Basis des Transistors in Emitterschaltung geführt ist, während dessen Kollektor mit der Eingangselektrode der nachfolgenden Verstärkungsstufe verbunden ist (Fig.l).

2. Schaltung zur Verstärkung der Signale einer Bildaufnahmeröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkerstufe aus einem Transistor, vorzugsweise einem Flächentransistor vom n-p-n-Typ, besteht und die Ausgangselektrode der Aufnahmeröhre unmittelbar an die Basis des Transistors in Kollektorschaltung geführt ist, während dessen Emitter mit der Eingangselektrode der nachfolgenden Verstärkungsstufe verbunden ist (Fig. 2).

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nachfolgende Verstärkerstufe einen Transistor eines dem ersten Transistor entgegengesetzten Typs enthält und der Emitter des ersten Transistors unmittelbar mit dem Emitter des zweiten Transistors in Basisschaltung verbunden ist.

4. Abwandlung der Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abwärtstransformator zwischen Ausgangselektrode der Aufnahmeröhre und Eingangselektrode des Transistors geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
R. F. Shea: »Principles of Transistor Circuits«, 1953, S. 256 bis 273;

AEÜ, August 1952, S. 338 bis 341;
Electronics, September 1953, S. 140 bis 143;
Proc. of the IRE, April 1954, S. 661 bis 666.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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