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Der Sinn einer automatischen Verstärkungsregelung bei Fernsehgeräten
und anderen Verstärkeranordnungen ist die Konstanthaltung des Signals am Verstärkerausgang
bei schwankenden Antennenspannungen. Darüber hinaus ist auch Vorsorge zu treffen,
daß über den ganzen in Frage kommenden Antennenspannungsbereich keine das Signal
verformende Übersteuerung der Verstärkerstufen auftritt. Besteht die Möglichkeit,
daß mehrere Signale verschiedener Sender in den Empfänger gelangen, dann muß die
Verstärkungsregelung so ausgelegt werden, daß auch die nichtlinearen Übersprechstörungen
(Kreuzmodulation, Intermodulation, Oberwellenmischung) möglichst klein bleiben.
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Die Bezugsgröße aller Regelschaltungen ist die gewünschte Ausgangsgröße.
Weicht diese Ausgangsgröße vom Sollwert ab, dann soll sie automatisch auf ihren
ursprünglichen Wert zurückgeführt werden. Das bedeutet, daß Regelglieder vorhanden
sein müssen, die von der Größe der Abweichung beeinfußt werden. Auf ein Fernsehgerät
übertragen, ist die Ausgangsgröße das Videosignal an der Bildröhre, die Regelglieder
sind Regelröhren oder Regeltransistoren.
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üblicherweise wird in den Geräten eine sogenannte Rückwärtsregelung
verwendet. In diesem Falle erfolgt die Beeinflussung der Ausgangsgröße durch Regelglieder,
die entgegengesetzt zur Verstärkungsrichtung arbeiten. Dadurch ist nie eine volle
Ausregelung möglich. Es muß vielmehr immer ein Restfehler verbleiben, der je nach
Auslegung der Regeleinrichtung ein bestimmtes Verhältnis zur Ausgangsgröße hat.
Je größer dieses Verhältnis gemacht werden kann, um so geringer werden die Schwankungen
der Ausgangsgröße.
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Bei Fernsehgeräten muß der Regelbereich etwa 70 bis 80 dB betragen,
wobei die Ausgangsgröße möglichst auf 5 % konstant gehalten werden soll. Zweckmäßig
läßt man mit steigender Antennenspannung die Ausgangsgröße des Verstärkers bis zu
einem bestimmten Schwellwert (nahe dem Sollwert) ansteigen, nach dessen überschreitung
erst die Regelung einsetzt. Die Differenzgröße nach überschreiten dieses Schwellwertes
wird als Stellgröße - je nach Bedarf zusätzlich verstärkt - zur Beeinflussung der
Regelglieder benutzt. Aus den Regelkennlinien der Regelglieder läßt sich nun die
erforderliche Regelgröße für jeden Abregelungszustand ermitteln. Aus der maximal
zulässigen Differenz zwischen der Ausgangsgröße und deren Schwellwert sowie der
für die Regelglieder erforderlichen Regelgröße kann die eventuell notwendige Verstärkung
ermittelt werden.
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Da die Kennlinien der Regelglieder überwiegend einen nichtlinearen
Verlauf haben, muß man für die Bestimmung der Verstärkung einen Punkt im »flachen«
Bereich dieser Kennlinien herausziehen. Dann wird natürlich für steilere Kennlinienstücke
die relative Änderung der Ausgangsgröße geringer als gefordert. Eine Überregelung,
das ist eine Umkehr der Regelung, kann in rückwärts geregelten Systemen bekanntlich
nicht auftreten. Wichtig ist für eine sehr steile Regelung, daß die Zeitkonstante
für die Gewinnung der Regelgröße um ein Mehrfaches kleiner ist als die der Regelglieder,
um Regelschwingungen zu vermeiden.
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Bei mehreren Regelgliedern in einem Verstärkungszug sind die einzelnen
Regelkennlinien zu addieren. Dazu sind die Betriebskennlinien heranzuziehen, die
sich durch die Schaltung des einzelnen Regelgliedes ergeben.
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Die Ausgangsgröße für die Regelautomatik in Fernsehgeräten ist, wie
bereits bemerkt, die Videospannung an der Bildröhre. Aus ihr (oder einem Teil davon)
wird nach überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes die Nachstellspannung gewonnen.
Diese wird gegebenenfalls zunächst einem Regelverstärker zugeführt, der am Ausgang
die für die Regelglieder erforderliche Spannung bzw. Regelleistung zur Verfügung
stellt. Letztere wird dann über entsprechende Netzwerke entweder direkt oder nach
einer Einsatzverzögerung den Regelgliedern zugeführt. Die Aufteilung richtet sich
nach bestimmten Forderungen an die Regelcharakteristik des Gerätes. Gewöhnlich erstreckt
sich dabei die Regelung auf den Vorstufentransistor im Tuner und auf die erste (gegebenenfalls
auch auf die zweite) Zwischenfrequenzverstärkerstufe. Mit Rücksicht auf eine gute
Empfindlichkeit des Empfängers wird im allgemeinen die Gesamtverstärkung so ausgelegt,
daß bei 20 bis 50 [,V Signalspannung am Eingang des Gerätes die volle Aussteuerung
der Bildröhre gewährleistet ist. Gleichzeitig wird bei dieser Signalspannung der
Einsatzpunkt für die Regelautomatik und damit auch der Beginn der ZF-Verstärkungsregelung
erreicht.
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Das Rausch-Signal-Verhältnis ergibt bei dieser Eingangsspannung -
legt man eine Empfängerrauschspannung äquivalent 5 l,V Antennenspannung zugrunde
- noch ein unbefriedigendes Bild. Für ein praktisch rauschfreies Bild rechnet man
mit etwa 40 dB Rausch-Signal-Verhältnis, das bei etwa 0,5 mV Antennenspannung zu
erreichen ist. Voraussetzung hierfür ist, daß bis zu dieser Antennenspannung der
Tuner mit voller Verstärkung, also mit optimalen Rauscheigenschaften arbeitet. Erst
bei größeren Antennenspannungen wird auch der Tuner zur Regelung der Gesamtverstärkung
herangezogen. Die Verteilung der Verstärkungsabregelung auf ZF-Verstärker und Tuner
sollte dann so erfolgen, daß dem Tuner mit Rücksicht auf optimale Kreuzmodulationsfestigkeit
ein möglichst hoher Regelanteil zugeteilt wird. Diese Probleme sind an sich im Prinzip
gelöst, verlangen aber zu ihrer Lösung einen großen schalttechnischen Aufwand, insbesondere
dann, wenn die einzelnen zu regelnden Verstärkerstufen stark unterschiedliche Kennlinien
haben. Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Probleme schalttechnisch mit möglichst
geringem Aufwand zu lösen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrstufige Verstärkeranordnung
mit selbsttätiger Regelung, bei der die Regelung einer vorangehenden Verstärkerstufe
so lange unterdrückt wird, bis mindestens eine folgende Verstärkerstufe einen gewünschten
Regelgrad erreicht hat und sich erst dann die Regelung der ersten Verstärkerstufe
einschaltet, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuerelektroden der vorangehenden
Verstärkerstufe einerseits und der nachfolgenden Verstärkerstufe andererseits gleichstrommäßig
über je einen Widerstand mit der Regelspannungsquelle verbunden sind und daß zwischen
den beiden Steuerelektroden zwei gleichsinnig in Reihe geschaltete Dioden liegen,
deren Verbindungspunkt mit einer einstellbaren Gleichspannungsquelle verbunden ist.
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Für Fernsehempfänger bedeutet die Anwendung der Erfindung folgende
Struktur: Bei steigender Antennenspannung wird zuerst die ZF-Verstärkung
geregelt.
Erst nach Erreichung eines vorgegebenen Einsatzpunktes, der mit Hilfe der einstellbaren
Spannungsquelle Ub festgelegt wird, wird die Regelung der Zwischenfrequenzverstärkung
durch die Regelung des Tuners abgelöst. Da die beiden Regelglieder nacheinander
und nie gleichzeitig arbeiten, ist die Schaltung völlig unabhängig von den Regelkennlinien
der Regelglieder. Damit wird eine erhebliche Vereinfachung gegenüber dem Bekannten
erzielt.
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Die Arbeitsweise der vorgeschlagenen Anordnung wird an Hand der F
i g. 1 und 2 erläutert. In F i g. 1 ist ein Beispiel einer der Erfindung entsprechenden
Anordnung, in F i g. 2 die erzielte Regelcharakteristik dargestellt. Im Beispielsfall
ist die Schaltung unter Verwendung von nichtkomplementären Transistoren aufgebaut,
obwohl auch die Verwendung von Elektronenröhren und - wenn auch nicht ganz so einfach
- die Verwendung von komplementären Transistoren im Prinzip möglich ist.
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Die mit der Antennenspannung in bekannter Weise, z. B. durch Steuerung
einer nachgeschalteten Verstärker- oder Gleichrichterstufe, von einem Generator
G (z. B. einer variablen Gleichspannungsquelle) erzeugte Regelspannung UR gelangt
über den Widerstand Ri an die Basis des Zwischenfrequenztransistors TZF und über
den Widerstand R2 an die Basis des Tunertransistors TT. Bei dieser Anordnung wird
nun dafür gesorgt, daß zunächst nur der Transistor TZF eine mit steigender Antennenspannung
zunehmende Regelspannung erhält, die mit dem Erreichen des Einsatzpunktes der Tunerregelung
einen konstanten Wert erhält. In diesem Augenblick wird die Tunerregelung aktiv.
Um dies zu erreichen, ist gemäß der Erfindung ein Koordinierungsglied Ko, nämlich
ein aus den beiden Dioden Di und D2 bestehender Spannungsteiler, vorgesehen. Der
Mittelabgriff dieses Spannungsteilers gibt die Vorspannung Ub für die Basiselektrode
der beiden Transistoren TZF und TT ab. Als Vermittlungsglied ist das Potentiometer
P vorgesehen. Die beiden gleichsinnig und in Serie geschalteten Dioden D, und D2
des Koordinierungsgliedes Ko sind so gepolt, daß ein über sie von der Basis des
Transistors TT zur Basis des Transistors TZF fließender Strom nicht gesperrt würde.
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Die mit der Antennenspannung ansteigende Regelspannung negativer Polarität
(für Stromaufwärtsregelung von pnp-Transistoren) gelangt über den Widerstand Ri
an die Basis des Zwischenfrequenztransistors TZF. Die Diode D1 ist in diesem Fall
in Sperrichtung vorgespannt. Der Transistor TT im Tuner bekommt seine Basisspannung
über die in Flußrichtung liegende Diode D2 aus dem einstellbaren Spannungsteiler
P. Überschreitet die Regelspannung das Potential des Spannungsteilers P, dann wird
Dl leitend und hält die Spannung fest bis auf einen von der verwendeten Diode abhängigen
Spannungsrest. Dann sperrt die Diode D2 und gibt damit die Regelspannung für den
Tunertransistor TT frei, der daraufhin mit voller Steilheit regelt. Diese Regelverhältnisse
gewähren eine Kreuzmodulationsfestigkeit des Tuners, die praktisch an seinem Optimum
liegt, und zwar deswegen, weil es mit der erfindungsgemäßen Schaltung in höherem
Maße als mit den bekannten Schaltungen gelingt, die Regelung der ZF-Stufe nach dem
Einsetzen der Regelung des Tuners festzuhalten.
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In F i g. 2 ist der Verlauf der an den beiden Transistoren
TZ" und TT liegenden Regelspannung im Diagramm in Abhängigkeit vom absoluten
Betrag der Regelspannung UR dargestellt. Als Ordinate dient die Summe der an den
beiden Transistoren TZF und TT liegenden Regelspannungen. Sie ist mit URT bezeichnet.
Die mit UZF bezeichnete Kurve gibt den Verlauf der Regelspannung am Zwischenfrequenzverstärker-Transistor,
die mit UT die Regelspannung am Tunertransistor an.