DE2742937A1 - Videoverstaerker mit wechselspannungsgekoppelter spannungsfolger-ausgangsstufe - Google Patents
Videoverstaerker mit wechselspannungsgekoppelter spannungsfolger-ausgangsstufeInfo
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Description
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TELEKOM OSS/17(HlOA
17 es IU
RCA Docket No. 69,794
Ser.No. 727,044
Ser.No. 727,044
Filing Date: September 27,1976 69794 Sch/E
RCA Corporation
New York N.Y. (V.St.A.)
Videoverstärker mit wechselspannungsgekoppelter Spannungsfolger-Ausgangsstufe
Die Erfindung betrifft Videoverstärkerschaltungen, die sich insbesondere durch stabile Betriebseigenschaften
auszeichnen und sich für die Ansteuerung einer Farbbildröhre mit einem relativ breiten Sperrtoleranzbereich (Schwarzpegel)
eignen.
Beim Entwurf von Halbleiter-Videoverstärkern für die Ansteuerung moderner Farbbildröhren müssen einige
sich widersprechende Forderungen erfüllt werden; hierzu gehören die Bandbreite, eine relativ hohe Betriebsgleichspannung
und niedrige Ruhe-Gleichstromverluste. Insbesondere bei Präzisions-Inline-Farbbildröhren müssen die zugehörigen Videoverstärker
häufig einen relativ großen Einstellbereich für die Gleichspannungskomponente der Ausgangsspannung haben,
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damit man die relativ großen Toleranzen der Sperrspannung für
den Strahlstrom der einzelnen Strahlsysteme ausgleichen kann. Bei einer typischen derartigen Röhre kann ein Einstellbereich
von 50 bis 60 Volt für die Strahlsperrspannung erforderlich sein, während andererseits eine Signalspannungsamplitude in der Größe
von 110 bis 130 Volt oberhalb des Sperrpegels (schwarz nach weiß) notwendig sein kann. Zusätzliche Änderungen der Versoryungsspannung
und praktische Beschränkungen der Betriebseigenschaften
von Verstärker und Bildröhre erfordern, daß die Betriebsgleichspannung (B+) für die Videoendverstärker in der Größenordnung
von 200 Volt sein soll.
Seit kurzer Zeit stehen preiswerte, breitbundige
Videoverstärkertransistoren relativ niedriger Leistung zur Verfügung, die ohne Kühlkörper arbeiten können (so daß im Sinne einer
Verbesserung der oberen Frequenzgrenze die Ausgangskapazität niedriger ist). Aus Gründen ihrer Kosten und Betriebseigenschaften
ist es wünschenswert, solche Elemente in Videoausgangsstufen zu verwenden. Jedoch könnte eine Versorgungsspannung der erwähnten
Höhe entweder zu einem Leistungsverbrauch führen, welcher die Betriebsgrenzen eines solchen Elementes überschreitet, oder die
Frequenzgrenze des Verstärkers nachteilig beeinflussen.
Die nachfolgend zu beschreibende Erfindung ermöglicht nun die Verwendung solcher preiswerter breitbandiger
Transistoren niedriger Leistung in Schaltungen, wo die für die Videoausgangsstufen benötigte Betriebsgleichspannung größer als
die übliche Betriebsspannung solcher transistoren ist. Solche Bedingungen sind auch bei in monolithischer integrierter Form aufgebauten
Videoverstärkern anzutreffen.
Alternativ kann ein der Endstufe vorausgehender Videoverstärker bei Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auch
mit niedrigeren Betriebsspannungen, und damit mit geringerer Verlustleistung, betrieben werden.
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Gemäß einer Ausführung der Erfindung enthält eine Videoverstärkerschaltung, die sich zur Ansteuerung einer LiIdwiedergabeeinrichtung
eignet, eine erste Breitbandverstärkerstufe, deren Verstärkungsfaktor für die Videosignalspannung
wesentlich größer als 1 ist. Die Schaltung weist ferne eine zweite Breitbandverstii rkerstufe ι t einer Verstärkung für die
Videosignalspannung von näherungsweise 1 auf, die mindestens ein Verstärkerelement enthält, das einen Eingangsanschluß,
einen Ausgangsanschluß und einen Eingangs- unl Ausgangskreis gemeinsamen Anschluß hat. In Reihe mit dem Ai ^iMjsanschluß
und dem gemeinsamen Anschluß ist eine Ausyangslastschaltung mit mindestens einem ersten und einem zweiten Widerstand gekoppelt.
Mittels einer Koppelschaltung werden die verstärkten Ausgangssignale vom Ausgangsanschluß zu der Bildwiedergabeeinrichtung
gekoppelt. Über einen ersten Kondensator werden die verstärkten Signale von der ersten Stufe zum Eingangsanschiuß der
zweiten Stufe gekoppelt.
Kin zweiter Kondensator ist vom EingangsanschLuß
der zweiten Stufe zu dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand der Lastschaltung gekoppelt, und über
ihn gelangen die Videosignalschwingungen mit einer Polarität im Sinne einer Verringerung der Leitung des Verstärkereiementes
zum Ausgangsanschluß.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Teil einer Fernsehempfängerschaltung dargestellt, welche drei gemäß der
Erfindung aufgebaute Videoverstärker enthält.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, liefern drei für niedriger Pegel ausgelegte Videosignalverarbeitungi... liaL-tungen
10, die üblicher Art sein können, Bildsignale entsprechend den Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) über entsprechende,
einstellbare Ansteuerjustierwiderstände 12, 14 bzw. 16 und zugeordnete Vorspannungsschaltun., η 18, 20 bzw. 22 zu
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einem Rotsignalverstärker 24, einem Grünsignalverstärker 26
bzw. einem Blausignalverstärker 28. In jedem dieser Verstärker 24, 26 und 28 können beispielsweise Breitbandverst.irkerelemente
niedriger Verlustleistung, wie etwa als B-Verstärker geschaltete komplementäre Transistoren BF 422 und BF 423 enthalten sein.
Die verstärkten Rot-, Grün-und Blausignale gelangen
von den Verstärkern 24, 26 und 28 über entsprechende Kondensatoien
30, 32 bzw. 34 zu Videotreiber- oder -endstufen 36, 38 bzw. 40, die gemäß der Erfindung aufgebaut sind.
Die Rot-, Grün- una Blausignale, deren Gleichspannungspegel einstellbar sind, (wie noch erläutert worden wird),
werden von den Verstärkern 36, 38 und 4 0 auf die jeweiligen
Kathoden einer Bildröhre 42 gekoppelt. Die dargestellte Kathodenstrahlröhre
ist eine sogenannte PI-Röhre (inline-Röhre) und enthält somit für alle drei Strahlsysteme eine gemeinsame Vorspannungsquelle
für das erste Steuergitter (G1) und eine gemeinsame einstellbare Vorspannungsquelle für das gemeinsame zweite
Steuergitter (G2).
Die Endstufen 36, 38 und 40 sind praktisch identisch,
und aus diesem Grunde wird nur der Rotsignalverstärker 36 im einzelnen beschrieben. Die Endstufe 36 enthält einen als
Spannungsfolger (mit auf Bezugspotential liegendem Kollektor) geschalteten Transistor 44, dessen Basis Eingangssignale über
den Kondensator 30 zugeführt werden und von dessen Emitter Ausgangssignale in Gleichspannungskopplung der Rotkathode der Bildröhre
4 2 zugeführt werden. Der Emitterkreis des Transistors 44 enthält die Reihenschaltung von Widerständen 4 6 und 48 mit einem
einstellbaren Gleichspannungspegel-Justierwiderstand 50 und einem an ein Bezugspotential (Masse) geführten Widerstand 52.
Mit Hilfe einer getasteten Klemmschaltung aus in Kaskade geschalteten Transistoren 54 und 56, einem Kollektor-
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lastwiderstand 58, einem Koppelwiderstand 60 und einem Filterkondensator
62 wird ein Bruchteil der Ausgangsspannung(am Verbindungspunkt
des Widerstandes 48 mit dem Gleichspannungspegel-Justierwiderstand 50) während jeden Zeilenaustastintervalls mit
einer Bezugsgleichspannung (V-p-,. verglichen. Der Kollektor des
Transistors 56 liegt über einen Widerstand 60 am Verbindungspunkt des Koppelkondensators 30 mit der basis des Endtransistors 44,
so daß an dessen Basis ein gewünschter Gleichspannungspegel aufrecht erhalten wird und die Gleichspannungskomponente der
der Kathode der Bildröhre 42 zugeführten Ausgangsspannung bestimm:
wird. Mit der Zeilenabtastfrequenz (Periode 1H) auftretende Tastimpulse
werden einem Anschluß 64 zugeführt (Kollektoren des Transistors 54 und der entsprechenden Transistoren der Endstufen 38
und 40). Die Tastimpulse werden typischerweise von der nicht dargestellten zugehörigen Zeilenablenkschaltung abgeleitet und
fallen zeitlich mit den Austastintervallen jeder Zeilenablenkperiode zusammen. Geeignete Spannungspegel sind an der neben dem
Anschluß 64 dargestellten Kurvenform vermerkt.
Gemäß einem Aspekt der hier beschriebenen Erfindung ist ein Kondensator 66 zwischen die Basis des Spannungsfolgertransistors
44 und eine Anzapfung des Emitterlastwiderstandes (zwischen den Widerständen 46 und 48) gekoppelt. Infolge
dieses Kondensators 66 kann sich die der Kathode der Bildröhre 42 zugeordnete Lastkapazität 68 über den Widerstand 46, dem Kondensator
30 und die vorangehende Verstärkerstufe 24 entladen, so daß das übertragungsverhalten des Spannungsfolgertransistors
44 für negativ gerichtete Spannungsamplituden des Ausgangssignals verbessert wird.
Der Kollektor des Transistors 44 liegt an der
Betriebsapannungsquelle B+, während der vorausgehende Verstärker
24 an einer niedrigeren Betriebsspannung (B+ - Δ&) liegt. Typische
Werte für diese Spannungen sind +190 Volt bzw. +160 Volt.
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Im Betrieb der dargestellten Schaltung liefert der Verstärker 24 Rotsignale einer Spitze-Spitze-Amplitude
(beispielsweise 130 Volt), wie sie zur Ansteuerung der Kathodenstrahlröhre 42 erforderlich ist. Diese Signale werden mit
Bezug auf die Versorgungsspannung des Verstärkers 24,(beispielsweise +160 Volt) erzeugt, welche im Falle einer PI-Röhre für die
Kathodenstrahlröhre 42 nicht ausreicht, um die erforderliche Sperrbereicheinstellung vorzunehmen. Die Signale gelangen über
den Kondensator 30 in Wechselspannungskopplung auf die Basis des Spannungsfolgertransistors 44. Für positiv gerichtete Signalamplituden
der Ausgangsspannung liefert der Transistor 44
den zur Aufladung des der Rotkathode der Röhre 42 augeordneten Lastkondensators 68 ( von beispielsweise ca 12 pF) erforderlichen
Strom. Der Transistor 44 dient zur Herabsetzung der dem vorausgehenden Verstärker 24 sich darbietenden effektiven Kathodenkapazität
um einen Faktor, gleich der Stromverstärkung (hf ) des Transistors 44 ist, die in der Größenordnung von 50 liegen kann.
Der Transistor 44 selbst kann vom Typ BF392 sein, der eine Kapazität in der Größenordnung von weniger als 2 pF aufweist.
Die Gesamtwirkung der Einfügung der Ausgangsstufe 36 zwischen Verstärker 24 und Kathodenstrahlröhre 42 liegt in einer Verringerung
der Anstiegszeit der der Kathode der Röhre 42 zugeführten Signale.
Durch negativ gerichtete Aus<jangssignalampli-
tuden wird ein üblicher einfacher Spannungsfolger normalerweise in Sperrichtung gesteuert, und die kapazitive Ausgangslast 68
entlädt sich über den Emitterwiderstand. Der effektive Emitterwirderstand des Spannungsfolgers 44 wird durch die Reihenschaltung
der Widerstände 46, 48, 50 und 52 gebildet. Der Gesamtwert dieser Widerstände kann so hoch wie etwa 20 kOhm sein,
damit der Leistungsverbrauch dieser Stufe relativ niedrig gehalten wird. Dieser relativ hohe Wert für einen Emitterwider-
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stand würde jedoch die Fähigkeit eines üblichen Spannungsfolgers,
große negativ gerichtet Signalamplituden zu übertragen, erheblich beeinträchtigen. Die Kathodenkapazität der
Röhre 42 könnte nur mit einer relativ langen Zeitkonstanten über einen solchen Emitterwiderstand entladen werden. Dadurch
können die Abfallzeiten eines Signals wesentlich größer als dessen Anstiegszeiten werden. Bei der dargestellten Schaltung
ermöglicht der Kondensator 66 eine Entladung der Lastkapazität 68 ( Kathodenkapazität) über den relativ kleinen Widerstand
(beispielsweise 270 Ohm), den großen Kondensator 60 (beispielsweise 1 μΕ) und die Ausgangsimpedanz der vorangehenden
Verstärkerstufe 24 auch für negativ gerichtete Signalanstiege
mit genügender Schnelligkeit, um die Anstiegs- und Abfallszeiten praktisch gleichwerden zu lassen.
Die Gleichspannungskomponente der Ausgangsspannung am Emitter des Transistors 44 wird mit Hilfe der die
Transistoren 54 und 56 und die zugehörigen Elemente enthaltenden Klemmschaltung eingestellt. Die Klemmschaltung wird während
jedes Zeilenaustastintervalles angetastet und vergleicht den über den Widerständen 50 und 52 entstehenden Bruchteil der
Ausgangsgleichspannung mit einer Bezugsspannung (VRE_). Die
Transistoren 54 und 56 leiten entsprechend dem Unterschied zwischen diesen Spannungen und verändern die Ladung des Koppel kondensators
30. Auf diese Weise wird der Gleichspannungspegel des am Emitter des Transistors 44 erscheinenden Videosignals
während jedes Zeilenaustastintervalls auf einen gewünschten Pegel wieder hergestellt. Dieser Pegel läßt sich mit Hilfe des
Widerstandes 50 bei der Justierung des Empfängers auf Übereinstimmung mit einem geeigneten Schwarzpegel einstellen. Die
Schwarzpegelspannung kann über einen Bereich in der Größenordnung von 50 bis 60 Volt variiert werden, wie es für PI-Kathodenstrahlröhren
erforderlich ist.
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Es sei auch darauf hingewiesen, daß die am Ausgang des Transistors 44 (Verstärkungsfaktor 1) erscheinende
Signalamplitude praktisch gleich der vom vorausgehenden Verstärker 24 gelieferten Amplitude ist, jedoch hinsichtlich der geeigneten
einstellbaren Schwarzpegelspannung unabhängig vom Gleichspannungspegel am Ausgang des Verstärkers 24 ist. Weiterhin
hat jegliche Temperaturdrift im vorausgehenden Vorstärker 24
keine Auswirkung auf die Gleichspannung am Ausgang des Transistors 44. Die Verstärkerstufen 24, 2 6 und 28 können alle mit praktisch
gleichen Vorspannungsbedingungen betrieben werden, die so gewählt sind, daß die gewünschte Linearität mit einer minimalen
Versorgungsspannung (B+-4.V) erreicht wird. Die Verstärker 24,
26 und 28 können dadurch auf praktisch gleiche Anstiegszeiten gebracht werden, so daß Anstiegszeitunterschiede in den drei
Signalkanälen vermieden werden, welche sich auf dem Bildschirm ähnlich wie Konvergenzfehler auswirken.
Jegliche Temperaturdrift des Transistors 44
selbst hat eine vernachlässigbare Auswirkung auf seine Ausgangsgleichspannung,
da die Spannungsverstärkung des Transistors 44 nur den Wert 1 hat. Weiterhin ist von den Transistoren 54 und
56 nur eine relativ kleine Temperatur zu erwarten, die überdies von gleichen Temperaturdriften der den Verstärkern 38 und 4 0
zugeordneten Klemmschaltungen begleitet ist. Aus der Temperaturdrift
der Klemmschaltungen sind praktisch keine Driftunterschiede, und damit auch keine Farbverschiebungen, zu erwarten.
Es ist gegebenenfalls auch möglich, jegliche gemeinsame
Drift in den Klemmschaltungen dadurch zu kompensieren, daß man entgegengesetzte Drift der Bezugsspannung (V-™) vorsieht.
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4JL
Wenn die Erfindung hier auch unter Bezugnahme
auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist,
so sand im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen möglich. Nachstehend sind Parameter für eine typische Schaltung
angegeben.
Kondensatoren 30,32,34 | 18 | 1 Mf | Ohm | Ohm |
Widerstand 4 6 | 1 | 270 | Ohm | Ohm |
Widerstand 48 | 000 | Ohm(einstell | MF | |
Widerstand 50 | 1 | 000 | bar) | 2 mF |
47 | 8 Volt | |||
Widerstand 52 | 000 | Volt | ||
Widerstand 58 | 000 | Volt | ||
Kondensator 62 | 100 | |||
Kondensator 66 | 2, | |||
Bezugsspannung (V ) | +6, | |||
B+ | + 190 | |||
B+ -Δν | + 160 | |||
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Claims (8)
- PatentansprücheVideoverstärker zur Lieferung verstärkter Bildsignale an eine Bildwiedergabeeinrichtung, deren Eingangsimpedanz eine kapazitive Komponente hat, gekennzeichnet durch eine erste Breitbandverstärkerstufe (24), die eine Spannungsverstärkung für die Videosignale von wesentlich mehr als 1 hat, durch eine zweite Breitbandverstärkerstufe (36), die eine Spannungsverstärkung für Videosignale von etwa 1 hat und mindestens ein Verstärkerelement (44) enthält, das einen Eingangsanschluß, einen Ausgangsanschluß und einen Eingangs- und Ausgangskreis gemeinsamen Anschluß aufweist, durch eine Ausgangslastschaltung, welche mindestens einen ersten und einen zweiten Widerstand (46 bzw. 48) aufweist, die in Reihe zwischen den Ausgangsanschluß und den gemeinsamen Anschluß geschaltet sind, durch eine Koppelschaltung zur Kopplung der verstärkten Signale vom Ausgangsanschluß an die Bildwiedergabeeinrichtung (42), durch einen ersten Kondensator (30), über welchen die verstärkten Signale von der ersten Verstärkerstufe (24) zum Eingangsanschluß der zweiten Verstärkerstufe (J6) gekoppelt werden, und durch einen zweiten Kondensator (66) , welcher vom Eingangsanschluß zum Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand (46, 48) geführt ist und Videosignalamplituden einer die Leitfähigkeit des Verstärkerelementes zu verringern suchenden Polarität zum Ausgangsanschluß koppelt.
- 2. Videoverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß der erste Widerstand (46) einen wesentlich niederigeren Wert als der zweite Widerstand (48) hat.809813/0966ORIGINAL INSPECTED
- 3. Videoverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzei chnet, daß der zweite Kondensator (66) für Bildkantenübergängen entsprechende Signalfrequenzen eine relativ niedrige Impedanz hat.
- 4. Videoverstärker nach Anspruch 1, 2 oder 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des ersten Kondensators (30) in derselben Größenordnung wie die Kapazität des zweiten Kondensators (44) liegt.
- 5. Videoverstärker nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten Breitbandverstärkerstufe (24) eine erste Betriebsgleichsspannung (B+ - V) zugeordnet ist und daß der zweiten Breitbandverstärkerstufe (36) eine zweite Betriebsgleichspannung (B+) zugeordnet ist, welche wesentlich größer als erste ist.
- 6. Videoverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslastschaltung mindestens ein einstellbares Widerstandselement (50) zur Veränderung der Gleichspannung am Ausgangsanschluß enthält.
- 7. Videoverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Breitbandverstärkerstufe (36) weiterhin eine getastete Klemmschaltung (54, 56, 58, 60, 62) enthält, die mit dem ersten Kondensator (30) zur periodischen Wiederherstellung einer Gleichspannungskomponente in den der zweiten Stufe zugeführten Bildsignalen gekoppelt ist.809813/0966
- 8. Videoverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbare Widerstandselement (50) zur Veränderung der Gleichspannungskomponente und damit des Schwarzpegels der auf der Bildwiedergabeeinrichtung dargestellten Bilder mit der Klemmschaltung gekoppelt ist.809813/0966
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