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Die Erfindung bezieht sich auf eine Videoverstärkervorrichtung für eine
Fernsehbildröhre mit einem Verstärkertransistor, dessen Kollektor mit einem Ende einer
Lastimpedanz verbunden ist, deren anderes Ende an eine Speisespannung angeschlossen
ist, wobei das Ausgangssignal des Verstärkers an dem mit einer Videosteuerelektrode
der Bildröhre verbundenen Kollektor abgegriffen wird. Ein Beispiel einer derartigen
Vorrichtung ist im Dokument US-A-4 118 731 beschrieben.
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Bei derartigen Verstärkervorrichtungen tritt das folgende Problem auf: Ist
die Lastimpedanz des Verstärkertransistors gering, führt dies zu hohem Strom des
Transistors mit hoher Verlustleistung, während bei hoher Lastimpedanz der
Übertragungsbereich unzureichend ist.
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Das Problem läßt sich dadurch lösen, daß man die Last durch ein aktives
Element ersetzt, zum Beispiel durch einen zweiten Verstärkertransistor mit zum ersten
Transistor entgegengesetzter Polarität. Eine derartige Lösung, die mit zwei
komplementären Gegentakt-Kaskodenanordnungen arbeitet, ist zum Beispiel in den
Dokumenten US-A-4 727 336, US-A-4 035 840 oder JP-A-63 26105 beschrieben.
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Allerdings ist bei dieser Lösung die Steuerung des zweiten
Verstärkertransistors schwierig; denn wenn man nur ein Verbindungs-C-Glied verwendet
(Dokumente US-A-4 035 840 und JP-A-63 26105), zwingt dies zu einem Kompromiß bei der
Transitfrequenz der kapazitiven Verbindung, und bei Verwendung einer die
Gleichstromkomponente übertragenden Steuerung wird die Ausführung wegen der
Verschiebung der Gleichspannung zwischen der jeweiligen Basis der beiden Transistoren
kompliziert (zum Beispiel besitzt die Schaltung nach dem Dokument US-A- 4 727 336
aus diesem Grund zwei Spannungsquellen: +55 V und -55 V).
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Aufgabe der Erfindung gemäß Anspruch 1 ist daher die Bereitstellung
einer einfacheren Vorrichtung mit gegenüber einer Vorrichtung mit passiver Last
verbesserter Leistung, wodurch als zusätzlicher Vorteil die Möglichkeit der Verwendung
einer geringeren Speisespannung geschaffen wird.
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Hierzu besteht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Lastimpedanz
aus einem Stromgenerator und umfaßt eine Vorrichtung zur Regelung des Stroms in
Abhängigkeit von der Spannung am Kollektor des Verstärkertransistors derart, daß der
Strom sich bei steigender Spannung verringert, wobei die Zeitkonstante größer ist als
die größte Periode der Videosignale.
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Vorteilhafterweise liegt die Zeitkonstante in der Größenordnung der
Halbbild-Wiederholperiode des Fernsehers
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Gemäß einer Variante der Erfindung wird die
Wechselspannungskomponente des Ausgangssignals gleichgerichtet und teilweise der Regelsteuerung des
Stromgenerators zugeführt.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, bei der als
Verstärkertransistor ein Transistor des Typs NPN verwendet wird und die
Speisespannung positiv ist, besteht der Stromgenerator aus einem PNP-Transistor, dessen Emitter
mit der Speisespannung, dessen Kollektor mit dem Kollektor des Verstärkertransistors
und dessen Basis über einen Widerstand mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden
ist, wobei im übrigen mit einer Masse-Entkopplungskapazität ausgestattete Mittel zur
konstanten Polarisierung der Basis dieses PNP-Transistors vorgesehen sind.
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Bei einer Variante dieser Ausführungsform der Erfindung wird die
Gleichspannungskomponente des Ausgangssignals gieichgerichtet und über eine
Anordnung, die aus einer Kapazität besteht, die einerseits mit dem Kollektor des
Verstärkertransistors und andererseits mit der Anode einer Signaldiode verbunden ist,
deren Kathode mit einer Zwischenanzapfung des Widerstandes verbunden ist, teilweise
der Polarisation des als Stromgenerator dienenden PNP-Transistors zugeführt, wobei die
Anode der Diode auch über einen Widerstand mit der Basis des als Stromgenerator
dienenden PNP-Transistors verbunden ist.
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Ein Ausführungsbeispiel, das nicht einschränkend zu verstehen ist, ist in
der einzigen Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die einzige Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 besitzt eine Eingangsklemme 1, an der ein
Videosignal anliegt, das verstärkt werden muß, um einer Videosteuerelektrode 2 einer
Bildröhre 24, zum Beispiel einer Kathode, zugeführt zu werden.
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Das an der Eingangsklemme 1 anliegende Signal steuert die Basis eines
als Emitterschaltung ausgebildeten Transistors NPN 8, Typ BC548, an, dessen Emitter
mit einer Referenz-Gleichspannungsqueile Vref und dessen Kollektor mit dem Emitter
eines als Basisschaltung ausgebildeten NPN-Verstärkertransistors 3, Typ BF422,
verbunden ist. Die Basis des Transistors 3 ist mit einer 12 V-Gleichspannungsquelle
verbunden, sein Kollektor mit einem Ende 18 einer Lastimpedanz 12, deren anderes
Ende 19 mit einer Speisespannungsquelle Val verbunden ist. Die aus den Transistoren 8
und 3 bestehende Gruppe biidet damit eine sogenannte Kaskodenanordnung. Die Basis
des Transistors 8 wird mittels eines mit dem Kollektor des Transistors 3 verbundenen
Gegenkopplungswiderstandes 5 von 120 Kiloohm und eines an Masse liegenden
Widerstandes von 2,7 Kiloohm polarisiert.
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Das Ausgangssignal des Verstärkers wird am Anschluß des Kollektors 20
des Transistors 3 abgegriffen und der Elektrode 2 der Bildröhre über einen Widerstand
17 von 330 Ohm und eine Gegentaktstufe, bestehend aus zwei jeweils als
Emitterverstärker angeordneten komplementären Transistoren 10 und 11 des Typs BF423 bzw.
BF422, zugeführt, wodurch es insbesondere möglich wird, den Strahlstrom der
Bildröhre in einem Widerstand für Zwecke der nicht zur Erfindung gehörenden "cut-
off"-
oder Weißwert-Regelung zu messen. Die Einschaltung dieser Stufe verändert das
zugrundeliegende Problem nicht wesentlich, da die Eingangskapazität der Transistoren
10, 11 die gleiche Größenordnung aufweist wie die Kapazität der Bildröhrenelektrode
und der Transistor 3 annähernd die gleiche Impedanz "sieht", als wenn er direkt mit der
Elektrode 2 verbunden wäre.
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Die Lastimpedanz 12 ist ein Stromgenerator und besteht im wesentlichen
aus einem Transistor PNP 7 des Typs BF423, der eine Stromquelle darstellt. Sein
Kollektor ist mit dem Kollektor des Verstärkertransistors 3 verbunden. Der Emitter
dieses Transistors PNP 7 ist über einen Widerstand 13 von 2200 Ohm mit der
Speisespannungsquelle Val verbunden, die eine positive Spannung von 150 bis 170 Volt liefert
(während bei einer einfachen Widerstandsiast 200 V erforderlich wären).
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Der als Stromgenerator dienende Transistor 7 wird durch eine
Stromregelvorrichtung gesteuert. Mittel zur konstanten Polarisation der Basis dieses Transistors
bestehen aus einem Widerstand 14 von 100 Kiloohm und einem Widerstand 15 von 2,2
Megaohm, die die Basis des Transistors 7 mit der Speisespannungsquelle bzw. mit
Masse verbinden, wobei die Kapazität 16 von 10 Nanofarad für die Masse-Entkopplung
der Transistorbasis sorgt. Schließlich verbindet ein Widerstand 4 von 430 Kiloohm die
Basis des Transistors 7 mit dem Kollektor des Transistors 3 (Ausgang 20 des
Verstärkers). Es ist ersichtlich, daß wenn die mittlere Spannung am Punkt 20 zum Beispiel
steigt, die Spannung an den Klemmen des Widerstands 4 abnimmt: Es geht weniger
Strom durch, und auch der Transistor 7 führt daher weniger Strom. Die Regelung wirkt
also in Abhängigkeit von der am Koliektor des Transistors 3 anliegenden Spannung
derart, daß der Strom abnimmt, wenn die Spannung steigt. Die Zeitkonstante der
Regelung ist das Produkt aus den drei parallelen Widerständen 4, 14, 15 und dem Wert
der Kapazität 16. Sie ist größer als die größte Videosignalperiode und liegt in der
Größenordnung der Halbbild-Wiederholperiode des Fernsehers.
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Bei einer statischen Last (Widerstand) ist die Verlustleistung im
Verstärkertransistor dann am größten, wenn die Ausgangsspannung gleich der Hälfte der
Speisespannung ist. Bei einer mit einer festen Stromquelle ausgebildeten Last ist die
Verlustleistung im Verstärkertransistor am höchsten, wenn die Ausgangsspannung der
Speisespannung am nächsten liegt. In beiden Fällen ist der Übertragungsbereich bei
Spannungswerten, bei denen die maximale Leistung vorliegt, gegenüber dem
vermindert, was bei der maximalen Leistung möglich wäre, die der Transistor gefahrlos
aufnehmen kann. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Stromregelung
derart eingestellt werden, daß die Leistung des Verstärkertransistors unabhängig von der
mittleren Ausgangsspannung konstant und infolgedessen der Übertragungsbereich immer
optimal ist.
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Im übrigen kann man auch den Strom des Stromgenerators in
Abhängigkeit von der Amplitude der Wechselspannung des Ausgangssignals verändern. Dies ist
dadurch möglich, daß man diese Spannung gleichrichtet und sie teilweise der
Polarisation des als Stromgenerator verwendeten Transistors PNP 7 zuführt, zum Beispiel
mittels einer aus einer Kapazität 22 von einigen Picofarad gebildeten Anordnung, die
einerseits mit dem Kollektor 20 des Verstärkertransistors und andererseits mit der
Anode einer Signaldiode 21 des Typs 1N4148 verbunden ist, deren Kathode mit einer
Zwischenanzapfung des Widerstandes 4 verbunden ist, wobei die Anode der Diode 21
über einen Widerstand 23 auch mit der Basis des als Stromgenerator dienenden
Transistors PNP 7 verbunden ist. Die Position der Zwischenanzapfung im Widerstand 4
kann auf einfache Weise je nach dem gewünschten Effekt experimentell bestimmt
werden. Allerdings ist diese Variante mit einer aus den Elementen 21 bis 23
bestehenden Gleichrichteranordnung von untergeordnetem Interesse.
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Durch besondere Einrichtungen ist es möglich, die Speisespannung noch
weiter zu senken. Es sei zum Beispiel angenommen, daß der Schwarzpegel bei einer
Kathoden-Gitterspannung von 150 V erreicht wird. Wenn man das Bildröhrengitter mit
einer negativen Spannungsquelle, zum Beispiel von -30 V, verbindet, die bereits
innerhalb des Fernsehers vorgesehen sein kann, erhält man für schwarz eine absolute
Kathodenspannung von nur 120 V, und man kann die Speisespannung des
Videoverstärkers bis auf 150 V absenken und damit von bereits vorhandenen Speisespannungen
dieser Größenordnung Gebrauch machen.
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Bei Verwendung der im vorstehend beschriebenen Beispiel bezeichneten
Elemente, jedoch mit fester Widerstandslast beim Transistor 3, mußte man bisher im
Hinblick auf die für die Erzielung des Übertragungsbereichs erforderliche Leistung zwei
parallele Transistoren 3 des Typs BF422 mit Kühlelementen, sogenannten "Radiatoren",
verwenden; bei der erfindungsgemäßen Anordnung und insbesondere dank der
Verringerung der Speisespannung ist jetzt ein einziger Transistor ausreichend.
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Es versteht sich, daß die in vorstehender Beschreibung erwähnten
numerischen Werte und Halbleiter-Bezeichnungen nur von dokumentarischer Bedeutung
und nicht als zwingend erforderlich anzusehen sind; allerdings haben sie der Anmelderin
die Ausführung einer zufrieden stellenden Vorrichtung ermöglicht. Zum Beispiel könnte
der Stromgenerator 12 auch anders ausgebildet sein, da steuerbare
Stromerzeugerschaltungen im Handel insbesondere in Form integrierter Schaltungen erhältlich sind.