DE948424C - Anordnung zur naturgetreuen Bildwiedergabe, insbesondere fuer Fernseh- oder Messzwecke - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 30. AUGUST 1956

K 7936 VIII a 12i a¹

ist als Erfinder genannt worden

(Ges. v. 15. 7.1951)

Bei der modernen drahtlosen Bildübertragung ergeben sich Bildfrequenzbänder von 500 bis 2000 kHz, die im Zwischenfrequenzverstärker des Fernsehsupers noch einwandfrei verstärkt werden müssen, ohne daß die Zwischenfrequenzträgerwelle sich im Bildfeld als Raster störend bemerkbar macht. Bei 500 kHz Bildfrequenzband muß das Zwischenfrequenzwellenband 200 bis 300 m oder weniger und bei 2000-kHz höchstens 60 bis ioota betragen, Die Eingangskapazitäten der besten Schirmgitterröhren liegen bei 7,5 cm und die Ausgangskapazitäten in. derselben Größenordnung. Der Eingangswirkwiderstand der Schirmgitterröhren für die 200-m-Welle beträgt bei 7,5 cm etwa 12000 Ohm und der günstigenfalls erzielbare Arbeitswirkwiderstand etwa 6000 Ohm. Bei 60 m hat der Arbeitswirkwiderstand etwa einen Wert von 2000 Ohm. Da man bei derartigen Wirkwiderständen nur sehr schlechte Verstärkungen erzielt, ging man dazu über, im Zwischenfrequenzverstärker Spulen oder Bandfilter zu verwenden, die mit den Eingangsund Ausgangskapazitäten der Verstärkerröhren Schwingkreise ergeben, deren Resonanzwelle in jeder Stufe des Zwischenfrequenzverstärkers eine andere ist, jedoch innerhalb des zu verstärkenden Bandes liegt. Dadurch gehen die schädlichen Kapazitäten in den. Resonanzkreiswiderstand ein, und für die Wellenbereiche, auf die eine Spule ab-

gestimmt ist, erhält man eine hinreichend große Verstärkung. Nach diesem Verfahren, wurden, selbst Zwischenfrequenzbänder von 60 bis 100 m noch mit ausreichendem Verstärkungsfaktor verstärkt. Eine Ausführungsform dieser bekannten Anordnung zeigt Abb. 1, in der E den Eingangs- und Oszillatorkreis, D den Demodulator, F die Fernsehröhre darstellt und in der die Spule L₁ durch die Eingangskapazität der Röhre I auf 60 m, die Spule L₂ durch die Ausgangskapazität der Röhre I auf etwa 62 m, die Spule L₃ durch die Eingangskapazität der Röhre II auf etwa 65 m usw. abgestimmt ist. Die Resonanzkurven der Kreise L₁ bis L₉ sind in Abb. 2 dargestellt.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß durch die Verwendung eines mit Resonanzkreisen versehenen ZwischenfrequenzverstärkeTS eine sehr starke Verzerrung bei der Bildwiedergabe eintritt, die durch eine starke Phasenverschiebung im Zwischenfrequenzverstärkerteil bedingt ist. Abb. 2 zeigt die zu den einzelnen Resonanzkurven L₁ bis L₉ gehörenden Phasenkurven für tg φ_ί bis tg(p_s. Hiernach erfährt die 60-m-Welle, der die tiefsten Bildfrequenzen aufmoduliert sein sollen, durch die Resonanzkreise L₂ bis L₉ eine Phasenverschiebung von

6o°

70⁰

8o°

gP8 + tew»
+ 82⁰ + 83⁰ +.84° + 85⁰ ~ 625⁰.

Die 100-m-Welle, der die höchsten Bildfrequenzen· aufmoduliert sein sollen, erfährt durch die Resonanzkreise L₁ bis L₈ folgende Phasenverschiebung:
~ — tgcpi^ — tg9?₂ — tgq>₃ — tg9?₄ — igq>₅

—· tg9?₆ — tgcp₇ — tg<p₈ ~ — 6oo°.

Die 60-m-Welle ist also gegen die ioo-m-Welle um insgesamt 600 + 625 ° = 1225⁰ verschoben.

Eine Phasenverschiebung derTrägerfrequenzen um 1225⁰ ergibt nun eine Phasenverschiebung der höchsten Bildfrequenzen von 2000 kHz gegenüber der niedrigsten Bildfrequenz von 8i6'°'. Eine derartige Phasenverschiebung bewirkt aber auf dem Bildfeld eine Verschiebung von etwa 5 Bildpunktbreiten der den höchsten Bildfrequenzen entsprechenden Bildpunkte gegenüber den Bildflächen, die den tiefsten Bildfrequenzen entsprechen.

Die eingangs beschriebene Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß der Zwischenfrequenzverstärker - eines Fernsehgerätes oder eines in analoger Weise ausgebildeten Meßgerätes einen oder mehrere mit ihrer Eigenfrequenz außerhalb der Grenzfrequenzen der Bildmodulation liegende Resonanzkreise enthält, derart, daß diese eine völlige oder teilweise Kompensation, frequenzabhängiger Phasenverschiebungen im Bereich des Zwischenfrequenzbandes bewirken. Es wird somit vermieden, daß durch solche !Resonanzkreise des Zwischenfrequenzverstärkers, deren Eigenwellen im Zwischenfrequenzband liegen, verschieden große Phasenverschiebungen der Bildströme im Ausgangsteil auftreten.

Ferner werden erfindungsgemäß die hohen Bildfrequenzen der längeren und die tiefen Bildfrequenzen der kürzeren Zwischenfrequenzwelle aufmoduliert. Dadurch wird einerseits vermieden, daß die hohen Bildfrequenzen benachteiligt werden, und zum anderen erreicht, daß die hohen Bildfrequenzen sogar durch die Benachteiligung der kurzen Zwischenfrequenzwelle gegenüber der längeren (bedingt durch die schädlichen Röhrenkapazitäten) be- vorzugt werden.

Bei der Anwendung einer reinen Widerstandskopplung im Zwischenfrequenzkreis empfiehlt es sich, den Außenwiderstand unter 20000 Ohm zu halten, zweckmäßig zwischen 5000 und ίο ooo Ohm. Der Ohmsche Außenwiderstand muß um so kleiner sein, je kürzer die Zwischenfrequenz wellen und je größer die schädlichen Eingangskapazitäten der verwendeten Verstärkerröhren sind, um damit eine zu starke Bevorzugung der höheren Wellen zu vermeiden und gleichzeitig eine zu starke Störanfälligkeit des Zwischenfrequenzverstärkers zu unterdrücken. Vorzugsweise werden für die Zwischenfrequenzverstärkung an Stelle der bisher üblichen Schirmgitterröhren nur Eingitterröhren verwendet. Um die Störanfälligkeit des Zwischenfrequenzverstärkers weiter zu reduzieren, werden ein bis zwei Kaskaden des Zwischenfrequenzverstärkers mit reiner Drosselkopplung versehen, wobei die verwendete Drossel sehr kapazitätsarim gewickelt und ihre Selbstinduktion so gewählt ist, daß sie zusammen mit den schädlichen Wirkkapazitäten einen Resonanzkreis bildet, dessen Eigenwelle außerhalb des Zwischenfrequenzbandes liegt. Dadurch werden sämtliche zu verstärkenden Zwischenfrequenzen praktisch gleichmäßig phasenverschoben, so daß zwischen den Phasenverschiebungen der Grenzfrequenzen gegeneinander keine praktisch wirksame Differenz besteht.

Der beschriebene Zwischenfrequenzverstärker kann im Sender und auch im Empfänger verwendet werden.

Um bei hochqualifizierter Bildwiedergabe die sich bei reiner Widerstandskopplung noch ergebenden geringen Phasenverschiebungen der Grenzfrequenzen der zu verstärkenden Zwischenfrequenzbänder und damit die an sich kleine Verschiebung der Bildpunkte im wiederzugebenden Fernsehbild ganz zu vermeiden, werden gemäß der Erfindung die im Zwischenfrequenzverstärker noch auftretenden Phasenverschiebungen kompensiert, und zwar in der Weise, daß im Zwischenfrequenzverstärker Kopplungsaggregate verwendet werden, deren Phasenverschiebungswinkel gleich demjenigen der die unerwünschten Phasenverschiebungen, ver-Ursachenden Kopplungsglieder ist, jedoch entgegengesetztes Vorzeichen besitzt. Werden beispielsweise im Zwischenfrequenzverstärker reine Kondensator-Widerstands-Kopplungen verwendet, die für einen Zwischenfrequenzbereich von 200 bis 300 m eine Phasenverschiebung von — 10 bis 15⁰ ergeben, so wird im Zwischenfrequenzverstärker zwecks Kompensation -der unerwünschten Phasenverschiebung noch eine Kondensator-Drossel-Kopplung angewendet, die eine Phasenverschiebung- von + 10 bis 15° ergibt. Durch Serienschaltung von genügend

hochdimensionierten Widerständen zur Drossel kann erreicht werden, daß die schädliche Röhrenkapazität die Drossel nicht zu einem Schwingkreis schließt, wodurch sonst eine Phasenverschiebung von annähernd 90⁰ erreicht würde, wenn die Eigenwelle dieses Schwingkreises ausreichend groß oder klein gegenüber dem Zwischenfrequenzbereich wäre. An Stelle der Drossel kann auch eine Resonanzspule verwendet werden, deren Eigenwelle dem Zwischenfrequenzbereich so stark benachbart ist, daß die Phasenverschiebung durch diesen Resonanzkreis den durch die Kondensator-Widerstands-Kopplung auftretenden unerwünschten Phasenverschiebungen gleich ist. Außerdem muß die Eigenwelle der Resonanzkreisspule größer sein als die Zwischenfrequenzwelle, um eine Spannungsvoreilung zu bekommen, wenn die unerwünschten Phasenverschiebungen eine Spannungsnacheilung ergeben, und umgekehrt.

Um den Nachteil eines Zwischenfrequenzverstärkers mit aperiodischer Kopplung, und zwar das starke Ansteigen der Frequenzkurve mit zunehmender Welle weit über den Bereich des zu verstärkenden Bandes hinaus, zu beseitigen, wird gemaß der weiteren Erfindung ein außerhalb des zu verstärkenden, Bandbereiches stattfindender Frequenzkurvenabfall durch eine beispielsweise Anordnung nach Abb. 3 erzielt. Hierin bedeutet E den Oszillator und Überlagerungsteil, 1 den Gitterwiderstand der ersten Zwischenfrequenzverstärkerröhre I und V die letzte Zwischenfrequenzverstärkerröhre, hinter der die modulierte Zwischenfrequenz über einen Kopplungskondensator zum Demodulator D geführt wird. Im Anodenkreis der Röhre I liegt eine Wechselstrompotentiometeranordnung, durch die eine Spannungsunterteilung in Abhängigkeit von der Frequenz bewirkt wird, und zwar besteht sie aus der Drossel 2 und dem in Serie liegenden Ohmschen Widerstand 3. Die frequenzabhängige Spannungsentnahme erfolgt über den Kondensator 4. Die Drossel 2 wird zweckmäßig so dimensioniert, daß ihr Wirkwiderstand im Bereich des zu verstärkenden Zwischenf requenzbandes klein, jedoch oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbereiches im Verhältnis zum Ohmschen Widerstands wirksam ist. Mit zunehmender Frequenz, außerhalb des zu verstärkenden Frequenzbereiches, wird der Wirkwiderstand von 2 größer und damit der Spannungsabfall am Ohmschen Widerstand 3 kleiner, d. h. also, daß die Frequenzkurve oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes stark abfällt. Um den Abfall der Frequenzkurve oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbereiches noch steiler zu erhalten, kann parallel zum Ohmschen Widerstand 3 ein Kondensator 5 geschaltet werden, dessen Wirkwiderstand im Bereich des zu verstärkenden Bandes gegenüber dem Ohmschen Widerstand 3 groß, jedoch außerhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes mit zunehmender Frequenz kleiner wird. Durch eine derartige Wechselstrompotentiometeranordnung wird also ein Frequenzkurvenabfall oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbereiches erzielt. Der normale Kopptungskondensator4 führt ebenfalls zu einem Wechselstrompotentiometer, von dessen Abgriff die stark frequenzabhängige Spannung abgenommen und dem Gitter der Zwischenfrequenzverstärkerröhre V zugeführt wird. Dieses- Wechselstrompotentiometer unterteilt die Spannung frequenzabhängig derart, daß die Spannung bei Frequenzen, die unterhalb des zu verstärkendem Frequenzbandes liegen-, niedriger wird, und besteht aus dem Ohmschen Widerstand 7 und der Spule 8, wobei letztere so· bemessen ist, daß ihr Wirkwiderstand gegenüber dem Ohmschen Widerstand 7 im Bereich der zu verstärkenden Frequenzen sehr groß, jedoch unterhalb des zu verstärkenden Frequenzbereichs klein wird. Dadurch wird bei den tieferen Frequenzen die an der Spule 8 liegende Spannung, die gleichzeitig dem Gitter der folgenden Zwischenfrequenzröhre zugeführt wird, klein und ein starkes Abfallen der Frequenzkurve unterhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes ermöglicht. Um einen möglichst steilen Abfall der Frequenzkurve zu erzielen, wird parallel zum Ohmschen, Widerstand 7 ein Kondensatoro. gelegt, der so dimensioniert ist, daß sein Wirkwiderstand im Bereich der zu verstärkenden Frequenzen gegenüber dem Ohmschen Widerstand 7 sehr klein ist, so daß er gegenüber dem Wirkwiderstand der Spule 8 in diesem Bereich zu vernachlässigen ist, jedoch unterhalb des zu verstärkenden Bandes gegenüber der Spule 8 möglichst groß ist.

Für den Fall, daß der Zwischenfrequenzverstärker mit vernachlässigbar geringer Phasenverschiebung für besondere Zwecke einen zu geringen Verstärkungsgrad hat und mit Zwischenf requenzverstärkem mit großer Phasenverschiebung (mit Resonanzkreisen) gearbeitet werden muß, können gemäß der weiteren Erfindung auch im Zwischenfrequenzverstärker Phasenverschiebungen der Grenzmodulationsfrequenzen verursacht werden, ohne daß Phasenverschiebungen im Bild (der Bildpunkte gegeneinander) auftreten, und zwar werden in diesem Falle Phasenverschiebungen im Zwischenfrequenzverstärker durch gleiche Phasenverschiebungen entgegengesetzter Vorzeichen hinter dem Demodulator (also niederfrequent) kompensiert.

In Abb. 4 sei A die Phasenverschiebungskurve eines derartigen, Zwischenfrequenz Verstärkers, gemaß der die hohen Zwischenfrequenzen gegen die tieferen um 360° negativ phasenverschoben sind. Eine Phasenverschiebung von 360⁰' der Grenzzwischenfrequenzträgerwellen bedeutet aber eine Phasenverschiebung der Grenzmodulationsfrequenzen von etwa i8o^a oder eine Phasenverschiebung von einem Bildpunkt.

In Abb. 5 zeigt die Kurve B die Phasenverschiebungen der Modulationsfrequenzen bis zu 18o^!°', und zwar ist die Phasenverschiebung der hohen Grenzfrequenzen negativ gegenüber den tiefen Bildfrequenzen. Um eine Kompensation der Phasenverschiebungen zu erzielen, erhält nun der Niederfrequenzteil des Fernsehsupers (also der Bereich hinter dem Demodulator) gemäß Kurve G eine Phasenverschiebung im positiven Sinn, indem man

in den Ausgangsteil des Demodulators zwei Resonanzkreise, deren Eigenwellen höher sind als die hohen Bildfrequenzen, einschaltet oder den aus einer Drossel und einem Widerstand bestehenden Ausgangsteil des Demodulators so dimensioniert, daß die tiefen Bildfrequenzen möglichst stark phasenverschoben werden. Beträgt z. B. die Voreilung bei ioo Hz io°', so bedeutet diese Voreilung bei io⁶ Bildpunkten eine Bildpunktverschiebung um

ίο 125 Bildpunkte. Hingegen bedeutet eine Phasenverschiebung bei den höchsten Bildfrequenzen um io° nur eine Bildpunktverschiebung von V₃₆ Bildpunktbreite. Es genügt somit eine kleine, entgegengesetzt gerichtete Phasenverschiebung im Bereich der tiefen Bildfrequenzen, um die starke, im Zwischenfrequenzteil stattgefundene Phasenverschiebung auszugleichen.

Die Erfindung ist nicht nur auf die in der Beschreibung dargelegte! Ausführungsform beschränkt,

ao sondern kann je nach den vorliegenden Bedürfnissen unter Beibehaltung des Erfindungsgedankens in der einen oder anderen Modifikation ihre zweckmäßige Gestaltung finden. Ferner können die erfindungsgemäßen Anordnungen mit denselben Vorteilen auch bei Fensehsendern angewendet werden.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Anordnung zur naturgetreuen Bildwiedergabe, insbesondere für Fernseh- oder Meßzwecke, mit Zwischenfrequenzteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenfrequenzverstärker einen oder mehrere mit ihrer Eigenfrequenz außerhalb der Grenzfrequenzen der Bildmodulation liegende Resonanzkreise enthält, derart, daß diese eine völlige oder teilweise Kompensation frequenz abhängiger Phasenverschiebungen im Bereich des Zwischenfrequenzbandes bewirken.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenkreise der Röhren des Zwischenfrequenzverstärkers Widerstände enthalten, deren Ohmwert höchstens so groß ist wie die kapazitiven Wirkwiderstände je zweier aufeinanderfolgender Zwischenfrequenzverstärkerröhren für die niedrigste zu verstärkende Zwischenfrequenz (etwa 20 000 Ohm).
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß besondere Kopplungsmittel zur Erzielung der gewünschten Kompen-

   5" sation von Phasenverschiebungen im Zwischenfrequenzteil vorgesehen sind.
4. 4. Anordnung· nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Zwischenfrequenzverstärkerröhren aus einer gemischten Kondensator-Widerstands- und Drossel - Kondensator - Widerstands - Kopplung besteht.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch, gekennzeichnet, daß der Zwischenfrequenzverstärker Resonanzspulen enthält, deren Eigenfrequenz von dem Zwischenfrequenzband so* weit entfernt ist, daß die durch die Resonanzspule bedingte Phasenverschiebung der unerwünschten Phasenverschiebung im Zwischenfrequenzverstärker etwa gleich groß ist und deren Eigenfrequenz kleiner oder größer als der Zwischenfrequenzbereich ist, je nachdem, ob die unerwünschte Phasenverschiebung eine Spannungsnach- oder -voreilung ergibt.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zwischenfrequenzverstärkerstufen Wechselstrompotentiometer vorgesehen sind, von denen stark frequenz abhängige Spannungen abgegriffen und der nachfolgenden Röhre zugeführt werden.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstrompotentio'-meter so bemessen sind, daß eine frequenzabhängige Spannungsunterteilung nur außerhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes stattfindet.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Potentk»- meter hintereinander vorgesehen sind.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder der Wechselstrompotentiometer so gewählt sind,-daß sich die durch jedes Wechselstromwiderstandsglied bedingte Phasenverschiebung innerhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes aufhebt.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Demodulator weitere Schaltmittel vorgesehen sind, die noch verbliebene Phasenverschiebungen zwischen den hohen und den tiefen Bildfrequenzen kompensieren.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Demodulator einer oder mehrere gegen die hohen. Bildfrequenzen verstimmte Resonanzkreise vorgesehen sind.
12. 12. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenfrequenzverstärker Eingitterröhren enthält.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die höchsten Bildfrequenzen, den niedrigsten Zwischenfrequenzen und die niedrigsten Bildfrequenzen den höchsten Zwischenfrequenzen aufmoduliert sind.

    In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 185003;

    französische Patentschrift Nr. 754 811; Manfred von Ardenne, »Fernsehempfang«, Berlin 1935, S. 95 bis 100.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen