DE2105417C3 - Videoverstärker - Google Patents

Description

15

20

30

45

50

35

40

Die Erfindung betrifft einen Videoverstärker in mikroelektronischer Form gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Verstärker dieser Art dienen zur Verarbeitung von Video-Signalen, deren Spitzenamplitude (von Spitze zu Spitze) genormt ist und deren Gleichspannungskomponente unterhalb eines Teiles der Spitzenamplitude, beispielsweise deren Hälfte, liegen soll.

Solche Video-Verstärker in mikroelektronischer Form werden auch kurz als »Videomodule« bezeichnet, die verhältnismäßig kleine Baueinheiten bilden und entsprechend den Durchschaltnormen zu größeren Schaltungsanordnungen zusammenschaltbar sind. Ihre Vorteile liegen auf der Hand: Die gesamte Schaltungsanordnung kann miniaturisiert und zuverlässiger ausgebildet werden; außerdem ist die Geräteausstattung vereinfachbar und es können auch komplizierte Baugruppen leicht zusammengestellt werden.

Fernseh-Videosignale sind durch das Vorhandensein von logischen und analogen Anteilen gekennzeichnet. Der logische Signalteil transportiert die Synchronisier rungsinformationen, und der Analogteil bestimmt die Leuchtdichte des entsprechenden Punktes des Bildes durch die Amplitudendifferenz zum BezugspegeL

Die gegenwärtig bekannten logischen und analogen integrierten Schaltungen ermöglichen keine zufriedenstellende Lösung des bei der Verarbeitung von

60

65 Fernsehsignal auftretenden Problems der Gleichstrompegelhaltung. Es handelt sich besonders um die Notwendigkeit einer äußerst stabilen Übertragung der Gleichspannungskomponente des sich mit dem Bildinhalt ändernden Signals.

Bei der Mehrzahl der herkömmlichen Schaltungen zur Verarbeitung von Videosignalen wird die Gleichspannungskomponente des Videosignals nicht übertragen, da dies galvanische Verbindungen zwischen den verschiedenen Stufen mit sich bringen würde. Diese Gleichspannungskomponente geht durch Kopplungskondensatoren verloren und wird erforderlichenfalls durch Klemmschaltungen wiederhergestellt, d. h. in der Praxis jedesmal, wenn Zugang zur Leuchtdichteninforroation erwünscht ist, sei es, um sie wiederzugeben oder sie zu verändern.

Demgegenüber sollen in der Modulreihe nach der Erfindung die Moduln so eingerichtet sein, daß sie die Gleichspannungskomponente des Signals ohne Beeinträchtigung übertragen können. Hierdurch wird ihr Verlust und die nachfolgende Wiederherstellung über die ganze Kette vermieden.

Die Amplitudenbereiche und die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen der Moduln sind der Art, daß die Moduln direkt unter sich zusammengeschaltet werden können. Die Modulreihe ermöglicht die Verstärkung und Verarbeitung von Videosignalen, deren Nennamplitude von Spitze zu Spitze 1 Volt beträgt mit positiver oder negativer Polarität, während die überlagerte Gleichspannungskomponente zwischen + 0,5 und -OJV liegt und ein Gleichspannungsausgangssignal unter 5 Millivolt aufweist

Da jedoch die Videomoduln Transistoren enthalten und die Gleichstromkomponente übertragen, ist Vorsorge zu treffen, daß ein Gleichspannungs-Eingangs-Null-Signal ein Gleichspannungs-Ausgangs-Null-Signal erzeugt Insbesondere sind bei analogen Verstärkermoduln die Basis-Emitter-Spannungen für einen KoIIektor-Null-Strom der Transistoren zu kompensieren. Hieraus ergibt sich, daß eine kaskadengeschaitete Kette der Videomoduln der Erfindung die Gleichstromkomponente überträgt und vollständig kompensiert ist, d. h. daß ein Null-Signal am Eingang der Kette einem Null-Signal am Ausgang der Kette entspricht.

Es ist bereits eine Differentialverstärkerschaltung bekannt (DE-PS 12 57 212), bei der zwischen den beiden Differentialstufen eine Gegenkopplungsschleife unter Verwendung eines Transistors eingeschaltet ist, wobei der Transistor als Phasenumkehr wirkt Hierdurch sollen durch Fehlanpassung hervorgerufene Falschsignale sowie Gleichtaktsignale unterdrückt und die durch Speisespannungsschwankungen bedingte Abwandet üng der Betriebsgleichspannungen unterbunden werden. Hierbei ist es auch bekannt, die Eingangselektrode des Gegenkopplungstransistors mit einer Konstantstromquelle zu verbinden, die Widerstände und Transistoren aufweist, in dieser Differentialverstärkerschaltung ist keine Niveausteuerung bzw. Niveau-Regelung mittels der Ausgangsspannung des Verstärkers möglich, was dann erforderlich wird, wenn die Videosignale an den Yerstärkereingang gelegt werden,

Darüber hinaus ist eine andere Schaltungsanordnung bekannt (Klein: Instrumentale Elektroriicä in Philips Technische Bibliothek 1966, Seite 156ff.), bei der ein Widerstand als Rückkopplungskreis dient Der Ausgangsstrom ist hierbei jedoch nicht unabhängig von der Eingängsgleichspannung Steuer* bzw. regelbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Videoverstärker der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem trotz Temperaturänderungen ein eingangsseitiges Null-Potential auch am Ausgang als Null-Potential in Erscheinung tritt, d. h„ mit dem die Gleichspannungskomponente des Eingangssignals ohne wesentliche Verfälschung übertragbar ist

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Im Unteransprüch ist eine weitere Verbesserung der Erfindung angegeben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden näher erläutert; dabei zeigt

F i g. 1 einen Impedanzanpassungsverstärker,

F i g. 2 einen Verstärker mit zwei Ausgängen, F i g. 3 einen Videosignalverteilerund

F i g. 4 einen Kabelentzerrer.

Impedanzanpassungsverstärker

20

Diese Schaltung hat eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz und ist dort anwendbar, wo eine hohe Eingangsimpedanz erforderlieh wird, beispielsweise bei einem Eingangskreis mit Durchschleifen, einer Klemmschaltung usw. Der Verstärkungsfaktor dieser Schaltung ist gleich 1 und die Differenz der Gleichspannungen zwischen dem Eingang und Ausgang ist bei 25° C kleiner als + 5m V.

Die Eingangsklemme 1 ist an die Basis eines Transistors 2 gelegt, der mit einem gleichartigen Transistor 3 eine Darlingtonschaltung bildet Gemeinsam bilden diese mit dem Transistor 4 einen Zweisiufen-Verstärker mit durchgehender Verbindung. Der Kollektor des Transistors 4 liegt an der Basis eines Transistors 5 in Emitterschaltung und der Kollektor des Transistors 5 an der Basis des Ausgangstransistors 6. Der Emitter von 5 und der Kollektor von 6 sind an die Ausgangsklemme 7 geschaltet

Die Gegenkopplung bei hohen Frequenzen erfolgt durch einen Kondensator 9 parallel zu einem Widerstand 8 und die Gegenkopplung bei niedrigen Frequenzen durch die Widerstände 11 und 8. Durch diese Anordnung wird vermieden, daß Kapazitätsänderungen der an den Ausgang der Schaltung geschalteten Last den Durclilaßbereich des Verstärkers ändern.

Der Transistor 12 dient als Konstantstromquelle. Er wirkt wie eine sehr hohe Impedanz, die an die Gegenkopplungsschleife angeschlossen ist, die durch den Widerstand 11 gebildet wird. Er speist die Transistoren 2, 3 und 4. Ein Teil seines Stromes durchfließt den Widerstand U und bewirkt dort einen Spannungsabfall von etwa 1,2 Volt, der die Vorspannung Vbc (zwischen Basis und Emitter) der durch die Transistoren 2 und 3 gebildeten Darlington-Schaltung ausgleicht. Somit ermöglicht die Regelung dieses Stromes die Bildung eines ständigen Null-Signals am Ausgang bei einem Null-Signal am Eingang.

Transistoren 13 und 14 in Diodenschaltung steuern die Vorspannung des Transistors 12 und ermöglighen die Temperaturkompensierung der Schaltung.

Die Gleichspannungs-Nüilstellüng am Ausgang er^ folgt in der Weise, daß die Eingangsklemme 1 an Masse gelegt und ein Widerstand 15 eingestellt wird.

Videoverstärker
(F ig. 2)

Hier handelt es sich um einen Videoleistungsverstärker zur Parallelansteuerung zweier Koaxialkabel mit einer charakteristischen Impedanz von 75 Ohm unter normalen Bedingungen: 1 Volt an 75 Ohm mit 75 Ohm Quellwiderstand. Der Verstärker wird mit einem Videosignal unter den Nennbedingungen einer Reihe von zusammenschaltbaren Stromkreisen gespeist: 1 Volt Videospannung ist einer Gleichspannung von -0,5 bis 0,5 Volt überlagert, und er überträgt die Gleichspannungskomponente.

Der Verstärker besteht aus einer ersten Spannungsverstärkerstufe mit Transistoren 103, 104 und 112, wobei letzterer als Konstantstromquelle wirkt Die Ausgangsstufe enthält Transistoren 105, 106, 109, 110, wobei letzterer als Konstantstromquelle wirkt

Der Transistor 112 bewirkt einen Spannungsabfall im Rückkopplur.gswiderstand 111, wodurch durch Steuerung des zugeführten Stromes ein Nu Ausgangssignal erzielt wird, wenn das Eingangssignal gieic': Nuii ist (ί ί ί hat dieselbe Funktion wie 11 in F i g. 1).

Der Transistor 105 ist ein Emitter-Folge-Transistor, und der Transistor 106 ist ein üblicher Emitter-Transistor. Sie sind parallel zur Last geschaltet Diese Schaltung wird gewöhnlich als »nebenschlußregulierter Verstärker« bezeichnet Der Emitter von 105 und der Kollektor von 106 sind miteinander und mit den Ausgangsklemmen 107 und 107' verbunden. Der Transistor 109 dient als Impedanzanpassungs-Emitter-Folge-Transistor, da die Eingangsimpedanz von 106 sonst zu niedrig ist Der Transistor 110 dient als Konstantstromquelle, die einen vorgegebenen Strom auf einen Widerstand 108 gibt, um das Vorspannungspotential des Transistors 109 abzugrenzen.

Zwei Transistoren 113 und 114 in Diodenschaltung und ein Widerstand 115 dienen zum Temperaturausgleich und zur Regelung des vom Transistor 112 abgegebenen Stromes. Sie entsprechen den Transistoren 13 und 14 in Diodenschaltung und dem Widerstand 15 der Fig.l.

Es werden nun zwei Anwendungsbeispiele der zusammenschaltbaren erfindungsgemä3en Moduln beschrieben.

F i g. 3 stellt einen Verteiler dar. Er enthält einen Abgriff am Koaxialkabel 120, einen Vorspannkreis 121, einen Verstärker 122 nach Fig. 1 und zwei Verstärker 123 und 124 mit je zwei Ausgängen 102,103 bzw. 102', 103' nach F i g. 2. In jedem Schaltkreis sind die Eingangs- und Ausgangsklemmen mit denselben Bezugszeichen wiedergegeben wie in den das elektronische Schaltbild der gesamten Schaltung darstellenden Figure'..

F i g. 4 bezeichnet einen Kabelentzerrer (Ausgleichsglied). Er enthält ein Koaxialkabel 130, einen V-jrspannkreis 131, einen Verstärker 132 nach Fig.l, einen Differentialverstärker 133 und zwei Verstärker 134,135 mit zwei Ausgängen nach F i g. 2. Die Kabelausgleichsschaltung 133' enthalt Widerstände und Kondensatoren 46, Jeder Verstärker ist in Form einer integrierten Schaltung aufgebaut, die Widerstände bestehen aus Tantalnitrid und sind durch anodische Oxidation einstellbar. Die Schaltungen sind in Gehäusen untergebracht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Videoverstärker in mikroelektronischer Form mit einer Eingangsverstärkerstufe mit wenigstens einem Transistor, dessen Basis das Videosignal zugeführt ist, dessen Emitter über eine Konstantstromquelle, d. h. über den Kollektor eines Transistors, dessen Emitter über einen Widerstand mit der Versorgungsspannung verbunden ist und dessen Basis über einen, eine Diode enthaltenden Stromkreis ebenfalls mit der Versorgungsspannung verbunden ist, gespeist ist, und mit einer Ausgangsverstärkerstufe mit wenigstens einem Transistor in Emitterschaltung, und mit einer Gegenkopplung von der Ausgangs- zur Eingangsverstärkerstufe, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation einer Restgleichspannung am Ausgang des Verstärkers zur Gegenkopplung ein Widerstand (11;

111) von der \usgangsklemme (7) zum Emitter des eingangsseitigan Transistors (3; 103) sowie zum Kollektor des Konstantstromquellentransistors (12;

112) geschaltet ist, und daß dem aus zwei Transistoren (13, 14; 113, 114) gebildeter. Diodenstromkreis über einen einstellbaren Widerstand (15; 115) ein Strom derartiger Größe zugeführt ist, daß die Restgleichspannung am Ausgang verschwindet, wenn die Eingangsgleichspannung Null ist

2. Videoverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsverstärkerstufe in Form einer Darlington-Schallung geschaltete Transistoren aufweist.

10