DE3706835A1 - Schneller digitaler transistorverstaerker, insbesondere video-endverstaerker fuer datensichtgeraete - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen schnellen digitalen Transistor­ verstärker, insbesondere einen Video-Endverstärker für Datensichtgeräte, mit einem Ausgangstransistor, in dessen Kollektorstromkreis an einem mit der Betriebsspannung ver­ bundenen Arbeitswiderstand die verstärkte Eingangsspannung erscheint und außerdem eine dem Kollektor vorgeschaltete Induktivität angeordnet ist.

Ein Video-Endverstärker dieser Art ist zum Beispiel in dem Datensichtgerät C62 der Firma Valvo verwendet und in der technischen Informationsschrift 8 30 706 von Juni 1983 be­ schrieben. Es handelt sich dabei um eine Kaskode-Schaltung zweier Schalttransistoren, von denen der eine an seiner Basis mit dem Videosignal angesteuert wird und den anderen, in Basisschaltung betriebenen Schalttransistor entsprechend leitend steuert bzw. sperrt. Der letztere Transistor lie­ fert an seinem Kollektor die Video-Kathodenspannung für die Bildröhre des Datensichtgeräts, die sein Kollektorstrom an dem im Kollektorstromkreis angeordneten Arbeitswider­ stand entstehen läßt. Dieser Kollektorstrom wird über die dem Kollektor vorgeschaltete Induktivität geführt, um eine Anhebung hoher Frequenzen zu erreichen, die zur Erzielung einer möglichst großen Bandbreite der Verstärkung wichtig ist.

Mit der Entwicklung kleiner Geräte wird auch eine entspre­ chend kleine Ausführung der verwendeten Schaltelemente zum Beispiel bei Verwendung von Hybridschaltungen erforderlich, wozu die Verlustleistung solcher Schaltelemente gleichfalls minimal zu halten ist. Dies könnte durch hohe Widerstands­ werte der Widerstandsbeschaltung des Verstärkers erreicht werden. Eine Vergrößerung der Widerstandswerte, insbesondere des Wertes des Arbeitswiderstandes im Kollektorstromkreis des Ausgangstransistors, kann jedoch nicht beliebig verwirk­ licht werden, da bei jedem Schaltvorgang insbesondere des Ausgangstransistors die parasitären Kapazitäten der mit ihm verbundenen Bauelemente umgeladen werden müssen. Durch Er­ höhung der Widerstandswerte der an dieser Umladung beteilig­ ten Widerstände würde der Umladevorgang verzögert und damit die Abschaltflanke des Verstärkers verlangsamt. Dies ist aber insbesondere bei einem Videoverstärker für Datensichtgeräte unerwünscht, denn hier werden besonders hohe Anforderungen an die Bildauflösung gestellt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen schnellen digitalen Transistorverstärker anzugeben, der sich durch eine verrin­ gerte Verlustleistung seines Arbeitswiderstandes auszeichnet, so daß die Leistungsaufnahme verringert wird und eine räum­ liche Verkleinerung des Verstärkers möglich ist.

Für einen Transistorverstärker eingangs genannter Art löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß die Induktivität an ihrem kollektorfernen Anschluß mit einer weiteren Strom­ quelle verbunden ist, die von der Betriebsstromquelle ent­ koppelt ist und eine gegenüber der Betriebsspannung wesent­ lich kleinere Spannung hat.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man den Wider­ standswert des Arbeitswiderstandes im Kollektorstromkreis des Verstärkers erhöhen kann, wenn der Strombedarf, der im Kollektorstromkreis beim Umladen der parasitären Kapazitäten auftritt, über einen Stromweg geliefert wird, der nicht über den Arbeitswiderstand führt. Der Arbeitswiderstand wird dann von diesem Strom entlastet, so daß seine Verlustleistung herabgesetzt ist. Der verringerte Stromfluß durch den Ar­ beitswiderstand beeinträchtigt das Ausgangssignal nicht, da dessen Spannungsamplitude in erster Linie von der Höhe der Betriebsspannung abhängt, mit der die den Arbeitsstrom liefernde Betriebsstromquelle arbeitet.

Um die den Ausgangstransistor belastenden Kapazitäten mög­ lichst klein zu halten und damit einen möglichst geringen Ausgangsstrom zu gewährleisten, kann dem Ausgangstransistor ein komplementärer Emitterfolger als Impedanzwandlerstufe nachgeschaltet werden. Dies hat den Vorteil, daß die Eingangs­ kapazität eines solchen Wandlers kleiner ist als die der zu treibenden Last und daß sein Innenwiderstand bedeutend niedriger gewählt werden kann als der des schnellen Tran­ sistorverstärkers.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel anhand der Figur beschrieben, die die wichtigsten Teile eines Video-Endverstärkers zeigt.

In der Figur ist eine Verstärkerschaltung dargestellt, der an einem Eingangsanschluß 10 ein Videosignal zugeführt wird und die an einem Ausgangsanschluß 20 bzw. an einem Schaltungsausgang 30 eine entsprechend verstärkte Video- Ausgangsspannung als Kathodenspannung für eine nachgeschal­ tete Bildröhre liefert. Die Verstärkerschaltung enthält zwei Schalttransistoren 11 und 13, die in Kaskodeschaltung betrieben werden. Die Kaskodeschaltung liegt über einen Emitterwiderstand 12 des Schalttransistors 11 an Masse. Der Kollektor des Schalttransistors 13, der als Endstufen­ transistor arbeitet, ist über eine Induktivität 14 und einen Arbeitswiderstand 15 mit der Betriebsspannung Vb verbunden. Der Kollektor des Schalttransistors 13 ist gleichzeitig der Ausgangsanschluß 20 des Verstärkers. Die Basisspannung des Schalttransistors 13 hat einen festen Wert und wird aus einer gegenüber der Betriebsspannung Vb geringeren Spannung Vc über einen Widerstand 18 abgeleitet. Der Wert der Basis­ spannung ist durch die Zenerspannung einer Zenerdiode 17 gebildet, die zwischen die Basiselektrode des Schalttran­ sistors 13 und Masse geschaltet ist. Parallel zu der Zener­ diode 17 ist ein Kondensator 16 geschaltet, der zur Glättung eventueller Störimpulse dient.

Der Kollektor des Schalttransistors 13 ist über eine ge­ strichelt dargestellte Kapazität 19 mit Masse verbunden. Diese Kapazität 19 wird gebildet durch die parasitären Kapazitäten der Schaltung, also die Basis-Kollektorkapazität des Schalttransistors 13, die Wicklungskapazität der Induk­ tivität 14, die Kapazität der an den Ausgangsanschluß 20 angeschalteten weiteren Schaltung, die noch beschrieben wird, bzw. des Kathodenstromkreises der Bildröhre, und die Kapazität einer Leiterplatte, auf der der Video-Endverstär­ ker aufgebaut ist.

Bei jedem Sperrvorgang des Schalttransistors 13 entsteht eine ansteigende Spannungsflanke an dessen Kollektor, mit der die parasitäre Gesamtkapazität 19 aufgeladen werden muß. Dadurch ergibt sich ein entsprechender Stromfluß durch die Induktivität 14. Je stärker der Ladestrom für die parasitäre Kapazität 19 ist, umso schneller erfolgt der Spannungsan­ stieg am Kollektor des Schalttransistors 13. Da sich der durch die Induktivität 14 fließende Strom dabei aber relativ langsam ändern kann, muß hier eine Möglichkeit vorgesehen sein, um einen möglichst starken Strom durch die Induktivi­ tät 14 fließen zu lassen. Ein sehr starker Strom würde je­ doch eine entsprechend hohe Verlustleistung am Arbeitswi­ derstand 15 verursachen.

Um dies zu vermeiden, wird ein relativ starker Strom bei gegenüber der Betriebsspannung Vb niedrigerer Spannung Vc über einen ohmschen Widerstand 21 und eine Diode 22 an die Induktivität 14 geliefert. Die Diode 22 dient zur Entkopplung der Spannung Vc von der höheren Betriebsspannung Vb. Der Widerstand 21 dient zur Bemessung des der Induktivität 14 zusätzlich zugeführten Stroms. Ein Teil des die Induktivität 14 durchfließenden Stromes wird also über einen Weg zuge­ führt, der nicht über den Arbeitswiderstand 15 führt, so daß der Wert dieses Widerstandes erhöht werden kann. Die Spannung Vc der diesen Strom liefernden Stromquelle kann erheblich kleiner als die Betriebsspannung Vb sein. Wenn vorteilhafterweise die Stromquelle verwendet wird, welche auch die Basisspannung des Endstufentransistors liefert, so kann diese Spannung Vc beispielsweise in der Größenord­ nung von 10 Volt liegen, während die Betriebsspannung Vb etwa 60 Volt beträgt.

Die erfindungsgemäße Maßnahme, einen Teil des die Indukti­ vität 14 durchfließenden Stroms aus einer gegenüber der Be­ triebsspannung Vb kleineren Spannung Vc abzuleiten, ermög­ licht eine Vergrößerung des Widerstandswertes des Arbeits­ widerstandes 15 und damit eine Verringerung der Verlust­ leistung der Schaltung. Diese entspricht im stationären leitenden Zustand des Endstufentransistors 13 dem Produkt aus der Spannungsdifferenz Vb-Vc und dem über den Wider­ stand 21 zugeführten Strom. Es wird dadurch möglich, die Schaltung des Video-Endverstärkers insgesamt kleiner auf­ zubauen, den Aufwand für das Abführen von Verlustwärme zu verringern und das erforderliche Stromversorgungsgerät zu verkleinern.

Der Ausgangsanschluß 20 des Verstärkers ist im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel mit den Basiselektroden eines komp­ lementären Emitterfolgers mit Transistoren 23 und 24 ver­ bunden, deren Emitteranschlüsse den Schaltungsausgang 30 bilden. Der Emitterfolger hat einen Arbeitswiderstand 25, über den er mit der Betriebsspannung Vb verbunden ist und einen Emitterwiderstand 26, über den er an Masse liegt. Wie bereits erläutert, bietet der Emitterfolger den Vorteil, daß sein Innenwiderstand wesentlich niedriger sein kann als der Innenwiderstand des vorgeschalteten Verstärkers und daß seine Eingangskapazität wesentlich kleiner ist als diejeni­ ge der an den Schaltungsausgang 30 angeschalteten Last. Dadurch ergibt sich also eine Begünstigung der mit der Er­ findung erreichten Wirkung beim Umladen der parasitären Kapazitäten.

Claims (3)

1. Schneller digitaler Transistorverstärker, insbesondere Video-Endverstärker für Datensichtgeräte, mit einem Ausgangstransistor, in dessen Kollektorstromkreis an einem mit der Betriebsspannung verbundenen Arbeitswider­ stand die verstärkte Eingangsspannung erscheint und außer­ dem eine dem Kollektor vorgeschaltete Induktivität ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (14) an ihrem kollektorfernen Anschluß mit einer weiteren Stromquelle verbunden ist, die von der Betriebsstromquelle entkoppelt ist und eine gegen­ über der Betriebsspannung (Vb) wesentlich kleinere Span­ nung (Vc) hat.

2. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die weitere Stromquelle die zur Er­ zeugung der Basisspannung des Ausgangstransistors (13) vorgesehene Stromquelle hat.

3. Transistorverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangstransis­ tor (13) ein komplementärer Emitterfolger (23, 24) als Impedanzwandlerstufe nachgeschaltet ist.