DE962974C

DE962974C - Nichtlineare elektrische Schaltung

Info

Publication number: DE962974C
Application number: DEE4735A
Authority: DE
Inventors: Peter Frederick Thom Stillwell
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1950-12-06
Filing date: 1951-12-07
Publication date: 1957-05-02
Also published as: US2761919A; FR1054182A; GB709715A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 2. MAI 1957

E 4735 VIII a/2Ia¹

(Großbritannien)

Zusatz zum Patent 912

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft nicht-lineare elektrische Stromkreise und bezieht sich besonders auf sogenannte y-Schaltungen für Fernsehgeräte.

Im Bildsignalkanal einer Fernsehsendeeinrichtung ist gewöhnlich eine sogenannte y-Schakung zur Veränderung des Kontrastes der Bildsignale vorgesehen. Es ist gewöhnlich wünschenswert, den Kontrast herabzusetzen, und das bedeutet die Herabsetzung des Verhältnisses des Pegels der Signale, die helle Teile des Bildes darstellen, zu dem der Signale, die dunkle Teile des Bildes darstellen. Um eine derartige Herabsetzung im Kontrast zu erzielen, ist es notwendig, daß die /-Schaltung eine Verstärkung hat, die in einem Maße anwächst, wie der momentane Pegel der angelegten Signale vom Weißpegel zum Schwarzpegel abfällt. Eine y-Schaltung mit einer derartigen Charakteristik hat indessen einen Nachteil infolge der Tatsache, daß Erschütterungsgeräuschsignale unvermeidlich mit Bildsignalen gemischt sind. Derartige Geräuschsignale sind Wechselstromsignale und verursachen in einem Signalteil, der sonst Schwarz darstellen würde, das Auftreten von Spannungsabweichungen in der Grauregion der Signalpegel. Außerdem werden derartige Geräuschsignale beträchtlich erweitert durch eine y-Schaltung, deren Verstärkung, wie vorher angegeben, ein Maximum beim Schwarzpegel, hat, und treten in unangenehmer Weise in

Erscheinung bei Bildern, die von Signalen wiedergegeben werden, nachdem ihr Kontrast in einer derartigen Schaltung verändert worden ist. Sie erscheinen als Lichtflecke über dunklen Teilen des Bildes und verderben durch Herabsetzung des Kontrastes zu einem beträchtlichem Grad die Wirkung der v-Schaltung bei der Verbesserung des Kontrastes. Derartige Geräusohsignale sind selbstverständlich auch bei anderen Signalpegeln vorhanden, aber sie werden nicht in einem solchen Umfang durch die "/-Schaltung vergrößert und sind in jedem Falle viel weniger unangenehm bei wiedergegebenen Bildern, wenn sie ihre Wirkung in hellen Teilen des Bildes ausüben.

Eine ähnliche Schwierigkeit kann auftreten in anderen nichtlinearen Schaltungen, die eine Charakteristik haben, deren Verstärkung am größten für Signale von niedrigem Pegel ist.

Im Patent 912 701 sind Mittel zur Beseitigung der oben angegebenen Schwierigkeiten angegeben. Die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterbildung von Anordnungen dar, die -Gegenstand des Patents 912 701 sind.

Erfindungsgemäß wird eine nichtlineare Schaltung nach Anspruch 1 oder 2 des Patents 912 701 angegeben, worin eine einseitig leitende Vorrichtung, die einen Zustand hoher Impedanz und einen Zustand niedriger Impedanz hat und normalerweise in einem dieser Zustände gehalten wird, so angeordnet ist, daß sie in den anderen der Zustände übergeht in Abhängigkeit von Signalen in dem Pegelbereich, in dem die Verstärkungsherabsetzung auftritt, wobei die Vorrichtung in ihrem Zustand niedriger Impedanz einen Nebenschluß zu einer Impedanz darstellt, die im Zustand hoher Impedanz einen bestimmenden Einfluß auf die Verstärkung der Schaltung hat.

Gemäß einer Anwendung der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Schaltung angegeben, worin diese Impedanz nichtlinear ist und ihre Größe so gewählt ist, daß sie sich mit dem Momentanpegel der angelegten Signale derart ändert, daß hierdurch der Zuwachs der Verstärkung auftritt, und daß diese einseitig leitende Vorrichtung mit einer derartigen Vorspannung versehen ist, daß sie in ihrem Zustand hoher Impedanz bleibt, ausgenommen in Abhängigkeit von Signalen im Pegelbereich, in dem die Verstärkungsherabsetzung auftritt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen, die eine beispielsweise Ausführung der Erfindung darstellen, näher erläutert.

Fig. ι stellt eine nichtlineare Schaltung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung dar; Fig. 2 zeigt eine idealisierte Darstellung der Charakteristik, wie sie aus Fig. 1 erhalten wird;

Fig. 3 bis 5 stellen andere Beispiele von nichtlinearen Schaltungen gemäß der vorliegenden .Erfindung dar.

In der Zeichnung ist die Schaltung, die in Fig. 1 dargestellt ist, eine j'-Schaltung für ein Fernsehsenidegerät. Es enthält eine Verstärkerröhre 1, und es wird angenommen, daß Fernsehsignale an die Steuerelektrode dieser Röhre über einen Kondensator 2 mit einer solchen Polarität angelegt werden, daß ein Anwachsen in der Bildhelligkeit durch einen Anstieg des Potentials an der Steuerelektrode dargestellt wird. Die Eingangsschaltung der Röhre 1 enthält ferner eine Schwarzpegel-Klemmschaltung 3, die nur in Blockform dargestellt ist und von irgendeiner geeigneten Bauart sein kann, wie sie bereits vorgeschlagen wurde. Die Wirkungsweise einer solchen Schaltung 3 besteht darin, den Gleichstrompegel der Bildsignale in bezug auf Minima in den Bildsignalen einzuregulieren, so daß Signale, die Schwarz darstellen, auf einen gleichmäßigen Spannungspegel stabilisiert werden, unabhängig von der unerwünschten Einwirkung von Geräuschsignalen, wie sie oben erwähnt wurden. Die Röhre 1 hat einen Anodenbelastungswiderstand 4, der überbrückt ist durch eine Elektronenröhre 5 mit einer Steuerelektrode, die zu einer Anzapfung 6 an einem Potentiometer 7 geführt ist, das an einer Vorspannungsquelle, die in üblicher Weise bei 8 angegeben ist, liegt. Die Kathode der Röhre 5 ist mit der Anode der Röhre 1 und außerdem mit der Anode einer Diodenröhre 9 verbunden, deren Kathode mit der Kathode einer weiteren Röhre 10 verbunden ist, wobei die Kathode der zuletzt erwähnten Röhre ihrerseits durch einen Widerstand 11 geerdet ist. Die Anode der Röhre 10 ist mit der Betriebsspannungsleitung + HT verbunden und die Steuerelektrode zu einer anderen Anzapfung 12 an dem Potentiometer 7 geführt, die an einem Punkt höheren Potentials als die Anzapfung 6 liegt. Der Ausgang der Schaltung liegt an der Anode der Röhre 1.

Beim Betrieb der Schaltung stellt die Röhre 5, die so betrieben wird, daß sie auf einem nichtlinearen Teil ihrer Charakteristik arbeitet, einen nichitlinearen Widerstand dar, der den Widerstand^ überbrückt, und da der Pegel der Signale, die an die Steuerelektrode der Röhre 1 angelegt werden, mit sinkender Bildhelligkeit abfällt, steigt der Widerstand der Röhre 5 an und steigt auch die Verstärkung der Röhre 1 an, vorausgesetzt, daß die Diodenröhre 9 nichtleitend ist. Die Signale werden in ihrer Polarität an der Anode der Röhre 1 im Vergleich zu ihrer Steuerelektrode umgekehrt. Die Kathode der Diodenröhre 9 erhält eine Vorspannung mit dem Potential der Kathode der Röhre ro, das seinerseits wieder durch die Stellung der Anzapfung 12-bestimmt wird, und die Vorspannung ist so gewählt, daß die Diodenröhre 9 nichtleitend bleibt, bis der Signalpegel an der Anode der Röhre 1 einen Wert anzeigt, der einem Abfall an der Steuerelektrode der Röhre 1 ungefähr auf Schwarzpegel entspricht. Bei diesem Pegel befindet sich die Röhre 5 in einem Zustand geringer Leitfähigkeit und infolgedessen eines hohen Wider-Standes, und die Verstärkung der Röhre 1 ist hoch, aber da die Diodenröhre 9 leitend wird, so- werden der Widerstand 4 und die Röhre 5 durch die Diodenröhre 9 in Serie mit dem Kathodenwiderstand der Röhre 10, der einen geringen Wert hat, überbrückt. Die Verstärkung der Röhre 1 wird in-

folgedessen verhältnismäßig plötzlich herabgesetzt und bleibt auf einem geringen Wert für Pegel von angelegten Signalen herab bis zu Schwarz.

Die beschriebene Wirkungsweise wird durch die in Fig. 2 dargestellte Charakteristik erläutert, wobei die Abszissen den Spannungspegel der Eingangssignale V₁, die an die Steuerelektrode der Röhre ι angelegt werden, darstellen, während die Ordinaten (nicht notwendigerweise im selben Maßstab) den Spannungspegel der Ausgangssignale V₀, die von der Anode der Röhre ι erhalten werden, darstellen, wobei der Anfangspunkt 13 den Schwarzpegel sowohl für Vj wie V₀ darstellt. Zwischen den Punkten 14 und 15 auf der Charakteristik ist die Diodenröhre 9 nichtleitend, und in diesem Gebiet wächst der Abfall der Charakteristik progressiv, entsprechend dem Abfall des Signalpegels, wobei der Abfall die Verstärkung der Schaltung darstellt. Der Pegel der Eingangssignale, bei dem die Diodenröhre 9 zu leiten beginnt, wird durch Punkt 16 dargestellt, der die Abszisse des Pegels 15 ist, so daß zwischen dem Punkt 15 und dem Anfangspunkt der Abfall der Charakteristik verhältnismäßig niedrig ist. Der Spannungspegel des Punktes 16 kann z. B. so gewählt sein, daß er den Spitzenpegel des Erschütterungsgeräusches in der Schaltung gerade überschreitet, und die Folge des geringen Abfalls der Charakteristik unterhalb des Punktes 15 besteht darin, daß eine unerwünschte Ausdehnung der Erschütterungsgeräuschsignale in den schwarzen Gebieten herabgesetzt wird. Wenn die Diodenröhre 9 weggelassen wäre, so würde die dargestellte Charakteristik der Schaltung unterhalb des Punktes 15, worauf die punktierte Linie 17 hinweist, bis zu einem Wert maximaler Steilheit bei einem Anfangspunkt bei 18 weiter verlaufen.

Fig. 3 gibt eine Abwandlung der Fig. 1 wieder. Entsprechende Teile in diesen beiden Figuren sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die Diodenröhre 9 ist in Fig. 3 durch eine nichtlineare Vorrichtung ersetzt, in diesem Falle z. B. durch einen Germaniumkristall 19, der in die Kathodenleitung der Röhre 1 geschaltet ist. Der Kristall 19 ist durch einen großen Widerstand 20 überbrückt, der zu einem Punkt beträchtlichen negativen Potentials, das bei 21 angegeben ist, führt. Die Charakteristik, die mit dieser Schaltung erhalten wird, ist ähnlich der in Fig. 2 dargestellten. Für Signale, deren Pegel größer als 16 ist, bleibt der Germaniumkristall leitend und schließt den Widerstand 20 praktisch kurz, der infolgedessen einen zu vernachlässigenden Einfluß auf die Wirkungsweise der Schaltung hat. Wenn indessen der Signalpegel unter den Pegel 16 fällt, so geht der Kristall 19 in einen Zustand hohen Widerstandes über, und seine Nebenschlußwirkung auf den Widerstand 20 wird herabgesetzt. Der Widerstand 20 stellt dann eine erhebliche Gegenkopplung zur Eingangsschaltung der Röhre 1 dar, und die Verstärkung der Röhre wird gemäß dem Abfall der Charakteristik zwischen den Punkten 15 und 13 in Fig. 2 herabgesetzt.

Fig. 4 stellt eine andere Ausführungsform der .Schaltung gemäß Fig. 1 dar. In dieser Ausführungsform ist die Röhre 5 so angeordnet, daß ihre Anodenimpedanz den Widerstand 4 überbrückt entsprechend der Kathodenimpedanz der Röhre S in Fig. i. Um den Widerstand der Röhre 5 in dem gewünschten Sinne in Abhängigkeit vom Pegel der angelegten Signale zu verändern, ist eine Gegenkopplung über den Kondensator 22 von der Anode der Röhre 5 zu ihrer Steuerelektrode vorgesehen. Die Steuerelektrodenschaltung der Röhre 5 enthält ebenfalls eine Schwarzpegel-Klemmschaltung 23, die ähnlich der Schaltung 3 ist, um die Gleichstromkomponente wieder einzuführen, die bei der Übertragung der Gegenkopplungssignale über den Kondensator 22 verlorengegangen ist. Um mit der Abwandlung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, eine Charakteristik zu erhalten, die der in Fig. 2 dargestellten entspricht, werden die Bildsignale an die Steuerelektrode der Röhre 1 mit einer Polarität, die umgekehrt ist im Vergleich zu der in Fig. 1, angelegt, so -daß ein Anwachsen in der Bildhelligkeit durch einen Abfall im Potential dargestellt wird. In ähnlicher Weise ist die Diodenröhre 9 umgekehrt im Vergleich zu Fig. 1, aber abgesehen von den Änderungen, die durch die Umkehrung der Polaritäten und Röhren bedingt sind, ist die Wirkungsweise der Schaltung in Fig. 4 ähnlich der in Fig. ι beschriebenen.

Fig. 5 stellt eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine andere Form der /-Schaltung dar. Diese Schaltung enthält eine Röhre 24, die einen Widerstand 25 in ihrer Kathodenleitung hat, von solcher Größe, daß dadurch die Röhre 24 als kathodengekoppelte Röhre arbeitet. Die Bildsignale werden an die Steuerelektrode der Röhre 24 mit solcher Polarität gelegt, daß ein Anstieg in der Bildhelligkeit durch einen Anstieg des Potentials dargestellt wird. Es wird indessen angenommen, daß der Pegel der Signale derart festgeklemmt ist, daß Bildschwarz durch ein Potential von einigen Volt negativ (etwa — 3 Volt) an der Kathode der Röhre 24 dargestellt wird. Der Kathodenwiderstand 25 ist durch die Serienkombination eines Widerstandes 26 und einer Diode 27 überbrückt, wobei die Anode der letzeren mit dem das niedrigere Potential führenden Ende des Widerstandes 26 verbunden und ihre Kathode geerdet ist. Die Diode 27 ist ihrerseits durch die Serienkombination eines Widerstandes 28 und der Diode 29 überbrückt, die umgekehrt in bezug auf die Röhre 27 liegt, so daß ihre Kathode mit dem das niedrigere Potential führenden Ende des Widerstandes 28 verbunden und ihre Anode geerdet ist. Das Ausgangssignal wird der Schaltung an dem Verbindungspunkt zwischen 28 und 29 mittels der Leitung 30 entnommen. Die Kathode der Röhre 29 ist über einen großen Widerstand 31 zu einer Quelle positiver Vorspannung, wie durch den Pfeil 32 angedeutet, geführt.

Beim Betrieb der in Fig. 5 dargestellten Schaltung arbeitet die Kathode der Röhre 24 als Quelle für Bildsignale mit niedriger Impedanz, wobei angenommen wird, daß der Potentialpegel der Signale an der Kathode der Röhre 24 ursprünglich

hoch ist, ein Weißsignal darstellend, und daß die Diodenröhre 27 voll leitend ist. Unter dieser Bedingung bleibt die Röhre 29 nichtleitend, und wenn der Signalpegel an der Kathode der Röhre 24 abfällt, so geht die Diodenröhre 27 allmählich in einen Zustand mit höherem Widerstand über und veranlaßt dadurch, daß das Ausgangssignal der Schaltung sich im wesentlichen mit dem Abfall der Kurve zwischen den Punkten 14 und 15 in Fig. 2 ändert, wobei die Vorspannung, die an die Diode 29 angelegt wird, so ist, daß diese Röhre in diesem Bereich der Signalpegel nichtleitend gehalten wird. Wenn indessen der Signalpegel abfällt unter einen Wert, der durch den Punkt 16 in Fig. 2 dargestellt ist, so geht die Diode 29 in einen leitenden Zustand über und ruft eine beträchtliche Dämpfung hervor. Der Abfall der Charakteristik wird infolgedessen in Übereinstimmung mit dem Teil der Charakteristik zwischen den Punkten 15 und 13 in Fig. 2 herabgesetzt. Da die Diode 29 von der Kathode der Röhre 24 durch zwei Serienwiderstände 26 und 28 getrennt ist, von denen jeder z. B. den Wert von 1000 Ohm haben kann, während die Röhre 2^ nur durch einen einzigen Widerstand getrennt ist, so ist die Wirkung der Diodenröhre 29 schärfer als die der Röhre 27, und infolgedessen ist es möglich, eine Veränderung in dem Abfall der Charakteristik zu erhalten, wie sie beim Punkt 15 in der Fig. 2 auftritt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

■ i. Nichtlineare Schaltung nach Anspruch 1 oder 2 des Patents 912 701, gekennzeichnet durch eine einseitig leitende Vorrichtung, die einen Zustand hoher Impedanz und einen Zustand niedriger Impedanz hat und normalerweise in einem dieser Zustände gehalten wird, indessen so angeordnet ist, daß sie in den anderen der Zustände übergeht in Abhängigkeit von Signalen in dem Pegelbereich, in dem die Verstärkungsherabsetzung auftritt, wobei die Vorrichtung in ihrem Zustand niedriger Impedanz einen Nebenschluß zu einer Impedanz darstellt, die im Zustand hoher Impedanz dieser Vorrichtung einen bestimmenden Einfluß auf die Verstärkung der Schaltung hat.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschrift Nr. 520 549;

»Proc. IRE«, November 1950, S. 1301 bis 1305;

B.Chance: »Waveforms«, McGraw-Hill, S. 41, 58, 60, 70, 82, 86, 87, 692;

M. S. Kiver: »Fernsehen leicht gemacht«, 1949, S. 132 fr.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz nichtlinear ist und ihre Größe so gewählt ist, daß sie sich mit dem Momentanpegel der angelegten Signale derart ändert, daß hierdurch der Zuwachs der Verstärkung auftritt, und daß die einseitig leitende Vorrichtung mit einer derartigen Vorspannung versehen ist, daß sie in ihrem Zustand hoher Impedanz bleibt, ausgenommen in Abhängigkeit von Signalen im Pegelbereich, in dem die Verstärkungsherabsetzung auftritt.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz so gewählt ist, daß sie eine Gegenkopplung für eine Elektronenröhre in dieser Schaltung abgibt, und daß die einseitig leitende Vorrichtung eine derartige Vorspannung hat, daß sie in ihrem Zustand niederer Impedanz bleibt und die Impedanz unwirksam macht, eine kräftige Gegenkopplung zu bewirken, mit Ausnahme in Abhängigkeit von Signalen in dem Pegelbereich, wo die Verstärkungsherabsetzung auftritt.
4. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dämpfungsschaltung für die angelegten Signale mit einem Reihenarm und einem Querarm und einem Pfad, der die einseitig leitende Vorrichtung parallel zu dem Querarm enthält, wobei einer der Arme eine nichtlineare Impedanz enthält, deren Größe so gewählt ist, daß sie sich mit dem Momentanpegel der angelegten Signale ändert und hierdurch den Anstieg der Verstärkung bewirkt, und wobei die einseitig leitende Vorrichtung mit einer derartigen Vorspannung versehen ist, daß sie in ihrem Zustand hoher Impedanz bleibt, ausgenommen in Abhängigkeit von Signalen im Pegelbereich, wo der Abfall der Verstärkung auftritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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