DE1081508B

DE1081508B - Arrangement for gain control, especially for television signals

Info

Publication number: DE1081508B
Application number: DEF27790A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Emil Sennhenn
Original assignee: Fernseh GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1959-02-25
Filing date: 1959-02-25
Publication date: 1960-05-12

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verstärkungsregelung, insbesondere für Fernseihsignale, und hat sich zur Aufgabe gestellt, die bei der Verstärkungsregelung durch Verschieben des Arbeitspunktes auf der gekrümmten Kennlinie eines Verstärkers auftretenden nichtlinearen Verzerrungen auf ein Mindestmaß herabzusetzen.The invention relates to an arrangement for gain control, in particular for television signals, and has set itself the task of controlling the gain by shifting the operating point on the curved characteristic of an amplifier to reduce occurring non-linear distortions to a minimum.

Bei Verwendung eines einstufigen Regelverstärkers treten grundsätzlich nichtlineare Verzerrungen auf. Ihre Größe ist von der Form der Verstärkerkennlinie und von der Signalamplitude abhängig. Beispielsweise erreichen die Verzerrungen einer mit einer Signalamplitude von 0,5 V_as gesteuerten Röhre vom Typ EF 43 mit einem Kathodenwiderstand von 500 Ω, wenn die Verstärkung durch Erhöhen der Gittervorspannung im Verhältnis 3 :1 verringert wird, eine Größe von 5%.When using a single-stage control amplifier, non-linear distortions generally occur. Their size depends on the shape of the amplifier characteristic and the signal amplitude. For example, the distortion of an _{EF 43 type tube controlled with a signal amplitude of 0.5 V as} with a cathode resistance of 500 Ω, if the gain is reduced by increasing the grid bias in the ratio 3: 1, a magnitude of 5%.

Besonders hohe Anforderungen an die Linearität werden im Fernsehen gestellt, da nichtlineare Verzerrungen eine Veränderung der Abstufung der Helligkeitswerte im Bild zur Folge haben. Um die Verzerrungen bei der Verstärkung von Fernsehsignalen ausreichend klein zu halten, war man daher bisher gezwungen, dem geregelten Verstärker nur eine sehr kleine Eingangsspannung zuzuführen. Dies ist vielfach unerwünscht, wenn eine höhere Spannung, z. B. mit dem genormten Wert von 1 V_ss, vom Regelverstärker verarbeitet werden soll. Die Eingangsspannung muß dann vor der. Zuführung zum Regelverstärker abgeschwächt und nach diesem wieder verstärkt werden, was einen erhöhten Aufwand bedingt. Particularly high demands are placed on linearity in television, since non-linear distortions result in a change in the gradation of the brightness values in the image. In order to keep the distortions in the amplification of television signals sufficiently small, it was therefore previously necessary to supply the regulated amplifier with only a very small input voltage. This is often undesirable when a higher voltage, e.g. B. with the standardized value of 1 V _ss , is to be processed by the control amplifier. The input voltage must then before the. Feed to the control amplifier are weakened and amplified again after this, which requires increased effort.

Es ist bereits ein geregelter Verstärker für Fernsehsignale bekannt, der zwei in Kathodenkopplung verbundene Verstärkerstufen enthält, deren Verstärkung gleichzeitig in gleichem Ausmaß geändert wird. Da die Signalspannung in beiden Stufen mit entgegengesetzter Phase auftritt, kompensieren sich die durch die Kennlinienkrümmung verursachten nichtlinearen Verzerrungen. Eine vollständige Kompensation tritt jedoch nur dann ein, wenn die Steuerspannung für beide Stufen gleich groß ist, was in der Praxis nur bei einem sehr großen Kopplungswiderstand im Kathodenkreis der beiden Röhren annähernd erreicht werden könnte, Da die Größe des Kathodenwiderstandes jedoch begrenzt ist, ist die Steuerspannung der zweiten Stufe des kathodengekoppelten Verstärkers kleiner als die der ersten, so daß in der ersten Stufe ein größerer Bereich der Kennlinie ausgesteuert wird, als in der zweiten Ver-stärkerstufe, Da die Kennlinie in einem kleineren Bereich relativ weniger gekrümmt ist als in einem- größeren, so sind dadurch auch die nichtlinearen Verzerrungen in beiden. Verstärkerstufen verschieden und werden nur Anordnung zur Verstärkungsregelung,
insbesondere für FernsehsignaleA regulated amplifier for television signals is already known which contains two amplifier stages connected in cathode coupling, the gain of which is simultaneously changed to the same extent. Since the signal voltage occurs with opposite phase in both stages, the non-linear distortions caused by the curvature of the characteristic are compensated for. However, complete compensation only occurs if the control voltage is the same for both stages, which in practice could only be approximately achieved with a very large coupling resistance in the cathode circuit of the two tubes The control voltage of the second stage of the cathode-coupled amplifier is less than that of the first, so that a larger area of the characteristic curve is controlled in the first stage than in the second amplifier stage, since the characteristic curve is relatively less curved in a smaller area than in one- larger, so are the non-linear distortions in both. Amplifier stages different and are only arrangement for gain control,
especially for television signals

Anmelder:Applicant:

Fernseh G.m.b.H.,
Darmstadt, Am Alten Bahnhof 6Television GmbH,
Darmstadt, Am Alten Bahnhof 6

Dipl.-Ing. Emil Sennhenrj, Parmstadt-Arheilgen,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Emil Sennhenrj, Parmstadt-Arheilgen,
has been named as the inventor

zum Teil kompensiert, so daß das Ausgangssignal noch, erhebliche Verzerrungen aufweist. ■partially compensated so that the output signal still has considerable distortion. ■

Zur Vermeidung dieses Nachteiles werden bei einer Anordnung zur Verstärkungsregelung, insbesondere für Fernsehsignale, bei der zwei in Kathodenkopplung verbundene Verstärkerstufen gleichzeitig geregelt werden, erfindungsgemäß den beiden Stufen verschieden große Regelspanriungen zugeführt, wobei der Unterschied zwischen der kleineren der ersten Stufe und der größeren der zweiten Stufe zugeführten Regelspannung, zumindest bei minimaler Verstärkung, derart gewählt wird, daß sich die in den infolge der endlichen Größe des gemeinsamen Kathoderiwiderstandes verschiedenen Aussteuerbereichen der beiden Stufen auftretenden nichtlinearen Verzerrungen annähernd gleich groß sind und sich gegenseitig aufheben. Im Gegensatz zur bekannten Anordnung erhalten also die beiden Verstärkerstufen nicht die gleiche Regelspanniung, sondern der ersten Stufe, deren Kennlinie stärker anisgesteuert ist, wird eine kleinere Regelspannung zugeführt als der zweiten Stufe. Der Arbeitspunkt auf der Kennlinie fällt dann bei der zweiten Stufe in einen Bereich stärkerer Krümmung als bei der ersten Stufe. Bei geeigneter Wahl des Verhältnisses der Regelspannungen läßt es sich auf diese Weise erreichen, daß die in der zweiten Stufe auftretenden nichtlinearen Verzerrungen ebenso groß sind wie in der ersten Stufe, so daß eine praktisch vollständige Kompensation der in beiden -Stufen auftretenden Verzerrungen erreicht wenden kann. Bei voller Verstärkung, bei der der Arbeitspunkt im nahezu linearen Kennlinienbereich der Verstäfkerstufen liegt, können die Regelspannungen für beide Stufen gleich groß sein und brauchen erst mit abnehmender Verstärkung eine wachsende Differenz aufzuweisen.To avoid this disadvantage, in an arrangement for gain control, in particular for television signals, in which two amplifier stages connected in cathode coupling are controlled simultaneously are, according to the invention, the two stages different large standard clamping units supplied, with the difference between the smaller of the first stage and the larger control voltage fed to the second stage, at least with minimal gain, is chosen such that the in due to the finite size of the common cathode resistance different dynamic ranges of the two stages occurring non-linear distortions are approximately the same size and cancel each other out. In contrast to the known arrangement, preserved So the two amplifier stages do not have the same control voltage, but the first stage, their If the characteristic is more anise-controlled, a smaller control voltage is supplied than the second stage. Of the The operating point on the characteristic then falls in the second stage in a region of greater curvature than in the first stage. With a suitable choice of the ratio of the control voltages, this can be applied Way to achieve that the non-linear distortions occurring in the second stage are just as large are as in the first stage, so that a practically complete compensation of the distortions occurring in both stages can be achieved. at full amplification, at which the operating point is in the almost linear characteristic range of the amplifier stages is, the control voltages for both levels can be the same and need only with decreasing Gain to show a growing difference.

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Das Ausgangssignal kann im Anodenkreis der zweiten Verstärkerstufe abgenommen werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird jedoch das Ausgangssignal aus den Anodenkreisen beider Stufen entnommen, und die so erhaltenen gegenphasigen Ausgangsspannungen werden den Steuerelektroden von zwei weiteren, durch einen gemeinsamen Kathodenwiderstand gekoppelten Verstärkerstufen zugeführt. Im Anodenkreis" einer der beiden letztgenannten Stufen wird das Ausgangssignal abgenommen. Man erreicht auf diese Weise den Vorteil, daß die vom geregelten Verstärker abgegebene Ausgangsspannung doppelt so groß ist als bei Abnahme aus dem Anodenkreis der zweiten Stufe allein. Ferner gewinnt man auf diese Weise eine einfache Möglichkeit, durch Vertauschen der Leitungen von den Anoden der geregelten Verstärkerstufen zu den Steuerelektroden des zweiten kathodengekoppelten Verstärkers die Polarität des Ausgangssignals umzukehren.The output signal can be picked up in the anode circuit of the second amplifier stage. According to a In a further development of the invention, however, the output signal is taken from the anode circuits of both stages, and the antiphase output voltages thus obtained are fed to the control electrodes of two further amplifier stages coupled by a common cathode resistor. The output signal is picked up in the anode circuit "of one of the last two stages mentioned. Man achieves the advantage in this way that the output voltage delivered by the regulated amplifier is twice as large as in the case of a decrease from the anode circuit of the second stage alone. Furthermore, one wins in this way a simple way of switching over the lines from the anodes of the regulated Amplifier stages to the control electrodes of the second cathode-coupled amplifier the polarity of the Reverse output signal.

Zur Vergrößerung des Aussteuerbereiches der geregelten Verstärkerstufen kann ferner die Regelspannung über Klemmschaltungen nur während der Zeiten zugeführt werden, in denen das Signal einen gleichbleibenden Wert aufweist.The control voltage can also be used to enlarge the control range of the regulated amplifier stages can only be supplied via clamping circuits during the times in which the signal is constant Has value.

Die Erfindung soll nun an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Figur näher erläutert werden.The invention will now be explained in more detail with reference to the figure representing an embodiment will.

Die Verstärkerstufen des Regelverstärkers bestehen "aus zwei Röhrenverstärkern mit Eingitterröhren, die in einer Verbundröhre 1, z. B. vom Typ ECC 82 oder ECC 802 S, vereinigt sein können. Dem Gitter des ersten Systems wird die Eingangsspannung, ein Fernsehsignal α, zugeführt. Das Gitter des zweiten Systems ist durch den Kondensator 5 (z. B. 1 μΈ) für die Signalspannung kurzgeschlossen. Die beiden Verstärkersysteme sind durch den gemeinsamen Kathodenwiderstand 2 (z. B. 1 kQ) gekoppelt. Das zweite System wird dadurch in Gegenphase zum ersten System gesteuert, wobei die Steuerspannungen des zweiten Systems wegen der endlichen Größe des Kathodenwiderstandes 2 kleiner ist als die dem ersten System zugeführte Eingangsspanniung. Die Regelspannung wird den Gitterelektroden der beiden Verstärkerröhren über einen Spannungsteiler mit den Widerständen 6 (z.B. 16OkQ), dem Potentiometer 7 (z.B. 5OkQ) und dem Widerstände (z.B. 5OkQ) aufgebauten Spannungsteiler zugeführt, der zwischen einer negativen Spannung (z.B. —60V) und einer positiven Spannung (z.B. +150V) liegt. Die Zuführung der Regelspannung zum Gitter des ersten Systems erfolgt über den Widerstand4 (z.B. 1 MQ), zum Gitter des zweiten Systems direkt. Es kann aber auch in dieser Zuleitung ein Widerstand vorgesehen werden, um. die Zeitkonstanten der Regelung für beide Verstärkerstufen gleich zu machen.The amplifier stages of the variable gain amplifier consist "of two tube amplifiers with single-grille tubes which can be combined in a composite tube 1, for example of the ECC 82 or ECC 802 S type. The grid of the first system is supplied with the input voltage, a television signal α. The grid of the second system is short-circuited for the signal voltage by the capacitor 5 (e.g. 1 μΈ) . The two amplifier systems are coupled by the common cathode resistor 2 (e.g. 1 kΩ). The second system is thereby in phase opposition to The control voltage of the second system is smaller than the input voltage fed to the first system because of the finite size of the cathode resistance 2. The control voltage is fed to the grid electrodes of the two amplifier tubes via a voltage divider with resistors 6 (e.g. 16OkΩ), the potentiometer 7 (e.g. 5OkQ) and the resistors (e.g. 5OkQ) built-up voltage divider supplied between a negative voltage voltage (eg -60V) and a positive voltage (eg + 150V). The control voltage is supplied to the grid of the first system via the resistor4 (eg 1 MQ), to the grid of the second system directly. However, a resistor can also be provided in this lead in order to. to make the time constants of the regulation the same for both amplifier stages.

Der Spannungsteiler 6, 7, 8 und die an diesen angelegten Spannungen sind derart gewählt, daß in der linken Endstellung des Schleifers des Potentiometers 7 beide Verstärkersysteme eine Vorspannung erhalten, bei der beide Röhren ihre höchste Verstärkung aufweisen. Die Vorspannung kann z.B. — 2V betragen. Je weiter der Schleifer des Potentiometers 7 nach rechts bewegt wird, desto größer wird die negative Vorspannung für das Gitter des zweiten Verstärkersystems und desto geringer -wird dessen Verstärkung. Gleichzeitig wird durch Einschalten eines Widerstandes 9 (z. B. 1,4 kQ) parallel zu dem stromdurchflossenen Teil des Potentiometers 7 erreicht, daß sich beim Verstellen des Potentiometers von links nach rechts auch die Vorspannung des Gitters des ersten Verstärkersystems in negativere Gebiete verschiebt, jedoch in einem geringeren Ausmaß als die Vorspannung des Gitters des zweiten Systems. Die kleinste Verstärkung tritt in der rechten Endstellung des Potentiometers 7 auf. Durch die Bemessung der Widerstände des Spannungsteilers 6, 7, 8 sowie des Widerstandes 9 kann erreicht werden, daß die nichtlinearen Verzerrungen bei geringster Verstärkung, wo sie bei gleicher Gittervorspannung für beide Systeme am größten wären,The voltage divider 6, 7, 8 and the voltages applied to them are selected in such a way that in the left end position of the wiper of the potentiometer 7 both amplifier systems receive a bias voltage at which both tubes have their highest amplification. The bias voltage can be - 2V, for example. The further the wiper of the potentiometer 7 is moved to the right, the greater the negative bias for the grid of the second amplifier system and the lower its gain. At the same time, by switching on a resistor 9 (e.g. 1.4 kΩ) parallel to the current-carrying part of the potentiometer 7, when the potentiometer is adjusted from left to right, the bias of the grid of the first amplifier system is also shifted into more negative areas, but to a lesser extent than the bias of the grid of the second system. The smallest amplification occurs in the right end position of the potentiometer 7. By dimensioning the resistances of the voltage divider 6, 7, 8 and the resistor 9, it can be achieved that the non-linear distortions at the lowest gain, where they would be greatest for both systems with the same grid bias,

ίο praktisch vollständig kompensiert sind.ίο are practically fully compensated.

Die in beiden Systemen des geregelten Verstärkers auftretenden gegenphasigen Ausgangsspannungen werden von den Anodenwiderständen 10, 11 (z. B. je 800'Q) abgenommen und über Koppelkondensatoren 12, 13 auf die Steuerelektroden zweier weiterer Verstärkersysteme übertragen, 'die wieder in einer Verbundröhre 15 (z.B. vom Typ E 88 CC) vereinigt sein können. Die beiden Verstärkersysteme sind durch einen gemeinsamen / Kathodenwiderstand 16 (z. B.The out-of-phase output voltages occurring in both systems of the regulated amplifier are taken from the anode resistors 10, 11 (e.g. 800'Q each) and via coupling capacitors 12, 13 transferred to the control electrodes of two further amplifier systems, 'which are again in a composite tube 15 (e.g. of the type E 88 CC) can be combined. The two amplifier systems are through a common / cathode resistor 16 (e.g.

600 Q) gekoppelt und erhalten über die Gitterableitwiderstände 17,18 (z.B. je 1 MQ) eine konstante Vorspannung (z.B. aus einem Spannungsteiler 19, 20). Im Anodenkreis des zweiten Verstärkersystems der Verbundröhre 15 kann das Ausgangssignal an dem Anodenwiderstand 21 (z. B. 1 kQ) abgenommen werden.600 Q) coupled and obtained via the grid leakage resistors 17,18 (e.g. 1 MQ each) a constant bias voltage (e.g. from a voltage divider 19, 20). In the anode circuit of the second amplifier system of the composite tube 15, the output signal at the Anode resistance 21 (e.g. 1 kΩ) can be removed.

Durch den symmetrischen Schaltungsaufbau und Betrieb der Verstärkerstufen 15 tritt in dieser ebenfalls eine Kompensation der durch die Kennlinienkrümmung verursachten Linearitätsfehler auf.Due to the symmetrical circuit structure and operation of the amplifier stages 15, this also occurs compensation for the linearity errors caused by the curvature of the characteristic.

Durch Vertauschen der Verbindungsleitungen von den Anoden der Verbundröhre 1 zu den Gittern der Verbundröhre 15, z. B. mittels eines Umschalters 14, kann die Polarität des: Ausgangssignals umgekehrtBy swapping the connection lines from the anodes of the composite tube 1 to the grids of the Composite tube 15, e.g. B. by means of a switch 14, the polarity of the: output signal can be reversed

werden. \will. \

Ein praktisch ausgeführter Regelverstärker der be^ schriebenen Art weist bei der verhältnismäßig großen Eingangsspannung von 0,6 V_BS und einer im Verhältnis 3 :1 gegenüber der maximalen heruntergeregelten Verstärkung einen weit unterhalb des zulässigen Wertes liegenden Linearitätsiehler bei einer Ausgangsspannung von etwa 2V_BS auf. Der Verstärker verarbeitet auch noch größere Eingangsspannungen von etwa 1 V_ss, ohne daß der Fehler unzulässig großA practically implemented control amplifier of the type described has a linearity factor that is far below the permissible value at an output voltage of about 2V _BS _{with the relatively high input voltage of 0.6 V BS} and a ratio of 3: 1 compared to the maximum downregulated gain. The amplifier also processes even larger input voltages of around 1 V _pp without causing the error to be unacceptably large

+5 wird. Bei voller Verstärkung beträgt bei einer Eingangsspannung von etwa 0,2 V_ss die Ausgangsspannung etwa 2V_SS. Die Einstellung der Kompensation kann durch Verändern des Widerstandest erfolgen. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Anordnung ist, daß die durch die Kathodenwiderstände bewirkte starke Gegenkopplung einen weitgehenden Ausgleich der verschiedenen Röhrendaten bei verschiedenen Röhrenexemplaren vom gleichen Typ bewirkt, so daß die Röhren ohne Nachjustierung des Verstärkers ausgewechselt werden können..+5 becomes. At full gain is at an input voltage of about 0.2 V _ss, the output voltage about 2 V _SS. The compensation can be set by changing the resistance test. Another advantage of the arrangement described is that the strong negative feedback caused by the cathode resistances largely compensates for the various tube data in different tube specimens of the same type, so that the tubes can be replaced without readjusting the amplifier.

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for gain control, especially for television signals, with two through a common cathode resistor coupled, simultaneously regulated amplifier stages, thereby characterized in that both stages are supplied with control voltages of different sizes, where the difference between the smaller of the first stage and the larger of the second stage supplied control voltage, at least with minimal gain, is selected such that the different shapes due to the finite size of the common cathode resistance

Control ranges of the two stages occurring non-linear distortion approximately the same size are and cancel each other out.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the grid of the first tube is supplied with the variable control voltage from a fixed point of a voltage divider (6, 7, 8) and the grid of the second tube by the wiper of a potentiometer (7) lying on the negative side of the voltage tap and the potentiometer part between the wiper and the first voltage tapping point is bridged by a resistor (9).

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the regulated output signal taken from the anode circles of both stages

and the control electrodes of two further, coupled by a common cathode resistor Amplifier stages are supplied and one of the last two stages mentioned is removed from the anode circuit will.

4. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized by a switching device for Reversing the polarity of the output signal.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the control voltage is the regulated Steps is supplied via clamping circuits.

Considered publications:
IRE Transactions on Broadcast Transmission Systems, June 1957, pp. 6 to 9.

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