-
Schaltungsanordnung zum Steuern eines Wechselstrom-Spannungsteilers
durch Licht Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Steuern
eines Wechselstrom-Spannungsteilers, insbesondere im Videoverstärkerteil eines Fernsehempfängers,
durch veränderbare Beleuchtung eines im Spannungsteiler enthaltenen lichtempfindlichen
Widerstandes (Photoleiters) mit einer durch Wechselstrom gespeisten Lichtquelle.
-
Der Widerstand eines Photoleiters folgt im allgemeinen nicht unmittelbar
der Intensität des auffallenden Lichtes, sondern weist eine merkliche Nachwirkung
auf, so daß sich eine gewisse Trägheit ergibt. Der Widerstand ändert sich bei übergängen
etwa exponentiell, und man kann als Abklingdauer diejenige Zeit definieren, in der
sich bei einer plötzlichen Lichtänderung der Widerstandswert bis auf einen Rest
von lfe (etwa 3511/o) an den Endzustand angenähert hat. Vorzugsweise bei Verwendung
von Gasentladungslampen (z. B. Glimmlampen, Leuchtstofflampen) weist das Licht bei
Speisung mit Netzwechselstrom beträchtliche Schwankungen auf, die sich auf den Spannungsteiler
stark auswirken, da die Trägheitswirkung eines Photoleiters im allgemeinen erheblich
kleiner ist als eine Periode des Netzwechselstromes.
-
Wenn nun der Spannungsteiler selbst Wechselstrom führt, z. B. Niederfrequenz-
oder Videosignale, ergibt sich eine störende Modulation dieser Signale und gegebenenfalls
ein der Netzfrequenz oder einer Harmonischen davon entsprechender Störsignalanteil.
-
Um dies bei einem auf Momentanschwankungen ansprechenden lichtempfindlichen
Element, z. B. einer Photozelle, zu vermeiden, wird nach der britischen Patentschrift
581373 der die beleuchtende Glühlampe speisende Wechselstrom so verändert,
daß er eine etwa rechteckige Kurvenform aufweist. Solche Kurvenänderungen eines
Speisewechselstromes erfordern einen erheblichen Aufwand. Nach der britischen Patentschrift
566 429 wird bei einer Fernsehaufnahmekamera für eine mit Fluoreszenzlampen
beleuchteten Szene ein Teil des schwankenden Lichtes dem für schnelle Momentanschwankungen
empfindlichen Aufnahmeelement zugeführt und dadurch eine Kompensation erstrebt.
Für eine gute Wirkung muß dabei die Kompensationsschaltung mit engen Toleranzen
abgeglichen werden, und diese genaue Einstellung muß auch auf die Dauer beibehalten
bleiben, was ebenfalls beträchtlichen Aufwand bedingt.
-
Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art werden die
Auswirkungen des die Lichtquelle speisenden Wechselstromes in einfacher Weise mit
ausreichender Sicherheit vermieden, und es wird eine ungestörte übertragung von
Wechselstromsignalen über den lichtempfindlichen Widerstand erreicht, wenn gemäß
der Erfindung die Schwankungen des Speisewechselstromes der Lichtquelle vom Photoleiter
ferngehalten werden.
-
Dies kann erreicht werden durch Maßnahmen an der Lichtquelle, durch
die das Entstehen von Helligkeitsschwankungen verhindert wird, oder durch Maßnahmen
am Photoleiter, durch die eine Änderung des Widerstandswertes durch die Helligkeitsschwankungen
vermieden wird, oder durch die Anordnung von Ausgleichsmitteln zwischen Lichtquelle
und Photoleiter, durch die die übertragung der Helligkeitsschwankungen auf den Photoleiter
unterbunden wird.
-
Helligkeitsschwankungen der Lichtquelle können vermieden werden durch
Verwendung einer Glüh-
lampe, deren Glühfaden eine hohe Wärmeträgheit besitzt.
Dies wird insbesondere erreicht bei Verwendung eines Glühfadens aus verhältnismäßig
dickem Draht; es ist daher zweckmäßig, eine Glühlampe niedriger Spannung, z. B.
zwischen 0,5 und 6 Volt, zu verwenden. Auch eine Benutzung mehrerer
Lichtquellen, die derart von in der Phase gegeneinander verschobenen Wechselströmen
gespeist werden, daß die Helligkeitsmaxima und -minima sich gegenseitig überdecken,
kommt in Betracht.
-
Die gewünschte Wirkung läßt sich weiter dadurch erzielen, daß die
Periode des Speisewechselstromes für die Lichtquelle wesentlich kleiner ist als
die Abklingdauer des Photoleiters. Bei gegebener Frequenz des Speisewechselstromes
soll also ein Photoleiter mit entsprechend großer Abklingdauer verwendet
werden;
wenn jedoch der Photoleiter und seine Abklingdauer gegeben sind, muß ein Speisewechselstrom
gewählt werden, dessen Periode in dem erwähnten Maße kürzer ist. Dies ist insbesondere
dann bedeutsam, wenn die Abklingdauer in der Größenordnung der Periode des Netzwechselstromes
liegt; die Speisung der Lichtquelle soll dann aus einer ge - genüber dem
Netz wesentlich höherfrequenten Stromquelle erfolgen. In einem Fernsehgerät kann
dazu die Zeilenablenkschaltung herangezogen werden.
-
Eine direkte Messung der Abklingdauer des Photoleiters kann man vermeiden,
wenn man den Photowiderstand mit einer Wechsellichtquelle beleuchtet und die Frequenz
der Lichtwechsel regelt, z. B. in einem Bereich zwischen 20 und 200 Hz. Die am Photoleiter
auftretenden Widerstandsschwankungen kann man an einem Oszillographen sichtbar machen
oder in anderer Weise messen. Es kann dann eine Grenzfrequenz bestimmt werden, bei
der die Widerstandsänderung auf 70 % des Widerstandes bei heller Dauerbeleuchtung
zurückgegangen ist. Die gewünschte Unabhängigkeit des Widerstandes wird dann erreicht,
wenn die Frequenz der Helligkeitsschwankungen der Lichtquelle wesentlich höher ist
als diese Grenzfrequenz.
-
Die Auswirkungen von Intensitätsschwankungen der Lichtquelle können
auch dadurch vermieden werden, daß ein Lichtspeicher in der Nähe des Photoleiters
angeordnet wird. Dieser nimmt während der Helligkeitsmaxima Licht auf und gibt es
während der Helligkeitsminima wieder ab. Zweckmäßig verwendet man phosphoreszierendes
Material, dessen Nachleuchtdauer erheblich größer, vorzugsweise 10- bis 1000mal
größer, ist als die Periode des Speisewechselstromes. Da die Helligkeit des durch
Phosphoreszenz ausgestrahlten Lichtes im allgemeinen erheblich geringer ist als
die Helligkeit des eingestrahlten Lichtes, ist es günstig, das phosphoreszierende
Material als, insbesondere lichtdurchlässige, Schicht zwischen Lichtquelle und Photoleiter
anzuordnen. Dann wird das eingestrahlte Licht nur geschwächt, das Phosphoreszenzlicht
jedoch praktisch unbeeinflußt zum Photoleiter durchgelassen, so daß das Intensitätsverhältnis
günstiger wird.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert, die in F i g. 1 einen Teil eines Fernsehempfängers mit einer
Schaltungsanordnung nach der Erfindung zeigt, während in F i g. 2 und
3 die Anordnung einer Glühlampe und eines Photoleiters mit einer verstellbaren
Blende bzw. mit einer Phosphoreszenzschicht dargestellt ist.
-
Die Fernsehsignale werden dabei dem Gitter einer Videoverstärkerpentode
1, z. B. vom Typ PL 83, zu-J.eführt, Cr deren Kathode geerdet
ist. Ihr Schirmgitter ist über einen Vorwiderstand 2 von z. B. 4 kOhm mit dem positiven
Pol der andererseits geerdeten Speisequelle von z. B. 200 Volt verbunden und über
einen Kondensator 3 von z. B. 8 pF geerdet, die i Anode der Röhre
1 über eine Induktivität 4 und einen Widerstand 5 von z. B.
3 kOhm mit dem positiven Pol verbunden. An der Anode der Röhre
1
treten die verstärkten Video- und Synchronsignale auf, die der Bildröhre
6 und dem Ablenkgerät 7 1 zugeführt werden.
-
Bei einem Fernsehempfänger ist es wichtig, den Kontrast,
d. h. die Amplitude der der Bildröhre zugeführten Videosignale, zu ändern,
insbesondere um eine Anpassung an die Wünsche der Zuschauer zu ermöglichen. Bei
bekannten Schaltungen wurde die Kontrastregelung dadurch vorgenommen, daß die Verstärkung
der vorangehenden Stufen, insbesondere des Zwischenfrequenzteiles, geändert wurde.
Dadurch kann sich auch der Arbeitspunkt der Videoröhre ändern, und es kann eine
Verschiebung des Schwarzwertes eintreten. Ferner tritt eine Änderung der Amplitude
der den Ablenkstufen zuzuführenden Synchronimpulse ein. Dies macht zusätzliche Schaltungen
zum Ausgleich dieser Änderungen erforderlich. Eine wesentlich einfachere Lösung
ergibt sich, wenn die Signalamplitude bis zum Ausgang des-Videoverstärkers konstant
gehalten wird und die gewünschte Regelung des Kontrastes durch einen zwischen Videoröhre
und Bildröhre angebrachten Spannungsteiler erfolgt. Da ein solcher Spannungsteiler
Videofrequenz führen muß, also Schwingungen von 0 bis 5 MHz, muß darauf
geachtet werden, daß insbesondere der veränderliche Teil möglichst wenig zusätzliche
Elemente aufweist, damit nicht die Streukapazitäten des Videokanals in unzulässiger
Weise erhöht und damit die übertragung für die hohen Frequenzen beeinträchtigt wird.
Die Verwendung eines mechanisch einstellbaren Widerstandes, der außerdem noch von
außen bedienbar sein müßte, ist daher zu vermeiden.
-
Eine günstige Lösung erhält man, wenn man einen Spannungsteiler verwendet,
der einen lichtempfindlichen Widerstand (Photoleiter) benutzt, dessen Widerstandswert
durch eine regelbare Belichtung verändert wird. Da in den üblichen Geräten für die
Speisung einer Lichtquelle im allgemeinen nur Wechselstrom zur Verfügung steht,
ergeben sich die eingangs erwähnten Schwierigkeiten einer periodischen Widerstandsänderung
durch Helligkeitsschwankungen.
-
Bei der Anordnung nach Fig. 1 besteht der Spannungsteiler aus
dem Photoleiter 10, der in Reihe mit einem Widerstand 11 von z. B.
18 kOhm zwischen der Anode der Röhre 1 und dem Pluspol eingeschaltet
ist. Die Kathode der Bildröhre 6 ist an den Verbindungspunkt der Widerstände
10 und 11
angeschlossen. Die der Bildröhre 6 zugeführte Videospannung
wird somit je nach dem Verhältnis des Widerstandes des Photoleiters
10 zum Wert des Festwiderstandes 11 geändert; vorzugsweise wird ein
Photoleiter 10 verwendet, dessen Wert bei fehlender Beleuchtung etwa
10 bis 30 kOhm oder wesentlich mehr beträgt, während bei einer Beleuchtungsstärke
von 1000 Lux der Widerstand auf etwa 100 bis 3000hm zurückgeht. Der
Wert des Photoleiters10 wird durch das Licht einer Glühlampe12 gesteuert, z.B. dadurch,
daß zwischen der Glühlampe12 und dem Photoleiter 10 eine verstellbare Blende
13 angeordnet ist.
-
Nach der Erfindung wird der Speisewechselstrom für die Glühlampe 12
der Zeilenablenkschaltung 7
entnommen. Die obenerwähnte Grenzfrequenz
üb-
licher Photoleiter liegt etwa zwischen 20 und 150 Hz. Da die Zeilenfrequenz
etwa 15 kHz beträgt, wirken sich die Belichtungsschwankungen nicht auf den
Widerstandswert des Photoleiters 10 aus.
-
Eine Änderung der Helligkeit der Lichtquelle 12 ist natürlich auch
durch einen Reihen- und/oder Parallelwiderstand im Zuleitungskreis veränderbar,
wie es bei 14 punktiert angedeutet ist. Die Zuleitung
für die Lichtquelle
12 kann an eine geeignete Anzapfung passender Spannung des Zeilen/Ablenktransformators
angeschlossen werden. Man kann auch von einer eine viel höhere Spannung liefernden
Anzapfung ausgehen, wenn man einen Vorwiderstand, z. B. einen Kondensator oder eine
Induktivität einschaltet. Die Regelung der Helligkeit der Lichtquelle 12 erfolgt
in diesem Fall zweckmäßig durch einen ihr parallelliegenden Widerstand. Natürlich
ist es auch möglich, eine Glühlampe 12 zu verwenden, deren Betriebsspannung mit
der Spannung an der gewünschten Anzapfung des Zeilentransformators übereinstimmt,
die z. B. 110 V beträgt.
-
Bei Widerstandsänderung des Photoleiters 10 verschiebt sich
im allgemeinen auch die Lage des Schwarzpegels an der Bildröhre 6. Um dies
auszugleichen, kann dem Photoleiter 10 bzw. dem Widerstand 11 ein
Potentiometer 15 von z. B. 50 kOhm parallel geschaltet sein, dessen
Schleifer über einen Vorwiderstand 16 von z. B. 47 kOhm mit einem Helligkeitspotentiometer
17 verbunden ist, das andererseits an Erde liegt. An den Schleifer des Helligkeitspotentiometers
17 ist über einen Vorwiderstand 19 von z. B. 100 kOhm eine
weitere Steuerelektrode der Bildröhre 6, z. B. der Wehneltzylinder, angeschlossen,
wobei zur Vermeidung von Brummstörungen noch ein Glättungskondensator
18 von z. B. 5 pF zwischen dem Schleifer des Potentiometers
17
und Erde eingeschaltet ist.
-
Eine Anderung des Schwarzpegels bei Regelung des Photoleiters
10 kann auch dadurch vermieden werden, daß der Widerstand 11 nicht
an den Pluspol, sondern an einen dem Schwarzpegel entsprechenden Potentialpunkt
angeschlossen wird.
-
Dies ist in F i g. 1 gestrichelt angedeutet durch einen Spannungsteiler
aus den Widerständen 28 und 29, der parallel zur Speisequelle gelegt
ist. Sein Abgriff ist mit dem Widerstand 11 verbunden. Dieser Spannungsteiler
kann gegebenenfalls ein Potentiometer enthalten, um den gewünschten Pegelwert einstellen
zu können. In der angegebenen Schaltung soll die Impedanz zwischen der Kathode der
Röhre 6
und der Speisequelle durch den Spannungsteiler 28,
29
nicht wesentlich geändert werden, daß heißt, daß die durch Parallelschaltung der
Widerstände 28 und 29 erhaltene Impedanz klein sein soll gegenüber
dem Wert des Widerstandes 11. Dadurch können sich für die Widerstände
28 und 29 gegebenenfalls Werte ergeben, die eine unerwünschte Belastung
der Speisequelle mit sich bringen. Eine Verbesserung kann erreicht werden, wenn
der Widerstand 11 weggelassen und durch eine direkte Verbindung ersetzt wird
und wenn dafür die unter Berücksichtigung des gewünschten Spannungsteilerverhältnisses
bemessenen Widerstände 28 und 29 entsprechend größere Werte aufweisen.
Dadurch kann der die Speisequelle belastende Querstrom wesentlich vermindert werden.
-
F i g. 2 zeigt eine Anordnung zur Änderung der Belichtung des
Photoleiters 10 mit Hilfe einer verstellbaren Blende 13.
-
Auf einem Chassis 20 ist eine Glühlampe 12 angeordnet, die über Anschlußdrähte
21 mit der Stromquelle verbunden ist. Neben der Glühlampe 12 ist der Photoleiter
10 angeordnet, dessen Anschlüsse 22 in den betreffenden Spannungsteiler eingeschaltet
sind. In einer Wand 23 des Gerätegehäuses ist eine Achse 24 gelagert, die
einerseits einen Verstellknopf 25 und andererseits die Blendenscheibe
13 trägt. Die Kante der Blendenscheibe ist etwa spiralförmig ausgebildet,
wie insbesondere in F i g. 3 erkennbar ist, die einen Schnitt senkrecht zur
Achse 24 darstellt. Beim Bewegen des Knopfes 25 schiebt sich die Blende
13 zwischen die Lichtquelle 12 und den Photoleiter 10 derart, daß
der Photoleiter zunehmend schwächer belichtet wird und damit sein Widerstand ansteigt,
so daß die erstrebte Änderung im Spaniungsteiler 10, 11 eintritt.
-
Auch wenn die Glühlampe 12 über die Leitung 21 an eine Stromquelle
von Netzfrequenzen angeschlossen ist, lassen sich die Wirkungen der Lichtschwankungen
beseitigen oder wenigstens wesentlich verringern, wenn zwischen der Lichtquelle
12 und dem Photoleiter 10 eine Platte 26 angeordnet ist, die eine
Schicht phosphoreszierenden Materials trägt. Diese Platte kann einen gewissen Ausgleich
der Helligkeitsschwankungen bewirken, so daß störende Widerstandsschwankungen des
Photoleiters 10 vermieden sind.