DE1271201B - Schaltungsanordnung zur Fernsteuerung der Verstaerkung eines breitbandigen Signals - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03g

Deutsche Kl.: 21 a2-18/07

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 71 201.5-31
18. Januar 1966
27. Juni 1968

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung zur Fernsteuerung der Verstärkung (oder Dämpfung) eines breitbandigen Signals, z. B. zur Steuerung eines Verstärkers für ein Fernseh-Videosignal.

Die Fernsteuerung der Verstärkung eines Breitbandverstärkers, beispielsweise eines Videoverstärkers, läßt sich besonders bei einem transistorisierten Verstärker ohne Änderung des Frequenzganges des Verstärkers nur schwer durchführen. Bekannte Schaltungen zur Fernsteuerung der Verstärkung haben einen oder mehrere der folgenden Nachteile: geringer Steuerbereich, unzureichende Bandbreite, Linearität oder Amplitudenbereich, unzureichende Temperaturstabilität, d. h. zu starke Abhängigkeit von Temperaturänderungen, sowie unzureichende Genauigkeit und Konstanz in dem Zusammenhang zwischen der Einstellung der Verstärkungssteuerung und der wirklich erzielten Verstärkung. Bei transistorisierten Breitbandverstärkern tritt bei bekannten Schaltungen mit der Verstärkungseinstellung stets eine unerwünschte ao Änderung des Frequenzganges auf. In vielen Fällen bewirken lange Leitungen zwischen einem Fernbedienungspunkt und Punkten in der Verstärkerschaltung eine Verschlechterung der Qualität, insbesondere des Frequenzganges, des mit dem Verstärker verstärkten as Signals.

Zur Erzielung einer einfachen Fernbedienung ist es bekannt (deutsche Auslegeschrift 1118 260), ein Videosignal über einen Spannungsteiler zu führen, der einen wärme- oder lichtempfindlichen Widerstand enthält, und diesen Widerstand mit einer Quelle zu erwärmen oder zu beleuchten, deren Intensität zwecks Änderung der Verstärkung einstellbar ist. Die Quelle ist dabei von dem wärme- oder lichtempfindlichen Widerstand elektrisch getrennt und wird beispielsweise über ein Kabel in der Intensität gesteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen Schaltung die Stabilität, d. h. die Unabhängigkeit der einmal eingestellten Verstärkung von der Temperatur und der Intensität der Quelle, zu erhöhen.

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur Fernsteuerung der Verstärkung eines breitbandigen Signals mittels eines Spannungsteilers mit einem die Verstärkung bestimmenden wärme- oder lichtempfindliehen Widerstand, der durch eine vom Widerstand elektrisch getrennte Quelle erwärmt oder beleuchtet wird, deren Intensität zwecks Änderung der Verstärkung einstellbar ist.

Die Erfindung besteht darin, daß der Spannungsteiler mit einem zur Verstärkungsänderung durch einen Widerstand einstellbaren Gleichstrom gespeist Schaltungsanordnung zur Fernsteuerung der
Verstärkung eines breitbandigen Signals

Anmelder:

The Marconi Company Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,

3000 Hannover, Göttinger Chaussee 76

Als Erfinder benannt:

Roger Wakefield Fenton, Writtle, Essex;

George Leslie Cooper,

Chelmsford, Essex (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 19. Januar 1965,

vom 16. Dezember 1965 (2377)

und aus dem Verhältnis der Gleichspannung an einem Punkt des Spannungsteilers und einer Bezugsgleichspannung eine Stellgröße gewonnen wird, die die Intensität der Quelle und damit den Wert des Widerstandes so steuert, daß das genannte Verhältnis annähernd konstant bleibt.

Es sind zwar Schaltungen bekannt (deutsche Patentschrift 690 807), bei denen ein Signal über einen Spannungsteiler mit einem stromabhängigen Widerstand geführt wird, dessen Wert durch Veränderung des ihn durchfließenden Stromes geändert wird. Hier wird aber keine vom Widerstand elektrisch getrennte Wärme- oder Lichtquelle verwendet, und die Spannung zur Steuerung des Widerstandes wird auch nicht durch Vergleich zweier Gleichspannungen gewonnen.

Es ist auch eine Brückenschaltung bekannt (deutsche Patentschrift 1057 650), die einen Heißleiter enthält, dessen Wert zwecks Änderung der Amplitude eines Signals veränderbar ist. Hier wird aber ebenfalls der Wert des Heißleiters durch eine einstellbare Fremdheizung direkt und nicht über eine vom Widerstand getrennte Wärmequelle beeinflußt. Von der erfindungsgemäßen Schaltung zur Erzeugung der Steuerspannung für die Wärmequelle wird ebenfalls nicht Gebrauch gemacht.

809 567/599

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Durch die erfindungsgemäße Schaltung wird eine die Widerstände Al₃ R 2 und R 6 gebildet. Eine besonders hohe Stabilität erreicht, weil es sich um Lichtquelle L ist so angeordnet, daß sie den Widereine Regelschaltung handelt, die auch bei Schwan- stand R 5 beleuchtet. Der Widerstand R 5 ist in der klingen in der Temperatur der Bauelemente oder der Praxis eine Photozelle. Baueinheiten, die eine solche Intensität der Lampe immer selbsttätig den wärme- 5 Zelle und eine Beleuchtungslampe enthalten, sind oder lichtempfindlichen Widerstand nachregelt. Da- handelsüblich. Eine nicht dargestellte Gleichspandurch wird die Amplitude des einmal eingestellten nungsquelle ist von Klemmen 2 an ein Paar gegen-Videosignals auch über lange Zeiten konstant ge- überliegender Brückenpunkte a, b angeschlossen. Ein halten. Gleichspannungsdifferenzverstärker A1, dessen Aus-Der wärme- oder lichtempfindliche Widerstand io gang die Lichtquelle L speist, ist mit seinen beiden kann auch durch einen Widerstand ersetzt werden, Eingängen mit den beiden anderen gegenüberliegendessen Wert von der Stärke eines angelegten magne- den Brückenpunkten c, d verbunden. Der Brückentischen Feldes abhängig ist. punkt d ist über einen Breitbandverstärker A 2, der

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- über das ganze Frequenzband eine Phasenumkehr bedung liegt der Widerstand in einem Zweig einer 15 wirkt, mit der Videosignalausgangsklemme 3 verbun-Wheatstone-Brücke, deren gleicher oder anderer den, während über dem Verstärker A 2 ein RückZweig die Mittel zur Einstellung des Gleichstromes kopplungswiderstandi?7 liegt, enthält, wobei das Ausgangssignal von einem ersten Der Widerstand A4 und der Kondensator Cl ver-Brückenpunkt eines Zweiges abgenommen wird, der hindern, daß das an die Klemme 1 angelegte und über dem die Bezugsgleichspannung führenden zweiten ao den Koppelkondensator C 2 eingekoppelte Video-Brückenpunkt gegenüberliegt. Das in der Verstärkung signal die Fernsteuerschaltung mit dem Widerstand einstellbare Videosignal wird beispielsweise einem R 3 und seinen Zuleitungen erreicht, so daß diese Verstärker zugeführt, der über den ganzen Frequenz- Schaltung in erwünschter Weise nur einen Gleichbereich eine Phasenumkehr bewirkt und dessen Ein- strom führt. Die Eingangs- und Ausgangsspannungen gangswiderstand einen Teil des Spannungsteiles bildet. 25 des Differenzverstärkers A1 sind so gepolt, daß die Über diesem Verstärker kann eine Rückkopplungs- Lichtstärke der Quelle L und damit der Wert des schaltung liegen, die so bemessen ist, daß der Ein- Widerstandes 5 so gesteuert werden, daß die Brücke gangswiderstand des Verstärkers klein ist. Bei einer bei Änderung des Widerstandes i?3 stets abgeglichen Schaltung mit einem solchen Verstärker kann der bleibt. Je größer die Verstärkung des Verstärkers A1 wärme- oder lichtempfindliche Widerstand statt in 30 ist, um so genauer wird der Brückenabgleich eingeeinem Zweig der Wheatstone-Brücke in der Rück- halten,
kopplungsschaltung des Verstärkers liegen. Wenn die Brücke abgeglichen ist, gilt die Gleichung

Wenn eine schnelle Verstärkungsänderung erwünscht ist, wird vorzugsweise ein lichtempfindlicher £3 _|_ ^ 4 _j_ 2J5 _RljJlo_ (i) Widerstand verwendet, wobei die Quelle eine Licht- 35 R2 ' quelle ist. Wenn eine gewisse Trägheit bei der Ver- das heißt
Stärkungseinstellung zulässig ist, kann ein wärme- R1-R6

empfindlicher Widerstand in Verbindung mit einer R5= — R3 — R4. (2)

Wärmequelle verwendet werden. ^ ^

Die Einstellung des Gleichstromes zwecks Verstär- 40

kungsänderung kann mit einer veränderbaren Gleich- Der Wert des Widerstandes R 5 steht also im line-

spannung oder mit einem veränderbaren Widerstand aren Zusammenhang mit dem Wert des Widerstandes

erfolgen. R3, wenn die Verstärkung des Differenzverstärkers

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der A1 als unendlich angenommen wird. Diese Annahme

Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher er- 45 ist in der Praxis zulässig, weil die Verstärkung des

läutert. Verstärkers so bemessen werden kann, daß der Fehler

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild der Erfindung in dem Wert des Widerstandes RS kleiner als 1% ist.

und .- Der Widerstand R 5 bildet den Innenwiderstand

Fig. 2 ein zugehöriges Ausführungsbeispiel; der Signalquelle für den Verstärker A2, wenn man

Fig. 3 und 4 zeigen das Prinzipschaltbild und ein 50 annimmt, daß die Klemme 1 von einer nicht darge-

praktisches Ausführungsbeispiel einer anderen Aus- stellten Signalquelle mit einem Innenwiderstand Null

führungsform der Erfindung. gespeist wird. Es ist ersichtlich, daß der Widerstand

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Be- RS Teil eines Potentiometers bildet und daß der Einzugsziffern versehen. Die in den F i g. 2 und 4 dar- gangswiderstand des Verstärkers A 2 einen weiteren gestellten Werte und Typen der Schaltungselemente 55 Teil dieses Potentiometers bildet. Die Schaltung ist sind nur als Beispiel gedacht und für die Erfindung so bemessen, daß dieser Eingangswiderstand etwa nicht wesentlich. Sie sind geeignet für die Verstärkung Null und demzufolge die Videoeingangsspannung am eines Videosignals von etwa 20 Hz bis 20 MHz. Verstärker A 2 sehr klein ist. Demzufolge erhält der

In F i g. 1 wird das Videoeingangssignal von einer Differenzverstärker A1 zwischen seinen Eingangs-Klemme 1 über einen Koppelkondensator C 2 einem 60 klemmen nur ein sehr kleines Videosignal, so daß Ende eines lichtempfindlichen Widerstandest5 zu- seine Wirkungsweise als reiner Gleichspannungsvergeführt, der in einem Zweig einer Wheatstone-Brücke stärker praktisch nicht gestört wird, selbst wenn ein mit den Brückenpunkten a, b, c, d liegt. Derselbe großes Videoeingangssignal an die Klemme 1 ange-Zweig enthält außerdem einen Widerstand A4 und legt wird.

einen in größerer Entfernung angeordneten einstell- 65 Die wirksame Spannungsverstärkung (Verhältnis

baren Widerstand R 3, der zur Verstärkungseinstel- Ausgangsspannung zu Eingangsspannung) des Ver-

lung dient und parallel zu einem Kondensator Cl stärkers A2 ist etwa gleich dem Verhältnis RlIR5.

liegt. Die anderen drei Brückenzweige werden durch Der Wert des Widerstandes Ä 5 ergibt sich aus der

obengenannten Gleichung (2). Daher ist die wirksame Verstärkung des Verstärkers A 2 durch Einstellung des Widerstandes R3 veränderbar. Der Wert des Widerstandes R 5 ist in der Praxis von Änderungen der Umgebungstemperatur abhängig. Dies wird jedoch dadurch ausgeglichen, daß unerwünschte Verstärkungsänderungen durch die Wirkung des Verstärkers A1 eine Steuerung des Lichtes der Lichtquelle L bewirken und auf diese Weise automatisch Änderungen im Wert des Widerstandes R5 ausgleichen, die andernfalls durch Temperaturänderungen entstehen würden. Auf diese Weise ist die Gesamtverstärkung der Schaltung im wesentlichen durch die Einstellung des Widerstandes R 3 und den Wert des Rückkopplungswiderstandes R 7 bestimmt. Wie aus der Schaltung ersichtlich, erfolgt die Einstellung der Verstärkung lediglich durch Einstellung eines Gleichstromes. Da keine elektrische Verbindung zwischen der Lichtquelle L und dem gesteuerten Widerstand R 5 besteht, hat die Verstärkungseinstellung auch keinen Einfluß auf den Frequenzgang.

Die dargestellte Schaltung läßt sich in vielfältiger Weise abändern. Beispielsweise könnte an Stelle des veränderbaren Widerstandes R3 zur Verstärkungseinstellung eine einstellbare Spannungsquelle zwischen den Brückenpunkten α und e liegen. Bei einer solchen Ausführungsform wäre die Verstärkung der Schaltung bestimmt durch die an die Klemme 2 angelegte Gleichspannung, durch die Einstellung der einstellbaren Spannungsquelle zwischen den Punkten α und e und den Wert des Widerstandes Rl. Außerdem könnte der durch die Lichtquelle L beleuchtete Widerstand RS in einen anderen Brückenzweig verlegt werden. Bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltung ist jedoch der Gesamtwiderstand in dem Brückenzweig zwischen den Punkten α und d bei Brückenabgleich für alle Einstellungen des Widerstandes R 3 derselbe, so daß die Gleichspannungen und Widerstände der Schaltung für den Differenzverstärker A1 ebenfalls dieselben bleiben. Dieses vereinfacht die Bemessung des Verstärkers A1. Der Verstärker A 2 und der Rückkopplungswiderstand jR 7 sind nicht wesentlich und können weggelassen werden, da der Widerstand R 6 ebenfalls einen Teil des Potentiometers bildet und die Ausgangsvideospannung von dem Punkt d abgenommen werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird es jedoch im allgemeinen notwendig sein, beispielsweise mit einem Tiefpaßfilter Videosignale von dem Eingang des Verstärkers A1 fernzuhalten.

Die ausführlicher dargestellte Schaltung nach Fig. 2 bedarf keiner näheren Erläuterung, da die gleichbezifferten Bauteile wie in F i g. 1 denen in F i g. 1 entsprechen. Der Widerstand R 5 ist wieder eine Photozelle, die durch die Lichtquelle L beleuchtet wird, während die WiderständeR1, R2, R6 und R4 die anderen Widerstände der Brücke bilden. Der Verstärker A1 enthält die vier Transistoren vom Typ MM 1614 und ClIl, die mit Al bezeichnet sind. Der Verstärker A 2, über dem der Rückkopplungswiderstand R 1 liegt, enthält die beiden Transistoren vom Typ C 111, die mit A 2 bezeichnet sind.

F i g. 3 zeigt eine Variante der Schaltung nach Fig. 1. Der lichtempfindliche Widerstand R5 liegt hier im Brückenzweig b-d und bildet mit dem Widerstand R 7 ein Potentiometer, das in Reihe mit dem Kondensator C 2 zwischen der Eingangsklemme 1 und Erde liegt. Der Abgriffpunkt dieses Potentiometers ist der Verbindungspunkt e der Widerstände Rl und RS, der gleichzeitig Verbmdungspunkt der Widerständet6 und RS ist, die die Elemente des Brückenzweiges b-d bilden. Dieser Abgriff e ist an den Eingang des Verstärkers/i 2 angeschlossen, der in diesem Ausführungsbeispiel einen hohen Eingangswiderstand aufweist. Die den Widerstand R 5 beleuchtende Lichtquelle L wird wieder von dem Differenzverstärker Al gespeist. Da der WiderstandR5 hier in dem Zweig b-d statt wie in F i g. 1 in dem Zweig a-d liegt, wird die LichtquelleL gemäß Fig. 4 von dem rechten Ausgangstransistor des Verstärkers A1 anstatt von dem linken Transistor in F i g. 2 gespeist, damit die Rückkopplung die richtige Polung hat.

Die Bedingung für den Brückenabgleich in den F i g. 3 und 4 lautet:

R3 + R4 = — (R5 + R6), (3)

R2

das heißt

RS

R2

In

(R3 + R4)-R6. (4)

Es besteht also wieder ein linearer Zusammenhang zwischen dem Widerstands5 und dem Fernbedienungswiderstand R 3.

Bei den Schaltungen nach den Fig. 3 und 4 kann an dem Brückenpunkt d ein Videosignal beachtlicher Amplitude entstehen und eventuell die Wirkungsweise des Verstärkers A1 stören. Dieses wird in F i g. 4 dadurch vermieden, daß in den Eingangsschaltungen der beiden Transistoren des Verstärkers A1 .RC-Filter liegen. Die Elemente dieser Filter sind mit CF, RF bzw. mit CF', RF' bezeichnet.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Fernsteuerung der Verstärkung eines breitbandigen Signals mittels eines Spannungsteilers mit einem die Verstärkung bestimmenden wärme- oder lichtempfindlichen Widerstand, der durch eine vom Widerstand elektrisch getrennte Quelle erwärmt oder beleuchtet wird, deren Intensität zwecks Änderung der Verstärkung einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (R 5, R1) mit einem zur Verstärkungsänderung durch einen Widerstand (R3) einstellbaren Gleichstrom gespeist und aus dem Verhältnis der Gleichspannung an einem Punkt (d) des Spannungsteilers und einer Bezugsgleichspannung (Punkt c) eine Stellgröße gewonnen wird, die die Intensität der Quelle (L) und damit den Wert des Widerstandes (R 5) so steuert, daß das genannte Verhältnis annähernd konstant bleibt (Fig. 1).

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (R S) in einem Zweig einer Wheatstone-Brücke (a, b, c, d) liegt, deren gleicher oder anderer Zweig die Mittel (R 3) zur Einstellung des Gleichstromes enthält, daß das Ausgangssignal von einem ersten Brückenpunkt (ei in Fig. 1, e in Fig. 3) eines Zweiges abgenommen wird, der dem die Bezugsgleichspannung führenden zweiten Brückenpunkt (c) gegenüberliegt.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (L) durch die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Brückenpunkten (d, c) gesteuert wird.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (L) von einem Gleichspannungsdifferenzverstärker (Al) gesteuert wird, der auf die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Brückenpunkten (d, c) anspricht.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Verstärkung geänderte Signal einem die Phase umkehrenden Verstärker (.4 2) hoher Verstärkung zugeführt wird, dessen Eingangswiderstand einen Teil des Span- ίο nungsteilers bildet.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Verstärker (A 2) eine so bemessene Rückkopplungsschaltung vorgesehen ist, daß der Eingangswiderstand des Verstärkers (/42) einen kleinen Wert hat.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 690 807;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1035 209,. 1057 650, 1118260.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 S67/399 6.68 © Bundesdruckerei Berlin