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Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Rechteckimpulsen, die mit einer
vorgegebenen Folge von Synchronimpulsen synchronisiert wird. Dabei soll das Tastverhältnis
dieser Rechteckimpulse insbesondere auch dann konstant bleiben, wenn sich die Folgefrequenz
der Synchronimpulse ändert.
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Bei einer bekannten Multivibratorschaltung mit zwei Röhren sind die
Stromkreise der Ausgangselektroden jeder Röhre über einen Kondensator mit dem Steuergitterkreis
der anderen Röhre gekoppelt, und zwischen den Steuergittern der beiden Röhren ist
ein Widerstand eingeschaltet. Ein einstellbarer Anzapfpunkt dieses Widerstandes
ist mit einem Schaltungspunkt verbunden, an den auch die Kathodenieitunaen der beiden
Röhren angeschlossen sind. Durch Einstellung dieses zwischen den Steuergittern der
beiden Röhren geschalteten Widerstandes ist die Impulsfolgefrequenz der erzeugten
Rechteckimpulse von Hand aus einstellbar, wobei deren Tastverhältnis konstant bleibt.
Diese bekannte Multivibratorschaltung ist somit nicht geeignet, die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe zu lösen. Denn diese Multivibratorschaltuna ist nicht
mit einer vorgegebenen Folge von Synchronimpulsen derart synchronisierbar, daß das
Tastverhältnis der erzeugten Rechteckimpulse auch dann konstant bleibt, wenn sich
die Folgefrequenz der Sz nchronimnulse ändert.
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Nach einem bekannten Verfahren zur Regelung des Breitenverhilitnisses
der beiden Kurvenabschnitte einer mäanderförmigen Spannung werden die positiven
und ne#2ativen Amplituden der gleichstromfreien Mäanderspannung nach Gleichrichtung
über je einen Spitzengleichrichter miteinander verglichen, und daraus wird eine
Regelspannung gewonnen, die unmittelbar oder über eine Regelröhre das Breitenverhältnis
der beiden Kurvenabschnitte der Mäanderspannung derart beeinflußt, daß bei abweichendem
Tastverhältnis ein Steuervorgang ausgelöst wird, welcher die aufgetretene Abweichung
des Tastverhältnisses wieder rückgängig macht. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
bewirkt ebenfalls eine Konstanthaltung des Tastverhältnisses, geht aber einen anderen
Weg.
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Erfindungsgemäß sind in an sich bekannter Weise gemäß einer ersten
Maßnahme zwei im Schaltbetrieb arbeitende, mit Synchronimpulsen synchronisierte
und über einen Koppelkondensator gekoppelte Verstärkerstufen vorgesehen, wobei dieser
Koppelkondensator in ebenfalls an sich bekannter Weise (z. B. bei bekannten monostabilen
Multivibratoren) periodisch wechselseitig über je einen den Verstärkerstufen zugeordneten
Widerstand aufgeladen und über eine der Verstärkerstufen entladen wird. Gemäß einer
zweiten Maßnahme werden vom Ausgang einer der Verstärkerstufen die zu erzeugenden
Rechteckimpulse abgenommen, einem Ladekondensator zugeführt, und dadurch wird eine
mittelwertabhängige Regelspannung abgeleitet, mit welcher der Aufladevorgang des
Koppelkondensators im Sinne einer Konstanthaltung des Mittelwertes geregelt wird.
Außerdem sind gemäß einer dritten Maßnahme der Koppelkondensator einerseits und
einer der den Verstärkern zugeordneten Widerstände andererseits derart dimensioniert,
daß die damit festgelegte Zeitkonstante mindestens dreimal größer als die Dauer
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rechteckimpulsen ist. Durch Anwendung sowohl
der zweiten als auch der dritten Maßnahme läßt sich eine besonders genaue Konstanthaltung
des Tastverhältnisses erzielen. Für viele Zwecke genügt jedoch die Anwendung entweder
der zweiten Maßnahme oder der dritten Maßnahme.
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Die Erfindung bewährt sich insbesondere auf dem Gebiet der Fernsehtechnik
und kann beispielsweise zur Erzeugung vertikalfrequenter Austastimpuise verwendet
werden, deren Impulsdauer im Vergleich zu einer vorgegebenen Folge von Austastimpulsen
vergrößert ist. Dies kann durch Versetzung der Rückflanke der vorgegebenen Austastimpulse
und/ oder durch Versetzung der Vorderflanken der vorgegebenen Austastimpulse bewirkt
werden.
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Wenn beispielsweise eine Fernsehaufnahmeapparatur, bestehend aus einer
Fernsehkamera und aus einem Betriebsgerät, wahlweise gemäß einer von
mehreren
verschiedenen Fernsehnormen betrieben werden soll, dann werden Austastimpulse benötigt,
deren Impulsdauer in Abhängigkeit von der betreffenden Fernsehnorm verschieden breit
ist, wogegen das Tastverhältnis derartiger Austastimpulse bei allen Normen angenähert
gleich ist. Der erfindungsgemäße Gegenstand kann somit zur automatischen 'Regelung
der Impulsdauer der Austastimpulse verwendet werden. Bei einer Umschaltung der Betriebsweise
einer derartigen Fernsehapparatur von beispielsweise 625 Zeilen auf 405 Zeilen erübrigt
sich somit eine besondere Einstellung der Dauer der Austastimpulse.
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Im folgenden werden die Erfindung und Ausführungsbeispiele derselben
an Hand der F i g. 1 bis 8 beschrieben, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche
Schaltelemente bzw. Impulsfolgen mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Es zeigt F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Rechteckimpulsfolge
mit konstantem Tastverhältnis, durch besondere Dimensionierung zweier Zeitkonstantenglieder,
F i g. 2 und 3 Impulsfolgen, die mit der Betriebsweise der Schaltungsanordnung nach
F ig. 1 im Zusammenhang stehen, F i g. 4 eine weitere Schaltungsanordnung zur Erzeugung
von Rechteckimpulsen mit konstantem Tastverhältnis durch Rückkopplung einer mittelwertabhängigen
Regelspannung, F i g. 5 Impulsformen, wie sie bei der Schaltungsanordnung nach F
i g. 4 auftreten, F i g. 6 eine weitere Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Rechteckimpulsen
mit konstantem Tastverhältnis, wobei sowohl eine mittelwertabhängige Regelspannung
rückgekoppelt als auch Zeitkonstantenglieder besonders dimensioniert werden, F i
g. 7 Impulsfolgen, wie sie bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 6 auftreten,
F i g. 8 Impulsfolgen zur Gewinnung verbreiterter Austastimpulse.
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Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 besteht aus den Transistoren
1 und 2 (Typen 2 SA 18), ferner aus den Widerständen 3 (22 kOhm),
4 (220 kOhm), 5 (10 kOhm), 6 (3,9 kOhm) 7 (10 kOhm) und aus dem Kondensator
8 (2 #tF). Klemme 9 ist mit dem negativen Pol einer Betriebsspannung (U$
= -12 Volt) leitend verbunden und an Klemme 11 ist eine Spannung von +9 Volt
angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 ist aus den
in F i g. 2 dargestellten Impulsen zu ersehen. über Klemme 12 werden Synchronimpulse
A zugeführt und über Klemme 13 werden Rechteckimpulse B abgegeben, die ein konstantes
Tastverhältnis T/t haben sollen. Das Tastverhältnis der Zeiten T zu t soll also
insbesondere auch dann konstant sein, wenn sich die Impulsfolgefrequenz der Synchronimpulse
A ändert.
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Es wird angenommen, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors
1 zunächst gesperrt ist. Durch einen der Synchronimpulse A und einen der
Rechteckimpulse B (zugeführt über den Widerstand 3) wird die Emitter-Kollektor-Strecke
des Transistors 1 während der Zeit T leitend, und dadurch wird der Kondensator
8 entladen. Die Zeit T ist gleich der Dauer der Rechteckimpulse B, wogegen
die Zeit t gleich dem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rechteckimpulsen
B ist. Nach der Zeit T wird der Kondensator 8 über den Widerstand 5 aufgeladen.
Dabei sind dieser Widerstand 5 und der Kondensator 8 derart bemessen, daß die dadurch
gegebene Zeitkonstante mindestens größer als die Zeit t ist. Dies ist auch aus der
Form des Impulses C ersichtlich. Insbesondere soll diese Zeitkonstante mindestens
dreimal größer als die Zeit t sein.
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Auf diese Weise wird der dem Transistor 1 zugewandte Belag des Kondensators
8 auf eine Spannung U1 aufgeladen, die kleiner als die Betriebsspannung U2 ist.
An der Basis bzw. am Kollektor des Transistors 2 entstehen die Impulse
D bzw. B.
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Falls sich die Impulsfolgefrequenz der Synchronimpulse ändert, und
nunmehr Synchronimpulse A' über Klemme 12 zugeführt werden, dann werden an Stelle
der Rechteckimpulse B im Zuge der Einregelung (wie noch genauer beschrieben wird)
Rechteckimpulse B' erzeugt, und am Kollektor des Transistors 1 entstehen
in weiterer Folge die Impulse C'. Dabei wird der Kondensator 8 nach der Zeit
T wieder aufgeladen, wobei jedoch nur die Spannung U3 erreicht wird, weil nunmehr
eine geringere Zeit t' zur Verfügung steht. An der Basis bzw. am Kollektor des Transistors
2 entstehen dann die Impulse D' bzw. B', deren Impulsdauer
T' derart geändert ist, daß das Tastverhältnis T'/t' annähernd gleich dem Tastverhältnis
T/t ist. Verglichen mit einer Schaltungsanordnung, bei der keine derartige Bemessung
der Zeitkonstante gewählt ist, ergibt sich unter Verwendung der Schaltungsanordnung
nach F i g. 1 eine Verringerung des ansonsten auftretenden Fehlers um den Faktor
2 bis 3. Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 bewährt sich insbesondere dann, wenn
die Dauer t der Rechteckimpulse B und die zu erwartende Änderung der Impulsfolgefrequenz
der Synchronimpulse A gering sind. In diesem Fall kann das Tastverhältnis Rechteckimpulse
B mit ausreichender Genauigkeit konstant gehalten werden.
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Wenn der Widerstand 5 und der Kondensator 8 derart bemessen wären,
daß die dadurch bestimmte Zeitkonstante kleiner als die Zeit t wäre, dann würde
es sich um einen bekannten monostabilen Multivibrator handeln, der für den hier
zu erzielenden Effekt völlig unbrauchbar wäre, wie nunmehr an Hand der Impulsfolgen
nach F i g. 3 erläutert wird. Wenn einem derartigen bekannten monostabilen Multivibrator
die Synchronimpulse A zugeführt und von dessen Ausgang die Impulse B abgenommen
werden, dann entstehen am Kollektor eines ersten Transistors (entsprechend dem Transistor
1 nach F i g. 1) Impulse E. Diese zeigen, daß ein dem Kondensator 8 entsprechender
Kondensator bereits nach der Zeit T" aufgeladen ist. Aus diesen Impulsen E entstehen
bei einem monostabilen Multivibrator an der Basis eines zweiten Transistors (entsprechend
dem Transistor 2 nach F i g. 1) die Impulse F und B.
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Wenn nun einem derartigen monostabilen Multivibrator an Stelle des
Synchronimpulses A die Synchronimpulse A' zugeführt werden, dann entstehen am Kollektor
des ersten Transistors die Impulse E', deren Amplitude gleich der Amplitude der
Impulse E ist. Die Impulse E, E' unterscheiden sich somit wesentlich von den Impulsen
C, C', deren Aufladespannungen U1 bzw. U3 (F i g. 2) von den Zeiten t bzw.
t' abhängig sind. Aus den Impulsen E'
entstehen in weiterer
Folge an der Basis eines zweiten Transistors (entsprechend dem Transistor 2 nach
F i g. 1) die Impulse F' und G, deren Impulsdauer T genau mit der Impulsdauer der
Impulse B übereinstimmt.
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Ein derartiger bekannter monostabiler Multivibrator hat somit in manchen
Fällen den großen Vorteil, daß die Impulsdauer der von ihm erzeugten Rechteckimpulse
von der Impulsfolgefrequenz der Synchronimpulse A bzw. A' unabhängig
ist. Zur Erzeugung einer Impulsfolge mit konstantem Tastverhältnis ist jedoch ein
derartiger monostabiler Multivibrator ungeeignet, da das Tastverhältnis der Impulse
G nunmehr gleich Tlt" und nicht T/t oder T'lt' ist.
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Die Schaltungsanordnung nach F i g. 4 dient ebenfalls zur Erzeugung
von Impulsfolgen mit konstantem Tastverhältnis. Sie besteht aus den Transistoren
1, 2, ferner aus den Widerständen 3, 4, 7, 14 (10 kOhm), 15 (2,7 kOhm), 17 (4,7
kOhm) und aus den Kondensatoren 18 (2 #tF), 19 (50!(F). Dieser Schaltungsanordnung
werden über Klemme 12 Synchronimpulse A zugeführt, und über Klemme 13 werden die
Impulse B mit dem Tastverhältnis T/t abgenommen, wie aus F i g. 5 hervorgeht.
Diese Impulse B werden außerdem über den Widerstand 3 der Basis des Transistors
1 zugeführt, wodurch der Kondensator 18 entladen wird und sich am Kollektor des
Transistors 1 die Impulsfolge H ausbildet. Nach der Zeit T wird der Kondensator
18 über den Widerstand 14 aufgeladen. Dabei ist dieser Widerstand 14 und der Kondensator
18 derart bemessen. daß sich eine relativ kleine Zeitkonstante ergibt und die volle
Aufladung bereits nach einer Zeit T"' erzielt wird.
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An der Basis des Transistors 2 entstehen die Impulse K und an dessen
Kollektor die Impulse B. Dabei wird der Kondensator 18 während der Zeit T über den
Widerstand 15 und über den Schaltungspunkt 21 aufgeladen. An diesem Schaltungspunkt
21 liegt eine Spannung U_" weiche vom Mittelwert der Impulse B und damit vom Tastverhältnis
abhängig ist.
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Falls sich die Impulsfolgefrequenz der Synchronimpulse ändert und
nunmehr Synchronimpulse A' der Schaltungsanordnung nach F i g. 4. zugeführt werden,
dann verringern sich im ersten Augenblick die Abstände der Impulse H, K, B, so daß
insbesondere der Mittelwert der Impulsfolge B ansteigt. Damit vergrößert sich auch
die Spannung U#_ im Vergleich zu der Spannung U, so daß an Stelle der Impulse
H, .Y, B die Impulse H', K, B' entstehen. Damit wird einerseits
der Kondensator 18 schneller aufgeladen und andererseits eine Verringerung der Impulsdauer
der Impulse K' verglichen mit denjenigen der Impulse K bewirkt. In weiterer Folge
wird daher die Impulsdauer T' der Impulse B' derart eingeregelt, daß
das Tastverhältnis T'lt' gleich dem Tastverhältnis Tit ist.
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Nach F i g. 4 wird also die Regelspannung vom Schaltungspunkt 21 abgegriffen
und über den Widerstand 15 der A_uiladevorgang des Kondensators 18 beeinflußt. Es
wäre auch denkbar, die im Schaltungspunkt 21 abgegriffene Regelspannung über den
Widerstand 14 zuzuführen und auf diese Weise den Aufladevorgang des Kondensators
18 zu beeinflussen. In diesem Fall müßte man das der Basis abgewandte Ende des Widerstandes
15 etwa über Klemme 9 an eine Festpotentialquelle anschließen und die leitende Verbindung
des Widerstandes 14 zur Klemme 9 unterbrechen.
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Verglichen mit einer Schaltungsanordnung, bei der keine derartige
Regelung des Tastverhältnisses vorgenommen wird und bei der daher hinsichtlich dieses
Tastverhältnisses ein Fehler auftritt, ergibt sich unter Verwendung der Schaltungsanordnung
nach F i g. 4 eine Verkleinerung dieses Fehlers um den Faktor 3 bis 4.
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Die Schaltungsanordnung nach F i g. 4 unterscheidet sich von einem
bekannten monostabilen Multivibrator sehr wesentlich dadurch, daß die über den Widerstand
15 anliegende Ladespannung für den Kondensator 18 bei einem monostabilen Multivibrator
konstant gehalten wird, wogegen bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 am Schaltungspunkt
21 eine Regelspannung abgegriffen wird, die veränderlich ist und die insbesondere
vom Mittelwert der zu erzeugenden Impulse B bzw. B' abhängt. Die bekannten
monostabilen Multivibratoren haben also die bei vielen Anwendungen sehr geschätzte
Eigenschaft, daß die Impulsdauer der von ihnen erzeugten Rechteckimpulse auch bei
sich ändernder Folgefrequenz der vorgegebenen Synchronimpulse konstant bleibt. Zur
Erzeugung von Impulsen mit konstantem Tastverhältnis wäre ein derartiger bekannter
monostabiler Multivibrator jedoch ungeeignet.
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F i g. 6 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung, mit der das Tastverhältnis
einer Impulsfolge auf einen konstanten Wert eingeregelt werden kann. Dabei stellt
diese Schaltungsanordnung eine Kombination der Schaltungsanordnungen nach F i g.
1 und 4 dar. So sind der Widerstand 5 und der Kondensator 8 nach F i g. 6 in ähnlicher
Weise wie bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 derart bemessen, daß die entsprechende
Zeitkonstante mindestens dreimal größer als die Zeit t ist. Am Kollektor des Transistors
1 entsteht somit eine Impulsfolge L (F i g. 7), welche der Impulsfolge C nach F
i g. 2 sehr ähnlich ist. Außerdem wird im Schaltungspunkt 21 eine Regelspannung
abgenommen, die vom Mittelwert der erzeugten Reckteckimpulse B abhängt. Mit dieser
Regelspannung wird der Kondensator 8
über den Widerstand 15 aufgeladen, wie
dies auch bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 geschieht. Bei der Schaltungsanordnung
nach F i g. 6 werden somit zwei Regelungen gleichzeitig vorgenommen, die beide darauf
abzielen, das Tastverhältnis der Rechteckimpulse B konstant zu halten. Wenn der
Schaltungsanordnung nach F i g. 6 über Klemme 12 Synchronimpulse zugeführt werden,
entstehen am Kollektor des Transistors 1 die Impulse L, an der Basis des Transistors
2 die Impulse M und am Kollektor des Transistors 2 die Impulse B.
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Wenn sich die Impulsfolgefrequenz der Synchronimpulse ändert und nunmehr
Synchronimpulse A' über Klemme 12 zugeführt werden. dann entstehen im Zuge der gleichzeitig
wirkenden beiden Regelvorgänge am Kollektor des Transistors 1. die Tmpulse L', an
der Basis des Transistors 2 die Impulse M' und schließlich am Kollektor des Transistors
2 die Impulse B'.
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Verglichen mit einer Schaltungsanordnung, bei der keine derartige
Regelung vorgenommen wird, ergibt sich bei Verwendung der Schaltungsanordnung nach
F i g. 6 eine Verringerung des ansonsten auftretenden Fehlers um etwa den Faktor
10. Sie
bewährt sich insbesondere dann, wenn die Zeit T nach F i
g. 7 relativ groß im Vergleich zur Zeit t ist.
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Die Schaltungsanordnungen nach den F i g. 1, 4 und 6 eignen sich insbesondere
zur Verbreiterung vorgegebener Impulse N nach F i g. 8, d. h. also zur Ableitung
der Impulse P, deren Vorderflanken P1 gegenüber den Vorderflanken Ni vorverlegt
sind und deren Rückflanken P2 gegenüber den Rückflanken N2 zeitlich verzögert sind.
Um also aus den vorgegebenen Impulsen N eine Folge von Impulsen P abzuleiten, werden
die Impulse N zunächst differenziert und durch amplitudenmäßige Begrenzung die Impulse
A gewonnen. Diese Impulse A werden einer der Schaltungsanordnungen
nach F i g. 1 oder 4 oder 6 zugeführt, und von deren Ausgangklemme 13 werden
Impulse B abgeleitet, deren Tastverhältnis r/R auf einen konstanten Wert geregelt
wird. Mit der Rückflanke B, wird eine weitere Schaltungsanordnung nach F i g. 1
oder 4 oder 6 synchronisiert und die Folge der Impulse P abgeleitet, deren Tastverhältnis
ebenfalls auf einen konstanten Wert eingeregelt wird. Durch die Verwendung zweier
Schaltungsanordnungen zur Konstanthaltung des Tastverhältnisses kann auch die Impulsflanke
P3 mit relativ sehr großer Genauigkeit an jener Stelle erzeugt werden, die einem
konstanten Tastverhältnis entspricht.
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Eine Folge von Impulsen P wird beispielsweise bei der fernsehmäßigen
Wiedergabe von Filmen benötigt, die nach dem Cinemascope-Filmaufnahmeverfahren aufgenommen
wurden. Bekanntlich wird nach diesem Cinemascopeaufnahmeverfahren der Bildinhalt
durch eine anamorphotische Optik in Horizontalrichtung zusammengedrängt und anschließend
bei der Filmprojektion durch eine entsprechende anamorphotische Optik in entgegengesetzter
Weise entzerrt, so daß auf dem Bildschirm der Filmtheater ein relativ sehr breites
Bild entsteht.
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Bei der fernsehmäßigen Abtastung derartiger Cinemascopefilme wird
durch elektronische Entzerrung ein Bild gewonnen, das (ähnlich dem Bild auf dem
Bildschirm der Filmtheater) relativ breit ist. Das Seitenverhältnis dieses breiten
Bildes beträgt etwa 3: 8 und weicht damit erheblich vom Seitenverhältnis 3 : 4 der
üblichen Fernsehbildschirme ab. Bei der Bildwiedergabe derartiger Bilder mit einem
Seitenverhältnis 3 : 8 verbleiben auf dem Bildschirm eines Fernsehempfängers und
unterhalb des Bildes horizontal verlaufende Streifen, die nicht zur Bildwiedergabe
herangezogen werden. Es ist zweckmäßig, diese Streifen auszutasten, damit sie auf
dem Bildschirm schwarz erscheinen.
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Dazu werden aus vertikalfrequenten Austastimpulsen N Impulse P gewonnen
und zur Austastung der Bildinhalte oberhalb und unterhalb des »Cinemascopebildes«
verwendet. Es ist wichtig, daß das Tastverhältnis der Impulse P mit relativ sehr
großer Genauigkeit konstant bleibt, da nur dann die den Impulsflanken P2 und P3
entsprechenden und auf dem Bildschirm eines Fernsehempfängers sichtbaren Linien
an den gleichen Stellen des Bildschirmes verbleiben. Wenn das Tastverhältnis der
Folge der Impulse P bei Änderungen der Impulsfolgefrequenz der vorgegebenen Impulse
N bzw. A nicht konstant bliebe, dann würden sich die Linien, die den
Impulsflanken P2, P3 entsprechen, dauernd verschieben. Dies wäre insbesondere deshalb
sehr störend, weil die Amplitude W dem Schwarzwert entspricht und derartige Verschiebungen
schwarzer Balken auf dem Bildschirm sehr deutlich erkennbar sind.