PT78914B

PT78914B - Wideband kinescope driver amplifier

Info

Publication number: PT78914B
Application number: PT78914A
Authority: PT
Original assignee: Rca Corp
Priority date: 1983-07-21
Filing date: 1984-07-16
Publication date: 1986-06-09
Also published as: CA1207849A; US4494146A; GB8417716D0; FI842834A; NL193336B; SE453146B; HK22893A; DE3426823C2; ES534286A0; DK357484A; FI81468B; PT78914A; IT1175798B; GB2145595A; ATA235984A; AT393190B; NL193336C; NZ208967A; KR930002113B1; CS543684A2

Description

DESCRIÇÃO DO INVENTO

Este invento diz respeito a um amplificador de comando de um cinescópio para fornecer sinais de video de saída, com alto nível, para um dispositivo de reprodução de imagem tal como um cinescópio num recejo tor de televisão. Em especial, o invento diz respeito a um amplificador de comando com um circuito de realimentação degenerativa incluindo elementos de resistência localizados de modo a criar um amplificador de ban da larga e uma resposta de alta frequência.

Os amplificadores de comando com um circuito associado de realimentação degenerativa são, muitas vezes, utilizados para fornecer sinais de video de alto nível para elóctrodos de controle de intensidade (p, exemplo, cátodos) de um cinescópio num receptor de televisão. A malha de realimentação ajuda a estabelecer o ganho de sinal do amplificador, e a estabilizar a tensão continua (DC) de funcionamento na saída do amplificador. A malha de realimentação serve tambóm para reduzir a impedância de saída do amplificador melhorando , por consequência,a lar gura de banda do amplificador e a resposta em alta frequência pela redução do efeito limitador da largura de banda das capacidades parasitas associadas com o circuito de saída do amplificador. Uma outra melhoria na resposta de alta frequência do amplificador consegue~se empregando uma ou mais bobinas de compensação de resposta de frequência (peaking coils) no circuito de saída do amplificador. Ro entanto o uso de bobinas de compensação no circuito de saída do amplificador ó considerado como indesejável devido ao aumento do preço e da complexidade introduzidos por esses elementos.

Admite-se aqui que a resposta de alta frequência de um amplificador de comando de um cinescópio pode ser comprometida pelos efeitos das capacidades parasitas assosiadas com o circuito de sáida do amplifi cador em conjunto com as capacidades parasitas associadas com as resistências incluídas no circuito de realimentação.

De acordo com os princípios do presente invento, a resposta em alta frequência do amplificador de comando melhora com a utilização de diversas resistências de realimentação ligadas em sórie a partir da saída para a entrada do amplificador. A resistência total das diversas resistências e praticamente igual ao valor de uma simples resistência que seria necessária para estabelecer o desejado ganho de sinal do ampli

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ficador. Verifica-se que se as diversas resistências de valor diferen te forem ligadas com a resistência de maior valor directamente ligada à saída do amplificador, a resposta de alta frequência do amplificador pode ser significativamente melhorada sem o aparecimento de oscilações indesejáveis no sinal amplificado de saída.

Nos desenhos:

A FIGURA 1 mostra uma parte do receptor de televisão incluin do um amplificador de comando do cinescópio com o circuito associado de realimentação com resistências, de acordo com o presente invento;

FIGURA 2 mostra um gráfico representativo de um aspecto do amplificador de acordo com o invento; e

FIGURA 3 apresenta formas de onda do sinal, úteis para a compreensão da resposta do amplificador de acordo com o invento.

Na FIGURA 1, os sinais de video vindos de uma fonte 10 são li gados ao cinescópio através de um amplificador de comando com um circuito de sinal de entrada que inclui uma malha de acoplamento 12. 0 am plificador de comando do cinescópio é formado por um amplificador com montagem em cascode que inclui os transístores 20 e 22. 0 transistor amplificador de entrada, 20, está ligado em montagem, de emissor comum e o amplificador de saída 22 está montado em base comum. Os sinais de video amplificados são produzidos na resistência de carga 24 (por exem pio, 12 Kohms), no circuito de saída do colector do transistor 22, e são aplicados a um eléctrodo de controle de intensidade 30 de imagem de um cinescópio de reprodução de imagem 35 através de um circuito de sinal de saída que inclui uma resistência limitadora 3θ (p. ememplo,2,2 Kohms). A resistência 3θ actua como dispositivo de protecção para evitar que o amplificador de comando do cinescópio possa ser danificado por transitórios de alta tensão produzidos por arcos no cinescópio. Uma tensão de alimentação para . o andar de comando do cinescópio é forneci da por uma fonte de tensão contínua (DC) B + (por exemplo, + 230 volts). No caso de um receptor de televisão a cores, são necessários três ampli ficadores de comando de cinescópio para ligar respectivamente os sinais representativos do encarnado, verde e azul aos associados electrodos de cátodo do cinescópio a cores. Os sinais de video amplificados por um co, mando de cinescópio, 20, 22, derivados de um sinal de televisão compos, to, abrange uma largura de banda de frequências de zero Herts a, aproximadamente, 4 IJHz,

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ir liMflgyhflF

A realimentação degenerativa para o amplificador de comando do cinescépio é estabelecida por meio de uma malha resistiva 5θ que compreende as resistências Rl e R2 ligadas em série desde a saída do colector dos sinais de video do transístor 22 para a entrada do sinal de video na base de entrada do transístor 20. A base de entrada do tran sistor 20 representa ponto de potencial de terra virtual, isto é, o po, tencial de base inactivo do transístor 20 corresponde a um potencial, relativamente pequeno, fixo e igual à soma do potencial de terra no emissor do transístor 20 mais o praticamente constante potencial de + 0,7 volts da tensSo da junção base-emissor do transístor 20.

0 ganho de sinal do amplificador 20,22 é determinado pela relação entre a soma de valores das resistências de realimentação Rl e R2 e α valor da impedância de entrada (p. exemplo 3 Kilohms) apresenta da pela malha de ligação de entrada 12 para entrada do transístor amplificador 20. 0 valor de tal impedância de entrada, que representa uma carga de saída para a fonte de sinal 10, deve ser suficientemente alta para evitar que os circuitos de saída da fonte 10 conduzam correntes exageradas com a correspondente dissipação de potência. Este facto é especialmente importante quando a fonte de sinais de video 10 é um dis, positivo com circuito integrado, porque a excessiva passagem de corren te e a dissipação de potência é um gasto e pode produzir esforços térmicos destrutivos no dispositivo com circuito integrado·. Reste exemplo, a resistência de realimentação determinada pela soma dos valores das re sistências Rl e R2 é da ordem dos 160 Kiloohms, o que produz um ganho de tensão do sinal de, aproximadamente, 54. Valores relativamente mai£ res de resistências de realimentação ajudam a reduzir o consumo de potência do amplificador de comando.

0 desejado ganho para o sinal do amplificador pode também obter-se pela utilização de uma simples resistência (p.ex. um dispositivo de filme de carbono de l/2 watt com 160 Kohms) em vez das duas resistências Rl e R2. Ho entanto, verificou-se que se obtem um aumento significativo de resposta em alta frequência quando várias (p.exemplo, duas) resistências são utilizadas em substituição de uma sé resistência de realimentação, Ro caso de um circuito com uma sé resistência de realimentação, as capacidades parasitas são mais efectivas, além dos H mites desejáveis para a resposta de alta frequência do amplificador. 0 aumento da resposta em alta frequência, que resulta da utilização de

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várias resistências de realimentação, pode, no entanto, estar associa do com as caracterlsticas não desejadas, tal como "oscilações" (ringing) associadas com a amplitude dos transitórios do sinal amplificado· Uma banda larga é conveniente em várias aplicações de processamento de sinais porque promove o aumento de definição na reprodução de uma ima gem de video. As "oscilações" que se podem encontrar num sistema ampli ficador de banda larga degradam indesejavelmente a boa definição da i. magem obtida pelo processamento em banda larga. 0 efeito visível de tais oscilações na imagem visualisada ó semelhante ao efeito de fantasma (gho.sting) ou de mancha (striped) ao longo das extremidades de transição de imagem.

As resistências Rl e R2 da malha de realimentação 5θ estão lo. calinadas de modo a dar um aumento significativo à resposta em alta frequência do amplificador de comando do cinescopio, 20,22, o que vir tualmente elimina os efeitos de distorção da imagem devido às oscilações no sinal de saída do amplificador. Isto consegue-se pelo emprego de diversas resistências de realimentação Rl e R2 de valores diferentes e pela localização da resistência de maior valor (Rl) mais próxima do circuito de saída do transístor 22 de saída. Resta configuração Rl corresponde a um dispositivo de filme de carbono de ^2 watt, com o valor de 130 kohms e a resistência R2 corresponde a um dispositivo de filme de carbono de V4 watt com um valor de 33 kohms.

Seguidamente dá-se a explicação do modo como se consegue o re. ferido resultado.

Capacidades parasitas de diversos tipos afectam a resposta de frequência da malha 50 de realimentação. Entre as mais significativas destas capacidades parasitas estão as capacidades Cl, C2, C3, como es. tá indicado na FIGURA 1, A capacidade Cl abrange a capacidade parasita associada com a resistência Rl própriamente dita (aproximadamente igual a 0,3 pi* para um dispositivo de V² watt), conjuntamente com todas as capacidades de ligadores e cablagens que podem aparecer entre os ligadores do circuito e o colector do transístor 22 e dos ligadores dos circuitos à junção das resistências Rl e R2, A capacidade C2 inclui a capacidade parasita associada com a resistência R2 própriamente dita (cerca de 0,2 pF para nm dispositivo de V4 watt), conjunta mente com as capacidades parasitas das ligações e cablagens, A capaci. dade C3 inclui a capacidade parasita em relação à terra associada com

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-6as das ligações do circuito na junção das duas resistências Rl e R2. Os valores destas capacidades parasitas são influenciados, por exemplo, pelo tipo de ligações de circuitos utilisados e pela sua disposição (p.ex., em relação a pontos de potencial de terra e proximidade fisica dos elementos do circuito^

São difíceis de determinar com precisão os valores destas capacidades parasitas mas podem ser estimadas, em certoá casos, com aceitável precisão. Reste exemplo, a capacidade Cl é notavelmente maior do que a capacidade C2 porque a resistência Rl ê um dispositivo de !/2 watt fisicamente maior comparado com a resistência R2 de V4 watt e porque aparece uma capacidade parasita considerável no colector do transistor de saída 22. Nota-se também que a resistência de carga 24 do amplificador é tipicamente uma resistência de potência relativamen te grande (p.ex,, 2 watts ou mais), com as correspondentes ligações, que pode incluir meios de elevar a montagem da resistência 24 acima do circuito impresso para melhorar a íftssipBÇçâtó' do calor. Esta cablagem de ligação aumenta significativamente a componente de capacidade para sita Cl. Outro factor a considerar é o modo como o colector do transistor 22 e as resistências 24, 38 e Rl estão interligadas e posicionadas. Verifica-se também que os valores das capacidades Cl e C2 são relativamente independentes dos valores de resistência das respectivas resistências Rl e R2.

Como se disse anteriormente, a resposta em alta frequência de í um amplificador de comando de um cinescépio pode ser melhorada utilisando duas resistências de realimentação em vez de uma. Para ilustrar graficamente este efeito, de um modo geral, a FIGURA 2 mostra a capacidade de resposta, aproximada, em alta frequência, para o amplificador de comando, no ponto -3db, para várias combinações de valores das

_Λ Λ

resistências de realimentação. Com o objectivo de simplificar, supos-se uma resistência de V4 watt com uma capacidade parasita associada de 0,2 pF, sendo desprezados outros efeitos de capacidade própria.

Na FIGURA 2, o eixo horizontal representa a relação K, de 0,01 a 100, entre os valores das resistências de realimentação. 0 eixo ver tical representa a resposta em alta frequência de um amplificador nor malizado em relação a uma referência de alta frequência "f” (p.exemplo da ordem dos 4 MHz), Um máximo de resposta de alta frequência ( que corresponde à frequência limite superior para o ponto de -3 db) entre

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1,75 f θ 2f está associado com a relaçSo de resistências K=l, o que cor responde a dois valores iguais de resistências de realimentação, p.ex» dois dispositivos de 82 Kohms com 74 watt. Um mínimo de resposta em al ta frequência está associado com uma relaçSo de resistências na vizinhança de K=0,01 e de K=100. Ssta condição corresponde à utilizaçSo de uma resistência unica de realimentação com l60 Kohms.

Deste modo, pode-se obter uma resposta de alta frequência melho rada empregando duas resistências de realimentaçSo de preferência a uma, especialmente quando os valores dessas resistências tiverem uma re laçSo entre IjlO (K=O,l) e 10tl (Κ=1θ). Como exemplo e de um modo geral, pode-se obter um limite superior de 1,35 f (p.exemplo 5,4 -Fíz em relaçSo a 4 HHz) quando as duas resistências de realimentaçSo apresenta rem valores correspondentes a uma relaçSo de K=0,25»

No entanto verifica-se que, quando sSo utilizadas duas resistên cias de igual valor para conseguir o máxiflio de resposta em alta frequência, há o aparecimento de uma "oscilação” (ringing) no sinal de sai da do amplificador, como está indicado na forma de onda da FIGURA 3»

A forma de onda A corresponde ao sinal de saída do amplificador de comando produzida em resposta a um sinal de entrada indicado na figura a tracejado» 0 sinal de entrada, e o correspondente sinal de saída A, compreendem uma variaçSo de amplitude do nível preto para o nível bran co com picos fornecidos pelas componentes de corte e de estabelecimen to. Associado com o nivel branco do sinal de saída A, existe uma componente indesejável de oscilação que degrada a qualidade e detalhe da imagem reproduzida em resposta ao sinal de saída A. Tem sido observadas componentes de oscilação com grandes amplitudes, atingindo 4θ^> cia variação entre as amplitudes de sinal de video de nivel negro e de ni vel branco,

A resposta em alta frequência do amplificador de comando do ci nescápio pode ser reduzida no seu limite máximo de alta frequência (2f na FIGURA 2) por alteração da relação K entre as resistências de realimentação. No entanto, verificou-se que o problema da .oscilação não ficava resolvido quando a resistência mais pequena, de 33 Kohms, esti ver localizada perto da saída do amplificador. Nomeadamente, quando uma resistência de 33 Kohms, 74 watt, for escolhida para resistência Rl de realimentação, na FIGURA 1, e uma resistência de 130 Kohms, 72 watt, for escolhida para resistência R2, aparece uma componente de os62 810

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cilação com uma amplitude de, aproximadamente, 25% da variação do sinal de video.

No entanto, verifica-se que a amplitude da componente de osci lação é significativamente reduzida quando a resistência maior for lo calizada mais próximo da saída do amplificador, isto á, quando Rl indicado na FIGURA 1. corresponder à resistência de 1J0 Kohms. Neste ca· so, a componente de oscilação apresenta uma amplitude desprezável de menos do que 10% da transição entre os sinais de video correspondente aos níveis de negro e de branco, como está indicado na forma de onda B da FIGURA 3.

Em ligação com o que se disse anteriormente verifica-se que o ganho de sinal do amplificador de comando pode ser definido pela expressão abaixo indicada na frequência complexa (ou plano "£>"í

-1 Cl + C2 + C3 S + Rp (Cl f 02 + C3Í

R1N Cl C2 (₃₊__l_J_fs+ _1_)

R1C1 ^ζ R2C2

em que:

FlN e a impedância de entrada, apresentada pelo transístor de entra da 20 j

Rl e R2 correspondem respectivamente aos valores das resistências Rl e R2;

C1,C2,C3 correspondem respectivamente aos valores das capacidades Cl,02,03;

Rp corresponde à ligação em paralelo das resistências El e E2; e

S corresponde a . j2TTf em que "f" corresponde à frequência.

Nesta expressão os termos 5+ 1 e

R1C1

S+ 1 definem, cada um, um "polo" separado de localização de

R2C2

frequência a partir do qual a resposta de frequência diminui - 6 db/oitava.

o termo S» „ 1 define Rp(Cl+C2+C3)

a localização da frequência "zero" a partir da qual a resposta de frequência aumenta + 6 db/oitava. Deste modo os termos de "polo" de frequência causam a degradação da resposta em alta frequência do amplificador. Em contrapartida o termo de frequência "zero" realça a resposta

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em alta frequência do amplificador e ajuda a aumentar a largura de ban

da do amplificador.

Para dadas localizações dos polos de frequência, a redução da frequência "zero" aumenta a largura de banda e o limite de alta frequêcnia, no ponto de -3 db. Isto á, o aumento da resposta de frequência "zero" faz efeito mais cedo e a resposta da variação de amplitude em fnnção da frequência do amplificador é provocada pelo começo do au mento mais cedo (isto ó, para uma frequência mais baixa). A condição de máxima largura de banda e de limite de frequência mais alta, para o ponto -3 db, aparece quando são utilizadas resistências de realimen tação com valores iguais, caso em que Rp á máximo e a frequência "zero" associada ê minima.

A resposta em alta frequência do amplificador pode ser reduzi da fazendo com que o aumento da resposta da frequência "zero" tenha efeito mais tarde (isto é, para uma frequência relativamente mais alta). Este efeito pode ser conseguido escolhendo as resistências Rl e R2 com valores diferentes entre si, de tal modo que a frequência "zero", na expressão indicada, aumente. Neste caso o valor Rp não ó maior do que um máximo desde que o valor da resistência da combinação em paralelo de Rl e R2 se torne cada vez mais pequeno, à medida que as resistências difiram em valor. A simples redução do limite de alta frequência do am plificador utilizando este meio não ó suficiente para eliminar o problema do sinal de oscilação, anteriormente referido. Isto á especialmente verdadeiro quando as acções conjuntas de aumentar a resposta da frequência "zero" e de diminuir a resposta da frequência dos polos pro, duzir um pico na porção de alta frequência do espectro de frequências (p.ex, um pico entre 3 a 4 MHz),

A localização da resistência de realimentação de maior valor (Rl) mais próximo da saida do amplificador produz um polo de frequên cia na vizinhança da desejada faixa de frequência mais alta (3 a 4MHz) do amplificador. Em consequência, este arranjo desloca a c»racterísti ca de picos associada com o aumento da resposta de frequência "zero" num valor suficiente para provocar uma redução significativa na ampli, tude da componente de oscilação.

Um amplificador de comando de cinescópio, do tipo indicado na FIGURA 1, com resistências Rl e R2 de 130 Kohms e de 33 Kohms, respec62 810

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tivamente, foi seleccionado para apresentar uma largura de banda de, aproximadamente, 5,5 MHz sem componente significativa de oscilação no sinal de saída, como referido. As relações entre resistências de E“0,14 (para R^=159 Kohms e R₂=20 Kohms) até 0,43 (para R^=110 Kohms θ R₂“47 Kohms) foram determinadas para fornecer larguras de banda me lhoradas para um amplificador de comando de resposta de frequência elevada, sem a introdução de valores prejudiciais de sinais de oscilação, A relação K=0,14 produz menos oscilações mas um pouco menos de largura de banda comparada com a relação de resistências escolhida de K-0,25, ao passo que a relação 0,43 consegue maior largura de banda com um pouco mais de sinal de oscilação.

-REIVINDICA Ç' õ E S 1. Amplificador de comando, num sistema de processamento de sinais de video com dispositivo de reprodução de imagens e que respon de aos sinais de video fornecidos àquele a partir de nma fonte de si nais de video, com o fim de fornecer os referidos sinais de video ao referido dispositivo de reprodução de imagens e que compreende:

- um circuito de entrada do sinal;

- um amplificador com uma entrada de sinal para recepção do sinal de video de entrada, vindo da referida fonte e conduzido através do referido circuito de entrada do sinal, e com uma saída de sinal a partir da qual são fornecidos sinais de video amplificados ao referido dispositivo de reprodução de imagens e caracterizado por o referido amplificador ter:

- um circuito de realimentação degenerativo (5θ), ligado da referida saida do amplificador (COLECTOR 22) para o referido circuito de entrada do sinal, incluindo o referido circuito de realimentação diversas resistências (R1,R2), de diferentes valores, ligadas em série;

- uma (Rl) das referidas resistências e que tem um valor ma ior do que as outras das referidas resistências, está localizada mais perto da referida saída do amplificador.

2. Amplificador de acordo com a Reivindicação 1, caracteriza do por uma resistêcnia (Rl) das referidas diversas resistências e que tem um valor mais elevado, estar localizada mais perto da referida sa ida do amplificador (COLECTOR 22).

3. Amplificador de acordo com a Reivindicação 1 ou 2, caracte6 2 810

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-11- ; rizado por o referido circuito de realimentação (50) ser constituido por uma primeira resistência (Rl) e por uma segunda resistência (R2) de valor mais pequeno em relação à referida primeira resistência,sen do as referidas primeira e segunda resistências ligadas em série a partir da referida saída do amplificador para o referido circuito de entrada do sinal, de tal modo que a referida primeira resistência esteja localizada mais próximo da referida saída do amplificador,

4. Amplificador de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado por a relação entre o valor da referida primeira resistência (Rl) e o valor da referida segunda resistência (R2) abranger uma faixa de valores entre 5 ® 10.

5. Amplificador de acordo com qualquer uma das

Claims

Reivindicações anteriores, caracterizado por a referida entrada do amplificador (BASE 20) representar um ponto de terra virtual.
6. Amplificador de acordo com qualquer uma das Reivindicações anteriores, caracterizado por a referida diversidade de resistências (Rl, R2) ser formada por resistências de película de carbono,
7. Amplificador de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por o referido amplificador ser formado por um amplificador com mon tagem em cascode, incluindo:

- um primeiro transístor (20) com um primeiro electrodo (BASE) e um segundo (ELíISSOR) e um terceiro (COLECTOR) eléctrodos que definem β circuito de condução da corrente principal do referido primeiro transistoa;

- um segundo transístor (22) com um primeiro eláctrodo (BASE) e un segundo (EMISSOR) e um terceiro (COLECTOR) eléctrodos que definem o circuito de condução da corrente principal para o referido segundo transístor, estando os referidos circuitos de corrente principal dos re feridos primeiro e segundo transístores ligados em série;

- meios (12) para ligação dos sinais de Video, para serem amplificados, ao referido primeiro eléctrodo do referido primeiro transístor;

- meios para aplicação de uma tensão de polarização continua ao referido primeiro eléctrodo do referido segundo transístor;

- meios para obter os sinais de video amplificados a partir do referido terceiro eléctrodo do referido segundo transístor; e

- meios para ligação do referido circuito de realimentação do

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-12referido terceiro electrodo do referido segundo transistor para o referido primeiro electrodo do referido primeiro transistor, ficando a resistência de valor mais elevada localizada mais perto do referido terotiro electrodo do referido segundo transistor.
8. Amplificador de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por:

- os referidos primeiro, segundo e terceiro electrodos, corresponderem respectivamente aos electrodos de base, de emissor e de colector; e

- o referido electrodo de base do referido primeiro transistor (20) representar um ponto de terra virtual.