устройство возбуждения кинескопа с гамма-коррекцией

Формула изобретения

1. Устройство возбуждения кинескопа (20), имеющего электрод катода (К1), включающее в себя усилитель (60), содержащий первый транзистор (Q1), имеющий электрод базы для приема входного видеосигнала, электрод эмиттера, связанный с точкой опорного потенциала через первый резистор (62), и электрод коллектора, связанный через второй транзистор (Q2) и второй резистор (68) с источником высокого напряжения; при этом второй транзистор (Q2) и второй резистор (68) обеспечивают линейно усиливаемый выходной видеосигнал на электроде коллектора второго транзистора (Q2); при этом катод (К1) связан с вторым транзистором (Q2) и вторым резистором (68) для создания изображений, представляющих входной видеосигнал, отличающееся тем, что содержит транзистор (Q3) и резистор (82) для подачи по меньшей мере части катодного тока (Iк), проводимого катодом (К1) кинескопа (20) к узлу схемы (65 или 63) в усилителе (60) так, что по меньшей мере часть катодного тока (Iк) протекает через первый резистор.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит буферный усилитель (70), содержащий транзистор (Q3), при этом буферный усилитель подключен между вторым транзистором (Q2), вторым резистором (68) и катодом K1, и резистор (82), подключенный между токовым выходом буферного усилителя (70) и узлом схемы (65 и 63) в усилителе (60).

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутое средство (Q3, 82) содержит р-n-р-транзистор (Q5), эмиттерный электрод которого подключен к катоду (К1) кинескопа, базовый электрод которого подключен к второму транзистору (Q2) и второму резистору (68), при этом электрод коллектора подключен к первому резистору.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается телевизионных систем, в частности устройства возбудителя катода кинескопа со средством для гамма-коррекции.

В идеальной телевизионной системе световой выход кинескопа линейно связан со светом, подаваемым на передающую телевизионную трубку. В используемых на практике системах ни передающая трубка, ни индикаторная трубка не являются линейными устройствами. Другими словами, напряжение сигнала с передающей трубкой не связано линейно со светом, который определяется, а свет, создаваемый кинескопом, не связан линейно с подаваемым на него напряжением возбуждения катода. Соотношение между входным световым потоком и выходным сигналом передающей трубки и соотношения между входным световым потоком и выходным светом кинескопа, оба обычно называются термином "гамма", который, проще говоря, представляет показатель степени или "мощность", до которой возрастает входная функция (X) с целью создания выходной функции (Y). Например, если входная функция (X) возрастает до первой мощности (гамма = 1) для создания выходной функции, то утверждается, что две функции должны иметь линейную связь. Если выходной сигнал изменяется в виде квадрата входной функции, значение показателя степени (гамма) равно "2". Если выходной сигнал изменяется в виде корня квадратного входной функции, то "гамма", или показатель степени, равен 0,5. Другими словами, гамма представляет просто меру кривизны передаточной функции.

На фиг. 1 показана гамма различных аспектов системы передачи видеосигналов, где кривая 100 представляет передаточную характеристику передающей стороны, кривая 102 представляет передаточную характеристику кинескопа (или электронно-лучевой трубки), а кривая 104 представляет общую передаточную характеристику. Передаваемые видеосигналы телевизионных стандартов НТСЦ (Национальный комитет по телевизионным системам США), ПАЛ (система цветного телевидения ФРГ) и СЕКАМ (система цветного телевидения) имеют гамму, равную примерно 0,45-0,5, тогда как кинескоп телевизоров цветного изображения имеет гамму, равную примерно 2,8-3,1. В результате общая передаточная кривая (зависимости света, поступающего в телевизионную камеру, к свету, идущему от кинескопа) является нелинейной, и общая гамма на практике составляет около 1,35, вместо гаммы, равной единице (1,0). Предположение, что экспоненциальная передаточная характеристика кинескопа не полностью компенсируется, ведет к компрессии темных участков изображения на дисплее. Такая компрессия вызывает устранение деталей изображения, близких к черному, и плавное выведение окрашенных участков до черного. Одновременно с этим, белые элементы чрезмерно усиливаются по отношению к темным участкам до точки, часто достигающей насыщения кинескопа и избыточно яркого свечения.

Линейная общая передаточная характеристика устраняет проблему компрессии черного и ее можно получить посредством дополнительной гамма-коррекции порядка 0,68 в каждой из схем обработки сигналов красного, зеленого и синего (R, G и В) цветов в телевизионном приемнике. Однако увеличение усиления в этой области требует компрессии усиления на уровнях белого. Однако кинескопы имеют относительно маленький динамический диапазон светового выхода, который нельзя увеличивать без достижения насыщения кинескопа, вызывающего избыточно яркое свечение. Следовательно, гамма-коррекция для увеличения усиления темных участков изображения, может вызывать сжатие высоких сигналов белого. Это действие можно преодолеть посредством усиления высокочастотного содержания (деталь изображения) относительно ярких участков изображения.

Вообще говоря, существуют два обычных устройства гамма-коррекции с усилением деталей. Одним способом является применение нелинейной обработки видеосигнала в схеме возбуждения, например, в патенте США 5083198 Хейферла и др., 1992 г. В варианте устройства Хейферла видеосигнал делится на участки с малой и большой амплитудой. Сигналы большой амплитуды проходят через фильтр верхних частот, а затем исходный видеосигнал, участок малой амплитуды и участок большой амплитуды, прошедший через фильтр верхних частот, объединяются для подачи на кинескоп. Полученные изображения включают в себя гамма-коррекцию для участков телевизионного кадра от черного до серого и увеличенную четкость для участков телевизионного кадра от серого до белого.

Другой способ гамма-коррекции состоит в применении линейной обработки видеосигнала и основывается на нелинейных частотных зависимостях полного сопротивления катода кинескопа для гамма-коррекции, например, в патенте США 4858015 Ферри 1989 г. В варианте устройства Ферри осуществляется линейное усиление видеосигнала в каскодном усилителе. Полное выходное сопротивление усилителя уменьшается посредством подсоединения резистора нагрузки усилителя ко входу усилителя-повторителя напряжения, включающего в себя каскодный буферный усилитель на комплементарном эмиттерном повторителе. Выходной сигнал усилителя-повторителя напряжения подается на катод кинескопа через параллельно соединенные резистор и конденсатор. Резистор в сочетании с нелинейной резистивной частью полного сопротивления катода обеспечивает гамма-коррекцию. Однако резистор в сочетании с паразитной емкостью катода создает нежелательный полюс амплитудно-частотной характеристики на сравнительно низкой частоте (то есть он действует как фильтр нижних частот). Это имеет тенденцию снизить высокочастотную четкость отображаемых изображений. Применение параллельного подсоединения к резистору развязывающего конденсатора стремится восстановить высокочастотную характеристику посредством шунтирования высокочастотных составляющих мимо резистора гамма-коррекции. Усилитель (буферный) на комплементарном эмиттерном повторителе обеспечивает источник низкого полного сопротивления, предназначенный для возбуждения шунтирующего конденсатора.

В двух способах описанной выше гамма-коррекции второй или "линейный" способ обработки, основывающийся на действительных нелинейных кинескопах, имеет преимущество, состоящее в относительной простоте, экономичности и повышенной надежности (из-за требующегося меньшего количества схемных элементов). Кроме того, этот способ очень гибкий, требующий изменения только значения резистора для коррекции в случае различий трех катодных эмиттеров в цветном кинескопе.

Настоящее изобретение заключается отчасти в том, что имеется необходимость дальнейшего упрощения при проведении гамма-коррекции по сравнению с гамма-коррекцией, обеспечиваемой вышеописанным "вторым" способом, при отсутствии необходимости использования нелинейных элементов в предоконечном усилителе.

Соответствующее настоящему изобретению устройство возбуждения киноскопа обеспечивает гамма-коррекцию преимущественно без использования как имеющих относительно высокую стоимость последовательно соединенных выходных резисторов, требующихся в вышеописанном "втором" способе, так развязывающих конденсаторов, предназначенных для коррекции компенсации низкочастотного полюса, вызываемой использованием таких относительно высокоценных резисторов.

В описываемом варианте воплощения настоящего изобретения устройство возбудителя кинескопа (50) включает линейный усилитель (60), имеющий вход для приема входного видеосигнала и выход для обеспечения усиленного видеосигнала. Преобразователь тока (Q3) соединяет выход усилителя с катодом (К1) кинескопа (20), причем преобразователь обеспечивает выходной ток (Iк), линейно связанный с током катода кинескопа. Цепь обратной связи (82) осуществляет подачу по меньшей мере части выходного тока, создаваемого преобразователем катодного тока, к узлу схемы (65 или 63) в усилителе для гамма-коррекции изображений, создаваемых кинескопом (20).

Ток преобразователем катодного тока можно преимущественно разделить на две части или больше, где одна часть направляется к узлу схемы (65 или 63) в усилителе для гамма-коррекции, а другая часть (Iакв) направляется на автоматическую схему напряжения смещения кинескопа.

При специальном применении принципов изобретения, катодный ток подается на электрод эмиттера входного транзистора каскодного усилителя. В другом примере катодный ток подается к общей точке соединения электродов коллектора и эмиттера пары транзисторов, соединенных в форме каскодного усилителя.

Способ применения гамма-коррекции для кинескопа в соответствии с изобретением содержит следующие операции:

I) линейное усиление входного видеосигнала для линейного усиления выходного видеосигнала;

II) подачу выходного сигнала усилителя на катод кинескопа и одновременно восприятие катодного тока для обеспечения выходного тока, линейно связанного с катодным током и нелинейно связанного с выходным напряжением усилителя, и

III) подачу по меньшей море части воспринятого катодного тока кинескопа к узлу схемы в линейном усилителе для гамма-коррекции изображения, создаваемого кинескопом.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 представляет диаграмму, иллюстрирующую примерные передаточные характеристики и значения гаммы для телевизионного передатчика, телевизионного приемника и общей телевизионной системы, включающей в себя передатчик и приемник;

фиг. 2А и 2В представляют диаграммы, иллюстрирующие нелинейные катодные характеристики кинескопа согласно изобретению;

фиг.3 изображает блок-схему телевизионного приемника, содержащего предоконечный усилитель кинескопа с гамма-коррекцией согласно изобретению;

фиг. 4 и 5 изображают блок-схему модификации устройства возбудителя кинескопа согласно изобретению;

фиг. 6А и 6В представляют блок-схемы альтернативных вариантов разветвителей тока для использования в настоящем изобретении;

фиг.7 представляет блок-схему модификации представленного на фиг.4 варианта для восприятия тока для гамма-коррекции и АКВ-управления согласно изобретению.

Телевизионный приемник 10 (фиг.3) включает настроечное устройство, усилитель промежуточной частоты (1F) и детектор 12, имеющий высокочастотную входную клемму 14 для приема высокочастотного входного сигнала S1 от соответствующего источника (например, источника вещательного, кабельного телевидения, видеотехнической аппараты и т.п.). С выхода приемника 10 модулирующий выходной видеосигнал S2 поступает на блок обработки сигналов цветности и яркости 16, который выдает составляющие выходных красного (R), зеленого (G) и синего (В) видеосигналов для отображения на кинескопе 20. Для обеспечения высоковольтных сигналов возбуждения катодов К1, К2 и К3 кинескопа 20, сигналы возбуждения R, G и В цветов подаются на соответственные катоды K1, K2 и К3 кинескопа через соответственные оконечные усилители 30, 40 и 50 кинескопа. Оконечные усилители идентичны, поэтому на чертеже показаны детали только одного из них (оконечного каскада 50, очерченного пунктирными линиями). Для полноты представления для каждого элемента схемы в этом конкретном варианте осуществления показаны примерные значения элементов.

Для иллюстрации оконечный усилитель 50 разделен пунктирными линиями на три составных части, содержащие линейный усилитель 60, буферный усилитель 70 и цепь обратной связи 80.

В качестве общего представления о принципах изобретения отметим, что усилитель 60 обеспечивает усиленный видеосигнал S3 в ответ на "красный" (R) входной видеосигнал, поступающий с процессора 16. Буферный усилитель 70 включает преобразователь тока (содержащий транзистор Q3), который соединяет выход усилителя 60 с катодом К1 кинескопа 20 и обеспечивает (на электроде коллектора) выходной ток (Iк), линейно связанный с катодным током кинескопа 20. Цепь 80 включает цепь обратной связи, содержащую резистор 84, последовательно соединенный с катушкой индуктивности 86, через которые по меньшей мере часть выходного тока, обеспечиваемого преобразователем катодного тока Q3, подается к узлу схемы (65 в этом варианте осуществления изобретения, 63 в более позднем варианте) в усилителе 60 для гамма-коррекции изображений, создаваемым кинескопом 20.

Более подробно, усилитель 60 содержит первый транзистор Q1 и второй транзистор Q2, соединенные в каскодной конфигурации, причем электрод эмиттера первого транзистора Q1 подсоединен к точке опорного потенциала (заземлению) через первый резистор 62, а электрод коллектора подсоединен к электроду эмиттера второго транзистора Q2. Электрод базы второго транзистора Q2 подсоединен к источнику опорного потенциала (например, +12 В), а электрод коллектора этого транзистора подсоединен через второй резистор 68 к источнику сравнительно высокого напряжения (например, +200 В), где второй резистор обеспечивает линейно усиленный выходной видеосигнал S3. Между вторым резистором 68 и электродом коллектора второго транзистора Q2 подсоединен диод 67 для обеспечения напряжения смещения, которое используется для уменьшения искажения типа "ступенька" последующего буферного усилителя 70. Посредством последовательно соединенных резистора 66 и конденсатора 64, соединенных параллельно с эмиттерным резистором 62, осуществляется подъем характеристики в области высоких частот (например, на верхнем конце полосы видеочастот).

Буферный усилитель 70 содержит пару комплементарных транзисторов Q3 и Q4, электроды эмиттеров которых соединены через соответственные эмиттерные резисторы 74 и 76 с выходом 75, а электроды баз которых подсоединены, соответственно, к катоду и аноду диода 67. Коллектор транзистора Q4 через защитный резистор 72 соединен с источником высокого напряжения, а коллектор транзистора Q3 соединен с цепью обратной связи 80 для обеспечения в ней катодного тока Iк. Выход 75 через защитный резистор 79 подсоединен к катоду К1 кинескопа 20.

Цепь обратной связи 80 содержит резистор 84, последовательно соединенный с катушкой индуктивности 86, подключенные между коллектором транзистора Q3 и узлом схемы 65 усилителя 60 для подачи тока (катодного) луча кинескопа Iк на эмиттерный резистор 62. Коллектор транзистора Q3 через конденсатор 88 подсоединен к заземлению и далее через резистор 82 к узлу 65. Катушка индуктивности 86 и конденсатор 88 служат для разобщения высокочастотных токов разряда кинескопа от эмиттерного резистора 62 для устранения отрицательной обратной связи.

Во время работы обратная связь тока луча кинескопа Iк с эмиттером транзистора Q1 стабилизирует активную межэлектродную проводимость оконечного усилителя 50, давая почти идеальную гамма-коррекцию. Это легче можно понять посредством краткого рассмотрения нелинейных характеристик кинескопа, показанных на фиг. 2А и 2В. Из фиг. 2А видно, что ток (катодный) луча кинескопа представляет непрямую зависимость от катодного напряжения. Вместо этого, для сигналов, близких к запиранию (уровень черного), требуются очень маленькие токи (несколько микроампер), а для работы на уровне, близком к белому, требуются несоразмерно большие токи (сотни микроампер). Эта нелинейность гораздо яснее видна на фиг. 2В, на которой показана зависимость катодного сопротивления от катодного напряжения. Как показано, сопротивление очень высокое (мегомы) в области недалеко от запирания луча, оно уменьшается до нескольких десятков тысяч ом в среднем диапазоне серого и уменьшается до нескольких тысяч ом недалеко от номинального уровня белого.

Отмеченный выше нелинейный эффект представляет гамму картинки кинескопа и, как показано на фиг.1, кривая 102 обычно равна приблизительно "3". Это соответствует кубическому соотношению между напряжением и током. В показанном на фиг.3 возбудителе общая гамма (отношение входного светового потока к световому выходу), благодаря обратной связи по току луча кинескопа, снижается примерно до единицы. Обратная связь по току луча дает нелинейное усиление напряжения видеосигнала канала красного R света, но линейное усиление тока. Другими словами, усилитель 50 смещается для работы в качестве усилителя активной межэлектродной проводимости, а не усилителя напряжения. При изменении видеосигнала канала красного R, от транзистора Q1 к узлу 65 поступает ток, равный разности между действительным током луча Iк и током, эмиттерного резистора, который определяется посредством деления видеосигнала канала красного R цвета на значение эмиттерного резистора 62. Эта разность нелинейная, поскольку, как описано выше, полное сопротивление катода нелинейное. Описанная выше обратная связь по действительному катодному току кинескопа преимущественно обеспечивает по существу идеальную гамма-коррекцию потому, что она заставляет усилитель 60 подавать ток к катоду, пропорциональный входному видеосигналу, поступающему на вход усилителя, даже если полное динамическое сопротивление катода изменяется в функции катодного тока. Благодаря этому ток луча кинескопа становится пропорциональным входному видеосигналу, независимо от действительного значения напряжения на катоде при любом конкретном уровне яркости.

Показанный на фиг.3 приемник 10 можно видоизменить, как показано на фиг. 4, в отношении применения обратной связи по току (катодному) луча кинескопа к эмиттерному резистору 62. На фиг.3 ток луча Iк поступает к узлу 65, который соединен непосредственно с резистором 62. На фиг.4 цепь обратной связи тока луча подсоединена к узлу 63, который соединен с общей точкой соединения коллектора транзистора Q1 и эмиттерного резистора транзистора Q2. Это изменение не сказывается на работе усилителя, поскольку фактически весь ток луча все еще проходит через эмиттерный резистор 62 и создает такую же составляющую напряжения смещения на эмиттере транзистора Q1. Следует отметить, что эмиттер транзистора Q2 также представляет точку с низким полным сопротивлением и напряжение на коллекторе транзистора Q1 также не будет изменяться при прохождении тока луча. Таким образом, подведение тока Iк к узлу 63 не влияет на подавление эффекта Миллера (увеличение емкости сетка - катод за счет пространственного заряда), создаваемого каскодным транзистором Q2.

Показанный на фиг. 3 пример можно также видоизменить, как показано на фиг. 5, для обеспечения тока управления АКВ (автоматическим смещением кинескопа). Обычный способ обеспечения тока управления автоматическим смещением кинескопа (АКВ) состоит в подсоединении транзистора восприятия тока между оконечным усилителем и электродом катода. На фиг.5 буферный усилитель 70 обеспечивает восприятие тока для управлениями гамма-коррекцией и АКВ. В частности, в усилителе 70 параллельно транзистору Q3 подсоединены р-n-р-транзистор Q5 и эмиттерный резистор 77. Выходной ток дополнительного транзистора Q5 подается в схему управления автоматическим смещением кинескопа 17 в процессоре обработки сигналов яркости и цветности 16. Для обеспечения тока АКВ от всех трех возбудителей, таким же образом видоизменяют другие блоки возбуждения 30 и 40.

На фиг. 6А и 6В показаны альтернативные разветвители тока, предназначенные для гамма-приема тока и АКВ приема. Показанный на фиг.6А преобразователь тока катода 600 включает в себя пару р-n-p-транзисторов 602 и 604, электроды баз которых соединены таким образом, что на них поступает сигнал возбуждения от источника, а электроды эмиттеров которых подсоединены к катоду 608 кинескопа. Параллельно база-эмиттерным соединениям транзисторов подсоединен диод 606, предназначенный для обеспечения пути обратному электрическому току. В качестве иллюстрации обратный ток течет во время запирания для зарядки паразитной емкости, связанной с электродом катода. При работе катодный ток разветвляется на составляющую гамма-коррекции, проходящую по коллектору транзистора 602, и составляющую АКВ, проходящую по коллектору транзистора 604. При изготовлении интегральной схемы можно снабдить транзистор двумя коллекторными электродами. На фиг.6В показана модификация показанного на фиг. 6А примера, в которой транзисторы 602 и 604 заменены двухколлекторным транзистором 620, который обеспечивает выходные токи гамма-коррекции и АКВ, пропорциональные коллекторным площадям транзистора 620.

На фиг. 7 токи управления АКВ и гамма-коррекцией получаются без использования двух транзисторов (как в примере, показанном на фиг.5 и 6А) и без использования двухколлекторных транзисторов (как в примере, показанном на фиг.6В). Модификация заключается в добавлении диода 81 между выходом цепи 80 и узлом схемы 66, добавлении резистора 83 параллельно конденсатору 38, добавлении диода 85 между коллектором транзистора Q3 и входом цепи 88, соединении коллектора транзистора Q3 с источником положительного напряжения (+12 В) посредством последовательно соединенных резистора 87 и диода 90, и соединении общей точки соединения резистора 87 и диода 90 с источником опорного потенциала (заземлением) через дополнительный резистор 89. Для полноты у всех элементов схемы показаны примерные значения.

При работе выходной ток 13 автоматического смещения кинескопа для схемы АКВ 17 возникает в общей точке соединения резисторов 87 и 89 и диода 90. В случае сравнительно низких значений катодного тока кинескопа Iк (например, порядка 150 микроампер или около этого), напряжение на резисторах 87 и 89 оказывается ниже 12 вольт и цепь обратной связи 80 блокируется обратным смещением диода 85. При этом условии весь выбираемый ток течет в схему 17 АКВ. В случае более высоких катодных токов, диод 85 начинает проводить и обратная связь по току начинает функционировать, как описано выше. Резистор 83 добавлен для того, чтобы обеспечить путь разряда конденсатора 88 для устранения потенциальных эффектов размытости.