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Verstärker mit einer Dioden-Begrenzerschaltungsanordnung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verstärker mit einer Dioden-Begrenzerschaltungsanordnung, bei der eine Information über die Grösse des Eingangssignals erzeugt wird.
Vielfach besteht bei Empfangsgeräten für besondere Anwendungen das Bedürfnis, die Grösse des Eingangssignals zu kennen. Solange ungeregelte Verstärker im Empfangsgerät verwendet werden, kann aus dem gut messbaren verstärkten Signal bei bekanntem Verstärkungsgrad das Eingangssignal errechnet werden.
Bei selbsttätig geregelten Verstärkern, insbesondere bei denen auf ein konstantes Ausgangssignal geregelt wird, kann aus der Regelgrösse, wie Regelstrom oder Regelspannung, eine Aussage über die Grösse des Eingangssignals bezogen werden. Diese Information geht im allgemeinen bei amplitudenbegrenzenden Verstärkern mit scharfer Begrenzung verloren. Die scharfe Begrenzung wird bei verschiedenen Modulationsarten verwendet, wie beispielsweise Frequenzmodulation, Impulsphasenmodulation oder Impulscodemodulation. Bei Frequenzmodulation beeinträchtigt die scharfe Begrenzung das Signal nicht; bei den genannten Impulsmodulat.ionsarten wird die scharfe Begrenzung aus systemtechnischen Gründen vielfach verlangt.
Scharf begrenzende Verstärker haben gegenüber den Regelverstärkern den Vorteil, dass sie mit einem geringen Aufwand die vielfach störend wirkenden Einschwingeffekte nicht aufweisen. Wird nun bei einem Verstärker verlangt, dass die Grösse des Eingangssignals messbar sein soll, so wird meist der wirtschaftliche Vorteil der scharf begrenzenden Verstärker nicht ausgenützt. Stattdessen werden komplizierte Regelverstärker oder, wenn das Einschwingen stört, logarithmische Verstärker verwendet. Vor der Signalauswertung wird dann eine zusätzliche Stufe zur Begrenzung benötigt.
Der Zweck der Erfindung ist darin zu finden, dass bei einem eingangs beschriebenen Verstärker trotz scharfer Begrenzung eine Information über die Grösse des Eingangssignals erhalten wird, ohne den Aufwand zu vergrössern. _.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Diode durch die Emitter-Basis-Strecke eines Transistors gebildet wird, dessen Kollektor über ein Tiefpassfilter auf die Speisespannung geführt ist, und dass der Kollektorstrom ein Mass für die Grösse des Eingangssignals ist.
Insbesondere werden zwei Dioden durch die Emit- ter-Basis-Strecken von zwei komplementären Transistoren gebildet, von denen beide Kollektorströme je ein Mass für die Grösse des Eingangssignals ergeben.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der beiliegenden Zeichnung in drei beispielsweisen Ausführungen näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 einen Begrenzer mit zwei komplementären Transistoren, Fig. 2 einen solchen mit zwei gleichen Transistoren, Fig. 3 eine Schaltungsanordnung für einen grossen Dynamikbereich.
In Fig. 1 gelangt das Signal vom Eingang E auf die Basis eines Verstärkertransistors T3 in Emitter- Grund-Schaltung. Der Ausgang am Kollektor dieses Transistors T3 ist über einen Transformator Tr mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung an die Ausgangsklemmen A geführt. Die Sekundärwicklung des Transformators ist mit den Emitter-Basis-Strecken zweier parallel geschalteter komplementärer Transistoren T1 (NPN-Type) und T2 (PNP-Type) überbrückt.
Der Kollektor des Transistors TI ist über ein Tiefpass- filter TP und ein Gleichstromanzeigegerät Ml auf die positive Spannungsquelle geführt; der Kollektor des Transistors T2 ist über ein Tiefpassfilter TP2 und ein Gleichstromanzeigegerät M2 auf die negative Spannungsquelle geführt.
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Die Begrenzung des Signals mit diesen zwei Transistoren T1 und T2 arbeitet gleich wie die bekannte Begrenzung mit zwei parallelgeschalteten Dioden, deren Durchlassrichtungen gegeneinander gerichtet sind. Die Transistoren TI und T2 könnten ohne eine Vorspan- nung zwischen Basis und Kollektor betrieben werden.
Falls aber die Kollektoren an die entsprechenden Spannungsquellen angeschlossen sind, .fliessen in den Basis- Kollektor-Kreisen die gieichen Ströme wie in den dazugehörigen Emitter-Basis-Kreisen. Sofern der Verstärker nicht mit einem durch geradzahlige Oberwellen verzerrten Signal gespiesen wird, sind diese Ströme pulsierende Gleichströme, deren Mittelwerte bei beiden Transistoren betragsmässig gleich gross sind.
Durch die Gegenkopplung mit dem Emitterwider- stand R2 arbeitet der Transistor T3 im linearen Bereich, so dass der Kollektorstrom proportional zur Wechselspannung an der Basis ist. Die begrenzenden Emitter-Basis-Strecken der Transistoren TI und T2 halten die Ausgangsspannung auf etwa 0,5 V, also auf einem sehr kleinen Wert, und wirken bei grosser Aussteuerung annähernd als Kurzschluss. Der gleichgerichtete Strom in den begrenzenden Transistoren T1 und T2 ist damit praktisch proportional zur Eingangsspannung.
Dies ändert sich nur, wenn die Eingangsspannungen derart klein sind, dass der Begrenzer nicht ausgesteuert wird. ' Werden keine zu .grossen Ansprüche an die Symmetrie der Begrenzung gestellt, so kann einer der beiden Transistoren durch eine Diode ersetzt werden. Die Symmetrie bleibt annähernd erhalten, wenn die Kollek- tor-Basis-Strecke eines der beiden Transistoren TI oder T2 kurzgeschlossen wird. Die beiden Tiefpassfilter können im einfachsten Fall aus einem zwischen Kollektor und Basis geschalteten Kondensator bestehen.
In Fig. 2 ist wiederum der Transistor T3 der Verstärker in Emitter-Grund-Schaltung. Die Gegenkopplung erfolgt mit dem Emitterwiderstand R2. Die Sekundärseite des Transformators Tr ist mit einem Mittelabgriff versehen.
Die Emitter-Basis-Strecken der zwei gleichartigen Transistoren T4 und T5 (beispiels- weise vom NPN-Typ) bilden einen Zweiweggleichrich- ter. Die beiden Kollektoren sind zusammengeschaltet und gemeinsam über ein Tiefpassfilter TP3 und über eine Messanordnung M3 auf die positive Spannungsquelle geführt.
Mit dieser Schaltungsanordnung wird gegenüber derjenigen .in Fig. 1 die im Tiefpassfilter anfallende Welligkeit des Gleichstromes verringert. Es ist ohne weiteres möglich, mit den Emitter-Basis-Strecken von Transistoren jede bekannte Gleichrichteranordnung in diesem Zusammenhang zu verwenden.
In Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei der ein grösserer Dynamikbereich möglich ist als bei den zwei vorhergehenden Beispielen. Die Transistoren T6 und T7 sind zwei komplementäre Transistoren. Vom Eingang E wird der Basis des Transistors T6 das Signal über einen Koppelkondensator C5 zugeführt. Dieser Transistor T6 sei beispielweise vom PNP-Typ und ist als Emitterfolger geschaltet.
Der Transistor T7 sei demzufolge vom NPN-Typ und arbeitet in Emit- ter-Grund-Schaltung. Von dessen Kollektor wird ein Transformator Tr gespiesen, dessen Primärwicklung mit einem Kondensator C6 auf Resonanz abgestimmt ist. Die Sekundärseite des Transformators Tr .ist ähnlich dem Beispiel in Fig. 1 mit den zwei parallel geschalteten Emitter-Basis-Strecken von zwei komplementären Transistoren T8 und T9 überbrückt. Zwischen den Transformator Tr und den Ausgang A ist ein Transistor T10 geschaltet, der als Emitterfolger arbeitet.
Die Ausgangsspannung wird dem Ausgang A vom Emitter über einen Koppelkondensator C7 zugeführt.
Die früher aufgeführten Tiefpassfilter sind hier durch Kondensatoren C8 für den Transistor T8 und C9 für den Transistor T9 zwischen jedem Emi.tter und der entsprechenden Basis dargestellt. Die Messanordnungen M8 und M9 verbinden die Kollektoren der Transistoren T8 und T9 mit den entsprechenden Spannungsquellen.
Oft ist man daran interessiert, mit einem derartigen Begrenzer-Verstärker einen möglichst grossen Bereich zu überdecken, um im ganzen Bereich auf die Grösse des Eingangssignals zu schliessen. Der gesamte Variationsbereich muss daher in einer einzigen Begrenzerstufe verarbeitet werden. Die Belastung am Ausgang der Stufe muss möglichst klein sein, damit schon kleine Eingangsspannungen genügen, den Kollektorkreis der Begrenzerstufe auszusteuern und das Signal zu begrenzen. Dies bedingt kollektorseitig eine hohe Reaktanz des vorzugsweise als Resonanzkreis ausgeführten Übertragers und einen hohen Eingangswiderstand der nachfolgenden Stufe.
Da eine hohe Verstärkung an der Begrenzerstufe möglich ist, können bei kleinem Eingangssignal störende Rückwirkungen über die Kollek- tor-Basis-Kapazität auftreten. Durch eine niederohmige Ansteuerung der Begrenzerstufe können diese Rückwirkungen weitgehend unschädlich gemacht werden.
Gemäss Fig. 3 sind sowohl am Eingang wie am Ausgang der Begrenzerstufe Emitterfolger als Impe- danzwandler vorgesehen. Der Variationsbereich des Begrenzers wird weitgehend durch den Emitterwider- stand R8 und den gewählten Kollektorgleichstrom begrenzt.
Der Emitterwiderstand R8, der als Stromgegen- kopplungswiderstand wirkt, bestimmt das Verhältnis zwischen steuernder Wechselspannung an der Basis und dem von ihr hervorgerufenen Wechselstrom im Kollektorkreis. Der Wert dieses Widerstandes ist je nach der Grösse des Kallektorstromes und je nach den Anforderungen an die Stabilität zu wählen.
Die Schaltungsanordnung wird besonders einfach, wenn der Emitterwiderstand gleichzeitig zur Stabilisierung des Arbeitspunktes verwendet wird. Da jedoch an einem kleinen Emitterwiderstand auch ein kleiner Gleichspannungsabfall entsteht, muss die Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung berücksichtigt werden. Dies kann bekanntlich am einfachsten geschehen, indem der vorgeschaltete Transistor T6 ein zum Verstärkertransistor T7 komplementärer Transistor ist.
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