CS254416B1

CS254416B1 - Connection for ensuring soft limitation of the output amplifier signal

Info

Publication number: CS254416B1
Application number: CS851152A
Authority: CS
Inventors: Josef Novak
Original assignee: Josef Novak
Priority date: 1985-02-19
Filing date: 1985-02-19
Publication date: 1988-01-15
Also published as: CS115285A1

Abstract

Zapojenířeší problémy vznikající při přebuzení výkonových zesilovačů - a to poslechově nápadného zkreslení a rušivého vyzařování přebuzenéhojzesilovače' v rozhlasových pásmech. Řešení spočívá v tom, že při i velikosti výstupního signálu zesilovače těsně pod omezením omezuje vstupní signál pro zesilovač takovou měrou a způsobem, že zcela odpadá rušivé vyzařování a vznikající tvarové zkreslení je poslechově přijatelnější. Zapojení je uspořádáno tak, aby jeho funkce byla v širokých mezích nezávislá na velikosti a zvlnění napájecích napětí zesilovače, čímž je zajištěno velmi dobré využití výkonu zesilovače v lineárním režimu, kdy ještě vstupní signál není obvodem podle tohoto řešení omezován.Engaging in overexcitation problems power amplifiers - and listening conspicuously distortion and disruptive radiation of the overloaded amplifier in radio bands. The solution is that at i the amplifier output signal just below the limit it limits the input signal to the amplifier to such an extent and in such a way that disruptive emissions and emerging energy are completely eliminated shape distortion is more acceptable. Engagement it is arranged so that its function is within wide limits independent of amplifier power supply voltage and ripple thereby ensuring very good utilization of the power of the amplifier in linear mode, when the input signal is not circuit according to this solution.

Description

Vynález se týká zapojení pro zajištění měkkého omezení výstupního signálu zesilovače.The invention relates to a circuit for providing a soft limitation of the amplifier output signal.

Překročí-li při provozu zesilovače velikost zpracovávaného signálu určitou hranici, dostává se zesilovač do stavu přebuzení, ve kterém skokem narůstá tvarové zkreslení a kde se zesilovač také stává zdrojem rušení v oboru radiových signálů. Tyto skutečnosti jsou v současné době buď zcela opomíjeny, nebo jsou v některých případech zesilovače vybavovány indikátory, jejichž účelem je upozornit uživatele na případný vznik tohoto nežádoucího jevu. _t If the amplitude of the signal being processed exceeds a certain limit during the operation of the amplifier, the amplifier enters an overexcitation state in which the shape distortion increases and where the amplifier also becomes a source of interference in the radio signal field. These facts are currently either completely neglected, or in some cases amplifiers are equipped with indicators to alert the user to the possible occurrence of this undesirable phenomenon. _t

Je znám například i obvod s funkcí omezovače, zařazeného kaskádně před zesilovač a uspořádaný tak, že mezi omezovačový vstup a výstup je zařazen omezovači odpor, přičemž k omezovačovému výstupu jsou dále připojeny dvě omezovači diody, jejichž druhé vývody jsou zapojeny k výstupům odporových děličů, kteréžto děliče jsou připojeny vždy k zemní svorce a k napájecím vstupům zesilovače. Mezi výstupy těchto odporových děličů je dále zapojen integrační kondenzátor. Omezovači diody jsou v zapojení polarizovány v závěrném směru. Účelem tohoto obvodu je zamezit Lomu, aby se zesilovač dostal do stavu přebuzení. Děje se to opět za cenu zkreslení zpracovávaného signálu, ovšem zkreslení poslechově přijatelnějšího ve srovnání se zkreslením doprovázejícím tvrdé omezení signálu. Je-li obvod správně navržen a nastaven, odpadává dále i radiové vyzařování přebuzeného zesilovače.For example, a limiter circuit cascaded upstream of the amplifier is known, and arranged to include a limiting resistor between the limiting input and the output, wherein two limiting diodes are connected to the limiting output, the other terminals of which are connected to the resistor divider outputs. the dividers are always connected to the ground terminal and to the power inputs of the amplifier. An integral capacitor is also connected between the outputs of these resistive dividers. The limiting diodes in the circuit are polarized in the reverse direction. The purpose of this circuit is to prevent the Fracture from getting into the overload state. Again, this happens at the cost of distortion of the signal being processed, but more distortion-friendly than the distortion accompanying a severe signal restriction. If the circuit is properly designed and set, the radio emission of an over-excited amplifier is no longer required.

Nepopiratelnou výhodou tohoto řešení je jeho extrémní jednoduchost, obvod však má řadu nedostatků, které vyplývají ze skutečnosti, že diody tvořící základ obvodu plní současně různé funkce, z čehož vyplývají nežádoucí kompromisy. Z této koncepce také nutně vyplývá malá citlivost na změny napájecího napětí, vzhledem k velkému poměru mezi velikostí vstupního signálu a velikostí napájecího napětí. Další nevýhodou je skutečnost, že rozhodující veličinou pro práh omezování vstupního signálu je střední hodnota napájecího napětí a ne jeho hodnota minimální. Není tedy respektováno zvlnění napájecího napětí, které má z uvažovaného hlediska zásadní vliv a je právě při zpracování velkých signálů, tedy při zatížení, značné. Dalším nedostatkem uvedeného řešení je to, že při obvyklých velikostech vstupního napětí signálu může být klidové předpětí diod jen malé. Podle mezinárodní konvence, jmenovitá úroveň je 1 V, maximální špičková velikost nepřekračuje z praktických důvodů 2 V. Z toho ovšem dále vyplývá, že má-li být bezpečně zajištěno nezbytné omezení velkých amplitud signálu, musí nelinearila diod působit daleko dříve. Jinými slovy: působením popisovaného obvodu vzniká zkreslení signálu i při takových amplitudách, kdy by k trvalému omezení bývalo ještě nedošlo. Nepříznivé působí i teplotní závislost úbytku napětí na, omezovačích diodách, protože ovlivňuje prahovou úroveň, při které začíná obvod vstupní signál omezovat.The indisputable advantage of this solution is its extreme simplicity, but the circuit has a number of drawbacks that arise from the fact that the diodes forming the base of the circuit simultaneously perform various functions, resulting in undesirable compromises. This concept also necessarily implies low sensitivity to changes in the supply voltage, due to the large ratio between the size of the input signal and the size of the supply voltage. Another disadvantage is that the decisive variable for the input signal limiting threshold is the mean value of the supply voltage and not its minimum value. Thus, the ripple of the supply voltage, which has a fundamental effect from the point of view, is not taken into account and is considerable when processing large signals, ie under load. A further drawback of this solution is that at normal signal input voltage levels, the bias of the diodes can only be small. By international convention, the nominal level is 1 volts, the maximum peak size does not exceed 2 volts for practical reasons. In other words: the described circuit causes distortion of the signal even at such amplitudes that the permanent limitation would not have occurred yet. The temperature dependence of the voltage drop on the limiting diodes also has an adverse effect, since it affects the threshold level at which the circuit starts to limit the input signal.

Všechny tyto nedostatky odstraňuje zapojení pro zajištění měkkého omezení výstupního signálu zesilovače podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje komparátor a spínač, přičemž komparátor má první komparátorový vstup spojen s prvním zesilovačovým výstupem zesilovače, druhý komparátorový vstup má spojen s prvním napájecím vstupem zesilovače a třetí, komparátorový vstup má spojen s druhým napájecím vstupem zesilovače, zatímco první komparátorový výstup komparátoru je spojen se spínačovým vstupem spínače, jehož spínačový výstup je spojen s druhým omezovačovým vstupem omezovače. Dále je podle vynálezu první komparátorový vstup rozdělen na dva samostatné vstupy.All these drawbacks are eliminated by the circuitry to provide a soft limitation of the amplifier output signal of the present invention, comprising a comparator and a switch, the comparator having a first comparator input coupled to the first amplifier output, a second comparator input coupled to the first amplifier power input and a third, the comparator input is connected to the second amplifier power input, while the first comparator output of the comparator is connected to the switch input of the switch, the switch output of which is connected to the second limiter input of the limiter. Furthermore, according to the invention, the first comparator input is divided into two separate inputs.

Podstata činnosti a účinku zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že při detekci prahu přebuzení se s napájecím napětím porovnává výstupní napětí zesilovače, které je velké, na rozdíl od známého zapojení, které pracuje se vstupním napětím, které je malé, čímž je dosaženo větší citlivosti obvodu a podstatně lepšího potlačení vlivu teplotní závislosti prvků detekčního obvodu na přesnost funkce zapojení. Zapojení podle vynálezu navíc respektuje zvlnění napájecího napětí, čímž je dále zvýšena přesnost funkce obvodu v širokých mezích změn napájecího napětí, způsobených změnami zatížení zesilovače i kolísáním síťového napětí. Zařazením samotného spínače je vyloučen nežádoucí vliv omezovačích diod na linearitu celého zapojení pro takové amplitudy signálu, které není třeba omezoval.The essence of the operation and effect of the circuit according to the invention is that when detecting the overexcitation threshold, the output voltage of the amplifier is compared to the output voltage, which is large, as opposed to the known circuit, which operates with an input voltage that is small. circuit and significantly better suppression of influence of temperature dependence of detection circuit elements on wiring function accuracy. In addition, the circuit according to the invention respects the ripple of the supply voltage, which further increases the accuracy of the circuit function within the wide limits of the supply voltage variations caused by the amplifier load variations and the mains voltage fluctuations. The inclusion of the switch itself eliminates the undesirable influence of the limiting diodes on the linearity of the entire circuit for those signal amplitudes that need not be limited.

Vynález je blíže vysvětlen na příkladu provedení s odkazem na připojený výkres, kde obr. 1 je základní blokové schéma zapojení podle vynálezu, obr. 2 je příklad zařízení podle vynálezu se znázorněným vnitřním zapojením omezovače, spínače, komparátoru a výstupní části zesilovače. Na obr. 3 je zachycen omezovač, představující nejbližší známý stav techniky a popsaný v úvodu.The invention is explained in more detail by way of example with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a basic circuit diagram according to the invention. Fig. 2 is an example of a device according to the invention with internal connections of a limiter, switch, comparator and amplifier output. FIG. 3 shows a limiter representing the closest prior art and described in the introduction.

U zapojení pro zajištění měkkého omezení výstupního signálu zesilovače podle vynálezu je první zesilovačový výstup 5 zesilovače Z připojen k prvnímu komparátorovému vsLupu 9 komparátoru K, jehož další vstupy, to je druhý komparátorový vstup 10 a třetí komparátorový vstup 11, jsou spojeny s prvním napájecím vstupem 7 a druhým napájecím vstupem 8 zesilovače Z a jehož první komparátorový výstup 12 je spojen se spínačovým vstupem 13 spínače S, jehož spínačový výstup 14 je spojen, s druhým omezovačovým vstupem 15 omezovače O, jehož první omezovačový vstup 2 je spojen se vstupní svorkou 1 celého zapojení a jehož omezovačový výstup 3 je připojen k zesilovačovému vstupu 4 zesilovače Z, jehož první zesilovačový výstup 5 je spojenIn the circuit for soft limiting the output signal of the amplifier according to the invention, the first amplifier output 5 of the amplifier Z is connected to the first comparator input 9 of the comparator K, whose other inputs, i.e. the second comparator input 10 and the third comparator input 11 are connected to the first power input 7 and a second power input 8 of amplifier Z and whose first comparator output 12 is connected to the switch input 13 of the switch S, whose switch output 14 is connected, to the second limiter input 15 of the limiter O, whose first limiter input 2 is connected to the input terminal 1 and whose limiter output 3 is connected to amplifier input 4 of amplifier Z, whose first amplifier output 5 is connected

254 416 s výstupní svorkou 6, kde se odebírá omezený signál.254 416 with output terminal 6 where a limited signal is taken.

Při funkci zapojení porovnává komparátor K napětí na prvním zesilovačovém výstupu 5 zesilovače Z s napětími na jeho napájecích vstupech 7, 8. Poklesne-li absolutní hodnota rozdílu mezi napětím na prvním zesilovačovém výstupu 5 zesilovače Z a napětím na některém z jeho napájecích vstupů 7, 8 pod určitou nastavenou hodnotu, generuje komparátor K na prvním komparátorovém výstupu 12, resp. na náhradních komparátorových výstupech 12a, 12b (obr. 2), řídicí napětí pro ovládání spínačeIn the wiring function, the comparator K compares the voltage at the first amplifier output 5 of the amplifier Z with the voltages at its power inputs 7, 8. If the absolute value of the difference between the voltage at the first amplifier output 5 of the amplifier Z and the voltage at one of its supply inputs 7, 8 below a certain set value, the comparator K generates at the first comparator output 12 resp. on the spare comparator outputs 12a, 12b (Fig. 2), the control voltage for controlling the switch

S. Spínač S pak uvede do činnosti omezovač O, který omezí vstupní signál zesilovače Z na takovou velikost, která nestačí k jeho přebuzení. Pokud naopak rozdíly mezi výstupním napětím zesilovače Z a napětími na jeho napájecích vstupech 7, 8 nepoklesnou pod kritickou hodnotu, spínač S zůstává nesepnut, obvqd omezovače Oje bezpečně odpojen a nezhoršuje linearitu přenosu celého zapojení. Podle druhého význaku předmětu vynálezu je první komparátorový vstup 9 komparátoru K rozdělen na dva samostatné vstupy 9a, 9b, což umožňuje optimální připojení zapojení k výkonovému zesilovači Z. Tyto samostatné vstupy mohou pak být například spojeny s emitory prvního a druhého výkonového tranzistoru T₍ a T₇ zesilovače Z, což umožňuje ještě přesnější detekci prahu přebuzení a tudíž ještě přesnější funkci celého zapojení. Tato varianta je znázorněna na obr. 2, kde je vyobrazeno příkladové provedení celého zapojení.The switch S then actuates the limiter O, which limits the input signal of the amplifier Z to a size that is not sufficient to override it. Conversely, if the differences between the output voltage of the amplifier Z and the voltages on its power inputs 7, 8 do not fall below the critical value, the switch S remains open, the limiter O is safely disconnected and does not impair the linearity of the transmission. According to a second aspect of the invention, the first comparator input of the comparator 9 to be split into two separate inlets 9a, 9b, which allows the optimum connection wiring to the power amplifier Z. These separate inputs may then for example be connected to the emitters of the first and second power transistor T _(and T _{7 of the} amplifier Z, which allows an even more accurate detection of the overexcitation threshold and hence an even more accurate function of the whole circuitry.This variant is shown in Figure 2, where an exemplary embodiment of the whole circuitry is shown.

Obr. 3 uvádí pro porovnání příklad omezovače dříve známého zapojení, kde vstupní svorka 1 je připojena k prvnímu omezovačovému vstupu 2, ke kterému je připojen omezovači odpor, napojený dále k omezovačovému výstupu 3 a současně k prvním vývodům omezovačích diod, jejichž druhé vývody jsou zapojeny k výstupům odporových děličů, kteréžto děliče jsou připojeny vždy k zemnicí svorce a k napájecím svorkám +U, -U zesilovače Z. Mezi výstupy těchto odporových děličů je dále zapojen integrační kondenzátor. Funkce tohoto zapojení byla popsána v úvodu.Giant. 3 shows, for comparison, an example of a limiter of a previously known circuit, wherein the input terminal 1 is connected to a first limiter input 2 to which a limiting resistor is connected, connected further to the limiting output 3 and simultaneously to the first terminals of the limiting diodes. The resistors are always connected to the ground terminal and to the + U, -U power supply terminals of the Z amplifier. An integral capacitor is also connected between the outputs of these resistive dividers. The function of this connection has been described in the introduction.

Claims

Wiring for providing a soft limitation of an amplifier output signal comprising a cascaded limiter at the amplifier input, characterized in that it comprises a comparator (K) and a switch (S), the comparator (K) having a first comparator input (9) connected to the first, the amplifier output (5), the second comparator input (10) having a first power input (7) of the amplifier (Z) and a third comparator input. the input (11) is connected to the second power input (8) of the amplifier (Z), while the first comparator output (12) of the comparator (K) is connected to the switch input (13) of the switch (S) whose switch output (14) is connected to the second limiter input (15) of the limiter (0).

2. Circuit according to claim 1, characterized in that _the first comparator input (9) of the comparator (K) is divided into two separate inputs, the first spare comparator input (9a) and the second spare comparator input (9b).