DE1051916B - Zweiseitiger Amplitudenbegrenzer - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen zweiseitigen Amplitudenbegrenzer mit einer in einen Längszweig geschalteten Impedanz, über welche die zu begrenzende Spannung an die Klemmen eines mittels einer einzigen Schwellenspannungsquelle normalerweise gesperrten Querzweiges angelegt wird, an welchen Klemmen die Ausgangsspannung abgenommen wird.

Bei bekannten Anordnungen sind in Durchlaßrichtung -vorgespannte Dioden in den Längskreis eingeschaltet, deren Elektronenstrom beim Überschreiten des vorgesehenen Schwellwertes gesperrt wird. Die so erzielte Unterbrechung ist jedoch für hohe Frequenzen wesentlich weniger wirksam, da hierbei die Elektrodenkapazität der gesperrten Diode weiterhin Schwingungen überträgt. Dies ist besonders störend bei Verwendung von Dioden aus halbleitendem Material, weil die erwähnte Kapazität dann besonders groß ist.

Dioden weisen im übrigen einen Übergang zwischen Sperr- und Durchlaßbereich auf, der in vielen Fällen nicht ausreichend scharf ist, so daß eine ausreichend genaue Begrenzung nicht erzielt wird.

Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art werden diese Nachteile vermieden, und insbesondere bei hohen Frequenzen sowie auch bei. der Verwendung von Halbleiterelementen kann eine vorzügliche Begrenzung erzielt werden, wenn gemäß der Erfindung der Querzweig aus den mit entgegengesetzter Stromleitungsrichtung parallel geschalteten Hauptstromkreisen zweier Elektronenverstärkerelemente besteht und wenn die Steuerelektroden jedes dieser Elemente mittels der gemeinsamen Schwellenspannungsquelle vorgespannt sind und die Steuerelektroden wenigstens eines dieser Elemente mit einer Anzapfung eines Spannungsteilers verbunden ist, der einerseits an einem Punkt konstanten Potentials und andererseits an einem Punkt des Längszweiges liegt, so daß das erste Element leitend wird, wenn die zu begrenzende Spannung (Vi) am gemeinsamen Punkt des Längs- und Querzweiges einen ersten Schwellenwert überschreitet, während das zweite Element leitend wird, wenn diese Spannung in entgegengesetztem Sinn einen zweiten Schwellenwert überschreitet.

Es sei bemerkt, daß Amplitudenbegrenzer bekannt sind, bei denen für die Begrenzung einer Halbwelle eine Diode im Querzweig angeordnet wurde. Auch sind Begrenzer bekannt, bei denen in normalerweise von einer Anodenbatterie gespeiste Trioden an der Gitter-Kathoden-Strecke gesteuert werden und die Begrenzerwirkung am Sperrpunkt der Gitterspannungs-Anodenstrom-Kennlinie ausgenutzt wird. Bei einer anderen bekannten Anordnung wird die Eingangsspannung über eine Längsimpedanz an einen Querzweig gelegt, der aus zwei mit entgegengesetzter PoIa-

Zweiseitiger Amplitudenbegrenzer

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 2. August 1955

Raymond Georges Schayes, Brüssel,
ist als Erfinder genannt worden

rität parallel geschalteten Dioden besteht, an denen die Ausgangsspannung abgenommen wird. Die Dioden sind nicht vorgespannt, so daß die Amplitude der begrenzten Spannung somit durch die mehr oder weniger ausgeprägte eigene Schwellenspannung der Dioden bestimmt wird.

Nach der Erfindung liegen jedoch gesteuerte Verstärkerelemente im Querzweig, deren Hauptelektrodenstrecken die Einganigsspannunig zugeführt wird. Die unvermeidlichen Elektrodenkapazitäten liegen hierbei im Querzweig und führen gegebenenfalls zu einer gewissen Abschwächung 'der hohen Frequenz, was jedoch in bekannter Weise an anderer Stelle des Verstärkers wieder ausgeglichen werden kann. Da die Verstärkerelemente ihre Betriebsspannung von der

. Eingangsspannung erhalten und außerdem von dieser gesteuert werden, ergibt sich, eine besonders scharfe Begrenzung, die eine gute Symmetrie aufweist. Auch bei der Verwendung von Transistoren als Verstärkerelemente werden so· überraschenderweise vorzügliche Ergebnisse erhalten.

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung näher ■ erläutert, in der

Fig. 1 das Schaltbild einer ersten Auisführungsform, Fig. 2 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 3 das Schaltbild einer dritten Ausführungsforrn darstellt.

Das Ausführungsbeisp'iel nach Fig. 1 enthält zwei elektronische Verstärkerelemente 1 und 2, die aus Trioden bestehen. Diese Trioden sind einander gleich

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und haben je einen Verstärkungsfaktor μ von beispielsweise Zwanzig. Die Anode der Triode 1 ist mit der positiven Klemme einer Speisequell« 3 verbunden. Ihre Kathode ist mit der Anode der Triode 2 verbunden, deren Kathode an Erde liegt. Das Steuergitter der Triade 1 wird mittels einer Schwellenspannungsquelle 4 gegen Erde negativ polarisiert. Ein Spannungsteiler, der aus drei Widerständen 5, 6 und 7 besteht, ist einerseits an 'den'gemeinsamen Punkt 8 der Kathode dter Triode 1 und der Anode der Triode 2 und andererseits an das Steuergitter der Triode 1 angeschlossen. Die zu begrenzende Eingangsspannung Vi wird zwischen Erde und ein Ende eines Widerstandes 9 gelegt, dessen anderes End'e mit dem gemeinsamen Punkt der Widerstände 5 und 6 verbunden ist. Die begrenzte Ausgangsspannung Vu wird zwischen Erde und dem gemeinsamen Punkt 8 entnommen.

Wenn der verhältnismäßig kleine Widerstand 5 außer Betracht gelassen wird, so wird die Röhre 1 leitend, wenn die Eingangsspanniung Vi einen so hohen negativen Wert annimmt, daß die Gitter-Kathoden-Spanhumg der Röhre 1 deren Sperrspannung überschreitet. Dadurch ergibt sich ein so großer Spannungsabfall über dem Widerstand 9, daß die Ausgangsspannung Vu praktisch: konstant bleibt. Nimmt dagegen die Eingangsspanming Vi einen, so hohen positiven Wert an, daß die durch Spannungeteilung über die Widerstände 6 und'..7, am Gitter der Röhre 2 erzeugte negative Spannung kleiner als deren Sperrspannung wird, so fängt die Röhre 2 an, Strom zu leiten. Dadurch wird ein so großer Spannungsabfall über dem Widerstand 9 erzeugt, daß die Spannung Vu praktisch konstant bleibt; -für 'dazwischenliegende Werte der Eingangsspannung Vi bleiben die beiden Röhren 1 und 2 nichtleitend 'und ist Fm somit gleich Vi.

Infolge der Anwesenheit des Widerstandes 5 bleibt Vu etwas geringer als die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 5 und 9.

Die Begrenzung der positiven Spannungen kann dadurch sehr wirksam gestaltet wenden, weil die verbleibende Zunahme der Spannung an diesem Verbindungspunkt durch den Spannungsabfall über dem Widerstand 5 ausgeglichen werden kann. Dadurch kann die Begrenzung der positiven Spannungen durch die Röhre 2 etwa ebenso gut wie die der negativen Spannungen durch die Röhre 1 werden, obwohl diese Röhre mit einer festen positiven Anodenspannung betrieben wind.

Wenn eine Begrenzung gewünscht wird, die auf die positiven und auf d^;ie negativen Spannungen genau die gleiche Auswirkung hat, muß, wie in Fig. 1 gestrichelt angegeben, die Anode der Röhre 1 unmittelbar mit Erde verbunden und R₅ = O genommen werden.

Wenn die Widerstände 6 und' 7 etwa gleich groß gewählt werden, ,sind die positiven und negativen Begrenzungsschwellen, untereinander gleich, so daß sich eine symmetrische Begrenzung ergibt.

In dem in Pig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Trioden 1 und 2 durch p-n-p-Transi'storen 11 und 12 ersetzt, wobei die Kollektorelektrode des ersten Transistors 11 an die negative Klemme einer Speisequelle 13 und seine Basiselektrode an die positive Klemme einer Schweälentspannungsquelle 14 angeschlossen ist. Die Emitterelektrode des Transistors 11 und dlie Köllektorelektrode des Transistors 12 liegen am gemeinsamen Punkt 8, und die Emitterelektrode des Transistors 12 ist mit Erde verbunden. Die Basiselektrode des Transistors 12 ist an dem gemeinsamen Punkt der .Widerstände 6 und 7 angeschaltet.

Solange die zu begrenzende Spannung Vi die positiven und negativen Schwellenwerte nicht überschreitet, durchfließt nur ein Leckstrom Z₁₀^Z₂₀ die in Reihe geschalteten Emitter-Kallek'tor-Elektrodenkreise der Transistoren 11 und 12.

Sobald das Potential des gemeinsamen Punktes 8 dasjenige der positiven Klemme der Quelle 14 ivbcrschreitet, durchfließt ein kleiner Strom den l'asis-Emitter-Elektrodenkreis des Transistors 11 und, weil die Kollektorelektrode dieses Transistors in bezug auf seine Basiselektrode um einige Volt negativ vorgespannt ist, fließt auch ein verhältnis mäßig großer .Strom /", «lurch seinen TTauplistronVkreis (d. li. von seiner Emitterelektrode nach seiner Kollektorelektrode) und auch durch den Widerstand 9, der einer weiteren Zunahme der Spannung Vu am Punkt 8 entgegenwirkt.

Wenn das Potential der Basiselektrode des Tran-• sistors 12 negativ wird, d. h. wenn Vi kleiner als 7?

— Vd · —2- wird, wobei Vd die Spannung der Quelle

14 darstellt, so fängt ein kleiner Strom an, durch den Basis-Emitter-Elektrodenkrei'S des Transistors 12 zu

' fließen. In diesem Augenblick liegt an der Kollektorelektrode dieses Transistors ein Potential, das nahezu gleich der Eingangsspannung Vi ist. Der Transistor 12 fängt somit an, Strom zu führen, und erzeugt dabei einen derartigen Spannungsabfall über den Widerständen 9 und gegebenenfalls 5, daß die Spannung Vu nicht weiter zunimmt. Infolge des Stromes, der aus der Basiselektrode des Tranisistors 12 nach dem gemeinsamen Punkt 8 fließt, wird jedoch das Potential dieser Basiselektrode in bezug auf seinen Wert bei Abwesenheit eines Basisstromes erhöht. Der Widerstand 5 kann derart gewählt wenden, daß 'diese Er-. höhung bei Begrenzung gerade durch den Spannungsabfall I₂ · R₅ ausgeglichen "wird. Die Begrenzerschaltung weist dann für "positive und für negative Spannungen nahezu die gleiche Wirkung auf. Wenn ferner R₆ = R₇, so sind die Absolutwerte der positiven und der negativen Schwellen einander gleich.

Bei dieser Attsführungsform kann die Kollektorelektrode des Transistors 11, wie gestrichelt dargestellt, auch unmittelbar mit Erde verbunden werden. Ferner hat diese Ausführungsform den Vorteil, daß die erzielten Schwellenwerte für die Ausgangsspannung praktisch unabhängig von den Eigenschaften der verwendeten Transistoren sind, weil die Basis-Emitter-Elektrodenspannung, bei der ein Transistor zu leiten anfängt, einen sehr geringen, von der Kol'lektorelektrodenspannung nahezu unabhängigen Wert aufweist. Für den vorliegenden Zweck ist infolgedessen die Verwendung von Transistoren der Verwendung von Röhren vorzuziehen.

In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Transistor 11 durch einen n-p-n-Transistor 11' ersetzt, dessen Basiselektrode mit der Anzapfung eines Spannungsteilers 6'-7' verbunden ist, welcher zwischen dem gemeinsamen Punkt der Widerstände 9 und 5 und Erde geschaltet ist. Die Pölarisationsspannungsquelle 14 ist zwischen den Basiselektroden der Transistoren 11' und 12 angeschlossen. Diese Quelle besteht aus einer kleinen leichten Batterie, die somit unbedenklich »schwebend« —mit beiden Klemmen auf unbestimmtem Gleichpotential — geschaltet werden kann.

Mit dieser Schaltungsanordnung wird auf beiden Transistoren, d. h. sowohl für die positiven als auch

für die negativen Eingangssignale, die Ausgleichswirkung erzielt, die in bezug auf die Ausführungsbeispiele der Fig. 1 und 2 bereits beschrieben worden ist.

Die Vorspannung der Basiselektroden der Transistoren 11' und 12 ist durch die Spannung Vd der Schwellenspannungsquelle 14 und durch die Werte der Widerstände 7' und 7 festgelegt, während der Teil der Eingangsspannung Vi, der an die Basiselektrode des Transistors 11' angelegt wird, durch den Spannungsteiler 6'-7' bestimmt wird.

Anstatt einer gemeinsamen Impedanz 9 und eines gemeinsamen Widerstandes 5 können auch für jeden der Transistoren 11' und 12 eine gesonderte Impedanz und ein gesonderter Widerstand. Verwendung finden. Der Spannungsteiler jedes Transistors wird damn mit dem gemeinsamen Punkt der entsprechenden Impedanz-Widerstands-Kombination verbunden.

Sowohl be!i dieser als auch bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeisp'ielen kann der Widerstand 9 gewünschtenfalls wegfallen, wobei die Signalquelle stärker belastet wird und der Widerstand 5 etwas größer bemessen werden kann.

Claims (5)

Patentansprüche: a5

1. Zweisedtiger Amplitudenbegrenzer mit einer in einen Längszweig geschalteten Impedanz, über welche die zu begrenzende Spannung an die Klemmen eines mittels einer einzigen SchwellenspannungsqueMe normalerweise gesperrten Querzweiges angelegt wird, an welchen Klemmen die Ausgangsspannung abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Querzweig aus den mit entgegengesetzter Stromleitungsrichtung parallel geschalteten Hauptstromkreisen zweier Elektronenvers tärkerelemente besteht und daß die Steuerelektroden jedes dieser Elemente mittels der gemeinsamen Schwellenspannungsquelle (4) vorgespannt sind und die Steuerelektroden wenigstens eines dieser Elemente (2) mit einer Anzapfung eines Spannungsteilers (6,7) verbunden ist, der einerseits an einem Punkt konstanten Potentials

(4) und andererseits an einem Punkt des Längszweiges liegt, so daß das erste Element leitend wird, wenn die zu begrenzende Spannung (Vi) am gemeinsamen Punkt (8) des Längs- und Querzweiges einen ersten Schwellenwert überschreitet, während das zweite Element leitend wird, wenn diese Spannung in entgegengesetztem Sinn einen zweiten Schwellenwert überschreitet.

2. Begrenzer nach Anspruch 1, (dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Verstärkerelemente Transistoren sind, deren Emitter-KoHektor-Elektrodenkreise miteinander in Reihe geschaltet sind.

3. Begrenzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Begrenzungswirkung ein Längswiderstand (5) eingeschaltet ist zwischen dem Punkt des Längszweiges, an welchen der Spannungsteiler (6,7) angeschlossen ist, und dem gemeinsamen Punkt (8) des Längs- und Querzweiges, .so 'daß bei Begrenzung durch das zweite Verstärkerelement der Wert der an dessen Steuerelektrode angelegten Spannung um den Spannungsabfall über dem Längswiderstand erhöht wird.

4. Begrenzer nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Verstärkerelemenite aus zwei ungleichartigen Transistoren bestehen, deren Emitter-Koilektor-Elektrodenkreise parallel geschaltet sind, und die Schwellenspannungsquelle zwischen den Basiselektroden der zwei Transistoren angeschlossen ist und die Basiselektrode jedes Transistors mit einer Anzapfung eines Spannungsteilers verbunden ist, der einerseits an einem Punkt konstanten Potentials und andererseits an einem Punkt des Längezweiges liegt.

5. Begrenzer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß 'der Längszweig aus dem erwähnten Längswiderstand besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 218 782;
deutsche Patentschriften Nr. 698 455, 862 175,
568.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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