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Transistorbegrenzerverstärker mit Sperrwirkung Die Erfindung bezieht
sich auf einen Transistorbegrenzerverstärker mit Sperrwirkung, der einen Eingangsübertrager
aufweist und dessen Arbeitspunkt durch eine Vorspannung eingestellt ist.
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Schaltungsanordnungen zur Amplitudenbegrenzung, die zusätzlich die
Eigenschaft haben, daß sie beim Auftreten von amplitudenmäßig über einem definierten
Schwellwert liegenden Eingangswechselspannungen keine Ausgangsspannung mehr abgeben,
werden unter anderem in der Fernmeldetechnik benötigt, um Verstärker und Modulatoren
gegen Überspannungen zu schützen und die Belastung von Mehrkanalsystemen auf einen
bestimmten Wert zu begrenzen.
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Es ist bekannt, die durch Schaltknacke der Wählorgane verursachten
sogenannten Knackspannungen durch Kurzschlußkontakte in den Relaisübertragungen
zu unterdrücken. Dabei ist jedoch von Nachteil, daß die erste Impulsflanke einer
Knackspannungsserie ungehindert an den Kurzschlußkontakten vorbeilaufen kann, weil
die Relais, die diese Kurzschlußkontakte betätigen, eine etwa 10 bis 20 Millisekunden
betragende Anzugszeit haben. Zudem können diese Kurzschlußkontakte, da sie jeweils
im sendenden Vierdrahtzweig einer Gabel angeordnet sind, nicht gefrittet werden.
Daher können bei Verschmutzung der Kontakte Übergangswiderstände entstehen, die
die Kurzschlußwirkung erheblich herabsetzen.
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Es ist ferner ein Transistorbegrenzerverstärker mit Sperrwirkung bekannt,
in dessen Eingangskreis Speicherkondensatoren über richtungsabhängige, definierte
Ansprechschwellen aufweisende Elemente (z. B. Zenerdioden) derart eingefügt sind,
daß sie von den definierte Amplitudenwerte übersteigenden Halbwellen der Eingangswechselspannung
auf eine für die Eingangsstrecke des Transistors wirksame Sperrspannung aufgeladen
werden. Die Sperrwirkung tritt aber erst nach einer gewissen Aufladezeit der Speicherkondensatoren
ein und wird wiederum erst nach einer gewissen Entladung dieser Kondensatoren wiederaufgehoben.
Es ergibt sich daher bei Verwendung eines solchen Begrenzerverstärkers zur Unterdrückung
von Knackspannungen in Bezug auf die Schaltzeit gegenüber einem Kurzschlußkontakt
kein wesentlicher Vorteil.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Transistorbegrenzerverstärker
mit Sperrwirkung zu schaffen.
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Ein Transistorbegrenzerverstärker mit Sperrwirkung, der einen Eingangsübertrager
aufweist und dessen Arbeitspunkt durch eine Vorspannung eingestellt ist, ist gemäß
der Erfindung so ausgebildet, daß eine weitere Wicklung auf den Eingangsübertrager
aufgebracht ist, daß dieser Wicklung eine Gleichrichteranordnung nachgeschaltet
ist und diese mit ihren Ausgangsklemmen derart in den Eingangskreis der Transistorstufe
eingefügt ist, daß die an diesen Klemmen auftretende, von der Eingangswechselspannung
abgeleitete Steuergleichspannung in ihrer Polarität der Vorspannung entgegengesetzt
ist, und daß die Vorspannung so bemessen ist, daß die Steuerspannung erst nach Überschreiten
eines definierten Wertes der Eingangswechselspannung wirksam ist.
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Diese Schaltungsanordnung hat gegenüber dem bekannten Transistorbegrenzerverstärker
den Vorteil, daß sie mit vernachlässigbar kleiner Zeitkonstante und scharfem Begrenzungseinsatz
arbeitet. Bis zu einem vorgebbaren Wert der Eingangsspannung steigen die Werte der
Ausgangsspannung dabei linear mit den Eingangsspannungswerten an, bleiben dann um
den vorgebbaren Eingangsspannungswert in einem kleinen Übergangsbereich nahezu konstant
und gehen bei höheren Werten der Eingangsspannung rasch auf einen sehr kleinen,
weit unter dem Normalwert der Ausgangsspannung liegenden Wert zurück.
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Bei sehr scharfem Übergang von zulässigen Eincangsspannungswerten
zu solchen Werten der Eingangsspannung. die den Verstärker sperren, können jedoch
durch das harte Aus- und Einschalten des Kollektorgleichstroms des in der Verstärkerstufe
verwendeten Transistors am Ausgangsübertrager der Verstärkerstufe auch neue Knackspannungen
entstehen, die unter Umständen größer sein können als die am Eingang vorhandenen
Störspannungen. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die
Transistorsverstärkerstufe als eine auf einen gemeinsamen Ausgangsübertrager arbeitende,
zwei
Transistoren enthaltende Gegentaktstufe ausgebildet ist. Daraus ergibt sich der
Vorteil, daß sich die beim raschen Ein- und Ausschalten der beiden Transistorströme
in die Sekundärwicklung des Ausgangsübertragers induzierten Spannungen gegeneinander
aufheben und daher keine neuen Knackspannungen erzeugt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale eines Transistorverstärkers nach der
Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele,
die in F i g. 1 und 2 dargestellt sind, entnehmbar.
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F i g. 1 zeigt eine Verstärkerstufe mit einem Transistor in Emitterschaltung,
bei der eine zwischen den Eingangsklemmen 1, 2 auftretende, zeitlich veränderliche
Spannung über einen Eingangsübertrager 3 dem Transistor Ts 1 zugeführt
wird. Die Betriebsgleichspannung liegt an den Klemmen 4, 5. Von ihr wird
mit Hilfe des Spannungsteilers R 1, R 2 die zur Einstellung des Gleichstromarbeitspunktes
benötigte Vorspannung abgegriffen. Bei Verwendung eines pnp-Transistors muß dabei
die Basiselektrode des Transistors gegen dessen Emitterelektrode schwach negativ
gemacht werden. Vom Schaltungspunkt 4, an den die positive Klemme der Betriebsspannungsquelle
angeschlossen ist, fließt infolgedessen ein Gleichstrom über den Widerstand R 4,
den Emitter und die Basis des Transistors Ts 1, durch die Sekundärwicklung
des Eingangsübertragers 3 und den Widerstand R 3 zum Schaltungspunkt 6 und von dort
über den Widerstand R 2 und Punkt 5 zum negativen Pol der Betriebsspannungsquelle.
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Nach der Erfindung ist auf den Eingangsübertrager 3 eine weitere,
hier symmetrisch geteilte Wicklung 3 a aufgebracht, deren äußere Enden über die
aus den Dioden 7, 8 bestehende Gleichrichteranordnung mit dem einen Ende 9 des Widerstandes
R 3 verbunden sind, während die Mittelanzapfung der Wicklung an das andere Ende
6 dieses Widerstandes angeschlossen ist. Die beiden Dioden 7, 8 sind dabei
so gepolt, daß sie durch die an dem Widerstand R 3 infolge des Gleichstromes
abfallende Gegenspannung in Sperrrichtung vorgespannt werden.
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Liegt nun eine Wechselspannung mit zulässiger Amplitude über die Klemmen
1, 2 am Eingangsübertrager 3, dann steuert diese in bekannter Weise den Transistors
Ts 1. An den Klemmen 10, 11 des Ausgangsübertragers 12 kann diese
Spannung entsprechend verstärkt abgenommen werden. Die in die Wicklung 3 a induzierte,
aus der Eingangswechselspannung abgeleitete Spannung kann erst dann wirksam werden,
wenn die Eingangswechselspannung unzulässig hohe Werte annimmt. Dann überwindet
sie nämlich. die an den Dioden 7, 8 liegende Gegenspannung und kehrt, da
sie zur Vorspannung entgegengesetzte Polarität besitzt, die Stromrichtung im Widerstand
R 3 um. Damit steuert sie als Steuergleichspannung den Transistor Ts 1 in
Sperrichtung.
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Der Kondensator C 1 dient dabei zur wechselstrommäßigen Überbrückung
der Widerstände R 1 und R 3. Mit dem Übersetzungsverhältnis der Primärwicklung des
Eingangsübertragers 3 zur Wicklung 3 a und mit der Größe des Widerstandes R 3 kann
der Einsatzpunkt der Sperrung sowie die Schärfe des Überganges zwischen normaler
Verstärkung und Sperrung gewählt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Schaltung ist
dabei, daß auch bei nicht sinusförmigen, nur einseitig gepolten Knackspannungsspitzen
eine nahezu zeitkonstantenlose Sperrung des Transistors Ts 1
erfolgt.
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Wie oben schon ausgeführt, wirkt der Transistor Ts 1 wie ein
Schalter, der den Kollektorgleichstrom hart ein- und ausschaltet, wenn der Wert
der Eingangsspannung sehr steil von zulässigen zu unzulässig hohen Werten übergeht,
oder umgekehrt. Dadurch entstehen aber im Ausgangsübertrager 12
neue Knackspannungen.
Dies kann dadurch verhindert werden, daß nach der Weiterbildung der Erfindung in
der Verstärkerstufe zwei Transistoren in Gegentaktschaltung verwendet werden (vgl.
F i g. 2).
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Die Eingangswechselspannung liegt dabei (vgl. F i g. 2) an den Schaltungspunkten
13, 14 und steuert in bekannter Weise über den Eingangsübertrager 15 die
beiden Transistoren Ts2 und Ts3.
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Die Ausgangsspannung kann an den Klemmen 16,
17 des Ausgangsübertragers
18 abgenommen werden. Die Betriebsgleichspannung wird der Schaltung über die Punkte
19, 20 zugeführt. Der in F i g. 1 dargestellten Schaltung entsprechend wird an einem
Spannungsteiler R 5, R 6 eine Vorspannung abgegriffen und über die Schaltungspunkte
27, 28 der Gegentaktschaltung zugeführt. Der Gleichstrom, der infolge dieser Spannung
die zueinander parallelen und symmetrischen Schaltungszweige 29, 30 der Gegentaktschaltung
durchfließt, fixiert die Arbeitspunkte der beiden Transistoren Ts2, Ts3. Mit Hilfe
der zusätzlich auf den Eingangsübertrager 15 aufgebrachten, hier ungeteilten Wicklung
22 und der deshalb in der Schaltung nach F i g. 2 in Brückenschaltung ausgeführten
Gleichrichteranordnung 21 wird aus der Eingangswechselspannung eine zu dieser nahezu
proportionale Steuergleichspannung gewonnen und an die Schaltungspunkte 27, 28 gelegt,
und zwar derart, daß sie dabei zur Vorspannung entgegengesetzte Polarität hat. Die
Vorspannung spannt infolgedessen, da sie ebenfalls an den Schaltungspunkten 27,
28 liegt, die Gleichrichteranordnung 21 in Durchlaßrichtung vor, so daß die Steuerspannung
erst diese Vorspannung mindestens kompensieren muß, bevor sie den Eingangskreis
der beiden Transistoren Ts2, Ts3 beeinflussen und die Gegentaktstufe dadurch in
Sperrichtung steuern kann.
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Durch geeignete Bemessung des übersetzungsverhältnisses der Primärwicklung
des Eingangsübertragers zur Wicklung 22 kann dabei der Einsatzpunkt der Sperrung
gewählt werden.
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Um die Unterschiede der Kennlinien der beiden Transistoren Ts2 und
Ts3 sowie die noch verbleibende Restunsymmetrie der Primärwicklung des Ausgangsübertragers
18 zu kompensieren, ist der Widerstand R 9 als Potentiometer mit verstellbarem
Mittelabgriff ausgeführt. Zur Eichung der Gleichrichterschaltung 21 und zur Kompensation
eventueller Unsymmetrien kann ein kleiner Kondensator C2 zwischen die Schaltungspunkte
25, 26 gelegt werden, der so zu bemessen ist, daß er keine für die Sperrung der
Gegentaktverstärkerstufe ungünstige Zeitverzögerung verursacht.
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Eine Zenerdiode 31 überbrückt die Ausgangsklemmen 25, 26 der Gleichrichteranordnung.
Sie wird leitend, wenn die Steuergleichspannung einen definierten Wert von z. B.
6 V überschreitet. Dadurch wird verhindert, daß an den Basis-Emitter-Strecken der
beiden Transistoren Ts2, Ts3 infolge überhöhter Eingangswechselspannungen in Sperrichtung
gepolte
Spannungen auftreten, die zum Durchbruch und damit zur Zerstörung der Transistoren
führen würden.
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Die Kollektorgleichströme durch die beiden Transistoren Ts2, Ts 3
fließen in der Primärwicklung des Ausgangsübertragers 18 in zueinander entgegengesetzter
Richtung, deshalb heben sich die Spannungen, die beim Ein- und Ausschalten dieser
Ströme in die Sekundärwicklung des Ausgangsübertragers 18 induziert werden, gegeneinander
auf. Das hat zur Folge, daß an den Ausgangsklemmen 16, 17 keine neuen Knackspannungen
auftreten können, auch wenn das Aus- bzw. Einschalten dieser Ströme sehr rasch erfolgt.
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Der Begrenzerverstärker nach der Erfindung kann auch in vorteilhafter
Weise in den Vierdrahtwegen der Relaisübertragungen der Vermittlungstechnik zur
Entdämpfung von Zweidrahtleitungen bei vierdrähtiger Durchschaltung verwendet werden,
da er eine Verstärkungsreserve besitzt, die normalerweise nicht benötigt wird.