DE1221291B

DE1221291B - Overload protection device for multi-stage transistorized amplifiers, especially for carrier frequency line amplifiers

Info

Publication number: DE1221291B
Application number: DET27879A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Haybatolah Khakzar
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1965-01-23
Filing date: 1965-01-23
Publication date: 1966-07-21
Also published as: GB1114050A; SE316508B; FR1464209A

Description

Überlastungsschutzeinrichtung für mehrstufige transistorisierte Verstärker, insbesondere für Trägerfrequenz-Leitungsverstärker Die Erfindung betrifft eine überlastungsschutzeinrichtung für mehrstufige transistorisierte Verstärker, insbesondere für Trägerfrequenz-Leitungsverstärker. Derartige Verstärker, die auf längeren Übertragungsleitungen arbeiten oder in diesen eingeschaltet sind, sind Gefährdungen verschiedener Art ausgesetzt. Diese beispielsweise aus Störströmen oder Störspannungen bestehenden Gefährdungen können über die Übertragungsleitung oder auch über die Stromversorgung auf den betreffenden mit Transistoren bestückten Verstärker gelangen.Overload protection device for multi-stage transistorized amplifiers, in particular for carrier frequency line amplifiers The invention relates to an overload protection device for multi-stage transistorized amplifiers, especially for carrier frequency line amplifiers. Such amplifiers that operate on or in longer transmission lines are switched on, are exposed to various types of hazards. This one, for example Hazards consisting of interference currents or interference voltages can be transmitted via the transmission line or via the power supply on the relevant equipped with transistors Amplifier arrive.

F i g. 1 der Zeichnung zeigt als Beispiel das Blockschaltbild eines bekannten Trägerfrequenz-Leitungsverstärkers. Er besteht aus zwei Blitzableitern BA, zwei Fernspeiseweichen FW, einem Entzerrer E und dem eigentlichen Verstärker V. Die Blitzableiter begrenzen die an den Ein- oder Ausgangsklemmen der Schaltung auftretenden Beeinflussungsspannungen auf ihren Ansprechwert, der etwa 600 V beträgt. Die Fernspeiseweichen bestehen aus je einem Hochpaß und einem Tiefpaß, die eingangsseitig parallel geschaltet sind und den Fernspeisegleichstrom von dem hochfrequenten Nachrichtenband trennen. Der Entzerrer hat eine von tiefen nach hohen Frequenzen zu abnehmende Dämpfung und gleicht zusammen mit dem Verstärker die Kabeldämpfung aus. Eine Stabilisierungsdiode (Zenerdiode) D bildet zusammen mit einem Parallelkondensator C aus dem Fernspeisestrom eine stabilisierte Betriebsspannung für den Verstärker.F i g. 1 of the drawing shows, as an example, the block diagram of a known carrier frequency line amplifier. It consists of two lightning rods BA, two remote feeders FW, an equalizer E and the actual amplifier V. The lightning rods limit the influencing voltages occurring at the input or output terminals of the circuit to their response value, which is around 600 V. The remote feed switches each consist of a high-pass filter and a low-pass filter, which are connected in parallel on the input side and separate the remote feed direct current from the high-frequency message band. The equalizer has an attenuation that decreases from low to high frequencies and, together with the amplifier, compensates for the cable attenuation. A stabilizing diode (Zener diode) D, together with a parallel capacitor C, forms a stabilized operating voltage for the amplifier from the remote feed current.

F i g. 2 zeigt eine bekannte Verstärkerschaltung zum Schutz der Transistoren eines Leitungsverstärkers gegen Beeinflussungsspannungen (vgl. NTZ, 14. Jahrgang, Heft 12, S. 605 bis 608). Mit der Diode Dl, die mit ihrem Durchlaßbereich eine Störung begrenzt, die über den Eingangsübertrager Trl an die Basis-Emitter-Strecke des Eingangstransistors Ts 1 in deren Sperrichtung gelangt, ist ein ausreichender Schutz für die Basis-Emitter-Strecke vorhanden, zumal es fast immer möglich ist, den Emittervorwiderstand R1 genügend groß zu wählen. Der Spannungsabfall an diesem Widerstand kann jedoch so groß werden, daß er sich zur Batteriespannung UB addierend, im ungünstigsten Falle die Kollektor-Emitter-Strecke des Eingangstransistors Ts 1 zerstört.F i g. 2 shows a known amplifier circuit for protecting the transistors of a line amplifier against influencing voltages (cf. NTZ, 14th year, issue 12, pp. 605 to 608). With the diode Dl, which limits a disturbance with its pass band that reaches the base-emitter path of the input transistor Ts 1 in the reverse direction via the input transformer Trl, there is sufficient protection for the base-emitter path, especially since it is almost it is always possible to choose the emitter series resistor R1 sufficiently large. The voltage drop across this resistor can, however, be so great that, when added to the battery voltage UB , it destroys the collector-emitter path of the input transistor Ts 1 in the worst case.

Für den Schutz der Eingangsseite durch eine einzige vorgespannte Diode ist eine Schaltung bekannt (vgl. »Bull SEV«, Bd. 51 [1960], Nr. 7, 9. April, S. 364, F i g. 4 a), bei der die Vorspannung der Diode durch einen Querwiderstand und Reihenwiderstand vor dem Eingang eines Verstärkers in Basisschaltung erzeugt wird. Diese Schaltung hat den Nachteil, daß das Nutzsignal gedämpft wird, bevor es an den Eingang des Verstärkers gelangt. Dadurch verschlechtert sich aber das Verhältnis zwischen Nutzspannung und Rauschspannung, das bei den Leitungsverstärkern speziell eine wichtige Rolle spielt.For the protection of the input side by a single biased diode a circuit is known (see "Bull SEV", Vol. 51 [1960], No. 7, April 9, p. 364, Fig. 4 a), in which the bias of the diode by a transverse resistor and Series resistance is generated in front of the input of an amplifier in a basic circuit. This circuit has the disadvantage that the useful signal is attenuated before it comes on reaches the input of the amplifier. But this worsens the relationship between useful voltage and noise voltage, which is especially true for line amplifiers plays an important role.

Für den Schutz der Ausgangsseite von Leitungsverstärkern sind zwei Möglichkeiten bekannt, die Anschaltung einer ZenerdiodeD2 auf der Primärseite des Ausgangstransformators Tr2 oder die Gegeneinanderschaltung zweier oder mehrerer ZenerdiodenDs und D4 auf der Sekundärseite dieses Transformators. Die Zenerdioden haben aber den Nachteil, daß sie, bedingt durch ihre Wirkungsweise, hohe Sperrschichtkapazitäten besitzen. Diese ändern sich durch die anliegende Signalspannung und rufen hohe nichtlineare Verzerrungen hervor. Die große Sperrschichtkapazität verursacht außerdem noch bei stark gegengekoppelten Verstärkern eine Phasenvordrehung der Schleifenverstärkung, die zur Instabilität führen kann.There are two for protecting the output side of line amplifiers Possibilities known, the connection of a Zener diode D2 on the primary side of the Output transformer Tr2 or the opposing connection of two or more Zener diodesDs and D4 on the secondary side of this transformer. The Zener diodes but have the disadvantage that, due to their mode of operation, they have high barrier layer capacitances own. These change due to the applied signal voltage and call high non-linear Distortions. The large junction capacity also causes strongly negative feedback amplifiers a phase advance of the loop gain, which can lead to instability.

Es ist eine bistabile Transistorschaltung mit einem Paar von Transistoren ungleichen Leitfähigkeitstyps bekannt, die durch zwei Zenerdioden derart erweitert ist, daß diese Dioden bei leitenden Transistoren im Durchbruchgebiet arbeiten und ihre Zenerspannungen zum Einstellen der notwendigen Basisströme beider Transistoren dienen (deutsche Patentschrift 919125). Die Größe der Sperrschichtkapazitäten der Zenerdioden ist dabei uninteressant.It is a bistable transistor circuit with a pair of transistors dissimilar conductivity type known, which is expanded by two Zener diodes is that these diodes work with conducting transistors in the breakdown region and their zener voltages for setting the necessary base currents of both transistors serve (German patent specification 919125). The size of the junction capacitance of the Zener diodes is of no interest here.

Ferner ist eine TransistorverstärkerschaItung mit mehreren parallelgeschalteten Transistoren bekannt, bei der die Basisanschlüsse der Transistoren durch ihnen vorgeschaltete Dioden entkoppelt sind, um zu verhindern, daß bei einem Spannungsdurchschlag der Kollektor-Basis-Strecke eines Transistors die Basisanschlüsse der übrigen Transistoren das hohe Kollektorpotential des durchgeschlagenen Transistors annehmen und dadurch gefährdet werden können (deutsche Auslegeschrift 1092 960). Diesen Entkopplungsdioden liegen zusätzlich noch entgegengesetzt gepolte Dioden zur Arbeitspunktstabilisierung in Reihe, wobei diesen Reihenschaltungen jeweils ein Kondensator parallel geschaltet ist. Die Sperrschichtkapazität spielt bei diesen Dioden keine Rolle.Furthermore, there is a transistor amplifier circuit with several parallel-connected Known transistors in which the base terminals of the transistors are connected upstream from them Diodes are decoupled in order to prevent the The collector-base path of a transistor Basic connections of the remaining transistors the high collector potential of the blown transistor accept and thereby be endangered (German Auslegeschrift 1092 960). These decoupling diodes also have oppositely polarized diodes for operating point stabilization in series, these series connections each a capacitor is connected in parallel. The junction capacitance plays a role in these Diodes do not matter.

Es ist schließlich noch eine Transistorrelaisschaltung bekannt, die mehrere Dioden enthält, von denen eine Zenerdiode den Basisstrom für zwei Transistoren bestimmt, eine andere Diode als Emittervorwiderstand für zwei andere Transistoren dient und bei Stromfluß durch diese Transistoren eine Gegenkopplang verhindert. Außerdem sind noch zwei weitere Dioden vorgesehen, die die Ausgangstransistoren der Schaltung vor Spannungsspitzen schützen sollen. Dabei ist aber keine dieser Dioden vorgespannt und die Größe der Sperrschichtkapazitäten der Dioden ist hier ohne Belang.Finally, a transistor relay circuit is known which contains several diodes, one of which Zener diode provides the base current for two transistors intended to use another diode as an emitter series resistor for two other transistors serves and prevents negative feedback when current flows through these transistors. In addition, two further diodes are provided, which are the output transistors protect the circuit from voltage peaks. But there is none of these Diodes biased and the size of the junction capacitance of the diodes is here irrelevant.

Die Nachteile der bekannten Schaltungen werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß im Eingang des Verstärkers zwischen dem Basisanschluß der ersten Stufe und dem Potential Null und im Ausgang des Verstärkers zwischen dem Kollektoranschluß der letzten Stufe und dem Potential Null je eine in Sperrichtung vorgespannte Diode mit kleiner Sperrschichtkapazität (Schutzdiode) liegt und daß ferner parallel zur Ausgangsdiode eine Stabilisatordiode und eine weitere Diode liegen, die beide gegeneinandergeschaltet sind, wobei die Stabilisatordiode in Sperrichtung vorgespannt ist.The disadvantages of the known circuits are thereby eliminated according to the invention avoided that in the input of the amplifier between the base terminal of the first Stage and the potential zero and in the output of the amplifier between the collector terminal the last stage and zero potential each have a reverse-biased diode with a small junction capacitance (protective diode) and that also parallel to Output diode is a stabilizer diode and another diode, both of which are connected to one another with the stabilizer diode being reverse biased.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung. Der Transistor Ts 1 bildet die Eingangsstufe und der Transistor Ts 2 die Ausgangsstufe. D1, D, und D7 stellen die Schutzdioden und D6 die Stabilisatordiode dar. Die Verspannung der Diode D1 wird durch die Widerstände R1 und R2, die gleichzeitig den Basisspannungsteiler der Eingangsstufe darstellen, und die Verspannung der Doiden D5, D6 und D7 durch die Batteriespannung UB gebildet. Die Diode D1 schließt die Gefährdungsspannungen mit derjenigen Polarität kurz, die sich durch einen Spannungsabfall an dem Widerstand R3 zur Batteriespannung addiert und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Ts 1 zerstören könnte. Gefährdungsspannungen entgegengesetzter Polarität dagegen gelangen an den Widerstand R3 und vermindern die Spannung an der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Ts 1. Die Diode D5 schließt alle Beeinflussungsspannungen mit der Polarität kurz, welche die Verspannung dieser Diode, d. h. die Batteriespannung UB kompensieren oder überkompensieren. Spannungen entgegengesetzter Polarität addieren sich zur Batteriespannung und werden kurzgeschlossen, wenn sie zusammen mit der Batteriespannung die Durchbruchspannung der Stabilisatordiode D6 erreicht haben. Diese Durchbruchspannung muß kleiner als die zulässige Kollektor-Emitter-Spannung des Ausgangstransistors Ts2 sein. Zur Unterstützung der Schutzwirkung ist es gemäß weiterer Erfindung von Vorteil, wenn der Entzerrer in einen Vorentzerrer VE und einen Nachentzerrer NE aufgeteilt wird. Dadurch werden die Beeinflussungsspannungen um die Dämpfung des Vor- bzw. Nachentzerrers gedämpft bevor sie an den Verstärker gelangen.F i g. 3 shows an embodiment of the circuit according to the invention. The transistor Ts 1 forms the input stage and the transistor Ts 2 the output stage. D1, D, and D7 represent the protective diodes and D6 the stabilizer diode. The voltage of the diode D1 is provided by the resistors R1 and R2, which also represent the base voltage divider of the input stage, and the voltage of the Doiden D5, D6 and D7 by the battery voltage UB educated. The diode D1 short-circuits the hazardous voltages with the polarity which, due to a voltage drop across the resistor R3, adds to the battery voltage and could destroy the collector-emitter path of the transistor Ts 1. Hazardous voltages of opposite polarity, on the other hand, reach the resistor R3 and reduce the voltage at the collector-emitter path of the transistor Ts 1. The diode D5 short-circuits all influencing voltages with the polarity that compensate or overcompensate the tension of this diode, i.e. the battery voltage UB. Voltages of opposite polarity add to the battery voltage and are short-circuited when, together with the battery voltage, they have reached the breakdown voltage of the stabilizer diode D6. This breakdown voltage must be less than the permissible collector-emitter voltage of the output transistor Ts2. To support the protective effect, it is advantageous according to a further invention if the equalizer is divided into a pre-equalizer VE and a post-equalizer NE . As a result, the influencing voltages are attenuated by the attenuation of the pre- and post-equalizer before they reach the amplifier.

Zur weiteren Unterstützung der Schutzwirkung ist es zweckmäßig, die Hochpaß- und Tiefpaßgrenzfrequenzen der Fernspeiseweichen möglichst nahe aneinanderzulegen. Dadurch wird eine höchstmöglichste Dämpfung der an den Ein- bzw. Ausgang des Verstärkers gelangenden Beeinflussungsspannungen bewirkt.To further support the protective effect, it is advisable to use the To place high-pass and low-pass cut-off frequencies of the remote feeder switches as close as possible to one another. This results in the highest possible attenuation of the input or output of the amplifier reaching influencing voltages causes.

Claims

Claims: 1. Overload protection device for multi-stage transistorized amplifiers, in particular carrier frequency line amplifiers, characterized in that in the input of the amplifier between the base terminal of the first stage (Ts 1) and zero potential and in the output of the amplifier between the collector terminal of the last stage (Ts2 ) and the potential zero each has a reverse-biased diode (D1 or D5) with a small junction capacitance (protective diode), and that also in parallel with the output diode. (D,) a stabilizer diode (DG) and a further protective diode (D7) are located, both of which are connected to one another, the stabilizer diode (D6) being reverse-biased.

2. Device according to claim 1, characterized in that the voltage of the input protection diode (D1) through the base voltage divider (R1, R2) of the first stage (Ts1) and the voltage of the output protection diode (D5) of the last stage (Ts2) by the battery voltage ( UB) are formed.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that to support the protective effect in line amplifiers, the equalizer is divided into a pre-equalizer (VE) and a post-equalizer (NE) .

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that for further support of the protective effect, the low-pass and high-pass cut-off frequencies of the remote feeder (FW) of the line amplifier are placed as close as possible to one another. Documents considered: German Patent No. 919125; German Auslegeschriften No. 1080 215, 1092 960; French Patent No. 1243 782; "Radio und fernsehen", No. 3, 1961, pp. 83 to 85; “Bull. SEV ", Vol. 51, 1960, No. 7, April 9, pp. 362 to 365; "Electronics", 1958, No. 11, p. 354; "Electronic Rundschau", No. 12, 1957, p. 376.