DE1223886B

DE1223886B - Amplifier with diode limiter circuitry

Info

Publication number: DE1223886B
Application number: DEA49983A
Authority: DE
Inventors: Dr Sc Techn Peter Aem Dipl-Ing
Original assignee: Siemens Albis AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 1964-10-08
Filing date: 1965-08-12
Publication date: 1966-09-01

Description

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.Amplifier having a diode limiter circuit arrangement - The present invention relates to an amplifier having a diode limiter circuit arrangement in which information about the magnitude of the input signal is generated.

Vielfach besteht bei Empfangsgeräten- für beson-: äere 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 Yorstärkungsgrad das Eingangssignal errechnet werden.In many cases, there are receivers for special applications the need to know the size of the input signal. As long as unregulated amplifier used in the receiving device can be obtained from the easily measurable amplified signal if the degree of amplification is known, the input signal can be calculated.

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.Qröße des Ein' gangssignals 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 oderlmpulscodemodulation. Bei Frequenzmodulation beeinträchtigt die scharfe. Begrenzung das Signal nicht; bei den genannten Impulsmodulationsarten wird die scharfe Begrenzung aus systemtechnischen Gründen vielfach verlangt.With automatically controlled amplifiers, especially those on a constant output signal is controlled, can be derived from the controlled variable, such as control current or control voltage, a statement about the size of the input signal. This information is generally carried along with amplitude-limiting amplifiers sharp delimitation lost. The sharp limitation is achieved with different types of modulation such as frequency modulation, pulse phase modulation or pulse code modulation. When frequency modulation affects the sharp. Do not limit the signal; In the case of the types of pulse modulation mentioned, the sharp limitation is based on system technology Reasons are often requested.

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 Einaangssignals meßbar sein soll, so wird meist der wirtschaftliche Vorteil der scharf begrenzenden Verstärker nicht ausgenützt. Statt dessen werden komplizierte Regelverstärker oder, wenn das Einschwingen stört, logarithmische Verstärker verwendet. Vor der Signalauswertung wird dann eine zusätzliche Stufe zur Begrenzung benötigt.Sharply limiting amplifiers have compared to the control amplifiers the advantage,. that with little effort you can remove the ' Do not exhibit settling effects. Is it now required for an amplifier that the The size of the input signal should be measurable, so the economic advantage is usually the sharply delimiting amplifier is not exploited. Instead, they get complicated Control amplifier or, if the transient disturbances, logarithmic amplifiers are used. An additional level of limitation is then required before the signal evaluation.

Der Zweck der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei einem eingangs beschriebenen Verstärker trotz scharfer Begrenzung eine Information über die Größe des Eingangssignals,erha-Iten wird, ohne den Aufwand zu vergrößern.The purpose of the invention is to be seen in the fact that at the beginning described amplifier despite the sharp limitation information about the size of the input signal, without increasing the effort.

Die Erfindung ist dadurch, gekennzeichnet, daß wenigstens eine Diode in an sich bekannter Weise durch die Emitter-Basis-Strecke eines Transistors gebildet ist und daß der Kollektor dieses Transistors über ein Tiefpaßfilter und ein Gleichstromanzeigegerät auf die Speisespannung geführt ist.The invention is characterized in that at least one diode formed in a manner known per se by the emitter-base path of a transistor and that the collector of this transistor is through a low-pass filter and a DC display device is performed on the supply voltage.

.Insbesondere werden beide Dioden durch die Emitter-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 F i g. 1 einen Begrenzer mit zwei komplementären Transistoren, F i g. 2 einen solchen mit zwei gleichen Transistoren, F i g. 3 eine Schaltungsanordnung für einen großen Dynamikbereich.In particular, both diodes are formed by the emitter-base paths of two complementary transistors, of which both collector currents each give a measure of the size of the input signal. The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing in three exemplary embodiments. F i g. 1 a limiter with two complementary transistors, F i g. 2 one with two identical transistors, F i g. 3 shows a circuit arrangement for a large dynamic range.

In F i g. 1 gelangt das Signal vom Eingang E auf die Basis eines Verstärkertransistors T3 in Emitter-Grund-Schaltung. Der Ausgang am Kollektor dieses Transistors T 3 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 zw.eier parallelgeschalteter kompleinentärer Transistoren T 1 (NPN-Type) und T 2 (PNP-Type) überbrückt. Der Kollektor des Transistors Tl ist über ein Tiefpaßfilter TP und ein Gleichstromanzeigegerät Ml auf die positive Spannungsquelle geführt; der Kollektor des Transistors T 2 ist über ein Tiefpaßfilter TP 2 und ein Gleichstromanzeigegerät M2 auf die negative Spannungsquelle geführt.In Fig. 1 , the signal from input E reaches the base of an amplifier transistor T3 in an emitter-ground circuit. The output at the collector of this transistor T 3 is led to the output terminals A via a transformer Tr with a primary and a secondary winding. The secondary winding of the transformer is bridged with the emitter-base lines between eier parallel-connected complementary transistors T 1 (NPN type) and T 2 (PNP type). The collector of the transistor Tl is fed to the positive voltage source via a low-pass filter TP and a direct current display device Ml; the collector of transistor T 2 is fed to the negative voltage source via a low-pass filter TP 2 and a direct current display device M2.

, Die Begrenzung des Signals. mit diesen zwei Transistoren T 1 *und T 2 arbeitet gleich wie die bekannte Begrenzung mit zwei parallelgeschalteten Dioden, deren Durchlaßrichtungen gegeneinander gerichtet sind. Die Transistoren T 1 und T 2 könnten ohne eine Vorspannung zwischen Basis und Kollektor betrieben werden. Falls aber die Kollektoren an die entsprechenden Spannungsquellen angeschlossen sind, fließen in den Basis-Kollektor-Kreisen die gleichen Ströme wie in den dazugehörigen Emitter-Basis-Kreisen.- Sofern der Verstärker nicht mit einem durch geradzahlige Oberwellen verzerrten Signal gespeist wird, sind diese Ströme pulsierende Gleichströme, deren Mittelwerte bei beiden Transistoren betragsmäßig gleich groß sind. , Limiting the signal . with these two transistors T 1 * and T 2 works in the same way as the known limitation with two diodes connected in parallel, the forward directions of which are directed against one another. The transistors T 1 and T 2 could be operated without a bias voltage between the base and collector. However, if the collectors are connected to the corresponding voltage sources, the same currents flow in the base-collector circuits as in the associated emitter-base circuits - unless the amplifier is fed with a signal distorted by even harmonics, these are currents pulsating direct currents, the mean values of which are equal in magnitude for both transistors.

Durch die Gegenkopplung mit dem Emitterwiderstand R 2 arbeitet der Transistor T 3 im Enearen Bereich, so daß der Kollektorstrom proportional zur Wechselspannung an der Basis ist. Die begrenzenden Emitter-Basis-Strecken der Transistoren Tl und T2 halten die Ausgangsspannung auf etwa 0,5 V, also auf einem sehr kleinen Wert, und wirken bei großerAussteuerung annähernd als Kurzschluß. Der gleichgerichtete Strom in den begrenzenden Transistoren T 1 und T 2 ist damit praktisch proportional zur Eingangsspannung. Dies ändert sich nur, wenn die Eingangsspannungen derart klein sind, daß der Begrenzer nicht ausgesteuert wird.Due to the negative feedback with the emitter resistor R 2, the transistor T 3 operates in the Enearic range, so that the collector current is proportional to the AC voltage at the base. The limiting emitter-base paths of the transistors T1 and T2 keep the output voltage at about 0.5 V, i.e. at a very low value, and act as a short circuit if the level is high. The rectified current in the limiting transistors T 1 and T 2 is therefore practically proportional to the input voltage. This only changes if the input voltages are so small that the limiter is not controlled.

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 Kollektor-Basis-Strecke eines der beiden Transistoren Tl oder T2 kurzgeschlossen wird. Die beiden Tiefpaßfilter können im einfachsten Fall aus einem zwischen Kollektor und Basis geschalteten Kondensator bestehen.If the demands on the symmetry of the boundary are not too great, so one of the two transistors can be replaced by a diode. The symmetry remains approximately the same if the collector-base path is one of the two transistors T1 or T2 is short-circuited. The two low-pass filters can in the simplest Case consist of a capacitor connected between the collector and the base.

In F i g. 2 ist wiederum der Tiansistor T3 der Verstärker in Emitter-Grund-Schaltung. Die Gegenkopphing erfolgt mit dem Emitterwiderstand R 2. Die Sekundärseite des Transformators Tr ist mit einem Mittelabgriff versehen. Die Emitter-Basis-Strecke der zwei gleichartigen Transistoren T4 und T5 (beispielsweise vom NPN-Typ) bilden einen Zweiweggleichrichter. Die beiden Kollektoren sind zusammengeschaltet und gemeinsam über ein Tiefpaßfilter TP3 über eine Meßanordnung M 3 auf die positive Spannungsquelle geführt.In Fig. 2 is again the Tiansistor T3 of the amplifier in an emitter-ground circuit. The counter coupling is done with the emitter resistor R 2. The secondary side of the transformer Tr is provided with a center tap. The emitter-base path of the two similar transistors T4 and T5 (for example of the NPN type) form a full-wave rectifier. The two collectors are interconnected and jointly fed to the positive voltage source via a low-pass filter TP3 via a measuring arrangement M 3.

Mit dieser Schaltun-sanordnung wird gegenüber derjenigen in F i g. 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.With this circuit arrangement, compared to that in FIG . 1 reduces the ripple of the direct current occurring in the low-pass filter. It is easily possible to use any known rectifier arrangement in this context with the emitter-base paths of transistors.

In F i g. 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 C 5 zugeführt. Dieser Transistor T 6 sei beispielsweise vom PNP-Typ und ist als Emitterfolger geschaltet. Der Transistor T7 sei demzufolge vom NPN-Typ und arbeitet in Emitter-Grund-Schaltung. Von dessen Kollektor wird ein Transformator Tr gespeist, dessen Primärwicklung mit einem Kondensator C 6 auf Resonanz abgestimmt ist. Die Sekundärseite des Transformators Tr ist ähnlich dem Beispiel in F i g. 1 mit den zwei parallelgeschalteten Emitter-Basis-Strecken von zwei komplementären Transistoren T 8 und T 9 überbrückt. Zwischen den Transformator Tr und den Ausgang A ist ein Transistor T 10 geschaltet, der als, Emitterfolger arbeitet. Die Ausgangsspannung wird dem Ausgang A vom Emitter über einen Koppelkondensator C 7 zugeführt.In Fig. 3 shows a circuit arrangement in which a larger dynamic range is possible than in the two previous examples. The transistors T6 'and T7 are two complementary transistors. The signal is fed from input E to the base of transistor T6 via a coupling capacitor C 5. This transistor T 6 is for example of the PNP type and is connected as an emitter follower. The transistor T7 is therefore of the NPN type and works in an emitter-ground circuit. A transformer Tr is fed from its collector, the primary winding of which is tuned to resonance with a capacitor C 6. The secondary side of the transformer Tr is similar to the example in FIG. 1 bridged with the two parallel-connected emitter-base paths of two complementary transistors T 8 and T 9. A transistor T 10 , which works as an emitter follower, is connected between the transformer Tr and the output A. The output voltage is fed to output A from the emitter via a coupling capacitor C 7.

Die früher aufgeführten Tiefpaßfilter sind hier durch Kondensatoren C 8 für den Transistor T 8 und C9 für den Transistor T9 zwischen je dem Emitter und der entsprechenden Basis dargestellt. Die Meß:-anordnungen M 8 und M 9 verbinden die Kollektoren der Transistoren T8 und T9 mit den entsprechenden Spannungsquiellen.The low-pass filters listed earlier are represented here by capacitors C 8 for the transistor T 8 and C9 for the transistor T9 between each emitter and the corresponding base. The measuring arrangements M 8 and M 9 connect the collectors of the transistors T8 and T9 to the corresponding voltage sources.

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 Begrenzerstufd auszusteuem und das Signal züi be# grenzen. Dies bedingt kollektorseitig eine hohe Re-' aktanz des vorzugsweise als Resonanzkreis ausge-* führten 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 Kollektor-Basis-mKapazität auftreten. Durch eine niederohmige Ansteuerung der Begrenzerstufe können diese Rückwirkungen weitgehend unschädlich gemacht werden.Often one is interested in using such a limiter amplifier to cover as large an area as possible in order to achieve the same size in the whole area of the input signal. The entire range of variation must therefore be in one single limiter stage can be processed. The load at the exit of the stage must The collector circuit should be as small as possible so that even small input voltages are sufficient control the limiter stage and limit the signal. This requires the collector side a high response of the transformer, which is preferably designed as a resonance circuit and a high input resistance of the subsequent stage. Because a high gain is possible at the limiter stage, can at. disruptive repercussions with a small input signal occur over the collector base mcapacitance. Through a low-resistance control the limiter stage, these repercussions can be made largely harmless.

Gemäß F i g. 3 sind sowohl am Eingang wie am Ausgang der Begrenzerstufe Emitterfolger als Impedanzwandler vorgesehen. Der Variationsbereich des Begrenzers wird weitgehend durch den Emitterwider-, stand RS und den gewählten Kollektorgleichstrom begrenzt. Der Emitterwiderstand R 8, der als Stromgegenkopplungswiderstand wirkt, bestimmt das Ver-# hältnis zwischen steuernder Wechselspannung an der Basis und dem von ihr hervorgerufenen Wechselstrom im Kollektorkreis. Der Wert dieses Widerstandes ist je nach der Größe des Kollektorstromes und je nach den Anforderungen an die Stabilität zu wählen.According to FIG. 3 , emitter followers are provided as impedance converters both at the input and at the output of the limiter stage. The range of variation of the limiter is largely limited by the emitter resistance RS and the selected collector direct current. The emitter resistor R 8, which acts as a current negative feedback resistor, determines the ratio between the controlling alternating voltage at the base and the alternating current it produces in the collector circuit. The value of this resistance is to be chosen depending on the size of the collector current and depending on the stability requirements.

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 T 6 ein zum Verstärkertransistor T7 komplementärer Transistor ist.The circuit arrangement is particularly simple; if the emitter resistor is used at the same time to stabilize the operating point. However, since there is also a small DC voltage drop across a small emitter resistor, the temperature dependency of the base-emitter voltage must be taken into account. As is known, the easiest way to do this is by the upstream transistor T 6 being a transistor that is complementary to the amplifier transistor T7.

Claims

Claims: 1. Amplifier with a diode limiter circuit arrangement in which information about the size of the input signal is generated, characterized in that at least one diode is formed in a manner known per se by the emitter-base path of a transistor and that the collector of this Transistor on the supply voltage via a low-pass filter and a DC display device. leads is.

2. Amplifier according to claim 1, characterized in that the emitter-base paths of two complementary transistors are connected in parallel and their conduction directions are connected to one another, and their collectors are fed to the corresponding supply voltage via low-pass filters. The amplifier as claimed in claim 1, characterized in that the limiter circuit arrangement is coupled to the amplifier in an electrically isolated manner. 4. Amplifier according to spoke 3, characterized in that two identical transistors are used for limiting, the emitters of which are connected to a terminal of the secondary winding of the isolating transformer and the base is connected to a central tap, and the two collectors are connected to the supply voltage source via a common low-pass filter are connected. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1119 342.