DE1277348B

DE1277348B - Output stage in an amplitude limiting amplifier

Info

Publication number: DE1277348B
Application number: DET30743A
Authority: DE
Inventors: Istvan Gustav Fekete
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1965-03-26
Filing date: 1966-03-24
Publication date: 1968-09-12

Description

Ausgangsstufe in einem amplitudenbegrenzenden Verstärker Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung in der Ausgangsstufe von Verstärkern, um eine lineare Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz zu schaffen und eine Einstellung des gewünschten Ausgangspegels zu ermöglichen, bei der die Verstärkerstufe ein Verstärkerelement mit einer Steuerelektrode, einer Ausgangselektrode und einer dritten Elektrode umfaßt, bei der die Steuerelektrode mit dem Eingang der Stufe verbunden ist, bei der ein. Übertrager mit seiner ersten Wicklung zwischen der Ausgangselektrode und dem, einen . Pol einer S@eisespannungsquelle und mit seier anderen Wick-1"tiüg mit dem Ausgang der Stufe verbunden ist, und bei der ein erster Widerstand zwischen der dritten Elektrode und dem anderen Pol der Speisespannungsquelle verbunden ist.Output stage in an amplitude limiting amplifier The present The invention relates to an arrangement in the output stage of amplifiers to a to create linear input impedance and a low output impedance and a To enable setting of the desired output level at which the amplifier stage an amplifier element having a control electrode, an output electrode and a comprises third electrode, in which the control electrode is connected to the input of the stage connected to the one. Transformer with its first winding between the output electrode and that, one. Pole of a ground voltage source and with its other Wick-1 "tiüg is connected to the output of the stage, and at which a first resistance between the third electrode and the other pole of the supply voltage source is connected.

"Um Amplitudenbegrenzungseigenschaften in der Ansgangsstufe eines Verstärkers zu erreichen, wurden oft vorgespannte Dioden verwendet, die in. dir Ausgangsschaltung mit dem in der Stufe enthaltenen Verstärkerelement verbunden sind. Die Vorspannung wurde dann von einem mit der Ausgangsschaltung verbundenen Spannungsteiler erhalten. Um den Ausgangspegel der Stufe zu verändern, muß die Vorspannung verändert werden, was nicht immer möglich ist, und zwar unter andrem wegen des. Innenwiderstandes der Vorspannungsqaelle."To amplitude limiting properties in the initial stage of a To achieve this amplifier, biased diodes were often used in the dir Output circuit are connected to the amplifier element contained in the stage. The bias was then provided by a voltage divider connected to the output circuit obtain. In order to change the output level of the stage, the bias must be changed become, which is not always possible, among other things because of the internal resistance the bias source.

Ein anderes Verfahren zur Erzielung einer Amplitudenbegrenzung besteht darin,. daß man das VerstRxkerelement mit maximaler Mödulaxion in der Einggsschaltung arbeiten läßt. In diesen Fällen muß die Speisespannung verändert werden, wenn eine Änderung des Ausgangspegels erwünscht ist. Wenn mehrere Verstärker aus der gleichen Speisequelle gespeist werden, wie, es manchmal der Fäll ist, verursachen Veränderungen des Ausgangspegels. gewisse Schwierigkeiten. Auf diese Weise gespeiste Verstärker huben darüber hinaus eine Eingangsimpedanz die nicht linear ist, was diesen Merfahrensweg nur noch mehr begrenzt.Another method of achieving amplitude limitation is there in this,. that the amplifier element with maximum modulaxion in the input circuit lets work. In these cases the supply voltage must be changed if a Change of output level is desired. When multiple amplifiers from the same As it is sometimes the case, cause changes the output level. certain difficulties. Amplifiers fed in this way In addition, they have an input impedance that is not linear, which makes this method of travel only more limited.

Wenn sich die Last verändert, ist es in beiden diegen Fällen unmöglich, den Ausgangspegel, mit Hilfe eines mit dem 'Ausgang der Stufe verbundenen Spannungsteilers zu verändern. .In either of these cases, when the load changes, it is impossible the output level, using a voltage divider connected to the output of the stage to change. .

Die Erfindung soll die oben beschriebenen Nachtehe ausschließen und eine Anordnung schaffen, mit "c@er ein konstanter Ausgangspegel von der Verst@rkerstufe bei veränderlicherEingangsspannung und veränderlicher Last erhalten wird und mit deren Hilfe de Äusgangspegel auf einen gewünschten konstanten Wert eingestellt werden kann. Die Erfindung ist wie im Anspruch, angegeben gekennzeichnet.The invention is intended to exclude the night marriage described above and create an arrangement with "c @ er a constant output level from the amplifier stage with variable input voltage and variable load and with whose help the output level can be adjusted to a desired constant value can. The invention is characterized as indicated in the claim.

Die Erfindung wird genauer uVerbindung mit den Zeichnungen beschrieben, in denn .The invention is described in more detail in connection with the drawings, in then.

F i g. 1 eine Anordnung zur Amplitudenbegrenzung zeigt, wie sie bis .jetzt verwendet wurde, F i g. 2 eine Ausführungsform ;gemäß der Erfindung mit.einer Elektronenröhre in der Ausgangsstufe zeigt, F i g. 3 eine andere Form einer Ausführung mit einem Transistor in der Ausgärigsstufe.zeigt und F l g. 4 in einem 1C-UCE Diagramm zeigt, wie der Arbeitspunkt des Transistors gemäß. der Ausfülr rungsform in F i g. 3 verschoben .wird.F i g. 1 shows an arrangement for limiting the amplitude as it has been used up to now, FIG. 2 shows an embodiment according to the invention with an electron tube in the output stage, FIG. 3 shows another form of an embodiment with a transistor in the Ausgärigsstufe and F l g. 4 in a 1C-UCE diagram shows how the operating point of the transistor according to FIG. the embodiment in FIG. 3 is moved.

F i g. 1 zeigt, wie, erwähnt würde, eine Anordnung von der Art, wie sie bis jetzt verwendet wurde. Die Ausgangsstufe . umfaßt einen Transistor, 3, dessen Basis und . Emitter mit entsprechenden Eingangsklemmen 1 verbunden sind urig . dessen Kollektor an einer Wicklung des Ausgangsübertragers 4 liegt. Zwei Dioden 5 und eine Zenerdiode. 6 sind mit dieser Wicklung verbunden. Der Verbindungspunkt dieser Dioden ist mit einer positiven Potentialquelle über einen Widerstand 7 verbunden"und: der Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode und der Mittelanzapfung der Übertragerwicklung liegt an einer negativen Pötentialquelle. Der Übertrager besitzt darüber hinaus eine Ausgangswicklung, dje:.imt. den Ausgangsklem-, men 2 verbunden ist. Von der Zenerdiode 6 wird eine Bezugsspannung erhalten,, so, di@ß. eine gewisse Spannung in Rückwärtsrichtung ` besteht. Solange die Amplitude der auftretenden Wechselspannung unter dieser Vorspannung liegt, wird die Wechselspannung nicht beeinflußt. Wenn andererseits die Amplitude dieser Spannung über dieser Vorspannung liegt, wird die Amplitude der Wechselspannung abgeschnitten, wodurch die Amplitude der Ausgangsspannung unter einem festen Wert liegt. Die Begrenzungsmöglichkeiten sind in dieser Anordnung durch den Innenwiderstand der Bezugsspannungsquelle bestimmt, wobei dieser Widerstand aus praktischen Gründen nicht klein genug gemacht werden kann.F i g. Figure 1 shows, as would be mentioned, an arrangement of the type that has been used up to now. The output stage. comprises a transistor, 3, its base and. Emitters connected to corresponding input terminals 1 are quaint. the collector of which is connected to a winding of the output transformer 4. Two diodes 5 and a zener diode. 6 are connected to this winding. The connection point of these diodes is connected to a positive potential source via a resistor 7 "and: the connection point between the Zener diode and the center tap of the transformer winding is at a negative potential source. The transformer also has an output winding, dje: .imt. The output terminal, Men 2. A reference voltage is obtained from the Zener diode 6 , so that there is a certain voltage in the reverse direction. As long as the amplitude of the alternating voltage is below this bias voltage, the alternating voltage is not influenced If this voltage is above this bias voltage, the amplitude of the alternating voltage is cut off, whereby the amplitude of the output voltage is below a fixed value can be made.

F i g. 2 zeigt nun eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der das Verstärkerelement eine Elektronenröhre 11 ist. Die Eingangsklemmen 1 der Verstärkerstufe liegen über einen Übertrager an dem Gitter der Röhre 11 bzw. einem Widerstand 9, der als veränderlicher Spannungsteiler ausgeführt ist. Dieser Widerstand liegt parallel zu einer Zenerdiode 8 und in Reihe mit einem zweiten Widerstand 10. Die Widerstände 9 und 10 liegen zwischen den Polen der Speisespannungsquelle der Röhre. Der Widerstand 9 ist außerdem durch eine Kapazität entkoppelt. Die Anode der Röhre 11 liegt an einem abgestimmten Kreis, der mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden ist, wobei dieser Kreis aus einer Kapazität 14 und einer Wicklung des Ausgangsübertragers 15 besteht. Dieser übertrager enthält weiterhin eine mit den Ausgangsklemmen 2 verbundene Ausgangswicklung und eine mit einer Vollwellengleichrichterbrücke 16 verbundene Wicklung. Dieser Ausgang liegt an der Kathode der Röhre bzw. am negativen Pol der Spannungsquelle. Zwischen der Kathode und dem negativen Pol liegt weiterhin ein Widerstand 12 parallel mit einer Entkopplungskapazität 13.F i g. FIG. 2 now shows an embodiment according to the invention in which the amplifier element is an electron tube 11. The input terminals 1 of the amplifier stage are connected via a transformer to the grid of the tube 11 or a resistor 9, which is designed as a variable voltage divider. This resistor is parallel to a Zener diode 8 and in series with a second resistor 10. The resistors 9 and 10 are between the poles of the supply voltage source of the tube. The resistor 9 is also decoupled by a capacitance. The anode of the tube 11 lies on a balanced circuit which is connected to the positive pole of the voltage source, this circuit consisting of a capacitance 14 and a winding of the output transformer 15. This transformer also contains an output winding connected to the output terminals 2 and a winding connected to a full-wave rectifier bridge 16. This output is at the cathode of the tube or at the negative pole of the voltage source. Between the cathode and the negative pole, there is also a resistor 12 in parallel with a decoupling capacitance 13.

Mit dem Spannungsteiler 9 wird die gewünschte Gittervorspannung an die Röhre 11 gegeben. Auf Grund der Zenerdiode 8 wird die Spannung zwischen dem Gitter und dem negativen Pol der Versorgungsspannung konstant sein. Die Spannung der Kathode wird dann hauptsächlich konstant sein, und dadurch wird der Spannungsabfall über dem Widerstand 12 konstant. Dieser Spannungsabfall wird auf die Gleichrichterbrücke 16 übertragen und .stellt da eine Vorspannung für die Dioden in deren Rückwärts- oder Sperrichtung dar. Solange die Amplitude der auftretenden Wechselspannung in der- mit den Gleichrichtern verbundenen übertragungswicklung diese Vorspannung nicht überschreitet, wird die Wechselspannung ist dann auf einem dem Spannungsabfall ent Wert der Vorspannung überschreitet, wird die Wechselspannung abgeschnitten. Die Amplitude einer in der Ausgangsschaltung auftretenden Wechselspannung ist dann auf einem dem Spannungsabfall entsprechenden Wert begrenzt. Der Gleichstrom durch die Röhre und den Widerstand 12 ist hierbei viel größer als der zugeführte Strom von der Gleichrichterbrücke 16, wodurch ein konstanter Ausgangspegel durch Begrenzung erreicht wird. Da die Spannung an der Kathode der Röhre konstant ist, wird der Strom durch die Röhre kleiner. Da die Spannung von dem Spannungsteiler 9 konstant gehalten wird, wird der Arbeitspunkt entlang der Anodenstromgitterspannungskurve verschoben, so daß der Anodenstrom einen niedrigeren Wert annimmt. Die untere Grenze, zu der der Arbeitspunkt verschoben werden kann, wird durch die niedrigste in der Ausgangsschaltung erforderte Leistung bestimmt. In F i g. 3 wird eine andere Ausführungsform gezeigt, in der das Verstärkerelement ein Transistor 17 ist. Der Eingang der Verstärkerstufe liegt über eine Kapazität 19 an der Basis des Transistors 17, wobei diese Basis auch an einem Spannungsteiler 9 liegt. Dieser ist auf die gleiche Art wie in der Ausführungsform der F i g. 2 angeordnet. Mit dem Kollektor ist ein abgestimmter Kreis verbunden, der aus einer Kapazität 14 und einer Wicklung des Ausgangsübertragers 15 besteht. Seine Ausgangswicklung ist, wie vorher, mit den Ausgangsklemmen 2 verbunden. Ähnlich wie in der oben beschriebenen Ausführungsform besitzt der Übertrager auch eine Wicklung, die mit Vollwellengleichrichterelementen 18 verbunden ist. Der Verbindungspunkt der Dioden 18 ist teilweise mit dem Emitter des Transistors und teilweise durch eine Kapazität 13 mit dem einen Pol der Versorgungsspannung verbunden. Auch eine Mittelanzapfung der letztgenannten 17bertragerwicklung liegt an dem gleichen Pol. Zwischen dem Emitter des Transistors und dem genannten Pol der Versorgungsspannung liegt ein Widerstand 12. Der andere Pol der Versorgungs= spannung ist mit dem abgestimmten Kreis verbunden.With the voltage divider 9, the desired grid bias is applied the tube 11 given. Due to the Zener diode 8, the voltage between the Grid and the negative pole of the supply voltage be constant. The voltage the cathode will then be mainly constant, and this will reduce the voltage drop constant across resistor 12. This voltage drop is applied to the rectifier bridge 16 and .provides a bias voltage for the diodes in their reverse or reverse direction. As long as the amplitude of the alternating voltage occurring in the transmission winding connected to the rectifiers does not have this bias voltage exceeds, the alternating voltage is then on one of the voltage drop ent Exceeds the value of the bias voltage, the alternating voltage is cut off. the The amplitude of an alternating voltage occurring in the output circuit is then on limited to a value corresponding to the voltage drop. The direct current through the Tube and the resistor 12 is here much larger than the supplied current from the rectifier bridge 16, creating a constant output level by limiting is achieved. Since the voltage at the cathode of the tube is constant, the current will through the tube smaller. Since the voltage from the voltage divider 9 is kept constant the operating point is shifted along the anode current grid voltage curve, so that the anode current assumes a lower value. The lower limit to which the operating point that can be shifted is by the lowest in the output circuit required performance. In Fig. 3 another embodiment is shown, in which the amplifier element is a transistor 17. The input of the amplifier stage is via a capacitance 19 at the base of the transistor 17, this base is also on a voltage divider 9. This one is in the same way as in that Embodiment of FIG. 2 arranged. With the collector is a coordinated Circuit connected, which consists of a capacitor 14 and a winding of the output transformer 15 exists. As before, its output winding is connected to output terminals 2. Similar to the embodiment described above, the transmitter also has a winding connected to full wave rectifier elements 18. The connection point the diode 18 is partly to the emitter of the transistor and partly through a capacitance 13 is connected to one pole of the supply voltage. Also one The center tap of the last-mentioned transformer winding is at the same pole. Between the emitter of the transistor and the said pole of the supply voltage there is a resistor 12. The other pole of the supply voltage is matched to the Circle connected.

Mit Hilfe des Spannungsteilers 9 wird eine geeignete Bastspannung erreicht, die wegen der Zenerdiode 8 einen konstanten Wert haben wird. Selbst die Emitterelektrode wird dann ein Potential erhalten, das fast konstant ist. Wie in der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Spannungsabfall über dem Widerstand 12 die Vorspannung für die Dioden 18 in ihrer Sperrichtung. Die Wechselspannung wird in diesem Fall nicht beeinlußt, solange die Amplitude unter dieser Vorspannung liegt. Wenn der Amplitudenwert größer wird als der Vorspannungswert, wird die Wechselspannung abgeschnitten. Die Amplitude der in der Ausgangsschaltung erscheinenden Wechselspannung ist jetzt auf den der Vorspannung entsprechenden Wert begrenzt. Der bei der Gleichrichtung erhaltene Gleichstrom fließt durch den Widerstand 12 und addiert sich zu dem Strom in diesem Widerstand. Da die Spannung des Emitters konstant ist, bedeutet dies, daß der Emitterstrom um eine entsprechende Menge abnimmt. In F i g. 4 wird gezeigt, wie der Arbeitspunkt dann verschoben wird. In dem ursprünglichen Arbeitspunkt hat die Kollektor-Emitter-Spannung den Wert UcEO, und der Kollektor-Emitter-Strom hat den Wert IcEO. Bei einem Strom durch den Widerstand 12, der aus dem Gleichrichter 18 kommt, wird der Wert von IcEO abnehmen bei gleichbleibendem konstanten Wert von UCEO. Der kleinste Wert ICEO wird dann durch die kleinste in der Ausgangsschaltung geforderte Leistung bestimmt.With the help of the voltage divider 9, a suitable bast voltage is achieved which, because of the Zener diode 8, will have a constant value. Even the emitter electrode will then have a potential which is almost constant. As in the embodiment described above, the voltage drop across resistor 12 is the bias voltage for diodes 18 in their reverse direction. The alternating voltage is not influenced in this case as long as the amplitude is below this bias voltage. When the amplitude value becomes larger than the bias value, the AC voltage is cut off. The amplitude of the alternating voltage appearing in the output circuit is now limited to the value corresponding to the bias voltage. The direct current obtained during the rectification flows through the resistor 12 and is added to the current in this resistor. Since the voltage of the emitter is constant, this means that the emitter current decreases by a corresponding amount. In Fig. 4 shows how the operating point is then shifted. At the original operating point, the collector-emitter voltage has the value UcEO and the collector-emitter current has the value IcEO. With a current through the resistor 12, which comes from the rectifier 18, the value of IcEO will decrease while the value of UCEO remains constant. The smallest value ICEO is then determined by the smallest power required in the output circuit.

Mit Hilfe der Ausführungsformen für Verstärkerausgangsstufen, die oben beschrieben wurden, werden demnach Ausgangsstufen erzielt, die eine lineare Eingangsimpedanz auf Grund der Tatsache haben, daß hier die Stufe als linearer Verstärker arbeitet, und die eine niedrige dynamische Ausgangsimpedanz auf Grund der Tatsache haben, daß bei der Begrenzung diese Impedanz hauptsächlich durch den Innenwiderstand der Gleichrichterelemente bestimmt wird, der niedrig ist. Darüber hinaus besteht eine Möglichkeit zur Einstellung des Ausgangspegels dieser Stufe auf einen gewünschten Wert mit Hilfe eines veränderlichen Spannungsteilers. Es findet dann eine Begrenzung statt durch ein Beschneiden des Verstärkers.With the help of the embodiments for amplifier output stages that have been described above, output stages are accordingly obtained which have a linear Input impedance due to the fact that here the stage as a linear amplifier works, and which has a low dynamic output impedance due to the fact have that when limiting this impedance mainly due to the internal resistance of the rectifier elements is determined which is low. In addition, there is a way to adjust the output level of this stage to a desired one Value using a variable voltage divider. It then finds a limit instead of clipping the amp.

Claims

Claim: Arrangement in the output stage of an amplifier for generating a linear input impedance and a low output impedance and for enabling an adjustment of the desired output level, in which the amplifier stage comprises an amplifier element with a control electrode, an output electrode and a third electrode, in which the control electrode with the Input of the stage is connected, in which a transformer is connected with its first winding between the output electrode and the pole of a supply voltage source and with its second winding to the output of the stage, and in which a first resistor between the third electrode and the other pole of the Voltage source is, characterized in that the control electrode is connected to a second resistor (9) , which is designed as a variable voltage divider and is parallel to a Zener diode (8) and in series with a third resistor (10) , this second un d third resistors are between the poles and the potential of the control electrode and, as a result, the voltage drop across the first resistor (12) assumes a constant set value, and that the transformer has a third winding which is connected to the inputs of full-wave rectifier elements (16 or 18) is connected, the outputs of which are connected to the first resistor (12) , the rectifier elements receiving a bias voltage in the reverse direction from the voltage drop across the first resistor (12) and an alternating voltage amplitude that occurs in the output circuit is limited to a value corresponding to the voltage drop , and wherein the current which is received by the rectifier element is brought to this resistance in such a direction that the direct current through the amplifier element is reduced accordingly. Considered publications: German Auslegeschriften Nos.1029 415, 1050 819, 1231305, 1035 209.