DE1762999B2 - Multi-stage limiter amplifier removed from: 1289122 - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Begrenzerverstärker, dessen einzelne Stufen als emittergekoppelte Differenzverstärker mit jeweils einem ersten und einem zweiten Transistor aufgebai t sind, wobei die Basen des ersten Transistors der er .ten Stufe und des Ie "iten Transistors der letzten Stufe an dieselbe Vorspannung geführt sind.The invention relates to a multi-stage limiter amplifier, the individual stages of which are emitter-coupled Differential amplifiers each having a first and a second transistor are constructed, wherein the bases of the first transistor of the first stage and the first transistor of the last stage to the same Preload are performed.
Bei integrierten Schaltungen zieht man aus praktischen Gründen eine galvani ehe Kopplung der einzelnen Verstärkerstufen einer kapazitiven Kopplung vor. da Kapazitäten relativ Platz auf dem integrierten Schaltungsplältchen benötigen und außerdem den Frequenzgang des Verstärkers einschränken. Bei gleichspznnungsgekoppclten Verstärkern treten jedoch leichte Arbeitspunktverschiebungen auf, da geringe Spannungsabwcicr.ungen, die in einer Stufe durch eine Arbeitspunktverschiebung auftreten, durch die nachfolgenden Stufen verstärkt werden. Im Falle von Begrenzerverstärkern führen derartige Arbeitspunktver-Schiebungen sowie sonstige innerhalb der Schaltung auftretende Spannungsverschiebungen zu unerwünschten Unsymmetrien, welche das Begrenzerverhalten des Verstärkers unsymmetrisch werden lassen.In the case of integrated circuits, one draws from practicality Reasons for a galvanic coupling of the individual amplifier stages before a capacitive coupling. because capacities require relatively space on the integrated circuit board and also the frequency response of the amplifier. However, with DC-coupled amplifiers slight shifts in the operating point, as there are minor voltage deviations, which in one stage are caused by a Operating point shift occur, are amplified by the subsequent stages. In the case of limiter amplifiers lead to such shifts in the operating point and others within the circuit occurring voltage shifts to undesired asymmetries, which the limiter behavior of the Let amplifier become unbalanced.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem mehrstufigen Begrenzerverstärker der eingangs erwähnten Art die Gleichspannungs-Ruhepotentiale an den Ein- und Ausgängen der einzelnen Stufen einander gleich zu machen, damit mehrere solcher Stufen in Reihe geschaltet werden können, ohne daß Unsymmetrien in der Signalbegrenzung auftreten. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch angegebenen Merkmale gelöst.The object of the invention is to provide the aforementioned in a multi-stage limiter amplifier Type the DC voltage rest potentials at the inputs and outputs of the individual stages to make equal, so that several such stages can be connected in series without asymmetries occur in the signal limitation. This object is achieved by the features specified in the claim.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert Es zeigt <*> The invention is explained in detail below with reference to the representations of two exemplary embodiments. It shows <*>
F ί g. 1 die Schaltung eines zweistufigen Begrenzer-Verstärkers mit dem erfindungsgemäßen Stromgegenkopplungszweig«F ί g. 1 the circuit of a two-stage limiter-amplifier with the current negative feedback branch according to the invention «
F i g. 2 das Schaltbild eines dreistufigen Begrenzer· Verstärkers gemäß der Erfindung. 6SF i g. 2 shows the circuit diagram of a three-stage limiter · amplifier according to the invention. 6 p
Gemäß F i g. I enthält die erste Verstärkerstufe 30 ein Paar Transistoren 34 und 36 in Differenzverstärkerschaltung mit einem gemeinsamen Emitterwiderstand 20 Der Basis des Transistors 34 wird von einer Signal-Seile 18 ein Eingangssignal m^u um in verstärkte" Form am Kollektorwiderstand 24 de* Transistors 36 erscheint und der Basis eines Emmerfulgertrans.stors 38 zugeführt wird. Dieser Transistor im zugleich BeiUmdteil eines vom Kollektor zur Basis de» Transistors 36 geführten Gleichstrom-Gegenkopplungszweiges. der außerdem einen vom Emitter des Tranwton,» /ur Basis des Transistors 36 geführten Widerstand 42 enthält. In dem Schaltbild ist von der Basis des Transistor 36 nach Masse ein Kondensator 44 eingezeichnet, der auch durch einen Schwingkreis erstizt werden kann und die Gegenkopplung frequenzabhängig macht. Statt dessen kann auch ein ohmscher Widerstand vorgesehen sein, der dann in die Gleichstromparameter des Gegenkopplungszweiges eingeht Das Ausganfessignal des Emitterfolgertransistors 38 wird am Verbindungspunkt der Emitterwiderstände 40 und 46 abgenommen und der nachfolgenden Verstärkerstufe 32 zugeführt. According to FIG. I, the first amplifier stage 30 contains a pair of transistors 34 and 36 in differential amplifier circuit with a common emitter resistor 20 The base of transistor 34 is from a signal cable 18 an input signal m ^ u in amplified "form at the collector resistor 24 of the transistor 36 and appears a Emmerfulgertrans.stors 38 is fed to the base. This transistor in both BeiUmdteil a guided from the collector to the base de "transistor 36 DC negative feedback branch. which also includes a from the emitter of Tranwton," / ur base of the transistor 36 performed resistor 42. in the diagram is drawn from the base of transistor 36 to ground, a capacitor 44, which can only be izt by a resonant circuit and makes the feedback frequency dependent. Instead of this, a resistor may be provided which then enters into the DC parameters of the negative feedback branch of the Ausgan fe ssignal the emitter follower transistor 38 is removed at the connection point of the emitter resistors 40 and 46 and fed to the subsequent amplifier stage 32.
Die Betriebsspannung wird von einer erdsymmein sehen Spannungsquelle getiefe. 1. uic mit den Anschlüssen 54 und 56 verbunden ist und beispielsweise eine Spannung von +2 Volt und -2VoIt gegen Erde liefert Für die /weite Verstärkerstufe 32, deren Differenzverstärker die Transistoren 39 und 41 enthält, gilt ähnliches hinsichtlich der Klemmen 50 und 52. Die Basis des Transistors 41 liegt am Erdpotcntial. Die Ausgangsspannung steht am Emitter des nachgeschalteten Emitterfolgertransistors zur Verfügung. The operating voltage is low from a voltage source that is symmetrical to the earth. 1. uic is connected to terminals 54 and 56 and supplies, for example, a voltage of +2 volts and -2VoIt to ground. The base of the transistor 41 is connected to the earth potential. The output voltage is available at the emitter of the downstream emitter follower transistor.
Die Ruhegleichspannung am Ausgang einer Verstärkerstufe hängt von der Kollektorruhespannung des in der Figur rechten Differenzverstärkertransistors ab und ist im Fall der zweiten Verstärkerstufe um den Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Emitterfolgertransistors niedriger. Wenn die Ausgangs spannung der zweiten Verstärkerstufe auf Erdpotential liegen soll, muß also die Kollektorspannung des Differenzverstärkertransistors 41 ungefähr +0.65V betragen. The quiescent DC voltage at the output of an amplifier stage depends on the collector quiescent voltage of the differential amplifier transistor on the right in the figure and in the case of the second amplifier stage it is by the voltage drop at the base-emitter path of the Emitter follower transistor lower. When the output voltage of the second amplifier stage is at ground potential should be, so the collector voltage of the differential amplifier transistor 41 must be approximately + 0.65V.
Zur Stabilisierung gegfii Temperaturschwankungen und Versorgungsspannungsschwankungen soll - dies sei im folgenden an Hand der ersten Verstärkerstufe 30 erläutert - der Widerstand 24 zweimal so groß wie der Widerstand 20 gewählt werden. Es läßt sich rechnerisch nachweisen, daß dann bei der erdsymmetrischen Speisung die Ruhegleichspannung am Emitter des Transistors 38 (und damit auch am Verbindungspunkt der Widerstände 40 und 46) von derartigen Änderungen unbeeinflußt bleibt. Das entsprechende gilt für die zweite Verstärkersiufe.To stabilize against temperature fluctuations and supply voltage fluctuations should - this is the following with reference to the first amplifier stage 30 explained - the resistor 24 can be chosen to be twice as large as the resistor 20. It can be arithmetically prove that the quiescent DC voltage at the emitter of the Transistor 38 (and thus also at the junction of resistors 40 and 46) from such changes remains unaffected. The same applies to the second amplifier stage.
Der durch den Widerstand 42 des Gleichstrom-Gegenkopplungs/weiges fließende Basisstrom des Transistors 36 hat einen Spannungsabfall am Widerstand 42 zur Folge, welcher einen Potentialunterschied zwischen Basis des Transistors 36 und Emitter des Transistors 38 verursacht. Damit nun der gesamte Verstärker ein symmetrisches Bcgrenzerverhalten zeigt, soll das Gleichspannungspoteniial an der Basis des Transistors 39 gleich demjenigen an der Basis des Transistors 36 sein. Aus diesem Grunde ist die Basis des Transistors 39 nicht unmittelbar an den Emitter des Transistors 38 an geschlossen, sondern an einem Abgriff des Erviiüerwiderstandes. Dabei ist der Widerstand 46 so bemessen, daß der an ihm auftretende Spannungsabfall gleich dem Spannungsabfall am Widerstand 42 ist, so daß die Basen der Transistoren 36 und 39 auf demselben Gleichspannutigspotenlial, nämlich auf Erdpotential wie auch die Basen der Transistoren 34 und 41, liegenThe base current of the transistor 36 flowing through the resistor 42 of the direct current negative feedback / weiges results in a voltage drop across the resistor 42, which causes a potential difference between the base of the transistor 36 and the emitter of the transistor 38. So that the entire amplifier now shows a symmetrical limiter behavior, the DC voltage potential at the base of the transistor 39 should be the same as that at the base of the transistor 36. For this reason , the base of the transistor 39 is not directly connected to the emitter of the transistor 38, but to a tap of the Erviiüerwiderstandes. The resistor 46 is dimensioned so that the voltage drop occurring across it is equal to the voltage drop across the resistor 42, so that the bases of the transistors 36 and 39 are at the same direct voltage potential, namely at ground potential, as are the bases of the transistors 34 and 41
und der gesamte Verstärker mit symmetrischer Begrenzung arbeitet.and the entire amplifier with symmetrical limitation is working.
Die Schaltung nach Fig.2 zeigt einen dreistufigen Begrenzerverstärker im Tonkanal eines Fernsehempfängers. Das gestrichelte Rechteck stellt eine integrierte Schaltung 60, etwa mit den Abmessungen 1,25 mm im Quadrat, dar. Mit einem Paar Kontaktflächen 62 und 64 ist eine Quelle frequenzmodulierter Schwingungen verbunden. Beispielsweise kann der Videodemodulator des Fernsehempfängers an die Klemme 66 angeschlossen sein. Die frequenzmodulierten Signale gelangen dann Ober einen Koppelkondensator 68 auf einen Schwingkreis 70, der auf die Tonträgerfrequenz von 4.5 MHz abgestimmt ist. Die am Schwingkreis 70 auftretende Resonanzspannung wird den Kontaktflächen 62 und 64 zugeführtThe circuit according to Figure 2 shows a three-stage Limiter amplifier in the audio channel of a television receiver. The dashed rectangle represents an integrated Circuit 60, approximately 1.25 mm square. With a pair of pads 62 and 64 is connected to a source of frequency modulated oscillations. For example, the video demodulator of the television receiver must be connected to terminal 66. The frequency-modulated signals arrive then via a coupling capacitor 68 to an oscillating circuit 70, which is set to the sound carrier frequency of 4.5 MHz is tuned. The resonance voltage occurring at the resonant circuit 70 is applied to the contact surfaces 62 and 64 supplied
Die Kontaktfläche 62 ist direkt mit dem Eingang einer ersten Verstärkerstufe 72 gekoppelt, die zwei als Differenzverstärker geschattete Transistoren 74 und 76 sowie einen als Emitterfolger geschalteten dritten Transistor 78 enthält. An die erste Verstärkerstufe 72 ist eine ähnlich aufgebaute zweite Verstärkerstufe 80 mit drei Transistoren 82, 84 und 86 ga.vanisch angeschlossen. Vom Ausgang der zweiten Verstärkerstufe verläuft ein Gleichstrom-Gegenkopplungskreis mit einem Widerstand 88 auf die Basis des Transistors 76 der ersten Verstärkerstufe. Dieser Punkt des Gegenkopplungszweiges ist ferner an eine Kontaktfläche 92 geführt, von der ein Kondensator 90, der einer Frequenzgangkorrektur dient, an das auch den Basen der Transistoren 74 und 84 zugeführte Ruhegleichspannungspotential an der Kontaktfläche geführt ist. Die verstärkten Ausgangssignale der zweiten Verstärkerstufe 80 stehen an dem aus den Teilwiderständen 94 und % bestehenden Emitterwiderstand des Ernitterfol- 3; gertransistors 86 zur Verfugung und werden vom Verbindungspunkt dieser heiden Teilwiderstände dem Eingang einer dritten Verstärkerstufe 100 zugeführt, die einen Differenzverstärker aus den Transistoren 102 und 104 sowie einen diesen nachgeschalteten Emitterfolger mit einem Transistor 106 enthält. Der Emitter des Transistors 106 ist über einen Widsrstand mit einer Kontaktfläche 108 verbunden, an welche die Primärwicklung eines — äußeren — Diskriminatortransformatorr 110 angeschlossen is;, deren anderes Ende ebenfalls an das Potential der Kontaktfläche 64 geführt ist. Die Sekundärwicklung des Diskriminatortransformators 110 ist über zwei weilere Kontaktflächen 112 und 114 mit der auf dem integrierten Schaltungsplättchen ausgebildeten übrigen Diskriminatorschaltung 116 verbunden, die mit ihrem Symmetriepotenttal an die Basis des Transistors 104 angeschlossen ist und deren Ausgangssignal der Basis eines Transistors 118 zugeführt wird. Der Kollektor des Transistors 118 ist mit einer Kontaktfläche 124, an welcher das demoduHerte Signal abgenommen werden kann, verbunden, sowie über einen Widerstand 120 an eine Kontaktfläche 130 geführt, über welche der integrierten Schaltung die Betriebsspannung zugeführt wird.The contact surface 62 is coupled directly to the input of a first amplifier stage 72 which contains two transistors 74 and 76 which are shaded as differential amplifiers and a third transistor 78 which is connected as an emitter follower. A similarly constructed second amplifier stage 80 with three transistors 82, 84 and 86 is electrically connected to the first amplifier stage 72. A direct current negative feedback circuit with a resistor 88 extends from the output of the second amplifier stage to the base of the transistor 76 of the first amplifier stage. This point of the negative feedback branch is also routed to a contact surface 92, of which a capacitor 90, which is used for frequency response correction, is routed to the quiescent direct voltage potential also supplied to the bases of the transistors 74 and 84 on the contact surface. The amplified output signals of the second amplifier stage 80 are available at the emitter resistance of the emitter follower 3, which consists of the partial resistors 94 and%; Gertransistors 86 available and are fed from the connection point of these two partial resistances to the input of a third amplifier stage 100 , which contains a differential amplifier made up of transistors 102 and 104 and an emitter follower with a transistor 106 connected downstream. The emitter of the transistor 106 is connected via a resistor to a contact surface 108 , to which the primary winding of an - external - discriminator transformer 110 is connected, the other end of which is also connected to the potential of the contact surface 64. The secondary winding of the discriminator transformer 110 is connected via two separate contact surfaces 112 and 114 to the remaining discriminator circuit 116 formed on the integrated circuit board, the symmetry potential of which is connected to the base of the transistor 104 and whose output signal is fed to the base of a transistor 118. The collector of transistor 118 is connected to a contact surface 124, from which the demodulated signal can be picked up, and via a resistor 120 to a contact surface 130 , via which the operating voltage is supplied to the integrated circuit.
Im Gegensatz zu der an Hand von F i g. 1 beschriebenen Schaltung wird die Schaltung gemäß F i g. 2 nicht mit einer erdsymmetrischen Versorgungsspannung gespeist, sondern die Betriebsspannungsquelle liegt mit einem Pol an der Kontaktfläche 130 und mit dem anderen, geerdeten Pol an der Kontaktfläche 132. Zwischen den Kontaktflächen 130 und 132 liegt ein Spannungsteiler mit einem Widerstand 138 sowie einer Reihenschaltung von Dioden 140.142,144,146,148 und 150. Die an den Dioden abgegriffenen Teilspannungen sind auf eine entsprechende Zahl von Durehlaßspannungsabfällen (e;wa 0,b5 V uro Diode) der Dioden stabilisiert. So beträgt beispie'·.-weise die Vorspannung zwischen Basis und Emitter des Transistors 118 etwa 1,3 V abzüglich des Spannungsabfalls am Emitterwiderstand 122. In contrast to that on the basis of FIG. 1, the circuit according to FIG. 2 is not fed with a symmetrical supply voltage, but the operating voltage source has one pole on the contact surface 130 and the other, grounded pole on the contact surface 132. Between the contact surfaces 130 and 132 there is a voltage divider with a resistor 138 and a series connection of diodes 140.142 , 144,146,148 and 150. The partial voltages tapped at the diodes are stabilized to a corresponding number of on-state voltage drops (e; wa 0, b5 V uro diode) of the diodes. For example, the bias voltage between the base and emitter of the transistor 118 is approximately 1.3 V minus the voltage drop across the emitter resistor 122.
Die dritte Verslärkerslufe 100 ist aus den im Zusammenhang mit F i g. 1 erörterten Gründen nicht in die Rückkopplungsschleife einbezogen, jedoch wird das Potential am Verbindungspunkt der Widerstände 94 und % bei richtiger Bemessung des Widerstandes % auf dem gleichen Potential wie die Basis der Transistoren 84 und 104 gehalten, so daß auch die dritte Verstärkerstufe symmetrisch arbeite). Falls es für bestimmte Anwendungen gewünscht wird, kann man auch durch ein «ibweichendes Teilerverhältnis der Widerstände 94 und 96 die dritte Verstärkerstufe 100 unsymmetrisch machen, so daß an ihrem Ausgang größere Signalamplituden abnehmbar sine1.The third Verslärkerslufe 100 is from the in connection with FIG. 1 is not included in the feedback loop, but the potential at the connection point of the resistors 94 and% is kept at the same potential as the base of the transistors 84 and 104 if the resistance% is correctly dimensioned, so that the third amplifier stage also works symmetrically). If desired for certain applications, one can make unbalanced 100 so that larger at their output signal amplitudes removable sine 1 by a «ibweichendes divider ratio of resistors 94 and 96, the third amplifier stage.
Die vorbeschriebene Schaltung ist außerordentlich unempfindlich gegen Übersteuerungen, die bei Begrenzerverstärkern mit weniger stabilen Symmetrieeigenschaften zu Arbeitspunktverschiebungen führen, welche relative Änderungen der Begrenzungspegel mit sich bringen. Ferner werden durch den Miller-Effekt verstärkte Rückkopplungswirkungen ausgeschaltet, so daß auch aus diesem Grunde die Gesamtstabilität des Verstärkers bei hoher Verstärkung und Bandbreite verbessert wird. Die außerordentlich stabile Symmetrie des Verstärkers ermöglicht einen Aussteuerbereich von nicht weniger als 70 dB.The circuit described above is extremely insensitive to overloads that occur in limiter amplifiers with less stable symmetry properties lead to shifts in the operating point, which bring about relative changes in the limiting level. Furthermore, through the Miller effect increased feedback effects switched off, so that for this reason, too, the overall stability of the Amplifier is improved at high gain and bandwidth. The extraordinarily stable symmetry of the amplifier enables a dynamic range of no less than 70 dB.
Hierzu 2 Dian ZeichnungenFor this purpose 2 Dian drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AC | Divided out of |
Ref country code: DE Ref document number: 1289122 Format of ref document f/p: P |
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| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |