DE1762999C3 - Multi-stage limiter amplifier - Google Patents
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Description
2525th
Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Begrenzerverstärker, dessen einzelne Stufen als emittergekoppelte Differenzverstärker mit jeweils einem ersten und ei- nem zweiten Transistor aufgebaut sind, wobei die Basen des ersten Transistors der ersten Stufe und des letzten Transistors der letzten Stufe an (i.eselbe Vorspannung geführt sind.The invention relates to a multi-stage limiter amplifier, the individual stages of which are emitter-coupled differential amplifiers, each with a first and a nem second transistor are constructed, with the bases of the first transistor of the first stage and the last Transistor of the last stage on (i.e. the same bias voltage is carried out.
Bei integrierten Schaltungen zie.t man aus praktisehen Gründen eine galvanische Kopplung der einzelnen Verstärkerstufen einer kapazitiven Kopplung vor, da Kapazitäten relativ Platz auf dem integrierten Schaltungsplättchen benötigen und außerdem den Frequenzgang des Verstärkers einschränken. Bei gleichspan- nunggekoppelten Verstärkern treten jedoch leicht Arbeitspunktverschiebungen auf, da geringe Spannungsabweichungen, die in einer Stufe durch eine Arbeitspunktverschiebung auftreten, durch die nachfolgenden Stufen verstärkt werden. Im Falle von Begrenzerverstärkern führen derartige Arbeitspunktverschiebungen sowie sonstige innerhalb der Schaltung auftretende Spannungsverschiebungen zu unerwünschten Unsymmetrien, welche das Begrenzerverhalten des Verstärkers unsymmetrisch werden lassen.In the case of integrated circuits, for practical reasons, a galvanic coupling of the individual amplifier stages is preferred to a capacitive coupling. since capacitances require relatively space on the integrated circuit board and also limit the frequency response of the amplifier. With the same voltage In the case of voltage-coupled amplifiers, however, shifts in the operating point can easily occur, since small voltage deviations, which occur in one stage due to an operating point shift, are caused by the following Levels are reinforced. In the case of limiter amplifiers, such operating point shifts result as well as other voltage shifts occurring within the circuit to undesired asymmetries, which make the limiter behavior of the amplifier asymmetrical.
Aus der DE-AS 10 33 261 ist ein gleichstromgekoppelter Transistorverstärker bekannt, der zum Zwecke der Arbeitspunktstabilisierung der einzelnen Verstärkertransistoren gegen Exemplarstreuungen und Temperaturschwankungen mit einer Gleichstromgegen- kopplung vom Emitter des letzten Verstärkertransistors auf die Basis oder den Emitter des ersten Verstärkertransistors versehen ist. Auf diese Weise werden die Betriebseigenschaften des Verstärkers stabilisiert.From DE-AS 10 33 261 a DC-coupled transistor amplifier is known, which for the purpose the stabilization of the operating point of the individual amplifier transistors against specimen variations and temperature fluctuations with a direct current counter- coupling is provided from the emitter of the last amplifier transistor to the base or the emitter of the first amplifier transistor. That way, the Operating characteristics of the amplifier stabilized.
Aus dem Buch von Shea »Transistortechnik« Stuttgart 1962, S. 158,159 ist ein Gleichstromverstärker mit zwei Differenzverstärkerstufen und einer nachgeschalteten, letzten Verstärkerstufe in Emitterschaltung bekannt, bei dem der Ausgang der letzten Verstärkerstufe über einen Gegenkopplungszweig mit der Basis des einen Transistors der ersten Differenzverstärkerstufe gekoppelt ist. Die Gegenkopplung geht hier also auch über alle Stufen des Verstärkers.From the book by Shea "Transistortechnik" Stuttgart 1962, p. 158,159 is a direct current amplifier with two differential amplifier stages and a downstream, last amplifier stage in emitter circuit known, in which the output of the last amplifier stage is coupled via a negative feedback branch to the base of one transistor of the first differential amplifier stage. The negative feedback also works here across all stages of the amplifier.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem mehrstufigen Begrenzerverstärker der eingangs erwähnten Art Unsymmetrien in der Signalbegrenzung und Instabilitäten zu vermeiden.The present invention is based on the object of a multi-stage limiter amplifier of the type mentioned at the beginning to avoid asymmetries in the signal limitation and instabilities.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöstThis object is achieved by the characterizing features of the patent claim
Da die Gegenkopplungsschleife die letzte Verstärkerstufe nicht mit einschließt, werden die Schleifenverstärkung und damit die Schwingneigung herabgesetzt Weil jedoch die Ausgangsspannung des gegengekoppelten Teils auf einen bestimmten Wert gehalten wird, arbeitet auch die letzte Stufe zwangsweise symmetrisch.Since the negative feedback loop does not include the last amplifier stage, the loop gain and thus the tendency to oscillate are reduced However, because the output voltage of the negative feedback part is kept at a certain value, the last stage also works symmetrically.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert Es zeigtThe invention is explained in detail below with reference to the representations of two exemplary embodiments. It shows
Fig. 1 die Schaltung eines zweistufigen Begrenzerverstärkers mit dem erfindunsgemäßen Siromgegenkopplungszweig,1 shows the circuit of a two-stage limiter amplifier with the Sirom negative feedback branch according to the invention,
Fig.2 das Schaltbild eines dreistufigen Begrenzerverstärkers gemäß der Erfindung.2 shows the circuit diagram of a three-stage limiter amplifier according to the invention.
Gemäß F j g, 1 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 Signalquelle 18 ein Eingangssignal zugeführt, das in verstärkter Form am Kollektorwiderstand 24 des Transistors 36 erscheint und der B-jsis eines Emitterfolgertransistors 38 zugeführt wird. Dieser Transistor ist zugleich Bestandteil eines vom Kollektor zur Basis des Transistors 36 geführten Gleichstrom-Gegenkopplungszweiges, der außerdem einen vom Emitter des Transistors 38 zur Basis des Transistors 36 geführten Widerstand 42 enthält In dem Schaltbild ist von der Basis des Transistors 36 nach Masse ein Kondensator 44 eingezeichnet der auch durch einen Schwingkreis ersetzt 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 At-'igangsssignal des Emitterfolgertransistors 38 wird am Verbindungspunkt der Emitterwiderstände 40 und 46 abgenommen und der nachfolgenden Verstärkerstufe 32 zugeführt.According to FIG. 1, the first amplifier stage 30 includes a pair of transistors 34 and 36 in differential amplifier circuit with a common emitter resistor 20. The base of the transistor 34 is supplied with an input signal from a signal source 18, which signal is amplified at the collector resistor 24 of the transistor 36 appears and the B-jsis of an emitter follower transistor 38 is fed. This transistor is also part of one from the collector to the base of the transistor 36 guided direct current negative feedback branch, which also has one from the emitter of transistor 38 to Base of transistor 36 contains led resistor 42 In the circuit diagram is from the base of the transistor 36 to ground a capacitor 44 is drawn in, which can also be replaced by an oscillating circuit and makes the negative feedback frequency-dependent. Instead, an ohmic resistor can also be provided which is then included in the direct current parameters of the negative feedback branch Emitter follower transistor 38 is removed from the junction of the emitter resistors 40 and 46 and the subsequent amplifier stage 32 is supplied.
Die Betriebsspannung wird von einer erdsymmetrischen Spannungsquelle geliefert, die mit den Anschlüssen 54 und 56 verbunden ist und beispielsweise eine Spannung von +2 Volt und —2 Volt gegen Erde liefert. Für die zweite 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 Erdpotential. Die Ausgangsspannung steht am Emitter des nachgeschalteten Emitterfolgertransistors zur Verfügung.The operating voltage is supplied by a voltage source balanced to ground, which is connected to the terminals 54 and 56 and, for example, a Supplies voltage of +2 volts and -2 volts to earth. The same applies to the second amplifier stage 32 whose differential amplifier contains the transistors 39 and 41 with regard to terminals 50 and 52. The base of transistor 41 is at ground 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 Ausgangsspannung der zweiten Verstärkerstufe auf Erdpotential liegen soll, muß also die Kollektorspannung des Differenzverstärkertränsistörs41 ungefähr +0,65 V betragen.The quiescent DC voltage at the output of an amplifier stage depends on the collector quiescent voltage of the in The differential amplifier transistor on the right of the figure and, in the case of the second amplifier stage, is lower by the voltage drop at the base-emitter path of the emitter-follower transistor. If the output voltage of the second amplifier stage is to be at ground potential, the collector voltage of the differential amplifier drienesistörs41 must be approximately +0.65 V.
Zur Stabilisierung gegen 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 Transi-To stabilize against temperature fluctuations and supply voltage fluctuations should - this will be explained below with reference to the first amplifier stage 30 - the resistance 24 twice as large as that Resistance 20 can be chosen. It can be proven mathematically that the quiescent DC voltage at the emitter of the transi-
store 38 (und damit auch am Verbindungspunkt der Widerstände 40 und 46) von derartigen Änderungen unbeeinflußt bleibt Das entsprechende gilt für die zweite Verstärkerstufe.store 38 (and thus also at the connection point of the resistors 40 and 46) remains unaffected by such changes. The same applies to the second Amplifier stage.
Der durch den Widerstand 42 des Gleichstrom-Gegenkopplungszweiges fließende Basisstrom des Transistors 36 hat einen Spannungsabfall am Widerstand 42 zur Folge, welcher einen Poteiitialunterschied zwischen Basis des Transistors 36 und Emitter des Transistors 38 verursacht Damit nun der gesamte Verstärker ein symmetrisches Begrenzerverhalten zeigt, soll das Gleichspannungspotential 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 angeschlossen, sondern an einem Abgriff des Emitterwiderstandes. 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 Gleichspannungspcteniia!, nämlich auf Erdpctenf.a! wie auch die Basen der Transistoren 34 und 41, liegen und der gesamte Verstärker mit symmetrischer Begrenzung arbeitet. The through resistor 42 of the direct current negative feedback branch Base current flowing through transistor 36 has a voltage drop across resistor 42 result in a potential difference between Base of transistor 36 and emitter of transistor 38 thus now causes the entire amplifier to be symmetrical Shows limiter behavior, the DC voltage potential at the base of the transistor 39 should be the same as that at the base of transistor 36. For this reason, the base of transistor 39 is not connected directly to the emitter of transistor 38, but to a tap of the emitter resistor. The resistor 46 is dimensioned so that the voltage drop occurring across it is equal to that Voltage drop across resistor 42 is so that the bases of transistors 36 and 39 on the same DC voltage pcteniia !, namely on Erdpctenf.a! as well as that Bases of the transistors 34 and 41, and the entire amplifier works with symmetrical limiting.
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 Videomodulator des Fernsehempfängers an die Klemme 66 angeschlossen sein. Die frequenzmodulierten Signale gelangen dann über 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 modulator of the Television receiver must be connected to terminal 66. The frequency-modulated signals then arrive Via a coupling capacitor 68 to an oscillating circuit 70, which is set to the sound carrier frequency of 4.5 MHz is matched. The resonance voltage occurring at the resonant circuit 70 is applied to the contact surfaces 62 and 64 fed
Die Kontaktfläche 62 ist direkt mit dem Eingang einer ersten Verstäi kerstufe 72 gekoppelt, die zwei als Differenzverstärker geschaltete 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 galvanisch angeschlossen. Vom Ausgang der zweiten Verstärkeij'.ufe verläuft ein Gleichstrom-Gegenkopplungskreis mit einem Widerstand 88 auf die Basis des Transistors 76 der ersten Yerstärkerstufe. Dieser Punkt des Gegenkopplungszweiges ist ferner an eine 'n'ontaktfläche 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 96 bestehenden Emitterwiderstand des Emitterfolgertransistors 86 zur Verfügung und werden vom Verbindungspunkt dieser beiden 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 Widerstand mit einer Kontaktfläche 108 verbunden, an welche die Primärwicklung eines — äußeren — Diskriminatortransformators 110 angeschlossen ist, deren anderes Ende ebenfalls an di.r Potential der Kontaktfläche 64 geführt ist. Die Sekundärwicklung des Diskriminatortransformators 110 ist über zwei weitere Kontaktflächen 112 und 114 mit der auf dem integrierten Schaltungsplättchen ausgebildeten übrigen Diskriminatorschaltung 116 verbunden, die mit ihrem Symmetriepotential 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 demodulierte Signal abgenommen werden kann, verbunden, sowie über einen Widerstand 120 an eine Kontaktfläche 130 geführt, über weiche der integrierten Schaltung die Betriebsspannung zugeführt wird.The contact surface 62 is directly coupled to the input of a first amplifier stage 72, the two as a differential amplifier switched transistors 74 and 76 and a third transistor connected as an emitter follower 78 contains. At the first amplifier stage 72 is a similarly constructed second amplifier stage 80 with three Transistors 82, 84 and 86 are galvanically connected. From the output of the second amplification unit runs a DC negative feedback circuit with a resistor 88 to the base of transistor 76 of the first Booster level. This point of the negative feedback branch is also led to an 'n' contact surface 92, from which is a capacitor 90, which is used for frequency response correction, to which the bases of the transistors 74 and 84 supplied resting DC voltage potential is performed on the contact surface. The amplified output signals of the second amplifier stage 80 are connected to the emitter resistor consisting of the partial resistors 94 and 96 of the emitter follower transistor 86 are available and are from the connection point of these two partial resistances fed to the input of a third amplifier stage 100, which has a differential amplifier from the Transistors 102 and 104 and an emitter follower with a transistor 106 connected downstream of this. The emitter of transistor 106 is connected to a contact surface 108 via a resistor which is 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 is performed. The secondary winding of the discriminator transformer 110 is via two further contact surfaces 112 and 114 with the one on the integrated circuit die formed remaining discriminator circuit 116 connected to their symmetry potential is connected to the base of transistor 104 and its output to the base of a transistor 118 is fed. The collector of transistor 118 is connected to a contact surface 124 at which the demodulated signal can be picked up, as well as guided via a resistor 120 to a contact surface 130, via which the integrated circuit die Operating voltage is supplied.
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 e:p-er Reihenschaltung von Dioden 140,142,144,146,14* und 150. Die an den Dioden abgegriffenen Teilspannungen sind auf eine entsprechende Zahl von Durchlaßspannungsabfällen (etwa 0,65 V pro Diode) der Dioden stabilisiert. Sc beträgt beispielsweise die Vorspannung zwischen Basis und Emitier 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 e : p-er Series connection of diodes 140, 142, 144, 146, 14 * and 150. The partial voltages tapped at the diodes are stabilized to a corresponding number of forward voltage drops (about 0.65 V per diode) of the diodes. Sc is, for example, the bias voltage between the base and the emitter of the transistor 118 about 1.3 V minus the voltage drop across the emitter resistor 122.
Die dritte Verstärkerstufe 100 ist aus den im Zusammenhang mit Fig. 1 erörterten Gründen nicht in die Rückkopplungsschleife einbezogen, jedoch wird das Potential am Verbindungspunkt der Widerstände 94 und 96 bei richtiger Bemessung des Widerstandes 96 auf dem gleichen Potential wie die Basis der Transistoren 84 und 104 gehalten, so daß auch die dritte Verstärkerstufe symmetrisch arbeitet. Falls es für bestimmte Anwendungen gewünscht wird, kann man auch durch ein abweichendes Teilerverhältnis der Widerstände 94 und 96 die dritte Verstärkerstufe 100 unsymmetrisch machen, so daß an ihrem Ausgang größere Signalamplituden abnehmbar sind.The third amplifier stage 100 is not included in the for the reasons discussed in connection with FIG Feedback loop included, but the potential at the junction of resistors 94 and 96 with correct dimensioning of the resistor 96 at the same potential as the base of the transistors 84 and 104 held so that the third amplifier stage also operates symmetrically. In case it is for certain uses is desired, one can also use a different divider ratio of the resistors 94 and 96 make the third amplifier stage 100 unbalanced, so that larger signal amplitudes can be picked up at their output are.
Di' vorbeschriebene Schaltung ist außerordentlich unempfindlich gegen Übersteuerungen, die bei Begrenzerverstärkern mit weniger stabilen Symmetrieeigenschaften zu Arbeitspunktverschiebungen führen, weiche relative Änderungen der Begrenzungspcgel 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, soft Bring relative changes in the limit Pcgel with it. Furthermore, the Miller effect intensifies Feedback effects eliminated, 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 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (1)
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Family
ID=25755343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19651762999 Expired DE1762999C3 (en) | 1964-09-14 | 1965-09-14 | Multi-stage limiter amplifier |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE1762999C3 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| BE535593A (en) * | 1954-02-10 |
-
1965
- 1965-09-14 DE DE19651762999 patent/DE1762999C3/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE1762999A1 (en) | 1974-05-02 |
| DE1762999B2 (en) | 1974-10-17 |
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