DE2057227A1 - Begrenzer fuer elektrische Signale - Google Patents

Description

Patentanwälte- DJpl.-lng. Π. EJ Ξ E T Z sen. Dlpl-Ino. K, LAMPRECHT Dr.-Ing. R- L3.:: EZ T Z Jr.

8 München 22, SteinsdorfetMO ^„^^p 20.11.1970

Commissariat a 1'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Begrenzer für elektrische Signale

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ableitung von über einem bestimmten Pegel liegenden elektrischen Signalen (kurz Begrenzer für elektrische Signale genannt)_o

Man kennt bereits Begrenzer in Form einfacher Dioden, Diese haben jedoch eine Eingangsimpedanz, die in großem Maße davon abhängt, ob die Amplitude des an ihrem Eingang angelegten Signals größer oder kleiner als die Begrenzerschwelle ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Begrenzer anzugeben, der eine hohe Eingangsimpedanz unabhängig von der Amplitude des Eingangssignals hat, mit einer hohen Eingangsspannung belastbar ist und insbesondere für elektrische Signale kleiner Leistung und sehr hoher Spannung verwendet werden kann.

*io.(B 3927.3)-Hd.r (7) !09822/1373

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen ersten Transistor in Form eines Feldeffekttransistors_p dessen Gatter an den Emitter eines zweiten Transistors, dessen Quelle an Masse über einen ersten Widerstand und dessen Senke an eine Speisequelle angeschlossen ist, wobei das begrenzte Signal an der Quelle abnehmbar ist; wobei vom zweiten Transistor der Emitter mit Masse über einen zweiten Widerstand und die Basis mit der Quelle des Feldeffekttransistors über einen dritten Widerstand verbunden ist und der Kollektor den Eingang des Begrenzers bildet; und eine Diode, die zwischen der Basis des zweiten Transistors und einer zweiten Spannungsquelle liegt, wobei die Leitungsrichtung der Diode so gewählt ist, daß sie gesperrt ist, wenn die Basis-Masse-Spannung des zweiten Transistors einen kleineren Betrag als die Spannung der zweiten Spannungsquelle hat.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen?

Fig. 1 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Begrenzers; und

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Messung der Anstiegsoder Abfallszeit eines starken Spannungsimpulses unter Verwendung des erfindungsgemäßen Begrenzers.

Gemäß Fig. 1 ist ein Feldeffekttransistor 1 in Quellenschaltung geschaltet. Sein Gatter 9 ist mit dem Emitter eines Transistors 2 so verbunden, daß die Basis-Masse-

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Spannung Vbm des Transistors 2 und die Quellen-Masse—Spannung Vsm des Feldeffekttransistors 1 die gleiche Phase haben. Die Vorspannung des Transistors 2 wird durch eine Rückkopplungsschaltung gewonnen, indem über einen Widerstand 3 die Basis B des Transistors 2 mit der Quelle s des Feldeffekttransistors 1 verbunden ist. Die Schaltung schwingt nicht, weil die Verstärkung der Rückkopplungsschleife kleiner als Eins ist. Eine derartige Vorspannung erfordert, daß die Gatter-Quellen-Spannung Vgs des Feldeffekttransistors 1 einen größeren Betrag als die Basis-Eraitter-Spannung Vbe des Transistors 2. und zu dieser ent- |

gegengesetztes Vorzeichen hat. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Transistor 2 ein NPN-Transistor und als Feldeffekttransistor 1 ein N-Kanal-Feldeffekttransistor verwendet. Anstelle dieser speziellen Wahl der Transistoren 1 und 2 kann irgendein anderes Paar von Transistoren vorgesehen sein, das die oben aufgestellte Bedingung genau erfüllte

Der Emitter des Transistors 2 ist mit Masse über einen Widerstand k verbunden, während sein Kollektor c den Eingang e einer Begrenzerschaltung bildet. Unabhängig davon, wie groß die am Kollektor c des Transistors 2 angelegte

I Eingangsspannung Vcm ist, ist die Gatter-Quellen-Spannung ^ Vgs des Feldeffekttransistors 1 groß genug., um den Transistor 2 gesättigt zu halten. Die Quellenelektrode des Feldeffekttransistors 1 ist mit Masse über einen Widerstand 5 verbunden, dessen Widerstandswert groß genug gewählt ist, um die Spannung Vgs nahezu konstant zu halten. Zwischen den verschiedenen Spannungen besteht die folgende Beziehung:

Vcm = Vsm + Vce + Vgs.

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Die Spannung Vce ist die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung des Transistors 2. Sie variiert nur wenig und, da die Schwankungen der Spannung Vgs ebenfalls gering sind, kann man sagen, daß die Spannung Vsm bis auf eine Konstante den Schwankungen der Eingangsspannung Vcm folgt.

Um die gewünschte Begrenzerwirkung zu erhalten, ist eine Diode 6 zwischen die Basis B des Transistors 2 und eine Spannungsquelle 7 geschaltet. Die Leitungsrichtung der Diode 6 ist so gewählt, daß die Diode 6 gesperrt ist, wenn die Basis-Masse-Spannung des Transistors 2 einen kleineren Betrag als die Spannung Va der Spannungsquelle 7 hat. So wird, wenn die Eingangsspannung Vcm die Spannung Va plus die Kollektor-Basis-Sättigungsspannung des Transistors 2 übertrifft, der der Basis des Transistors 2 über die Rückkopplungsschleife zugeführte Strom über die Diode 6 abgeleitet, und der Transistor 2 wird gesperrt. Die Spannung Va legt also den Begrenzerpegel der Schaltung fest. Die hohe Eingangsimpedanz ist auf den großen Widerstandswert des Widerstands h zurückzuführen, der sich im Emitterkreis des Transistors 2 befindet.

Eine durch einen Kondensator 8, eine Diode 9 und einen Widerstand 10 gebildete Teilsohaltung dient dazu, allein die Anstiegsflanke des Impulses bis zum Begrenzerpegel zu übertragen und die Gleichstromkomponente des Signals zu unterdrücken sowie auch den vom Kondensator 8 gelieferten Impuls zu unterdrücken, wenn der Transistor 2 gesperrt wird. Eine Diode 11, Widerstände 12 - 14, ein Kondensator 15 und ein Transistor 16 bilden eine Gegenkopplung^schaltung, um den Übergang vom gesättigten Zustand in den gesperrten Zustand des Transistors 2 zu beschleunigen. Die

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Widerstände 12 und 13 bilden eine Vorspannungsbrücke, die eine Schwellenspannung bestimmt, oberhalb der die Gegenkopplung über die Diode 11 einwirkt.

Im übrigen bezeichnet S den Ausgang des Begrenzers.

Pig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Messung der Anstiegs- oder Abfallszeit eines starken elektrischen Spannungsimpulses unter Verwendung des erfindungsgemäßen Begrenzers. Diese Vorrichtung hat zwei Schwellenwertdetektoren 17 und 18, die Spannungspegel er- | fassen die z. B₀ 90 und 10' $ der Amplitude des Impulses entsprechen, dessen Anstiegs- oder Abfallszeit zu messen ist. Sie steuern eine Zeitmeßschaltung 19· Je nach der durchgeführten Messung, d. h. der Messung der Anstiegszeit oder der Abfallszeit, löst der eine Detektor das Einschalten und der andere das Ausschalten der Zeitmeßschaltung 19 aus. Ein Abschwächer oder Dämpfungsglied 20 vor dem Schwellenwertdetektor 17» der einen Spannungspegel von 90 % der Impulsamplitude erfaßt, erlaubt wegen seiner hohen Eingangsimpedanz und seines hohen Schwächungskoeffizienten, daß für den Schwellenwertdetektor 17 ein Schwellenwertdetektor verwendet wird, der eine geringe Eingangs- g impedanz hat und durch keine große Eingangsspannung belastbar ist. Vor dem Schwellenwertdetektor 18, der einen Spannungspegel von 10 $ der Impulsamplitude erfassen muß, befindet sich ein Begrenzer 21 gemäß der Erfindung, der eine hohe Eingangsspannung aushält und eine große Eingangsimpedanz hat. Der Begrenzer 21 ermöglicht, daß für den Schwellenwertdetektor 18 ein Schwellenwertdetektor derselben Art wie für den Schwellenwertdetektor 17 verwendet wird, d. h. ein Schwellenwertdetektor, der nicht notwendi-

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gerweise eine hohe Eingangsirapedanz hat und mit keiner hohen Eingangsspannung belastbar ist. Der Eingang des Abschwächers 20 und der Eingang des Begrenzers 21 sind untereinander verbunden und bilden den Eingang der Vorrichtung«. Eine Impedanz 22 ist zwischen Masse und den Eingang der Vorrichtung geschaltet und ermöglicht, die Eingangsimpedanz der Vorrichtung an die Impedanz der impulsübertragenden Leitung anzupassen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   MABegrenzer für elektrische Signale, g e k e η η zeichnet durch

   einen ersten Transistor in Form eines Feldeffekttransistors (i), dessen Gatter (g) an den Emitter eines zweiten Transistors (2), dessen Quelle (s) an Masse über einen ersten Widerstand (5) und dessen Senke an eine Speisequelle (+) angeschlossen ist, wobei das begrenzte Signal J an der Quelle abnehmbar ist}

   wobei vom zweiten Transistor (2) der Emitter mit Masse über einen zweiten Widerstand {h) und die Basis (B) mit der Quelle (s) des Feldeffekttransistors (1) über einen dritten Widerstand (3) verbunden ist und der Kollektor (c) den Eingang (e) des Begrenzers bildet? und

   eine Diode (6), die zwischen der Basis des zweiten Transistors (2) und einer zweiten Spannung^quelle (7) liegt, wobei die Leitungsrichtung der Diode (6) so gewählt ist, daß sie gesperrt ist₉ wenn die Basis-Masse-Spannung des

   zweiten Transistors einen kleineren Betrag als die Spannung der zweiten Spannungsquelle (7) hat«

   2* Begrenzer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

   einen dritten Transietor (i6)_t der in einer Gegenkopplungsschaltung liegt und von dem verbunden ist der Kollektor mit der Basis (B) des zweiten Transistors (2), der Emitter mit Masse und die Basis mit Masse Über einen Widerstand (i4)|

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   eine Diodenschaltung mit einer Diode (11) _s die zwischen den Eingang der Diodenschaltung und den Mittelpunkt einer Vorspannungsbrücke geschaltet ist, die durch zwei Widerstände (12, I3) gebildet ist, wobei der Mittelpunkt der Vorspannungsbrücke auch über einen ersten Kondensator (15) an die Basis des dritten Transistors (16) und der Eingang der Diodenschaltung über einen zweiten Kondensator (8) an die Quelle (s) des Feldeffekttransistors (i) angeschlossen ist, wobei der Leitungssinn der Diode so gewählt ist, daß sie gesperrt ist, wenn die Eingangsspannung der Diodenschaltung einen kleineren Betrag als die Spannung am Mittelpunkt der Vorospannungsbrücke hat 5 und

   eine Gleichrichterschaltung, bestehend aus einem Widerstand (.10) und einer dazu parallel geschalteten Diode (9)j die zwischen Masse und dem Eingang der Diodenschaltung liegte

   3. Vorrichtung zur Messung der Anstiegs- oder Abfallszeit eines elektrischen Impulses, mit zwei Schwellenwertdetektoren und einer Zeitmeßschaltung, g e k e η η zeichnet durch einen Abschwächer (2O), dessen Ausgang an den ersten Schwellenwertdetektor (17) angeschlossen ist, und durch einen Begrenzer (21) nach Anspruch 1 oder 2, der vor dem zweiten Schwellenwertdetektor (18) liegt, wobei der Eingang des Begrenzers (21) mit dem Eingang des Abschwächers (20) verbunden ist und mit diesem den Eingang der Vorrichtung bildet (Fig. 2).

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