DE2140690C3 - Kopplungsnetzwerk, vorzugsweise für einen Begrenzerverstärker - Google Patents

Description

übertragen eine Vorspannung zur Eingangsstufe, die lieh in Abhängigkeit von dem Tastverhältnis des Ausgangssignals, ändert Diese Vorspannung dient der Aufrechterhaltuing des Tastverhältnisses von 50%. Wenn jedoch eine MonozeUe verwendet wird, deren Betriebsspannung sich in dein angegebenen Bereich ändert, läßt sich mit den bekannten Schaltungen kein Steuersignal erzeugen, das in der Lage ist, die Vorspannung der Eingangsstufe derart zu ändern, daß tan mittleres Tastverhältnis von 50% aufrechterhalten wird.

Die bereits erwähnten Begrenzungsverstärker, insbesondere wenn sie für Frequenzmodulationssysteme Verwendung Finden, besitzen eine wesentliche Spannungsverstärkung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsstufe. Daher muß eine ausreichende Wechsel-Stromentkopplung zwischen der Eingangs- und Ausgangsstufe gegeben sein, um ein Anschwingen oder ein Abfallen der Verstärkereigenschaften zu vermeiden. Die bisher bekannten Kopplungsschaltungen sind nicht in der Lage, eine ausreichende Impedanztransformalion von der Ausgangsseite zur Eingangsseite zu gewährleisten, wenn eine Betriebsspannung in der Größe der von einer Monozelle gelieferten Spannung Verwendung Findet und die sich in dem angegebenen Bereich ändern kann. Außerdem besitzen derartige Kopplungsschaltungen keine ausreichende Stromverstärkung. Beide Eigenschaften, nämlich eine wesentliche Impedanztransformation und eine ausreichende Stromverstärkung, sind jedoch für Kopplungsschaltungen erforderlich, um Schaltkreiskomponenten verwenden zu können, die eine ausreichende Wechselstromentkopplung gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kopp lungsnetzwerk vorzugsweise für einen Begrenzungsverstärker zu schaffen, der mit einer möglichst kleinen Versorgungsspannung {1,5 bis 1,2 Volt) betrieben werden kann, wobei eine Änderung der Versorgungsspannung das Tastverhältnis der Ausgangsrechteckspannung nicht wesentlich beeinflussen soll, so daß es auf einem mittleren Tastverhältnis von etwa 50% gehalten werden kann. Dabei soll die Versorgungsspannung von einer Monozelle geliefert werden. Der mit dem Kopplungsiietzwerk versehene Begrenzungsverstärker soll einen geringen Leistungsbedarf besitzen und eine hohe Impedanztransformation sowie eine hohe Stromver-Stärkung über den gesamten Schwankungsbereich der Betriebsspannung aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgenuß dadurch gelöst, daß das Kopplungsnetzwerk aus zwei komplementären Emitterfolgern besteht daß das Kopplungsnetzwerk über ein Integrationsnetzwerk an die ausgangsseitige Verstärkerstufe des Begrenzungsverstärkers angeschlossen ist und ein zweites Vorspannungssignai in Abhängigkeit von der ausgangsseitigen Rechteckschwingung an die Eingangsstufe liefert, wobei sich das zweite Vorspannungssignal mit dem Tastverhältnis der Rechteckschwingung in einem zweiten Verhältnis in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung ändert und das Kopplungsnetzwerk das zweite Vorspannungssignal in Abhängigkeit vom ersten Vorspannungssignal erzeugt und daß die komplementären Emitterfolger des Kopplungsnetzwerkes die Differenz der Änderung des ersten und zweiten Verhältnisses kompensieren, so daß das ausgangsseitige Tastverhältnis im wesentlichen über den gesamten Bereich der Änderung der Versorgungsspannung konstant ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Kopplungsnetzwerk an die Basis eines ersten Transistors der Eingangsstufe angeschlossen ist und diesem das zweite Vorspannungssignal zuführt daß der Emitter der Eingangsstufe über einen ersten Widerstand an einem Bezugspotential und der Kollektor über einen zweiten Widerstand an der Versorgungsspannung liegt daß der Spannungsabfall ar. der Basis-Emitterstrecke des ersten Transistors der Sngangsstufe in der Größenordnung der halben Versorgungsspannung liegt daß an den Emitterwiderstand ein zweiter Transistor der Eingangsstufe angeschlossen ist daß die der Eingangsstufe nachgeschaltete Verstärkerstufe mit ihrem Emitter über einen dritten Widerstand an Bezugsspannung liegt und mit ihrem Kollektor über einen vierten Widerstand an die Versorgungsspannung angeschlossen ist wobei der Kollektor des ersten Transistors der Eingangsstufe mit der Basis der Zwischenstufe direkt verbunden ist und daß an der Basis der nachgeschalteten Verstärkerstufe ein Vorspannungspotential wirksam ist das kleiner als die an die Basis des ersten Transistors der Eingangsstufe angelegte Vorspannung und größer als der Spannungsabfall an der Basis-Emitterstrecke der nachgeschalteten Verstärkerstufe ist.

Doppelte Emitterfolgerstufen, wie sie in dem Kopplungsnetzwerk gemäß der Erfindung Verwendung finden, sind an sich bekannt (Zeitschrift »Electronics«, März 1962, S. 66, Fig. B). Eine derartige bekannte doppelte Emitterfolgerstufe unterscheidet sich jedoch ganz wesentlich von dem Kopplungsnetzwerk gemäß der Erfindung, da es über einen Widerstand mit einer negativen Regelspannung angesteuert wird und der Emitter des ausgangsseitigen Emitterfolgers nicht direkt an der Ausgangsklemme, sondern über eine Diode an diese angeschlossen ist. Dadurch ergibt sich für die bekannte Emitterfolgerstufe eine völlig andere Funktion und auch eine andere Wirkungsweise. Auf Grund dieser anderen Wirkungsweise ändert sich die Ausgangsspannung am Verbraucher direkt mit der Eingangsspannung, und zwar versetzt um den Diodenspannungsabfall. Da die Versorgungsspannung der ersten Emitterfolgerstufe niemals größer als der Basis-Emitterspannungsabfall des nachfolgenden Transistors plus dem Diodenspannungsabfall werden kann, wird dadurch die Verlustleistung der ersten Emitterfolgerstufe reduziert, so daß die bekannte Schaltung in der ersten Stufe eben falls mit einem Transistor ausgerüstet werden kann, der nur sehr geringe Verlustleistung aufnehmen muß. Diesem Zweck dient die bekannte Schaltung. Bei dem Kopplungsnetzwerk gemäß der Erfindung wird eine doppelte Emitterfolgerstufe in vorteilhafter Weise dazu benutzt, eine Änderung der Eingangsspannung am Kopplungsnetzwerk durch eine Stromaufteilung in eine entsprechende ausgangsseitige Änderung der Gleich spannung am Kopplungsnetzwerk zu bewirken, um mil dieser den eingangsseitigen Differentialverstärker der art anzusteuern, daß das Tastverhältnis im wesentli chen unverändert bleibt.

Die Erfindung wird besonders vorteilhaft in einen Begrenzungsverstärker für einem FM-Empfänger ver wirklicht, der eine Vielzahl von gleichstromgekoppel ten und in Kaskade geschalteten Transistorstufen auf weist. Die Verstärkung des Verstärkers ist ausreichenc groß, um die ausgangsseitige Stufe derart anzusteuern daß sie zwischen dem nicht leitenden Zustand und den Sättigungszustand hin- und herschaltet, wenn die Ein gangsstufe mit Rauschen beaufschlagt wird. Damit wir< in Abhängigkeit von dem Rauschen an der Eingangs stufe ausgangsseitig eine Rechteckschwingung erzeug)

1 "T VJ V W w

Es ist nun wünschenswert, diese Rechteckschwingung derart zu stabilisieren, daß sichergestellt wird, daß keine Stufe permanent entweder in den Sättigungszustand oder in den nicht leitenden Zustand geschaltet bleibt, und daß die Rechteckschwingung ein Tastverhältnis von 50% hat, damit eine nachgeschaltete Detektorstufe einwandfrei arbeitet. Um diese Stabilisation zu bewirken, wird die integrierte Kopplungsschaltung zwischen die Ausgangsstufe und die Eingangsstufe des Begrenzungsverstärkers geschaltet, welche in Abhängigkeit von der Rechteckschwingung ein Vorspannungssignal erzeugt, das sich mit der Änderung des mittleren Tastverhältnisses der ausgangsseitigen Rechteckschwingung ändert. Die Vorspannung wird über eine Rückkopplungsschaltung der Eingangsstufe des BegrenzungsVerstärkers zugeführt Durch die Steuerung der Vorspannung der Eingangsstufe kann das mittlere Tastverhältnis im wesentlichen auf 50% festgehalten werden.

Diese für das Kopplungsnetzwerk vorgesehene Rückkopplungsschaltung umfaßt erste und zweite SiIieiumtransistoren, die als komplementäre Emitterfolger geschaltet sind und den über die Stufe geführten Strom aufteilen. Die Verwendung komplementärer Emitterfolger in der Rückkopplungsschaltung ermöglicht den Betrieb des Begrenzungsverstärkers und der Rückkopplungsschaltung von einer Monozelle aus, wobei eine wesentliche Impedanztransformation und Stromverstärkung über die Rückkopplungsschalter gegeben sind. Damit können die Schaltkreiskomponenten derart dimensioniert sein, daß ein Anschwingen bzw. eine Verschlechterung der Verstärkung vermieden wird. Die Stroinaufteilung zwischen den Emitterfolgern der Rückkopplungsschaltung gewährleistet eine Kompensation der Differenz der Vorspannungsänderung und die Erzeugung einer Vorspannung für die Eingangsschaltung, die die Aufrechterhaltung eines Tastverhältnisses von 50% über den gesamten Änderungsbereich der von einer Monozelle gelieferten Versorgungsspannung sichert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispicls in Verbindung mit den Ansprüchen und der aus einer Figur bestehenden Zeichnung hervor.

Ir der Zeichnung ist ein ZF-Begrenzungsverstärker dargestellt, der in einem FM-Überlagerungsempfänger verwendbar ist. Das ZF-Signal wird am Eingang 10 empfangen und an die Basis 12 eines Transistors 11 angekoppelt Der Transistor 11 ist der eine Transistor eines Differentialverstärkers aus den beiden Transistoren 11 und 15. Ein festgelegtes Basispotential wird an die Basis 12 des Transistors 11 über einen Entkoppelwiderstand 39 und weitere Widerstände 42 sowie 43 von einer Klemme 35 aus angelegt die vorzugsweise an eine Monozelle angeschlossen ist Die Emitter 14 und 16 der beiden Transistoren II und 15 sind über einen Widerstand 18 an Masse angeschlossen, der den gesamten im Differentialverstärker fließenden Strom festlegt Ein veränderliches Basispotential wird an die Basis 17 des Transistors 15 angelegt, das ein Ausgangs signal am Begrenzungsverstärker mit einem Tastverhältnis von 50% aufrechterhält

Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers wird am Kollektor 19 des Transistors 15 abgegriffen und an die Basis 20 eines Transistors 21 angelegt Das am KoI- lektor 22 dieses Transistors entwickelte Ausgangssignal Wird an die Basis 25 des Transistors 26 angekoppelt and vom Kollektor m derselben Weise über die Transi stören 27,28, 29 und 30 weiter übertragen. Der Begrenzungsverstärker in der dargestellten Art besitzt genügend Verstärkung, so daß der Verstärker ein Rauschen begrenzt, d. h, das an die erste Verstärkerstufe in Form des Differentialverstärkers mit den Transistoren 11 und 15 angelegte Rauschen wird soweit verstärkt, daß der Transistor 30 vom nicht leitenden Zustand in den Sättigungszustand hin- und hergeschaltet wird und eine Rechteckschwingung als Ausgangswechselsignal am Kollektor 31 des Transistors 30 erzeugt. Dieses Wechselsignal ist an der Ausgangsklemme 32 des Begren zungsverstärkers abgreifbar und wird von hier aus an die nachfolgenden Stufen des Verstärkers angelegt.

Die Betriebsspannung für den Begrenzungsverstärker wird von einer Monozelle geliefert, die an die Klemme 35 angeschlossen ist. und deren Spannung über Widerslände 36 und 37 am Kollektor 31 des Transistors 30 liegt Wie erwähnt, schaltet dieser Transistor zwischen dem Sättigungszustand und dem nicht leiten den Zustand hin und her und verursacht ein sich ent sprechend änderndes Spannungssignal am Verbin dungspunkt 38 zwischen den Widerständen 36 und 37 Diese Spannung wird vom Verbindungspunkt 38 aus an ein Integrationsnetzwerk angelegt das aus einem Widerstand 40 und einem Kondensator 41 besteht, um eine Vorspannung ?u schaffen, die sich entsprechend dem Arbeitszyklus des Ausgangswechselsignals ändert. Dieses Vorspannungssignal wird über ein Rückkopplungsnetzwerk 51 an die Basis 17 des Transistors 15 übertragen, um den Arbeitszyklus des Begrenzungsverstärkers zu stabilisieren. Die Amplitude des Vorspannungssignals am Verbindungspunkt 50 wird durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 36 und 37, den Spannungsabfall an der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 30, der Zeitkonstante des Integrationsnetzwerkes festgelegt und muß dem Vorspannungspotential entsprechen, das an der Basis 17 des Transistors 15 erforderlich ist um den Differentialverstärker aus den Transistoren U und 15 richtig vorzuspannen, damit das Ausgangssignal im wesentlichen ein mittleres Tastverhältnis von 50% hat. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Spannungsabfall Vht zwischen der Basis 17 und dem Emitter 16 des Transistors 15 ungefähr 0,7 Volt bei einem Siliciumtransistor beträgt Die erforderliche Spannung an der Basis 17 des Transistors 15 würde damit für das Vorspannen des Transistors 15 in Durchlaßrichtung den Spannungsabfall Vbe plus den Spannungsabfall am Widerstand 18 betragen. Die erforderliche Spannung an der Basis 17 muß daher ein Minimum von 0,75 Volt für eine zufriedenstellende Arbeitsweise der Schaltung betragen. Bei einer Betriebsspannung von 1,2 Volt an der Klemme 35 des Begrenzungsverstärkers beträgt die Spannung am Kollektor 31 des Transistors 30 etwa die halbe Spannung der Versorgungsspannung auf Grund des Tastverhältnisses von 50%, d.h., die Spannung beträgt etwa 0,6VoIt Der Spannungsteiler aus den Widerständen 36 und 37 ist derart ausgewählt, daß am Verbindungspunkt 50 die Spannung 0,75 Volt am Kollektor 3t bei einem mittleren Tastverhältnis von 50% übersteigt, selbst wenn die Versorgungsspanming auf 03 Volt verringert wird. In der dargestellten Schaltung beträgt die Spannung am Verbindungspunkt 50 etwa fön* Sechstel der nominalen Betriebsspannung, wobei diese nominale Betriebsspannung in Höhe von 1,2 Volt an die Klemme 35 angelegt wird

Bei einer bevorzugten Ausrahrungsform beträgt die Spannung an der Basis 17 des Transistors 15 etwa

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β,99 Volt, was der Spannung an der Basis 12 des Transistors 11 entspricht. Die Spannung am Kollektor 19 ist ttwa 0,75VoIt. Der Kollektor eines NPN-Transistors fet bei einem Gleichstromniveau, das höher liegt als die tasisspannung, normal vorgespannt. Die Gleichstrom- S kollektorspannung entspricht dem Ruhestromwert, um welchen sich das Ausgangswechselsignal des Differentialverstärkers ändert. Wenn der Kollektor 19 des Transistors 15 auf eine Spannung über der Basisspan-Bung vorgespannt wäre, z. B. eine Spannung von 1,2 Volt, würde ein geringer positiver Wechselspan- »ungsausschlag die Abschaltbedingungen im Transistor 15 auslösen, da die gesamte zur Verfugung stehende Gleichspannung die Betriebsspannung nicht übersteifen kann.

Wenn das mittlere Tastverhältnis auf 50% festgelegt lit, muß die erste Stufe für gleiche Zeitabstände im leitenden und nicht leitenden Zustand sein, um eine Begrenzung zu bewirken. Die Gleichspannung am Kollektor 19 muß daher auf einen Wert eingestellt sein, daß ao das Wechselstromsignal an dem Kollektor sich in einer Weise ändern kann, daß sich die erste Stufe zum Begrenzen für etwa gleiche Zeitperioden im leitenden und Nicht leitenden Zustand befindet.

Um einen ausreichenden positiven Wechselspan- »5 Rungsausschlag zuzulassen, wird die Spannung am Kollektor 19 auf etwa 0,75 Volt festgelegt. Obwohl diese Spannung niedriger ist als die Basisspannung, läßt sie den Betrieb des Transistors 15 im leitenden Zustand zu. Das Wechselstromsignal am Kollektor 19 kann nun tinen Spannungsausschlag über den Gleichstromruhewert von 0,45 Volt sowohl in positiver als auch in negativer Richtung haben, bevor der Transistor 15 in den Sättigungszus'anc! oder in den nicht leitenden Zustand kommt. Die obenerwähnte Ruhespannung am Kollektor 19 in Höhe von 0,75 Volt wird durch das Widerttandsverhältnis der Widerstände 18 und 52 festgelegt, wobei letzterer mit dem Kollektor 19 des Transistors 15 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 21, 26, 27, 28 und 29 werden auf etwa 0,65 Volt gehalten, wobei ein niederer Ruhestrom durch jede dieser Stufen fließt wenn kein Signal oder kein Rauschen an den Verstärker angelegt ist Dies ist der Fall auf Grund des Basis-Emitterspannungsabfalls der nachfolgenden Stufe, der die Spannung am Kollektor der vorausgehenden Stufe auf der oben angegebenen Spannung festhält. Sobald ein Signal oder Rauschen angelegt wird, schalten die Stufen, beginnend mit der Stufe 30, zwischen dem leitenden und nicht leitenden Zustand hin und her. Wenn der Signalpegel weiter ansteigt, beginnt die jeweils weiter vorn liegende Stufe zwischen dem leitenden und nicht leitenden Zustand hin- und herzuschalten, wobei die letzte Stufe beginnt, zwischen dem Sättigungs- und nicht leitenden Zustand hin- und herzuschalten. Sobald die Umschaltung zwischen dem Sättigungs- und nicht leitenden Zustand erfolgt beginnt die Spannung am Kollektor abzufallen. Wenn eine Stufe zwischen dem Sättigungs- und nicht leitenden Zustand hin- und herschaltet und in jedem Zustand 50% der Zeit liegt, erreicht die Kollektorspannung einen Wert von O325 Volt Dies ist 50% der gesamten möglichen Spannungsauslenkung der Stufe. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erreicht die Spannung am Kollektor des Transistors 29 ungefähr 0325 Volt wenn ein Signal oder Rauschen an den Verstärker angelegt wird. «5 t)ie Spannung am Kollektor des Transistors 30 beträgt etwa 0,6 Volt und die Spannung an den Kollektoren der Transistoren 28, 27, 26 und 21 liegt etwa in der Größe von 0,65 Volt Mit dem Ansteigen des Signalpegels beginnen jeweils die Stufen 28, 27, 26 und 21 zwischen dem Sättigungs- und nicht leitenden Zustand hin- und herzuschalten und bewirken, daß die Kollektorspannung der jeweiligen Stufe auf 0,325 Volt verringert wird. Da die Kollektorspannung direkt an die Basis des nächstfolgenden Transistors gekoppelt ist, liefert sie eine korrekte Vorspannung in Durchlaßrichtung an die Basis der folgenden Stufe. Damit kann jede Stufe von einer Versorgungsquelle mit minimalem Spannungswert, d. h. etwa 0,9 Volt aus, betrieben werden. Beim Betrieb jeder Stufe bei dieser niederen Kollektor- und Basisspannung, und durch eine Auswahl der richtigen Kollektor-Lastwiderstände 61, 62, 63, 64 und 65 kann der abgeleitete Strom und damit der Leistungsverbrauch wesentlich verringert werden, obwohl immer noch der Begrenzungsverstärker mit einem Tastverhältnis von im wesentlichen 50% arbeitet.

Die Rückkopplungsschaltung des Verstärkers besteht aus Transistoren 46 und 55, die als komplementäre Emitterfolger geschaltet sind. Für die Stufe werden Siliciumtransistoren bevorzugt, da sie leichter in integrierter Schaltkreistechnik auszuführen sind. Jeder Emitterfolger besitzt eine hohe Eingangs- und Ausgangsimpedanz und eine hohe Stromverstärkung. Die komplementären Emitterfolger liefern daher eine wesentliche Impedanztransformation und eine Stromverstärkung zwischen der Basis 47 des Transistors 46 und dem Emitter 53 des Transistors 55. Damit ist die am Verbindungspunkt 50 vom Integrator gesehene Impedanz der Rückkopplungsschaltung 51 sehr hoch, wogegen die Impedanz der Rückkopplungsschaltung 51 verhältnismäßig niedrig ist vom Kondensator 68 aus gesehen. Damit ist es möglich, die Werte des Widerstandes 40 und der Kondensatoren 41 sowie 68 derart auszuwählen, daß eine maximale Wechselstromdämpfung über den gewünschten Frequenzbereich zwischen dem Verbindungspunkt 38 und der Basis 17 des Transistors 15 erzielt werden kann. Der Aufbau der Rückkopplungsschaltung 51 verursacht auch, daß diese wesentliche Impedanztransfonnation verhältnismäßig konstant über den gesamten Betriebsspannungsbereich der Monozelle bleibt so daß die gewünschte Wechselstromdämpfung für den ganzen Spannungsbereich erzielt wird Für den Fall einer plötzlichen Verschiebung des Gleichstrompegels des Verstärkers erlaubt die hohe Stromverstärkung der Rückkopplungsschaltung 51, die sich aus dem komplementären Emitterfolgeraufbau ergibt eine rasche Umladung des Kondensators 68, um die gewünschte Gleichspannung an der Basis 17 des Transistors 15 zu erzeugen, wobei nur ein geringer Strom vom Integrator benötigt wird.

Der Kollektor 49 des Transistors 46 und der Emitter 58 des Transistors 55 sind mit der einen Seite eines Widerstandes 60 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 60 liegt an der Klemme 35 und damit an der Betriebsspannung. Die direkte Verkopplung des Kollektors 49 mit dem Emitter 58 fuhrt zu einer Stromaufteilung zwischen den Transistoren 46 und 55 und damit zu einem Betriebsverhalten, wie es nachfolgend beschrieben wird. Die Widerstände 16 und 59 sind derart ausgewählt daß sie einen Gesamtstrom zulassen der die gewünschte Stromaufteilung zwischen der Transistoren 46 und 55 ermöglicht In der dargestellter Ausführungsform hat der Widerstand 60 einen Widerstandswert von 2000 Ohm und der Widerstand 59 einer Widerstandswert von 65000hm. Der Emitter 48 dei Transistors 46 ist mit der Basis 56 des Transistors £

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und^; liegt gieiehaekigr am Widerstand 59: Eten üEdrtyäisr SiF des Transistors SSi some das- andere Endii de* Widerstandes 3ft liegen auf Masseporenriai. Öas at«' Ver&inciungspunkf 30 vom Ihxegrarionenetzwerk-. aus deW: Wiäesstanrf 4ft und; dem Kondensator 4 erzeugt* Siörspannuitgspötential wird: an; die Sasis 47 des Transistors ■** angelegt und macht diesen leitend Damit der Transistor 46 leitend wird, muft die Spantrtmg a« der Basts 47 hoch genug sein, um diesen Trankst«»· in- <len Durchta&aisrana zu steuern. Damn muß ia die Spannung an der Basis 47 höher sein -ais der ηλχικ-Emmersparmungsähfail Vm des Transistors 4ή. in der dargestellten Ausftihningsform beträgt die Spannung an der Basis 47 ungefähr 0,73 Volt, wenn die Betriebsspannung den minimalen Wert von flj} Vc>!t hat Mir der Basis 47 auf 0.7'5 Veit liegend baut sich am Emitter 48 «ine ^oanoung von ungefähr 6ö5 Voit auf. lie an aie föasis % des Transistors "Ά übertragen wird. Da der Em»f tep 58 über den Widersland 6ft an eier Monozelle iiegf. liegt dieser Emitter 5* um β,7 Voit notier ais die mj ■spannung an der Basis % und verursacht damit, daß der Tfansüsror 55 leitend wird Während der Transistor 55 Strom führt, ist die S-parmung am Emitter 5& um 0,7VoW: großer ais an der Basts 56. wodurch dieselbe Vorspannung arr₍ Emitier 58 erzeugt wird, die an der Bas« 47 de-< Transistors 46 anfiegt Der 0.7 Voit Spanmm-gsabfai! auf Gr. - Λ de* Transistor! 46 ist daher durch den Q»7 Voit Spannungsanstieg infolge des Tran- v&tnr* 55 versetz» and bewirkt em Basispotenrja! an der Bes*s 17 des Transistors IS, das im wesemiächen das is? wie das Vorsparvnurtgspotential am Verbirs-50 des fn-wgrauonsnetzwertees. Überdies wird eise Spannung am Kollektor 4Θ auf dem Spanriwa^swert des Eenttert S* gehaken. Diese sst ungefähr 0,75 Voit he» etner ö„9 V'oft Spatimingsversorguni? und etwa 0.99 Voit be» einer 12 VcAt Spannungsversorgung. D» atr JCoiiektor 49 awf dieser Spannung festgehaiter, wwd, kann auch d?e Ruckkopplungsscnattung 5! rm' :lle betrieben werden.

Wie bereits erwahni. ist der E.m!*^-er 48 de-. Trans, *o

1 46 mit der Basis % des Transntryrs 55
»η«! der Keilektor 4Θ zn den f.mttter 58
Die ßasri Efsriierstrecke d-£s Trans*sW4 55 >s» ^arr.it direkt zwischen den Koilektor und den F.m»ttÄr des Transistors 46 geschaltet. Da die Basis - Rmrtterspan- i> n>mg emes Transistors im leitettden Zusranö eme Spannungsbegrenzung hat. Wird die Koiiekfor-Emsttfrspar· ηαηχ des Transistors 46 a«f dem Bas« Emitfertparimmgsabfall Vbf des Transistors 55 gehaiten Dadurch wird eine Hcschädigung des f ransistors 46 atif <Ίηιηά 5~· piotzhi hen Änderung der angeiejfteri
sich pSot/.iich ändernder Fjngang's
sicii ändernder I !mgebungstemperaiureH

fJer Betrieb des f>iffereTitialver*t»rkeTi aus den irarisis-UKtn ti und 15 unterscheidet <iich ■»
VOfI dem Betnet) des Trametort Ä, da ch«v:r
dem Saittgungv und rwcht leitenden h«f geecfcaitci wird wogegen der in einem hnearen Bereich arbeit«! D«e Arbeitsweise der emzeinen Stufen de» BegreiwwigwreTStsrkeri andcft Mi leicht vor einer rat anderen »wfe. Pine An denntg der Arbeitswerte der etozefnen !i«ifen, und ms {«sondere der ümeredwed der Arbeitsweise /wischen dmts r^tereft^slvertiarkef »ad dem tm««btor 3© ver-(swdtt die Differenz is der Ändern« der Verspan· «eng ert der Batis t2de»Tra»st«on ff «md der Ausbil-

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gelieferten Bemebsspanniing. Dus Vonpunnungspo- !ennal. das, an die Baas tT des TTransisöars- fö> inr Differ-(tntiaiverstärker angelegt wird; muß sich in ^bhängjgitejr vow eier Betriebsspannung in derse'.ben Weise απ- <iern wie die Vorspannung, die an die Basis !2 des Transistors II angelegt wird. Das Vcnpannuntfspotenu;ii, das für die B;isis 17 zur Verfiigung steht, wird jedoch am Verbindungspunkt 50 des tmegrationsnetzwerkes erzsugL Daher muß die RückkoppJungsschaliiing it aus den Transistoren 46 und 55 derart iufgehaur sein, daß sie diese Differenz der Änderung des νorspannungspoteniiais zwischen, dem Transistor Si und dem Verbindungspiunkt 5Ö aiisgieictis. Durch die direk.te Verbindung des Koliektofs 4·? des Transistors 46 mit dem Emitter 58-des Transistors 55 und die itorrekte Auswahl des gemeinsamen \Ä< iderstandes 60 «jwie der Äaswaiii eines geeigneten Wertes für den \^ nierstami St wird die dadurch ausgeioste Stromaufteiiung derart festgelegt, daä die änderung des Vorspannungspotsctials zwischen der Basis 47 des Transistors 46 und dem Emitter 58 des Transistors 53 die Duferenz der Vorspannungsindening ausgieicfai. die zwischt:'- J«r Basis 12 des Transistors 11 und dem V erbfiidurg-<punkt 50 sich für den gesamten BetnebssparLnungrsceraicr· der MoRozeüe emsteili.

Für die Betrachtung des Betriebes set angenommen, daß das ausgangsseitige RechtecksignaJ arn Koüektor 31 des Transistors 30 ein Tastverhältnis <vn 5«.Wo hat und die Widerstände 37 und 36 derart ausgewählt sind. daß sie am Verbmdungspunkt 50 des imegratiunsnetzwerks das richtige Vorspannungspotenihii erzeugen. Dieses vom [ntegranonsnetzwerk aus dem
40 and dem Kondensator 41 erzeugte
signal wird über die Rückkoppiung-sschdittmg 51 in die Basis 1" des Transistors 15 angetegt und hak den \orspannungspegei des Drfferenualv erstarkers a us den Transistoren 11 und 15 auf dem richtigen N ^ eau für das Tastverhältnis von 50^afc. Wenn der Wert ütfs lasiverhäJ-fnässes m positiver Richtung anste.j:. steigt das arn VertHndungspunkt 50 erzeugte und in die Basxs 17 des Transistors 15 übertragene VorspannungssigHai eherifaik an. Dieser vergrößerte, an dve Basis 17 des Transistors 15 angefegte Vorspannungswert an.dir: die Berriebsweise des Begren2ungs\erstärker> derart, daij de? Wert des Tastverhältnisses für das Ausgaiigsstgnal abnimmt. Wenn weh dagegen der Wer» d*-s Tastverhüimsses verringert, nimmt das \v>rspa.aniingspoten· tial ebenfalls ab und bewirkt. JaB dtfr W\-rt des Tastverhältnisses ansteigt. Dam« art«««·« da> iiurgraiwnsnet/werk und die RuckkoppKmiVscftaitun^ 5i in der W'eiii;. daß die richtige Vcrspumttag ait &■*>? Basis 17 des Transistors 15 ange'cgt vntrvi, out den gewünschten Wert des Tastverhakniss«* auiVÄ-ht/u<ff h*lttia

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Emitterfolgern der Rückkopplungsschaltung ermög-Ächt den Betrieb des Begrenzungsverstärkers und der Stabilisierung der Vorspannung in dem gesamten Be-Iriebsspannungsbereich einer Monozelle.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kopplungsnetzwerk, vorzugsweise für einen Begrenzungsverstärker mit einer Vielzah! hintereinandergeschalteter und gleichstromgekoppelter Halbleiterverstärkerstufen, bei dem der Eingangsstufe ein erstes Vorspannungspotential Ober einen Spannungsteiler zugeführt wird, und bei dem zumindest die ausgangsseitige Verstärkerstufe in Abhängigkeit von einem an der Eingangsstufe anliegenden Rauschsignal zwischen dem Sättigungszustand und dem nicht leitenden Zustand hin- und herschaltbar ist und an der Ausgangsstufe eine Rechteckschwingung liefert, wobei die Eingangsstufe auf ein erstes, das Tastverhältnis in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung änderndes Vorspannungssignal anspricht, das sich in einem ersten Verhältnis zur Einstellung des Tastverhältnisses ändert, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsnetzwerk (51) aus zwei komplementären Emitterfoigern (56, 55) besteht, daß das KoppJungsnetzwerk über ein Integrationsnetzwerk (40, 41) an die ausgangsseitige Verstärkerstufe (30) des Begrenzungsverstärkers angeschlossen ist und ein zweites Vorspannungssignai in Abhängigkeit von der ausgangsseitigen Rechteckschwingung an die Eingangsstufe liefert, wobei sich das zweite Vorspannungssignal mit dem Tastverhältnis der Rechteckschwingung in einem zweiten Verhältnis in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung ändert und das Kopplungsnetzwerk das zweite Vorspannungssignal in Abhängigkeit vom ersten Vorspannungssignal erzeugt, und daß die komplementären Emitterfolger des Kopplungsnetzwerkes die Diiferenz der Änderung des ersten und zweiten Verhältnisses kompensieren, so daß das ausgangsseitige Tastverhältnis im wesentlichen über den gesamten Bereich der Änderung der Versorgungsspannung konstant ist.

2. Kopplungsnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsnetzwerk (51) an die Basis (17) eines ersten Transistors (15) der Eingangsstufe angeschlossen ist und diesem das zweite Vorspannungssignal zuführt, daß der Emitter (16) der Eingangsstufe (15) über einen ersten Widerstand (18) an einem Bezugspotential und der KoI lektor (19) über einen zweiten Widerstand (52) an der Vensorgungsspannung liegt, daß der Spannungsabfall an der Basis-Emitterstrecke des ersten Transistors (15) der Eingangsstufe in der Größen-Ordnung der halben Versorgungsspannung liegt, daß an den Emitterwiderstand (18) ein zweiter Transistor (12) der Eingangsstufe angeschlossen ist, daß die der Eingangsstufe nachgeschaltete Verstärkerstufe (21) mit ihrem Emitter über einen dritten Widerstand (24) an Bezugsspannung liegt und mit ihrem Kollektor über einen vierten Widerstand (61) an die Versorgungsspannung angeschlossen ist, wobei der Kollektor (19) des ersten Transistors (15) der Eingangsstufe mit der Basis (20) der Zwischenstufe (21) direkt verbunden ist, und daß an der Basis der nachgeschalteten Verstärkerstufe ein Vorspannungspotential wirksam ist, das kleiner als die an die Basis des ersten Transistors der Eingangsstufe angelegte Vorspannung und größer als der Spannungsabfall an der Basis-Emitterstrecke der nachgeschalteten Verstärkerstufe ist.

Die Erfindung betrifft ein Kopplungsnetzwerk. vor zugsweise für einen Begrenzungsverstärker mit einei Vielzahl hintereinandergeschalteter und gleichstromge koppelter Halbleiterverstärkerstufen, bei dem der Ein gangsstufe ein erstes Vorspannungspotential übei einen Spannungsteiler zugeführt wird, und bei dem zu mindest die ausgangsseitige Verstärkerstufe in Abhän gigkeit von einem an der Eingangsstufe anliegender Rauschsignal zwischen dem Sättigungszustand unc dem nicht leitenden Zustand hin- und herschaltbar isi und an der Ausgangsstufe eine Rechteckschwingun§ liefert, wobei die Eingangsstufe auf ein erstes, das Tast verhältnis in Abhängigkeit von der Versorgungsspan nung änderndes Vorspannungssignal anspricht, das sich in einem ersten Verhältnis zur Einstellung des Tastver hältnisses ändert

Beim Entwurf von Verstärkern, die in integrierter Schaltkreistechnik hergestellt werden sollen, ist es wünschenswert, eine Gleichstromkopplung vorzusehen da kapazitive Kopplungen bei der Herstellung integrierter Schaltkreise fertigungstechnisch schwierig auszuführen sind. Die Verwendung einer Gleichstromkopplung erfordert jedoch eine Gleichstromrückkopplung, um die Arbeitspunkteinstellung zu steuern. Wenn irgendeine der Stufen der Verstärkerschaltung begrenzt, und insbesondere wenn die Verstärkerschaitung als Begrenzungsverstärker für Frequenzniodulationssysteme Verwendung findet und der Verstärker durch das Rauschen beim Fehlen eines Nutzsignals begrenzen soll, wobei die ausgangsseitige Stufe in Abhängigkeit von dem an der Eingangsstufe liegenden Rauschen zwischen einem Sättigungszustand und einem nicht leitenden Zustand hin- und herschaltet, muß die an die Eingangsstufe angelegte Gleichstrom- Rückkopplungs spannung vom Signal am Ausgang abgeleitet werden. Die Gleichstromrückkopplung eines derartigen Begrenzungsverstärkers ist so eingestellt, daß keine der Stufen permanent entweder im Sättigungszustand oder im nicht leitenden Zustand arbeitet, d. h„ es wird dafür gesorgt, daß ein mittleres Tastverhältnis von 50% für das Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem frequenzmodulierten Signal gegeben ist

Bei der Verwirklichung derartiger bekannter Begrenzungsverstärker (US-PS 3 573 497) und Stabilisationsschaltungen ergeben sich Schwierigkeiten, wenn diese einen niederen Leistungsverbrauch haben und mit einer minimalen Versorgungsspannung betrieben werden sollen, insbesondere wenn als Spannungsquelle eine Monozelle Verwendung finden soll. Monozellen liefern in der Regel eine Arbeitsspannung von 1,2 Volt. Die bisher bekannten Gleichstromrückkopplungen und Kopplungsschaltungen, mit deren Hilfe ein Tastverhältnis von 50% aufrechterhalten werden soll, lassen es nicht zu, derartige Begrenzungsverstärker mit einer Betriebsspannung von etwa 1,2VoIt zu betreiben, und besitzen die Schwierigkeit, daß ein Tastverhältnis von 50% bei einer derartigen Spannung nicht aufrechterhalten werden kann.

Bei der Verwendung von Monozellen muß man berücksichtigen, daß sich deren Spannungsbereich zwischen 1,5 Volt und 0,9 Volt ändern kann. Wenn also ein Verstärker mit einer Monozelle betrieben werden soll, muß die Gleichstromrückkopplung oder Stabilisierungsspannung in der Lage sein, ein Tastverhältnis von 50% über diesen Bereich der Spannungsänderung aufrechtzuerhalten. Bekannte Kopplungsschaltungen zur Stabilisierung sind zwischen die Ausgangs- und die Eingangsstufe des Begrenzungsverstärkers gekoppelt und