DE2142659B2 - Gleichspannungsgekoppelter Begrenzerverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen gleichspannungsgekoppelten Begrenzerverstärker zur linearen Verstärkung kleiner Signale und Amplitudenbegrenzung großer Signale, mit einem Mitkopplungszweig zur Beseitigung unerwünschter Störphasenmodulationen. Insbesondere handelt es sich um eine Verstärkerschaltung mit mehreren in Kaskade geschalteten, emittergekoppelten Differenzverstärkern, bei welchen die Zeitverzögerung der Nulldurchgänge der winkelmodulierten Signale trotz Variationen des Eingangssignalspegels konstant gehalten werden.

Begrenzerverstärker werden häufig in FM-Empfängern verwendet. Die Begrenzerwirkung reduziert unerwünschte Amplitudenmodulaiionen, Rauschstörungen und Interferenzen, welche hinsichtlich der Einhüllenden der frequenzmodulierten Trägerwelle auftreten können. Jedoch verändert sich die Phasenverzögerung des Verstärkers mit dem Amplitudenpegel des Signals, so daß Amplitudenmodulationen der Hüllkurve in Phasenmodulationen umgewandelt werden. Diese Phasenmodulationen werden dann vom Winkeldemodulator demoduliert, so daß im Ausgangssignal unerwünschte Rausch- oder Interferenzstörungen erscheinen.

Emittergekoppelte Differenzverstärker werden häufig als Begrenzerverstärkerstufen in monolithischen integrierten Schaltungen verwendet. Dabei ist es allgemein üblich, diese Differenzverstärkerstufen gal-

vauisch aneinanderzukoppeln, wobei man eine Emitterfolgerstufe als Zwischenstufe verwendet. Derartige Begrenzerverstärker haben den Nachteil, daß sie eine Phasenverzögerung in das zu verstärkende Signal einführen. Diese Verzögerung nimmt zu-

nehmend ab, wenn die Differenzverstärker jeweils in ihren Begrenzungszustand gesteuert werden.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 212 598 ist ein mehrstufiger Begrenzerverstärker bekannt, bei dem über jeder Stufe ein Mitkopplungszweig vorgesehen ist. Diese Mitkopplungszweige sollen eine Erhöhung des Eingangswiderstandes bei noch nicht einsetzender Begrenzung bewirken, da der Transistoreingangswiderstand im Normalbetrieb wesentlich niedriger als

im Sättigungsfalle ist und die unerwünschte Stör- Auf diese Weise wird die durch die positive Rückphasenmodulation auf die mit Amplitudenänderungen kopplung gegebene Kompensation der Verzögerungseinhergehenden Eingangswiderst andsänderungen zu- zeit der Stufe gleichzeitig mit der Verringerung dei rückzuführen sind. Wegen der angestrebten Erhöhung Verzögerungszeit herabgesetzt,
des Transistoreingangswiderstandes kann der Mit- 5 Die Erfindung verwendet eine Begrenzerverstärkerkopplungszweig nicht so bemessen sein, daß er eine stufe, welche ohne positive Rückkopplung den zuneiinenswerte Phasenverschiebung bewirkt, da hierfür geführten Signalen eine sich umgekehrt zur Signalder im Mitkopplungszweig vorgesehene Kondensator amplitude verhaltende Zeitverzögerung erteilt. Es isi zu groß ist. Weiterhin wird für die bei der bekannten eine positive Rückkopplung über die gesamte VerSchaltung angestrebte Eingangswiderstandserhöhung 10 stärkerstufe vorgesehen, um die Ansprechzeit für die Einschaltung eines Widerstandes zwischen Emitter Eingangssignale geringer Amplitude praktisch gleich und Basis jedts Verstärkertransistors erforderlich, da der Ansprechzeit für Signale großer Amplitude zu andernfalls die relativ starke Mitkopplung zu einer machen.

untragbaren Schwingneigung des Verstärkers führen Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darwürde. _l5 Stellungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Ferner ist es aus der Zeitschrift »Radio Electronics« Es zeigt

1968, Seiten 50 und 51 bekannt, einen mehrstufigen Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform

integrierten Verstärker insgesamt von seinem Aus- eines Begrenzerverstärkers nach der Erfindung,

gang auf seinen Eingang zur Stabilisierung gegenzu- Fig. 2 eine Darstellung der Phasenverzögerung

koppeln. ₂₀ über der Signalamplitude für einen kompensierten

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaf- und einen nichtkompensierten Begrenzerverstärker

fung eines gleichspannungsgekoppelten Begrenzerver- und

stärkers, bei welchem der Mitkopplungszweig eine so F i g. 3 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsstarke Phasenverschiebung bewirken soll, daß die form des erfindungsgemäßen Begrenzerverstärkers, vom Verstärker eingeführte Phasenverschiebung 25 In F i g. 1 sind zwei Begrenzerverstärkerstufen 500, gerade aufgehoben wird. Diese Aufgabe wird durch 502 galvanisch hintereinandergeschaltet und in ein die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. und derselben integrierten Schaltung 501 dargestellt.

Bei Begrenzerverstärkern der in Rede stehenden Die einzelnen Begrenzerverstärker sind in bestimmten

Art treten Merkmalen nach dem Stand der Technik aufgebaut.

1. bei kleinen Signalen wesentlich stärkere Signal- 3° ^{So besteht die} Begrenzerverstärkerstufe 500 aus den Verzögerungen auf, als bei großen Signalen und Transistoren 504,506 und 508 und den Widerstanden ändert sich ⁵¹⁰> ^{512 und 514}· ^Die Basen der Transistoren 504

2. wegen der Begrenzerwirkung mit zunehmender ^{und 506 sind an die} Anschlüsse 532 bzw. 534 ge-Signalamplitude der Verstärkungsgrad des Ver- schaltet. Ihre Emitter sind zusammengeschaltet und stärkers, so daß auch der über den Mitkopp- ³S liegen über einen Widerstand 512 an einem Anlungszweig zurückgekoppelte Signalanteil sich ^{schluß 536} (^B~)> ^{der mit der ne}S^atlven Klemme entsprechend der Veränderung des Verstärkungs- ^einer Betriebsspannungsquelle ß verbunden werden grades ebenfalls verändert. Damit verändert sich ^kann· ^Die Kollektoren der Transistoren 504 und 508 aber auch der Einfluß des zurückgekoppelten Hegen an der Klemme 530 (B + ), so daß diese beiden Signals und somit auch die die amplitudenabhän- ⁴° Transistoren als Emitterfolger geschaltet sind. Der gige Phasenverschiebung des Verstärkers korn- Anschluß 530 kann mit der positiven Klemme der pensierende Phasenverschiebung des aus dem Spannungsquelle ß verbunden werden. Der Kollektor Verstärker zugeführten und dem rückgekoppelten ^des Transistors 506 und die Basis des Transistors 508 Signal kombinierten Eingangssignals in der ge- ^sind zusammengeschaltet und hegen über einen wünschten Weise 45 Widerstand 510 am Anschluß 530 (B + ). Der Emitter des Transistors 508 läßt das Eingangssignal zur

Durch die erfindungsgemäße Bemessung des Mit- nächsten Begrenzerverstärkerstufe 502 gelangen und

kopplungszweiges werden diese beiden Effekte, ist über einen Widerstand 514 mit dem Anschluß 536

nämlich die Phasenverzögerung des Verstärkers und verbunden.

die durch Mitkopplung bewirkte Phasenvoreilung, so Einem Anschluß 534 wird eine Vorspannung zupraktisch gegeneinander aufgehoben. geführt, welche zwischen den an den Anschlüssen

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- 530 und 536 herrschenden Spannungen liegt. An den

ansprüchen gekennzeichnet. Anschluß 532 wird das Eingangssignal angelegt,

Die Erfindung läßt sich bei einem Begrenzerver- welches einem Ruhegleichpotential überlagert ist, das

stärker mit emittergekoppelten Diiferenzverstärkern 55 im wesentlichen gleich der dem Anschluß 534 zuge-

anwenden. Die positive Rückkopplung (Mitkopplung) führten Spannung ist.

ergibt bei niedrigen Signalpegeln eine genügend große Alternativ können den Anschlüssen 532 und 534

Verstärkung, bei der noch keine Schwingungen auf- auch symmetrische Eingangssignale zugeführt werden,

treten, jedoch das Ausgangssignal des Differenzver- die jeweils einer Vorspannung überlagert sind, die

stärkers dem Eingangssignal schneller folgt, so daß ^fio unmittelbar zwischen den den Anschlüssen 530 und

die Zeitverzögerung verringert wird. Wenn das Ein- 536 zugeführten Spannungen liegt,

gangssignal größer wird, wird der emittergekoppelte Die Begrenzerverstärkerstufe 502 enthält Transi-

Differenzverstärker in einen symmetrischen Begren- stören 516, 518, 520 und Widerstände 522, 523, 524,

zerbetrieb gesteuert, der schließlich eine volle Signal- 525 und 526. Die Widerstände 524 und 525 sind in

begrenzung zur Folge hat, so daß seine Verstärkung 65 Reihe zwischen die Anschlüsse 530 (B + ) und 536

mit zunehmendem Eingangssignalpegel herabgesetzt (B-) geschaltet. Ihr Verbindungspunkt liegt an der

wird. Damit sinkt auch die Verstärkung der positiven Basis des Transistors 518, weicher als Transistorver-

RückkopplungmitzunehmendemEingangssignalpegel. stärker in Basisgrundschaltung arbeitet. Die Basis des

5 6

Transistors 516 ist mit dem Emitter des Transistors heit der Transistoren 516 und 518 (vorausgesetzt,

508 verbunden. Die Emitter der Transistoren 516 daß sie entsprechend der besten praktischen Ausfüh-

und 518 sind zusammengeschaltet und liegen über rungsform dieselben Gleichvorspannungen haben)

einen Widerstand 523 am Anschluß 536 (B-). Die mal dem Lastwiderstand, welcher hauptsächlich

Kollektoren der Transistoren 516 und 520 sind zu- 5 durch den Widerstand 522 gegeben ist. Normaler-

sammen an den Anschluß 530 (B + ) geschaltet, so weise ist diese Verstärkung für Signale niedrigen

daß diese beiden Transistoren als Emitterfolger ar- Pegels recht groß: Üblich sind Spannungsverstärkun-

beiten. Der Kollektor des Transistors 518 und die gen von 25 bis 40. Für niedrige Signalpegel würde

Basis des Transistors 520 sind zusammengeschaltet die effektive Kapazität des Kondensators 550 mit

und liegen über einen Widerstand 522 am Anschluß 10 einem Faktor —25 bis —40 multipliziert. Im Zusam-

530. Der Emitter des Transistors 520 liefert das Aus- menwirken mit dem Widerstand 510 läßt sich dem

gangssignal an den Anschluß 554 und ist über einen Signal eine wesentliche Phasenvoreilung zur Kompen-

Widerstand 526 an den Anschluß 536 gekoppelt. sation der Phasenverzögerung erteilen, welche

Die Werte der Widerstände 510, 512, 514, 522, andernfalls durch die hintereinandergeschalteten Be-

523, 524, 525 und 526 liegen typischerweise in der 15 grenzerverstärkerstufen bei niedrigen Signalpegeln

Größenordnung von 1 kOhm für in intgrierter Bau- auftreten würde.

weise ausgeführte Schaltungen. Die Kollektor-Emit- Mit steigendem Signalpegel wird der lineare Ver-

ter-Ströme liegen dann in der Größenordnung von Stärkungsbereich der aus den Transistoren 516 und

1 mA. Ferner wird den Basen der Transistoren 504, 518 gebildeten Differenzverstärkerstufe bei Signal-

506, 516 und 518 gewöhnlich ein Ruhepotential zu- 20 spitzen überschritten. Es tritt daher eine Begrenzung

geführt, welches halb so groß wie die Summe der an dieser Signalspitzen auf, die dann nicht mehr am

den Klemmen 530 und 536 liegenden Spannungen ist. Ausgang 554 erscheinen. Damit verringert sich die

In einem solchen Fall weiden die Widerstände 510 Spannungsverstärkung für diese Signale. Die positive

und 522 am besten so gewählt, daß sie doppelt so Rückkopplung verringert sich ebenfalls, und der

groß wie die Widerstände 512 bzw. 523 sind. 25 Kondensator 550 bewirkt einen geringeren Phasen-

Die Transistoren 504 und 506 bilden ebenso wie voreilungsstrom an der Basis des Transistors 508.

die Transistoren 516 und 518 einen emittergekoppel- Das ist jedoch erwünscht, da die Verzögerung des am

ten Differenz-Begrenzer-Verstärker. Der Transistor Ausgang des Differenzverstärkers auftretenden Signals

508 ist als Emitterfolger geschaltet und sorgt für eine gegenüber dem Eingangssignal sich mit zunehmendem

galvanische Kopplung zwischen diesen beiden Ver- 30 Signalpegel verringert. Diese beiden Effekte können

stärkerstufen. Wenn keine weiteren Maßnahmen ge- durch geeignete Bemessung praktisch gegeneinander

troffen werden, dann führt der durch die Transistoren aufgehoben werden, so daß die Veränderungen der

516 und 518 gebildete emittergekoppelte Differenz- Signalverzögerung bei der Signalübertragung inner-

verstärker bei Signalen niedrigen Pegels zu einer er- halb der Begrenzerverstärkerstufe 502 ganz wesenl-

heblichen Signalverzögerung. Für Signale höheren 35 lieh verringert werden.

Pegels ist die Signalverzögerung dagegen wesentlich In gleicher Weise läßt sich die Signalverzögerung

geringer. innerhalb der Begrenzerverstärkerstufe 500 durch

Ein Kondensator 550 mit einer geringen Kapazität eine positive Rückkopplung beeinflussen, welche in der Größenordnung von 1 Picofarad verbindet den vom Emitter des Emitterfolgertransistors 508 über Emitter des Transistors 554 mit der Basis des Tran- 40 einen Kondensator 552 zu einer der Stufe 500 vorgesistors 508. Die Emitterfolgerstufen mit den Transi- schalteten nicht dargestellten Stufe geführt ist. welche stören 508, 516 und 520 und die in Basisgrund- das Eingangssignal am Anschluß 532 liefert,
schaltung geschalteten Verstärkerstufen, etwa mit dem Die positive Rückkopplung kann auch in anderer Transistor 518. kehren die Richtung der Signale. Weise als mit Hilfe des Kondensators 550 realisiert wehlche sie verstärken, nicht um. Daher ist die mit 45 werden. Beispielsweise kann der Kollektor des Tran-Hilfe des Kondensators 550 gebildete Rückkopp- sistors 518 anstatt über den Kondensator 550 auch lungsschlcife regenerativ und bildet somit eine Positive über einen hochohmigen Widerstand auf die Basis des oder Mitkopplung. Die Parallelschaltung des Wider- Transistors 508 geführt werden. Jedoch nimmt dei Standes 510 mit einem Kondensator würde normaler- Kondensator 550 in einer integrierten Schaltuns weise wegen der Stromintegrationseigenschaft des 50 weniger Platz ein als ein hochohmiger Widerstand. Parallelkondensators eine Signalverzögerung bewir- Der Emilterfolgertransistor 520 isoliert den Konken. In dieser Mitkopplungsschaltung ist der Strom- densator 550 vom Kollektorlastwiderstand 522. se fluß durch den Kondensator 550 jedoch gerade der daß der Kondensator 550 die Bandbreite des bczu erwartenden Richtung entgegengesetzt und wirkt grenzten Signals am Kollektor des Transistors 51 £ an der Basis des Transistors 508 als Phasenvorver- 55 nicht in unerwünschter Weise einschränkt. Eine Verschiebungsstrom und nicht als Phasennacheilungs- ringerung der Bandbreite würde nämlich die Flanken strom. Die Größe dieses Phasenvorverschiebungs- des begrenzten Signals abflachen und auf diese Weise stromes hängt von der Spannungsverstärkung der eine Phasenverschiebung in der nachfolgenden Be Mitkopplungsschleife ab. grenzerverstärkerstufe verursachen, wenn eine solche

Die Spannungsverstärkung der Mitkopplungs- 60 verwendet wird. An der Basis des Transistors 5Of schleife wird andererseits von dem emittergekoppelten wirkt eine genügend hohe Impedanz, welche haupt Differenzverstärker mit den Transistoren 516 und 518 sächlich durch den Wert des Widerstandes 510 bebestimmt. Die Emitterfolger mit den Transistoren stimmt wird, so daß der Kondensator 550 klcir 508 und 520 haben eine Spannungsverstärkung, welche gemacht werden kann. Auf diese Weise kann dei nur von der Emitterfolgerwirkung abhängt und prak- 65 positive Rückkopplungszweig an die Basis des Tran tisch gleich 1 ist. Bei niedrigen Signalpegeln ist die sistors 508 anstatt an die Basis des Transistors 51 ( Verstärkung der emittergekoppelten Differenzver- angeschlossen werden. Die an der Basis des Tran stärker gleich dem Produkt der halben Vorwärtssteil- sistors 116 herrschende Impedanz ist wegen c'~

stören 292 bzw. 294 angeschlossen und bilden auf diese Weise Kaskodenverstärker 280, 292 und 282, 294, welche den kapazitiven Miller-Effekt im Differenzverstärker 204 herabsetzen. Die Kollektoren der Transistoren 292 und 294 sind über Widerstände 296 bzw. 298 an ein geglättetes Betriebspotential am Emitter des Transistors 238 angeschlossen.

Die Kollektoren der Transistoren 238, 240 und sind mit dem Anschluß T_n (B + ) verbunden.

niedriger. Impedanz des Emitterfolgertransislors 108 niedrig. Würde man den Kondensator 550 an die Basis des Transistors 1.16 anschließen, dann würde man einen wes' mlich größeren Kondensator benötigen, um die gewür sehte Verzögerungskompensation zu erreichen.

Die Kurve 402 in F i g. 2 zeigt das Phasenverzögerungsverhalten eines kompensierten Begrenzerverstärkers mit mehreren Stufen nach der erfindungs-

gemäßen Lehre. Bei voller Kompensation bleibt die to Ihre Basen sind über einen Widerstand 288 ebenfalls Phasenverzojcrung einer Signalübertragungsstufc über an den Anschluß T_n und über eine Lawinendiode einen weiten Bereich von Eingangssignalen relativ 286 einer Lawinenspannung von 5,5 V an das Massekonstant. Eine optimale Phasenkompensation für in potential dc Eingangssignals angeschlossen. Die Kaskade geschaltete Signalübertragungsstufen erhält Lawinendiode 286 wird durch einen über den Widerman, wenn jede nachfolgende Stufe bei einem Pegel 15 stand 288 gelieferten Betriebsstrom in Durchbruch in die Begrenzung gesteuert wird, welcher eine relativ betrieben, so daß sie die Basisspannung «^ Hi« konstante Verzögerung für jede Stufe ergibt.

F i g. 3 zeigt das Schaltbild eines ZF-Begrenzerverstärkers in integrierter Bauweise für FM-Empfänger. Dieses Schaltbild zeigt Einzelheiten einer integrierten Schaltung für kommerzielle Anwendungen. Der hoch\ erstärkende ZF-Begrenzerverstärker wird normalerweise so ausgelegt, daß für die Eingangssignale und die Ausgangssignale unterschiedliche Massebezugspunkte gewählt werden. Dadurch as vermeidet man eine Kopplung der Ausgangssignale auf den Eingang des mehrstufigen Begrenzerverstärkers über die gemeinsame Impedanz einer aufgeteilten Massebezugsleitung, welche zu einer Selbsterregung oder einem anderweitigen unerwünschten Verhalten des Verstärkers führen können. In Fig. 3 sind die Verbindungen zur Eingangssignal-Bezugsmasse als Masserückleitungssymbol mit vier Leitungen dargestellt. Dieses Bezugsmassepotential wird von der integrierten Schaltung 200 zu der äußeren Schaltung über den Anschluß T_n geführt. Die Verbindungen zur Ausgangssignal-Bczugsmassc sind mit einem Massesehlußsyinbol in Form eines kleinen Dreiecks gekennzeichnet. Dieses Bezugsmassepolential wird von der integrierten Schaltung 200 über den Anschluß T₁₇ zur äußeren Schaltung geführt. Ein Gleichspannungsbetriebspotential BH- von 8 bis 16 V wird der integrierten Schaltung 200 über den Anschluß T_u zugeführt.

Die winkelmodulierten Eingangssignale werden dem integrierten Schaltungsplättchen 200 über die Anschlüsse Γ., und T., von einem abgestimmten Übertrager 202 aus zugeführt. Die Primärwicklung des Übertragers 202 kann die Last eines vorangehenden. nicht dargestellten Zwischenfrequenzverstärkers bilden.

Der ZF-Begrenzerverstärker nach F i g. 3 weist drei abgeglichene cmitlergckoppelte Differenz-Begrenzerverstärker 204. 206 und 208 auf. Der erste Differenzverstärker 204 enthält Transistoren 280 und 282, deren Emitter zusammengeschaltct und an den Kollektor eines Transistors 210 geführt sind. Der zweite Differenzverstärker 206 enthält Transistoren 305 und

307, deren zusammengeschaltete Emitter an den sistoren 292 bzw. 294 angeschlossen. Der Emitter Kollektor eines Transistors 212 geführt sind. Der 60 des Transistors 205 ist an die Basis des Transistor dritte Differenzverstärker 208 enthält Transistoren 307 angeschaltet und liegt über einen Widerstand 300 326 und 328. deren zusammeneeschaltcte Emitter an am Eingangssignal-Bezugspotential. Der Emitte d den Kollektor eines Transistors 214 geführt sind. Transistors 207 ist an die Basis des Transistors 3o!

Die Basen der Transistoren 280 und 282 des ersten angeschlossen und liegt über einen Widerstand ^n? Differenzverstärkers 204 sind an die Eingangsan- 65 am Eingangssignal-Bezugspotential. Die KoIIeVt Schlüsse 7"., bzw. T_n angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren 205 und 207 sind über Witte /■· *T der Transistoren 280 und 282 sind an die Emitter der 304 bzw. 306 an den Anschluß T (B + ) ans hl

Basisgrundschaltung geschalteten Verstärkertransi- sen. Diese Widerstände sind relativ niederohm-7

309581/362

so daß sie die Basisspannung für die Transistoren 238, 240 und 242 glättet und regelt. Die Emitterspannungen dieser drei Transistoren betragen etwa je 4,8 V.

Die Basisvorspannungen der Transistoren 292 und und der Transistoren 210, 212 und 214 werden durch eine Reihenschaltung aus den folgenden Elementen geliefert:

1. einen Widerstand 272, der zwischen dem Emitter des Transistors 238 und die zusammengeschalteten Basen der Transistoren 292 und 294 geschaltet ist,

2. einen Widerstand 274, welcher zwischen die zusammengeschlossenen Basen der Transistoren 292 und 294 und den Verbindungspunkt der Basen der Transistoren 210, 212 und 214 geschaltet ist, und

3. eine Reihenschaltung einer in Durchlaßrichtung vorgespannten Diode 276 mit einem Widerstand 278, welche zwischen die zusammcngeschalteten Basen der Transistoren 210, 212 und 214 und das Eingangssignal-Massepotenlial geschaltet ist.

Die Transistoren 210, 212 und 214 sind mit ihren

ΊΠΒ „r,

*^r*F UlI

IVlIl UL/VI ί t 1 *J N* I OVH11 \Λ

Eingangssignal-Massebezugspotential geschaltet. Die Kollektorströme der Transistoren 210, 212 und 214 werden konstant gehalten. Die Basisspannungen der Transistoren 210, 212 und 214 werden auf 1 V oberhalb des Eingangssignal-Bezugsmassepotentials gehalten, wobei die Diode 276 Schwankungen der Basis-Emitter-Sperrschichtspannungen dieser Transistoren sowie Temperaturschwankungen ausgleicht.

Die an der Basis des Transistors 210 erscheinende Spannung wird über eine Leitung 608 zu einer weiteren, nicht dargestellten Vorspannungsquelle für die integrierte Schaltung geführt, die als Bezugsspannung für ebenfalls nicht dargestellte Regelschaltungen dient und Spannungen und Ströme für andere Teile der integrierten Schaltung 200 liefert.

Die Transistoren 205 und 207 arbeiten als Emitterfolger. Ihre Basen sind an die Kollektoren der Tran

7 η η c

'■ η η ο

bewirken eine Dämpfung von Oberwellen, welche bei der Basis eines nachfolgenden Transistors 346 und schnellen Signalübergängen in den Emitterfolger- mit dem Emitter dieses Transistors 346 über einen transistoren 205 und 207 auftreten. Widerstand 350 verbunden ist. Die Kollektoren der

Der Emitter des Transistors 207 ist über den Mit- Transistoren 349 und 346 sind über Widerstände 340 kopplungskondensator 310 an den Emitter des 5 bzw. 342 an den Anschluß T₁₄ geführt. Auf diese Transistors 294 angeschlossen. Der Emitter des Weise wird eine Darlingtonschaltung 230 gebildet, Transistors 205 liegt über einen Mitkopplungskon- welche als Spannungsfolger arbeitet und Ausgangsdcnsator 312 am Emitter des Transistors 292. Die signale am Anschluß 234 liefert, welcher mit dem Mitkopplungskondensatoren 310 und 312 des posi- Emitter des Transistors 346 verbunden ist. Der Emittiven Rückkopplungszweiges koppeln das Signal mit io ter dieses Transistors ist ferner über die Reihenderselben Phasenlage wie das ursprüngliche Eingangs- schaltung von Widerständen 356 und 358 an das signal zurück auf die Emitter der Transistoren 294 Ausgangssignal-Massepotential angeschlossen. Der bzw. 292. Diese positive Rückkopplung versteuert die Verbindungspunkt der Widerstände 356 und 358 Signalübergänge. Die Tendenz der zweiten Differenz- liegt über einem Widerstand 360 am Anschluß T₃. Begrenzerverstärkerstufe 206 zur Einführung von 15 Die Basis des Transistors 282 der ersten Verstärker-Phasenverschiebungen des Ausgangssignals, welche stufe 204 liegt am Anschluß T_s.
vom Eingangssignalpegel abhängig sind, wird dadurch In gleicher Weise ist der Kollektor des Transistors

herabgesetzt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die 328 an die Basis des Transistors 336 angeschlossen, Signalübergänge für alle Eingangssignalpegel, und dessen Emitter auf die Basis eines nachfolgenden nicht nur für hohe Eingangssignalpegel, schnell er- 20 Transistors 338 und über einen Widerstand 348 an folgen. den Emitter dieses Transistors geführt ist. Die Kollek-

Die Kollektoren der Transistoren 305 und 307 der toren der Transistoren 336 und 338 sind über WiderStufe 206 sind über Widerstände 218 bzw. 220 an stände 332 bzw. 334 an den Anschluß T₁₄ (6 ',-) geeine geregelte und geglättete Betriebsspannung ange- führt. Auf diese Weise wird eine Darlington-Schalschlossen, welche vom Emitter des Transistors 240 25 tung232 gebildet, welche als Spannungsfolger Ausgeliefert wird. Die zusammengeschlossenen Emitter gangssignale am Anschluß 236 liefert, welcher mit der Differenzverstärkertransistoren 305 und 307 er- dem Emitter des Transistors 338 verbunden ist. Ferhalten vom Kollektor des Transistors 212 einen ner ist der Emitter dieses Transistors über die Reihenkonstanten Vorstrom. schaltung von Widerständen 352 und 354 an das

Der Transistor 209 dient als Emitterfolger, seine 30 Ausgangssignal-Massepotential geführt. Der Zusam-Basis ist an den Kollektor des Transistors 305 ange- menschaltungspunkt der Widerstände 352 und 354 schlossen. Sein Emitter liegt an der Basis des Tran- ist über einen Widerstand 362 an den Anschluß T₁ sistors 326 der dritten Verstärkerstufe 208 und ist geführt. Der Anschluß T₄ ist galvanisch über die Scüber einen Widerstand 324 an das Eingangssignal- kundärwicklung des Übertragers 202 (welcher außcr-Massepotential angeschlossen. 35 halb der integrierten Schaltung 200 vorgesehen ist)

Der Transistor 211 arbeitet ebenfalls als Emitter- zum Anschluß T₂ geführt, der mit der Basis des Tranfolger und ist mit seiner Basis an den Kollektor des sistors 280 der ersten Begrenzerverstärkerstufe 204 Transistors 307 angeschlossen. Sein Emitter liegt an verbunden ist. Über diese Wicklung ist in der Figur der Basis des Transistors 328 der dritten Verstärker- ein Abstimmkondensator gezeichnet,
stufe 208 und ist über einen Widerstand 322 an das 40 Ein ebenfalls außerhalb der integrierten Schuiumg Eingangssignal-Massepotential angeschlossen. Die 200 angeordneter Signalüberbrückungskondensator Kollektoren der Transistoren 209 und 211 sind über koppelt die Anschlüsse T_s und T₄ miteinander, so Widerstände 318 bzw. 320 an den Anschluß T₁ , (B -f) daß die im Differenzverstärkerbetrieb gewonnenen angeschlossen. ZF-Signale von den Ausgängen 234 und 236 über

Der Emitter des Transistors 209 ist über einen 45 die Widerstandsnetze 352, 354, 362 bzw. 356, 358, Mitkopplungskondensator 314 an den Kollektor des 360 einander entgegenwirken. Dieses Entgegenwir-Transistors 292 angeschlossen. Der Emitter des ken verhindert, daß diese ZF-Signale nochmals auf Transistors 211 liegt über einen Mitkopplungskon.- die Basen der Transistoren 280 und 282 der Eindensator 316 am Kollektor des Transistors 294. Die gangsverstärkerstufe 202 gelangen. Die im Ruhedritte Differenz-Begrenznngsverstärkerstufe 208 ent- so zustand auftretenden Differenzverstärkersignale wcrhält Transistoren 326 und 328, deren Emitter zu- den jedoch degenerativ zurückgeführt und stabilisammengeschaltet sind und einen konstanten Strom sieren die Vorspannungen der Differenzverstärkervom Kollektor des Transistors 214 erhalten. Die Last- stufen 204, 206 und 208 innerhalb der Gegenkoppwiderstände 222 und 224 führen die Kollektoren der lungsschleife. Zur Überbrückung der Anschlüsse T₁ Transistoren 326 bzw. 328 an eine geregelte und 55 und T₄ nach Massepotential können zusätzliche Kongeglättete Betriebsspannung, welche am Emitter des densatoren verwendet werden.
Transistors 242 herrscht. Die Kollektoren der Tran- Im Betrieb wird ein über der Sekundärwicklung

sistoren 326 und 328 sind über antiparallel geschal- des Übertragers 202 anstehendes Eingangssignal zwitete Dioden 226 und 228 zusammengeschaltet. Die«e sehen die Basen der Transistoren 280 und 282 de< Diodenantiparallelschaltung sorgt für eine Begrenzer- 60 Differenzverstärkers 204 gekoppelt, welche mit der wirkung, wenn der Signalübergang zwischen den Transistoren 292 und 294 zu einer Kaskodeschaltun«: Signalspitzenspannungen zwischen den beiden Kollek- zusammengeschaltet sind. Infolge dieser Kaskodeeintoren der Transistoren 326 und 328 1,3 V erreichen. gangsschaltung verringert sich der Miller-Effekt dci Diese Begrenzungswirkung tritt für niedrigere Ein- Kollektor-Basis-Kapazität der Transistoren 280 unc gangssignalpege.1 auf als die Begrenzenvirkung des 65 282. Dadurch wird die Eingangsimpedanz der erster Begrenzerverstärkers 208 selbst. DifTerenzverstärkerstufe 204 erhöht und bleibt prak·

Der Kollektor des Transistors 326 ist an die Basis tisch konstant, wenn die Stufe in den Begrenzerzudes Transistors 349 angeschlossen, dessen Emitter mit stand gesteuert wird.

-: a n

Das an den Kollektoren der Transistoren 292 und 294 erscheinende Signal ist bei der Übertragung durch die Transistoren 280, 292 und 282, 294 in seiner Phase verzögert worden. Das Signal wird dann über die Emitterfolgertransistoren 205 und 207 auf die Basen der Transistoren 305 bzw. 307 der zweiten Verstärkerstufe 206 mit einer minimalen zusätzlichen Phasenverschiebung übertragen, die von der Amplitude des Signals abhängt.

Die Mitkopplungskondensatoren 310 und 312 sind so gewählt, daß die Phasennacheilung der ersten Signalübertragungsstufe 204 bei niedrigen Signalpegeln kompensiert wird. Die Kondensatoren 310 und 312 haben kleine Kapazitätswerte, typischerweise in der Größenordnung von 1,3 pF. Die Verstärkung dieses Rückkopplungspfades wird kleiner als 1 gehalten, so daß keine Schwingungen auftreten. In der ersten Verstärkerstufe 204 wird die positive Rückkopplung auf die Emitter der Transistoren 292 und 2°4 geführt, damit die hohe Eingangsimpedanz an den Eingangsanschlüssen T₂ und T₃ nicht beeinträchtigt wird.

Die Anwendung der Prinzipien der Erfindung bei symmetrischen Verstärkern, im Gegensatz zu unsymmetrischen Verstärkern, wie sie in F i g. 1 dargestellt sind, wird in Verbindung mit der zweiten Differenz-Begrenzerverstärkerstufe 206 erläutert. Die positive Rückkopplung vom Ausgang zum Eingang erfolgt über die Mitkopplungskondensatoren 314 und 316, welche an die Basen der Emitterfolgertransistoren 205 und 207 statt an die Basen der Transistoren 305 und 307 angeschlossen sind, weil die Basen der Transistoren 205 und 207 einen höheren und damit günstigeren Impedanzpegel für die Rückführung dieser Kondensatoren bieten. Auf diese Weise können die Kondensatoren 314 und 316 wesentlich kleinere Kapazitätswerte, typischerweise in der Größenordnung von 0,27 pF, zur Kompensation der durch die zweite Verstärkerslufe 206 eingeführten Phasenverzögerung haben. Kapazitäten mit so niedrigen Werten lassen sich aber in integrierten Schaltungen relativ einfach ausbilden.

Wenn der Begrenzungspegel der zweiten Verstärkerstufe 206 erreicht wird, dann verringert sich die Wirkung der positiven Rückführung zunehmend, da die Verstärkung der Stufe 206 zunehmend herabgesetzt wird, wenn die Begrenzung erreicht wird, d. h. das Eingangssignal dieser Stufe erhöht sich, aber das Ausgangssignal bleibt konstant. Daher entfallen die Mitwirkungskondensatoren ihre maximale Wirkung für kleine Signale, wo sie die durch die erste und zweite Verstärkerstufe 204, 206 eingeführte Verzögerung wesentlich herabsetzen, dagegen haben sie einen vernachlässigbaren Effekt, wenn die Eingangssignale auf einen Pegel ansteigen, bei dem die zweite Stufe 206 voll begrenzt, und die Phasenverzögerung wird verringert.

Die Erfindung läßt sich in Schaltungen sowohl für symmetrische Signale als auch für unsymmetrische Signale anwenden.

Die dritte Verstärkerstufe 208 arbeitet in gleicher Weise wie die zweite Verstärkrstufe 206. In der dritten Stufe 208 werden keine Mitkopplungskondensatoren verwendet. Die an den Basen der Transistoren 326 und 328 auftretenden Signalamplituden sind durch die erste und die zweite Verstärkerstufe 204 bzw. 206 verstärkt worden. Die Signalamplitude ist daher genügend groß, um die dritte Stufe 208 für sämtliche an den Eingangsanschlüssen T₁, und T₃ auftretende Signalpegel in den Begrenzungszustand zu steuern.

Die dritte Verstärkerstufe 208 ist mit einem, weiteren Begrenzer versehen, welcher die antiparallel geschalteten Dioden 226 und 228 umfaßt, die zwischen die Ausgänge geschaltet sind. Sie erlauben eine Begrenzung der Ausgangssignal-Spitzenamplitude auf etwa 1,3 V. Die Signale an den Ausgängen der dritten Verstärkerstufe 208 werden jeweils über Darlington-Emitterfolgertransistoren an die nachfolgende Schaltung geführt, welcher auf diese Weise niedrige Quellimpedanzen dargeboten werden. Die Emitterlasten der Darlington-Emitterfolger sind jeweils galvanisch über Rückführungszweige zu den entsprechenden Eingangsanschlüssen T₂ und T₃ zur Gleichspannungsstabilisierung der Begrenzerverstärkerschaltung geführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

R QR

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gleichspannungsgekoppelter Begrenzerverstärker zur linearen Verstärkung kleiner Signale und Amplitudenbegrenzung großer Signale, mit einem Mitkopplungszweig zur Beseitigung unerwünschter Störphasenmodulationen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der amplitudenabhängigen Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen und den Eingangssignalen der Mitkopplungsgrad im Hinblick auf den Verstärkungsgrad des Verstärkers hinsichtlich seiner Phasendrehung derart bemessen ist, daß für Signale mit schwankender Amplitude, wie unterhalb des Begrenzungspegels liegende Signale, die durch den Mitkopplungszweig (550, 510; bewirkte Phasenvoreilung des zurückgekoppelten Signals gleich der im Verstärker für diese Signale auftretenden Phasen verzögerung ist.

2. Begrenzerverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen ersten und einen zweiten Transistor (518, 516; 307, 305) in emittergekoppelter Differenzverstärkerschaltung (502,· 206) enthält, bei dem im Kollektorkreis mindestens des ersten Transistors (518; 206) ein Widerstand (522; 220) vorgesehen ist, daß der Rückkopplungszweig einen dritten Transistor (520; 211) in einer ersten Emitterfolgerschaltung enthält, dessen Basis an den Kollektor des ersten Transistors (518; 206) angeschlossen ist, und dessen Emitter über eine erste Impedanz (550; 316) auf die Basis des zweiten Transistors (516; 305) gekoppelt ist, und daß zwischen das basisseitige Ende der Impedanz (550; 316) und ein Gleichspannungspotential (B + ) ein erster Widerstand (510; 298), welchem Eiugangssignalströme zuführbar sind, eingeschaltet ist.

3. Begrenzerverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das basisseitige Ende der ersten Impedanz (550; 316) über einen zweiten Emitterfolger (Transistor 508; 207) mit der Basis des zweiten Transistors (516; 305) verbunden ist.

4. Begrenzerverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (206) einen Lastwidersiand (218) im Kollektorkreis des zweiten Transistors (305) enthält, daß zusätzlich ein positiver Rückkopplungszweig mit einem dritten Emitterfolger (Transistor 209) vorgesehen ist, der mit seiner Basis am Kollektor des zweiten Transistors (305) liegt, und von dessen Emitter eine zweite Impedanz (314) an die Basis des ersten Transistors (307) geführt ist, und daß ein zweiter Widerstand (296) zwischen das basisseitige Ende der zweiten Impedanz (314) und das Gleichspannungspotential (B + ) geschaltet ist.

5. Begrenzerverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das basisseitige Ende der zweiten Impedanz (314) über einen vierten Emitterfolger (Transistor 205) auf die Basis des ersten Transistors (307) geführt ist.

6. Begrenzerverstärker nach Anspruch 3 oder 5, gekennzeichnet durch einen ersten in Basisgrundschaltung betriebenen Vorverstärkertransistor (506; 294), der mit seinem Kollektor an die Basis des ersten Emitterfolgertransistors (508; 207) angeschlossen ist, von dessen Emitter ein erster Kondensator (552; 310) auf den Eingang des ersten Vorverstärkertransistors (506; 294) geschaltet ist.

7. Begrenzerverstärker nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen zweiten in Basisgrundschaltung betriebenen Vorverstärkertransistor (292), der mit seinem Kollektor an die Basis des vierten Emitterfolgertransistors (205) angeschlossen ist, von dessen Emitter ein zweiter Kondensator (312) auf den Eingang des zweiten Vorverstärkertransistors (292) geschaltet ist.

8. Begrenzerverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Impedanz (550; 316) kapazitiv ist.

9. Begrenzerverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Impedanz (314) kapazitiv ist.