DE2142659C3 - Gleichspannungsgekoppelter Begrenzerverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen gleichspannungsgekoppelten Begrenzerverstärker zur linearen Verstärkung kleiner Signale \md Amplitudenbegrenzung großer Signale, mit einem Mitkopplungszweig zur Beseitigung unerwünschter Störphasenmodulationen. Insbesondere handelt es sich um eine Verstärkerschaltung mit mehreren in Kaskade geschalteten, emittergckoppelten Differenzverstärkem, 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 Amplitudenmodulationen, 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 galvanisch 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 zunehmend 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 Transistorcingangswiderstand im Normalbetrieb wesentlich niedriger als

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im Süttigungsfalle ist und die unerwünschte Stör- Auf diese Weise wird die durch die positive Rückphasenmodulauon auf flie mit Amplimdenänderungen kopplung gegebene Kompensation der Verzügerwngs- -inhergehenden Emgangswiderstandsänderimgen zu- zeit der Stufe gleichzeitig mit der Verringerung der rück/uführen sind. Wegen der angestrebten Erhöhung Verzögerungszeit herabgesetzt, des Trunsistoreingangswtderstandcs kann der Mit- ₅ Die Erfindung verwendet eine Begrenzerverstärkerkoppiungszweig nicht so bemessen sein, daß er eine stufe, welche ohne positive Rückkopplung den zunennenswerte Phasenverschiebung bewirkt, da hierfür geführten Signalen eine sich umgekehrt zur Signaler im Mitkopplungszweig vorgesehene Kondensator amplitude verhaltende Zeitverzögerung erteilt. Es ist zu groß ist. Weiterhin wird für die bei der bekannten eine positive Rückkopplung über die gesamte VerSchaltung üngestrcbte Eingangswiderstandserhöhung io stärkerstufe vorgesehen, um die Ansprechzeit für die Einschaltung eines Widerstandes zwischen Emitter Eingangssignale geringer Amplitude praktisch gleich und Basis jedes Verstärkertransistors erforderlieh, 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. ,₅ 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 gcgenzu- Fig. 2 eine Darstellung der Phasenverzögerung

koppeln. _ao über der Signalampliiude fi^;r einen kompensierten

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaf- und einen nichtkompensiertc · Begrenzerverstärker

fung eines gleichspannungsgekoppelten Begrenzerver- und

starkers, bei welchem der Mitkopplungszweig eine so F i g. 3 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsstarke Phasenverschiebung bewirken soil, daß die form des erfindungsgemäßen Begrenzerverstärkers, vom Verstärker eingeführte Phasenverschiebung s« !n Fig. 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 Begrenzervcrstärkersiufe 500 aus den Verzögerungen auf, als bei großen Signalen and Transistoren 504, 506 und 508 und den Widerstanden ändert sich ⁵¹°- ^{5I2 und 514 Die Basen der} Transistoren »04

2. wegen der Begrenzerwirkung mit zunehmender ^{und 506 sind an die} Anschlüsse 532 bzw. 534 ge-Signalamplitude der Verstärkungsgrad des Ver- «haltet. Ihre Emitter sind zusammengeschart und starkers, so daß auch der über den Mitkopp- 35 Hegen über einen Widerstand 512 an «nein^ Anlungszweig zurückgekoppelte Signalanteil sich schluß 536 (B-). der mit der nega KkJ entsprechend der Veränderung des Verstärkung·!- ^einer ßetnebsspannungsquelle B verbunden werden grades ebenfalls verändert. Damit verändert sich kann. Die KoHektoren der Trans.storen sO4 und 508 aber auch der Einflut, des zurückgekoppelten »«egcn an der Klemme 530 (B f), so daß diese beiden Signals und somit auch die die amplitudenabhän- <^c Transistoren als Emitterfolger Behaltet sind. De gige Phasenverschiebung des Verstärkers korn- ^A"^schluB 530 kann mit der P⁰⁵¹^"^™™^ Zensierende Phasenverschiebung des aus dem Spannungsquelle B verbunden werclen De .KoIIekto^ Verstärker zugeführten und dem rückgekoppelten ^des Transistors 506 und die Basis des Transistor^ 508

LW ^ Transistors 508 läßt das Eingangssignal zur

Durch die erfinduiigsgcmäße 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, 50 Einem Anschluß 534 wird eine Vorspannung zu-

praktisrh gegeneinander aufgehoben. geführt, welche zwischen den an den Anschlüssen

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

ansprächen gekennzeichnet. Anschluß 532 wird das Eingangssignal angelegt.

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

stärker mit emittergekoppclten Differenzverstärkern 55 im wesentlichen gleich der dem Anschluß 534 zug;-

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

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

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

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

Märkers dem Eingangssignal schneller folgt, so daß 6t> 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-

Differcnzvcrstärkcr in einen symmetrischen Begren- stören 516, 5i8, 520 und Widerstände 522, 523, 524,

zcrbctrieb gesteuert, der schließlich eine volle Signal- 525 und 526. Die Widerstände 524 und 525 sind in begrenzung zur FoIec hat, so daß seine Verstärkung 65 Reihe zwischen die Anschlüsse 530 (B + ) und 536

mit zunehmendem ßingangssignalpegcl herabgesetzt (B-) geschaltet. Thr Verbindungspunkt liegt an der

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

RückkopplungmitzuiiehmendemEingangssignalpegcl. stärker in Basisgriiniischaltung arbeitet. Die Basis des

Transistors 516 ist mit dem limitier des, 'transistors 508 verbunden. Die limitier der Tnnnsistoreu 516 und 518 sind /usammcngesehaltet und liegen über einen Widerstand 523 am Anschluß 53d (B ). Die Kollektoren der Transistoren 516 und 520 sind zusammen an den Anschluß 530 (Hi) geschaltet, so daß diese beiden Transistoren als Emitterfolger arbeiten. Der Kollektor des Transistors 518 und die li;r.,is des Transistors 520 sind z.iisammengeschaltet und liegen über einen Widerstand 5221 am Anschluß 530. Der Limitier des Transistors 520 liefert das Ausganessignal an den Anschluß 554 und ist über einen W iderstand 526 au den Anschluß 536 gekoppelt.

Die Werte der Widerstände 510, 512. 514, 522. 523, 524, 525 und 526 hegen typischerweise in der (iiößcnordnuiig .on 1 kOhm für in inlurieiter Bauweise ausgeführte Schaltungen. Die Kolleklor-Emhtc!-Ströme liegen d;uin in tier Ciioßerordnum: von 1 niA. F-'erner wird den Basen der I ransistoren 504. 506. 516 und 51K gewöhnlich ein Ruhepoteniial /ugeführt, welches halb so groß wie die Summe der an den Klemmen 530 und 536 liegenden Spannnut:·.!: ist. In einem solchen Fall weiden die Widerstünde 5Hl und 522 am besten so gewählt, dal'i mc tloppelt so groß wie die Widerstünde 512 b/w-. 523 "-'nd.

Die Transistoren 504 und 506 bilden ebenso wie die'Transistoren 516 und 518 einen civnilergekoppelten DifTcrcnz-Begren/cr-Verstärker. TVt 'Transistor 508 ist ais Emitterfolger geschaltet und sorgt für eine galvanische Kopplung /wischen (liefen beiden \ erstärkerstufen. Wenn keine weiteren Maßnahmen gi·- trolfen werden, dann führt der 'lurch ·\\· i'ranMMoicn 516 und 518 gebildete cmittenjeknppelti.· DilTeren/-verstärker bei Signalen niedrigen IVucU 711 einer erheblichen Signalverzögerung. Fur Signale höheren ;<.-. l'egels ist die Signalverzögerum' iianeiicn wesentlich geringer.

Hin Kondensator 550 mit einer genntvn K;;pa/iläi in der Größenordnung von I Picofarad ■· erbuuii; ,1·,τ, T.mitter des Transistors 554 mit der Ba-is '.!■;:■ 'Trau- 4-. sistors 508. Die Ernitterfolgerstuicn mit den t'iansi stören 508, 516 und 520 und die in Basisurundschaltung geschalteten Verstärkerstufen, etwa mit dem Transistor 518. kehren die Richtung der Signale, wehlche sie verstärken, nicht um. Daher ist die mil 4-Hilfe des Kondensators 550 gebildete Riiekkoppiungsschleifc regenerativ und bildet somit eine Positive oder Mitkopplup?.. Die Parallelschaltung des Widerstandes 510 mit einem Kondensator würde normalerweise wegen der Stromintegrationseigenschaft des Parallelkondensators eine Signalverzögerung bewirken. In dieser Mitkopplungsschaltung ist der Stromfhiß durch den Kondensator 550 jedoch gerade der zu erwartenden Richtung entgegengesetzt und wirkt an der Basis des Transistors 508 ah Phasenvorverschiebungsstrom und nicht als Phasennacheilungsstrom. Die Größe dieses Phasenvorverschiebungsstromes hängt von der Spannungsverstärkung der Miikopplungsschleife ab.

Die Spannungsverstärkung der Mitkopplungsschleife wird andererseits von dem emittergekoppelten DifTerenzverstärker mit den Transistoren 516 und 518 bestimmt. Die Emitterfolger mit den Transistoren 508 und 520 haben eine Spannungsverstärkung, weiche nur von der Emitterfolgerwirkung abhängt und praktisch gleich 1 ist. Bei niedrigen Signalpegeln ist die Verstärkung der emittergekoppelten DifTerenzverstärker deich dem Produkt der halben Vorwärtssteilheit der I ransistoren 516 und 518 (vorausgesetzt, daß sie entsprechend der beslün praktischen Ausführungsl'orm dieselben (ileichvorspannungen haben) mal dem I astwidersland. welcher hauptsächlich durch ilen Widerstand 522 gegeben ist. Normalerweise ist these Verstärkung für Signale niedrigen l'egels reclu groß: Üblich sind Spannungs\erstai klingen von 2> bis 4(1. Tür niedrige Signalpegel würde die elfektive Kapazität des Kondensators 550 mit einem Faktor 25 bis 40 multipliziert. Im Zusammenwirken mit dem Widerstand 510 läßt sich dem Signal eine wesentliche Phasenvoreilung zur Kompensation tier Phasenvcrzögciung erteilen, welche andernfalls durch die hintereinandergeschaltcten Begrenzerverstärkerstufen bei niedrigen Signalpcgeln auftreten würde.

Mit steigendem Signalpegel wird der lineare Ver-Miüknngsbereich der aus den Transistoren 516 und 518 gebildeten DilTercn/.verstärkerstufe bei Signal- -pit/eii überschritten. Fs tritt daher eine Begrenzung dieser SigiiaKpilzcn auf, die dann nicht mehr am Ausgang 554 erscheinen. Damit verringert sich die Spannuiigsve-rsiärkiing für diese Signale. Die positive Rückkopplung verringert sich ebenfalls, und der Kondensator 550 bewirkt einen geringeren Phasenvorcilunesstrom an der Basis des Transistors 508. Da·- ist jedoch erwünscht, da die Verzögerung dos am Ausgang de.i Difl'crenzvcrsiärkers auftretenden Signals gegenüber dem Eingangssignal sich mit zunehmendem Signalpegel verringert. Diese beiden Effekte können durch geeignete Bemessung praktisch gegeneinander aufgehoben weiden, so daß die Veränderungen dir Signalverzögerung bei der Signalübertragung innerhalb der Begien/erverstärkerstiifc 502 ganz wesentlich verringert werden.

In L'leiclier Weise läßt m'cIi die Signalverzögerung innerhalb der Begrenzers erstärkcrstufe 500 du ι eh eine positive. Rückkopplung, beeinflussen, welche vom F.miller de-· T.miltcrioigeriransistors 508 übeeireii rvOiK!cn>al·.'., 552 zu eii'i.r der Stufe 500 voigescli.iiteten nicht dargesiell'li.-n Stufe geführt ist. welche das Eingangssignal am Anschluß 532 liefert.

Die positive Rückkopplung kann .lUch in anderer Weise als mit Hilfe des Kondensators 550 ivalKiert werden. Beispielsweise kann der Kollektor de*- Tra'i-Mstors 518 anstalt über ilen Kondensator 550 ;in:i über einen hochohmigen Widerstand auf die Basis tk-Transistors 508 iieführt werden. Jedoch nimmi de; Kondensator 550 in einer integrierten S-jb.aitunt; weniger Platz ein als ein hnchohmigcr Wideistand

Der EmiUerfolgertraiVMsior 520 isoliert den kondensator 550 vom Kollektorlastwiderstaiui 522 ■■< daß der Kondensator ii50 die Bandbreite vie·- ί-e grenzten Signals am Kollektor des TraiiMMot:, 5 If nicht in unerwünschter Weise einschränkt Ein.; Vcringerung der Bandbreite würde nämlich die I ia'-k.' des begrenzten Signals abilachen und auf diese Wc:.-eine Phasenverschiebung in der nachfolgenden l'i grenzcrverstärkerstufc verursachen, wenn eine solch verwendet wird. An der Basis des Transistors 50 wirkt eine genügend hohe Impedanz, weiche haupt sächlich durch den Wert des Widerstandes 5 ί 0 be stimmt wird, so daß der Kondensator 550 klei gemacht werden kann. Auf diese Weise kann ri·. positive Rückkopplungiizweig an die Basis des Trar sistors 508 anstatt an die Basis des Transistors 5! angeschlossen werden. Die an der Basis des Tra: sistors 116 herrschende Impedanz ist wegen di

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

Die Kollektoren der Transistoren 238, 240 und sind mit dem Anschluß T_u (IM-) verbunden. Ihre Basen sind über einen Widerstand 288 ebenfalls an den Anschluß T₁₄ und über eine Lawinendiode einer Lawinenspannung von 5,5 V an das Massepotential des Eingangssignals angeschlossen. Die

Kaskade geschaltete Signalübertragungsstuten crnan Lawinendiode 286 wird durch einen über den Widerman, wenn jede nachfolgende Stufe bei einem Pegel 15 stand 288 gelieferten Betnebsstrom in Durchbruch in die Begrenzung gesteuert wird, welcher eine relativ betrieben, so daß sie die Basisspannung für die konstante Verzögerung für jede Stufe ergibt. 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

uv.!.,, i.,u...,w.,_k..u_bU1.. - „ des Transistors 238 und die zusammengeschalte-

vermeidct man eine Kopplung der Ausgangssignale _tcn n_ascn der Transistoren 292 und 294 ge-

auf den Eingang des mehrstufigen Begrcnzerverstär-'.;rs über die gemeinsame Impedanz einer aufgeteilten Masscbczugsleitune, welche zu einer Selbsterregung

niedrigen Impedanz des |^;mitterfolgertransistors 108 niedrig. Würde man den Kondensator 550 an die Basis des Transistors 116 anschließen, dann wurde man einen wesentlich größeren Kondensator benötigen, um die gewünschte Ver/.ögcnmgskompensation zu erreichen.

iji-ϊ Kurve 402 in I- i g. 2 zeigt das ['haseiiverzogcrungsvcrhaltcn eines kompensierten Begrenzcrver-Itärkers mit mehreren Stufen nach der crlindungstcmäßcn Lehre. Bei voller Kompensation bleibt die Phasenverzögerung einer Signalübertragungsstufe über einen weiten Bereich von Eingangssignal^ relativ konstant. Eine optimale Phasenkompcnsalion fur in Kaskade geschaltete Signalübertragungsstufen crhal in jede nachfolgende
grenzung gesteuert wi
LMisitiiue Verzögerung für jcd-Fig. .3 zeigt das Schaltbild eines ZI-Begrcnzerverstärkers in integrierter Bauweise fur FM-Lmpfänger. Dieses Schaltbild zeigt Einzelheiten einer integrierten Schaltung für kommerzielle Anwendungen Der hochverstärkende ^Begrenzerverstärker wird normalerweise so ausgelegt, daß fur d.e Lm_gangssi₅-.aie und die Ausgangssignale unterscu-

ehe Massebezugspunkte gewählt werden. Dadurch ,5 _ul,™„iHni man r\L KonnluiiK der Ausgangssignalt

Masscbcziigsleitung, «-vimv <·>■ -■■■-■ _λ/,.;,Γ,ι_Ι(,η

oder einem anderweitigen unerwünschten Vc I des Verstärkers führen können. Ir. ig. 3 s.nil cc Verbindungen zur Eingangssignal-kzugsmassc a Masserücklcitungssymbol mit vier Leitungen dar^- stcllt. Dieses Bezugsmasscpolcntial wird v< I integrierten Schaltung 200 zu der äußeren Sd a ιing übe? den Anschluß Λ, geführt. Die Verbindung,ζ... Ausgangssignal-Bczugsmassc sind mit einem M.i schlußsvmbot in Form eines kleinen Dreiecks U-zcichnci. Dieses Bezugsmassepolcnt.al wirdI on k integrierten Schaltung 200 über den Anschl. /₁₇ « r äußeren Schaltung geführt Lm CWe.eIy-.inunjs betricbspotential B Y von S bis 16 V * d der ingriertcn Schaltung 200 über den Anschluß T₁₄ /u schaltet ist,

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

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

Die winkelmodulierten ^'P³"^"^^" dem integrierten Schalungsplatte hen ²⁰° ¹^, ^L_ Anschlüsse 7., und 7', von einem abgestimmten über trager 202 aus zugeführt. Die Pnmarwicklungdes übertrager, 202 kann die Las! eines vorangc ende.. «icht dargestellten Zwischenfrequenzverstärker!!

bilden. _. -, ,,,„;-. Hrei

DerZF-Bcgrcn^verstärkernachF.g^^ abgeglichene emittergekoppelt« Ditterenz ^a±* verstärker 204, 206 und 208 auf. Der erste Differ.nz verstärker 204 enthält Transistoren 280 und ZW deren Emitter zusammengeschaltet und a 'Jn Ko lektor eines Transistor. 210 gefuhrt sind.^ Der zwcHe Differenzverstärker 206 enthält Transistoren 305 und 307, deren zusammengeschaltete Em. er .an den Kollektor eines Transistors 212 geführt sind. ^ dritte Differenzverstärker 208 enthaIt Traa istoren 326 und 328, deren zusammengeschaltete Emitter den Kollektor eines Transistors 214 gefuhrt s>^nd·

Die Basen der Transistoren 280 und 282 des er ten Differenzverstärkers 204 sind an die ^f³"^" Schlüsse T₉ bzw. Γ, angeschlossen. Die ™ ™ⁿ der Transistoren 280 und 282 sina ar.die Emmerder in Basisgrundschaltung geschalteten Verstarkertransi Die Transistoren 210. 212 und 214 sind mit ihren Emittern über Widerstände 216, 308 und 330 an das Eingangssignal-Massebezugspotential geschaltet. Die Kollcktorströmc 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 dei Basis-Emitter-Spcrrschichtspannungen dieser Transistoren sowie Temperaturschwankungen ausgleicht.

Die an der Basis des Transistors 210 erscheinende Spannung wird über eine Leitung 608 zu einer weite ren, nicht dargestellten Vorspannungsquelle für di< integrierte Schaltung geführt, die als Bezugsspannunj für ebenfalls nicht dargestellte Regelschaltungen dien 55 und Spannungen und Ströme für andere Teile de integrierten Schaltung 200 liefert.

Die Transistoren 205 und 207 arbeiten als Emitter folger. Ihre Basen sind an die Kollektoren der Tran sistoren 292 bzw. 294 angeschlossen. Der Emitte des Transistors 205 ist an die Basis des Transistor 307 angeschaltet und liegt über einen Widerstand 30 am Eingangssignal-Bezugspotential. Der Emitter de Transistors 207 ist an die Basis des Transistors 30 n angeschlossen und liegt über einen Widerstand 30 ι- 6₅ am Eingangssignal-Bezugspotential. Die Kollektore der Transistoren 205 und 207 sind über Widerstand 304 bzw. 306 an den Anschluß T₁₄ (B+) angeschlo; sen. Diese Widerstände sind relativ niederohmig un

ίο

bewirken eine Dämpfung von Oberwellen, welche bei schnellen Signalübergängen in den Eniitterl'olgertransistoren 205 und 207 aultreten.

Der Limitter des Transistors 207 ist über den Mitkopplungskundensator 310 an den (-,mittor ties -, Transistors 294 angeschlossen. Der limitier ties Transistors 205 liegt über einen Mitkcipplungskondensalor 2*2 am Lmitter ties Transistors 2⁽)2. Die Mitkoppluiigskoiulensatoren 310 und 312 des positiven Rückkopplungszwciges koppeln das Signal mit derselben Phasenlage wie das ursprüngliche [eingangssignal zurück auf die Emitter der Transistoren 294 bzw. 292. Diese positive Rückkopplung versteuert die Signalübergänge. Die Tendenz der zweiten Dilferenz-Begrenzerverstärkerstufc 206 zur Einführung von Phasenverschiebungen des Ausgangssignals, welche vom Eingangssignalpegel abhängig sind, wird dadurch herabgesetzt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die .Signalübergänge für alle Eingangssignalpegel, und nicht nur für hohe Eingangssignalpcgel, schnell erfolgen.

Die Kollektoren der Transistoren 305 und 307 der Stufe 206 sind über Widerstände 218 bzw. 220 an eine geregelte und geglättete Betriebsspannung ange-

(ler Basis eines nachfolgenden I'ransistors 346 und mil dem Emitter dieses Transistors 346 über einen Widerstand 350 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 349 und 346 sind über Widerstände 340 h/w. 342 ;in den Anschluß V₁, geführt. Auf diese Weise wird eine Darlington-Schaltung 230 gebildet, welche als Spanmingsfolger arbeitet und Ausgangssignale am Anschluß 234 liefert, welcher mit dem Emitter des Transistors 346 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors ist ferner über die Reihenschaltung von Widerständen 356 und 358 an das Ausgangssignal -Massepotential angeschlossen. Der Verbindungspunkt der Widerstände 356 und 358 liegt über einem Widerstand 360 am Anschluß 7'.,. Die Basis des 'Transistors 282 der ersten Verstärkerstufe 204 liegt am Anschluß 7'.,.

in gleicher Weise ist der Kollektor des Transistors 328 an die Basis des Transistors 336 angeschlossen, dessen Emitter auf die Basis eines nachfolgenden Transistors 338 und über einen Widerstand 348 an den Emitter dieses'Transistors geführt ist. Die Kollektoren der Transistoren 336 und ,338 sind über Widerstände 332 bzw. 334 an den Anschluß T₁₁(W ! ) geführt. Auf diese Weise wird eine Darlington-Schal-

schlossen" welche vom Emitter des Transistors 240 a₅ tung232 gebildet, welche als Spannungsfolgcr Ausgeliefert wird. Die zusammengeschlossenen Emitter gangssignale am Anschluß 236 liefert, welchei mit der DifTerenzverstärkertransistoren 305 und 307 er- dem Emitter des I'ransistors 338 verbunden ist. Perhalten 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-Massepotcntial geführt. Der Zusam-Basis ist an den Kollektor des Transistors 305 auge- mensehalUingspunkt der Widerslände 352 und 354

ist über einen Widerstand 362 an den Anschluß/., geführt. Der Anschluß V₁ ist galvanisch über die Sekundärwicklung des Übertragers 202 (welcher außerhalb der integrierten Schaltung 200 vorgesehen ist) /um Anschluß /'., geführt, der mit der Basis des Transistors 280 der ersten Begrenzerverstärkerstufe 204 verbunden ist. Über diese Wicklung ist in der Figur ein Ahstimmkondcnsator gezeichnet.

Ein ebenfalls außerhalb der integrierten Schaltung 200 angeordneter Signalüberbrückungskondensator koppelt die Anschlüsse V., und V₁ miteinander, so

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schlossen. Sein Emitter liegt an der Basis des Transistors 326 der dritten Verstärkerstufe 208 und ist über einen Widerstand 324 an das Eingangssignal-Masse polen ti al angeschlossen.

Der Transistor 211 arbeitet ebenfalls als Emitterfolger und ist mit seiner Basis an den Kollektor des Transistors 307 angeschlossen. Sein Emitier liegt an der Basis des Transistors 328 der dritten Verstärkerstufe 208 und ist über einen Widerstand 322 an das Eingangssignal-Massepotential angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren 209 und 211 sind über Widerstände 318 bzw. 320 an den Anschluß T₁₁ (B-I-) angeschlossen.

daß die im Differenzverstärkerbetrieb gewonnenen 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 Transistors 211 liegt über einen Mitkopplungskondensator 316 am Kollektor des Transistors 294. Die

ken verhindert, daß diese ZF-Signalc nochmals auf die Basen der Transistoren 280 und 282 der Eingangsverstärkerstufe 202 gelangen. Die im Ruhedritte Differcnz-Begrenzungsverstärkerstufe 208 ent- 50 zustand auftretenden Differcnzverstärkersignale werhält Transistoren 326 und 328, deren Emitter zu- den jedoch degenerativ zurückgeführt und stabihsammengeschaltet sind and 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 Kollektoien der lungsschleife. Zur Überbrückung der Anschlüsse T. Transistoren 326 bzw. 328 an eine geregelte und 55 und V₁ nach Massepotential können zusätzliche Kon eeelättete 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 z.wi tete Dioden 226 und 228 zusammengeschaltet. Diese sehen die Basen der Transistoren 280 und 282 de Diodenantiparallelschaitung sorgt für"eine Begrenzer- 60 Differenzverstärkers 204 gekoppelt, welche mit dei wirkuns wenn der Signalübergang zwischen den Transistoren 292 und 294 zu einer Kaskodeschaltun; Sienalspitzenspannunsen zwischen den beiden Kollek- zusammengeschaltet sind. Infolge dieser Kaskodeein toren der Transistoren 326 und 328 1.3 V erreichen. gangsschaltung verringert sich der Miller-Effekt de Diese Begrenzuneswirkung tritt für niedrigere Ein- Kollektor-Basis-Kapazität der Transistoren 280 un eanessienalpeeel ~auf als die Beerevizerwirkung des 65 282. Dadurch wird die Eingangsimpedanz der erste Beg'enzerverstärkers 208 selbst. " Differenzverstärkerstufe 204 erhöht und bleibt prak

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

Das ίΐπ den Kollektoren tier Transistoren 297 und 294 erscheinende Signal ist bei der Obertiagung durch die ί riinsistoren 281). 292 und 282, 294 in seiner Phase verzögert worden. Das Signal wird dann über die Emitterfolgertransisioren 205 und 207 auf die Basen tier Tiansistoren 305 h/w. 307 tier /weiten Versläikerstufe 206 mit einer minimalen zusätzlichen i'luisenversehiebung übertragen, die von tier Amplitude, ties Signals abhängt.

Die Mitkopplungskoiulensatoien 31!) und 312 mih! io gewählt, daß die Phasennaelvjilung der ersten Signalübertragungssttife 204 hei niedrigen Signal- |>egeln kompensiert wird. Die Kondensatoren 310 lind 31a haben kleine Kapazitätsweite, typischerweise In der Größenordnung von 1.3pF. Die Verstärkung dieses Rüekkopplimgspfatles wird kleiner als 1 gehalten, so daß keine Schwingungen auftreten. In tier trsten Verstärkerstufe 204 wird die positive Rückkopplung auf die Emitter tier Transistoren 292 und 294 geführt, damit die hohe Einuangsimpedanz an den Emgangsanschlüssen 7'., und '/'., nicht beeinträchtigt wird.

Die Anwendung der Prinzipien der r.rfindung bei symmetrischen Verstärkern, im Gegensatz zu unsymmetrischen Verstärkern, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, wird in Verbindung mit der zweiten DilTerenz-Begrenzervcrstärkersiufe 206 erläutert. Die positive Rückkopplung vom Λ jsgang zum Hingang erfolgt über die Mitkopplungskondensatoren 314 und 316, welche an die Busen tier 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 tier Größenordnung von 0,27 pF, zur Kompensation der durch die zweite Verstärkerstufe 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 tier positiven Rückführung /unehriiend. da die Verstärkung tier Stufe 206 zunehmend herabgesetzt wird, wenn die Begrenzung erreicht wird, ti. h. das Eingangssignal dieser Stufe erhöht sich, aber das Alisgangssignal bleibt konstant. i>aher entfallen die Mitwirkungskondensatoren ih'e maximale Wirkung für kleine Signale, wo sie die durch die erste und /weite Verstärkerslufe 204, 206 eingeführte "erzöge rung wesentlich herabsetzen, dagegen haben sie einen vernachlässigbaren EiFekt, wenn die Eingangssignale auf einen Pegel ansteigen, bei dem die zweite Stufe 206 voll begrenzt, und die Phasenverzögerung wird verringert.

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

Die dritte Verslärkerstufe 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 Wt daher genügend groß, um die dritte Stufe 208 für sämtliche an den Eingangsanscliliissen T., und 7'., auftretende Signalpegel in den Begrenzungszustand /u 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 Aiisgangssignal-Spitzenamplihide auf etwa 1,3 V. Die Signale an den Ausgängen tier dritten Verstärkerstufe 208 werden jeweils über Darlington-Emitterfolgertransistoren an die nachfolgende Schaltung geführt, welcher auf diese Weise niedrige Quellimpcdanzen dargeboten werden. Die Emittcrlastcn der Darlington-Emitterfolger sind jeweils galvanise!, über Rückführungszweige zu den entsprechenden Eingangsanscliliissen T., und T₁ zur Gleichspannungsstabilisierung der Begrenzerverstärkcrschaltung geführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gleichspannungsgekoppelier 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 Phasenverzögerung 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 enthalt, dessen Basis an den Kollektor des ersten Transistors (518; 206) angeschlossen ist, und dessen Emitter über ehe erste Impedanz (550; 316) auf die Basis des zweiter;. Transistors (516; 305) gekoppelt ist, und daß zwischen das basisseitige Ende der Impedanz (550; 316) und ein Gleichspannungspotential (B -f) ein trster Widerstand (510; 298), welchem Eingangssignalströme zuführbar sind, eingeschaltet ist.

3. Begrenzerverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das basisseitige EnJe 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 Lastwiderstand (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 (Bf) 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 Bnsis des ersten Transistors (307) geführt ist.

6. Begrenzerverstärker nach Anspruch 3 oiler 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 ers'^r Kondensator (552; 310) auf den Eingang des e/sten 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.