DE2518291C2 - Amplitude limiter circuit - Google Patents
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Description
die aus einem linearen geregelten Verstärker und einem gesonderten Diodenbegrenzer zusammengefaßt sind.which are made up of a linear regulated amplifier and a separate diode limiter.
F i g. 1 zeigt die Schaltung eines herkömmlichen Gegentakt-Transistor-Begrenzers. Sie arbeitet wie folgt:F i g. 1 shows the circuit of a conventional push-pull transistor limiter. She works like follows:
Die Gleichspannung vom Spannungsteiler Ri, R 4 gelangt über die Vorwiderstände R 2, R 3 an die Basis von Transistor Ti und T2. In beiden Transistoren fließt der gleiche Ruhestrom /o, dessen Größe von der Gleichspannung an dem gemeinsamen Emitterwiderstand R6 bestimmt wird. Die Eingangswechselspannung i/fsteuert über die Kondensatoren C ί und Cl die Transistorbasen im Gegentakt an. Deshalb tritt an den miteinander verbundenen Emittern kaum eine Wechselspannung auf, und es fließt daher kein nennenswerter ,5 Wechselstrom im Emitterwiderstand R 6. Er kann also durch eine konstante Stromquelle mit dem Wert 2 I0 ersetzt werden. Weil die Summe beider Kollektorströme konstant ist, muß eine Stromänderung in einem Transistor immer von einer gleichgroßen gegensinnigen Änderung im anderen Transistor begleitet sein. Bei Ansteuerung der Begrenzerschaitung fließt daher gegentaktiger Kollektorwechselstrom / und bewirkt, daß in den Kollektorwiderständen R5 und Rl eine Gegentaktspannung Ua abfällt. Der größte mögliche Augenblickswert des Kollektorstromes in einem Transistor ist 2 /0; der Strom im anderen Transistor ist dann auf Null abgesunken. Deshalb ist die Spitzenamplitude des Kollektorwechselstroms auf den Wert ± /0 b -grenzt. Die Ausgangsspannung wird daher von einer bestimmten Amplitude an symmetrisch begrenzt Bei sinusförmiger Eingangsspannung Ue nähert sich die Form der Ausgangsspannung UA um so mehr einer Rechteckwelle konstanter Amplitude, je größer die Eingangsamplitude ist.The DC voltage from the voltage divider Ri, R 4 reaches the base of the transistor Ti and T2 via the series resistors R 2, R 3. The same quiescent current / o flows in both transistors, the magnitude of which is determined by the direct voltage across the common emitter resistor R6. The AC input voltage i / f controls the transistor bases in push-pull via the capacitors C ί and Cl. Therefore, there is hardly any alternating voltage at the emitters connected to one another, and therefore no noticeable. 5 alternating current flows in the emitter resistor R 6. It can therefore be replaced by a constant current source with the value 2 I 0 . Because the sum of the two collector currents is constant, a change in current in one transistor must always be accompanied by an equally large change in the opposite direction in the other transistor. When the limiter circuit is activated, a push-pull collector alternating current flows / and causes a push-pull voltage Ua to drop in the collector resistors R5 and Rl. The greatest possible instantaneous value of the collector current in a transistor is 2/0; the current in the other transistor has then dropped to zero. Therefore the peak amplitude of the collector alternating current is limited to the value ± / 0 b. The output voltage is therefore symmetrically limited from a certain amplitude. With a sinusoidal input voltage Ue , the shape of the output voltage U A approaches a square wave of constant amplitude, the greater the input amplitude.
Wegen der Trägheit der Transistoren eilt die Ausgangsspannung gegen die Eingangsspannung nach. Diese Phasenverschiebung wird vor aliem von der Eingangskapazität der Transistoren und dem Innenwiderstand der Spannungsquelle verursacht und ist von deren Amplitude abhängig. Mit zunehmender Eingangsspannung ist der Phasenwinkel der Ausgangsspannung zunächst konstant; vom Begrenzungseinsatz an nimmt er stetig ab; d. h., im eigentlichen Arbeitsbereich des Begrenzers werden Amplitudenschwankungen in Phasenschwankungen umgesetzt.Because of the inertia of the transistors, the output voltage lags behind the input voltage. This phase shift is mainly due to the input capacitance of the transistors and the internal resistance caused by the voltage source and is dependent on its amplitude. As the input voltage increases, the phase angle is the output voltage initially constant; from the limit on it decreases steadily; d. i.e. in the actual work area of the Limiter amplitude fluctuations are converted into phase fluctuations.
Der Grund für die amplitudenabhängige Phasenänderung bei Begrenzerbetrieb ist darin zu suchen, daß die Eingangsspannung den für die Begrenzung erforderlichen Wert übersteigt. Je größer der Spannungsüberschuß ist, desto schneller erfolgt beim Vorzeichenwechsel der Eingangsspannung die Umladung der Transistor-Eingangskapazitäten und die dadurch bedingte Änderung der Kollektorströme.The reason for the amplitude-dependent phase change in limiter operation is to be found in the fact that the Input voltage exceeds the value required for the limitation. The greater the voltage excess is, the faster the charge reversal of the transistor input capacitances occurs when the sign of the input voltage changes and the resulting change in the collector currents.
Eine kürzere Umschaltzeit der Kollektorströme bei einer größeren Eingangsspannung ist gleichbedeutend mit einer geringeren Phasenverschiebung der Ausgangsspannung. A shorter switching time of the collector currents with a higher input voltage is synonymous with a smaller phase shift of the output voltage.
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Transistor-Begrenzerschaltung, in der die amplitudenabhängige Phasenänderung der Ausgangsspannung sehr viel kleiner ist als in der bekannten Schaltung.Fig. 2 shows the transistor limiter circuit according to the invention, in which the amplitude-dependent Phase change of the output voltage is much smaller than in the known circuit.
Die neue Schaltung arbeitet wie folgt:The new circuit works as follows:
Über die Vorwidersiände /?2 und R 3 gelangt Basisgleichspannung vom Spannungsteiler R 1 und R 4 f>5 an die Transistoren 7"I und T 2. Wegen der gleichgroßen Emitterwiderstände /?6 und RS fließt ein gleichgroßer Ruhestrom /0. Die Emitter von T\ und T2 sind durch den Koppelkondensator Ci miteinander verbunden. Die Emitterwiderstände sind groß gegen den dynamischen Emittereingangswiderstand der Transistoren und gegen den Blindwiderstand des Koppelkondensators. Man kann die Emitterwiderstände daher näherungsweise durch zwei konstante Stromquellen ersetzen. Eine Kollektorstromänderung in einem Transistor bedingt daher eine entgegengesetzte gleichgroße Stromänderung im anderen Transistor. Als Folge einer Gegentakt-Eingangsspannung Ue fließt also ein Kollektorwechselstrom / im entgegengesetzten Sinn in beiden Transistoren. Er schließt sich über die Lastwiderstände R5,R7 und über den Koppelkondensator C3.The base DC voltage from the voltage divider R 1 and R 4 f> 5 passes through the resistors /? 2 and R 3 to the transistors 7 "I and T 2. Because of the emitter resistances /? 6 and RS , an equal quiescent current / 0 flows. The emitters from T \ and T2 are connected to each other by the coupling capacitor Ci . The emitter resistances are large compared to the dynamic emitter input resistance of the transistors and to the reactance of the coupling capacitor. The emitter resistances can therefore be replaced by two constant current sources. A collector current change in a transistor therefore requires an opposite one As a result of a push-pull input voltage Ue , a collector alternating current / flows in the opposite sense in both transistors and closes via the load resistors R5, R7 and the coupling capacitor C3.
Die gegenüber der herkömmlichen Schaltung stark verminderte AM-PM-Umwandlung wird durch den Spannungsabfall am Koppelkondensator Ci zusammen mit der getrennten Stromversorgung der Emitter erreicht. Der Spannungsabfall an Ci verkleinert den Phasenwinkel des Kollektorstroms gegenüber der herkömmlichen Schaltung um so mehr, je kleiner Ci und je kleiner die Eingangsspannung ist. Weil aber in der herkömmlichen Schaltung die amplitudenabhängige Phasenverschiebung bei kleiner Eingangsspannung am größten ist, kann man für den Koppelkondensator unter Beachtung der obenerwähnten Dimensionierung einen Wert finden, mit dem für kleine und große Eingangsspannungen die Phasenverschiebungen die gleichen sind.The AM-PM conversion, which is greatly reduced compared to the conventional circuit, is achieved by the voltage drop at the coupling capacitor Ci together with the separate power supply of the emitter. The voltage drop across Ci reduces the phase angle of the collector current compared to the conventional circuit, the more the smaller Ci and the smaller the input voltage. But because in the conventional circuit the amplitude-dependent phase shift is greatest at a low input voltage, one can find a value for the coupling capacitor, taking into account the dimensions mentioned above, with which the phase shifts are the same for small and large input voltages.
Eine Begrenzerstufe wird im ZF-Verstärker von der vorhergehenden Stufe zunächst von einer Sinusspannung kleiner Amplitude angesteuert. Mit zunehmendem Eingangssignal geht diese stetig in eine Rechteckspan ■ nung mit großer Amplitude über.A limiter stage in the IF amplifier is initially made up of a sinusoidal voltage from the previous stage driven with a small amplitude. As the input signal increases, this continuously changes into a square wave span voltage with a large amplitude.
Durch Berechnung, die mit den Messungen übereinstimmt, zeigte sich eine Amplitudenabhängigkeit der Phase in der herkömmlichen Schaltung, die mit dem wirklichen Verhalten übereinstimmt: nämlich daß mit zunehmender Übersteuerung der Phasenwinkel des Kollektorstroms zunächst schnell dann langsamer abnimmt und asymptotisch gegen Null geht. Überlegungen zeigten, daß in der neuen Schaltung der Koppelkondensator den Phasenwinkel bei kleiner Eingangsspannung so stark beeinflußt, daß er positiv werden kann. Dagegen bleibt er bei starker Übersteuerung immer negativ. Es gibt also sicher einen Kapazitätswert, mit dem der Phasenwinkel des Kollektorstroms bei linearem Betrieb und bei einem vorgegebenen Übersteuerungsgrad gleich groß ist. Versuche haben ergeben, daß die Phasenschwankung für Zwischenwerte der Amplitude gering ist.A calculation that agrees with the measurements showed an amplitude dependency of the Phase in the conventional circuit that corresponds to the real behavior: namely that with increasing overdrive of the phase angle of the collector current first quickly then slower decreases and asymptotically approaches zero. Considerations showed that in the new circuit the Coupling capacitor has such a strong influence on the phase angle at a low input voltage that it is positive can be. On the other hand, it always remains negative in the event of severe overdrive. So there sure is one Capacitance value with which the phase angle of the collector current in linear operation and in a predetermined degree of overload is the same. Tests have shown that the phase fluctuation for intermediate values of the amplitude is low.
F i g. 3 zeigt die Verläufe der Phasenwinkel für Groß- und und Kleinsignalbetrieb, wie sie für einen Anwendungsfall berechnet wurden.F i g. 3 shows the curves of the phase angles for large and small signal operation, as they are for an application were calculated.
Der Schnittpunkt beider Kurven gibt den Wert des Koppelkondensators Ci an, für den die Phasenverschiebung des Kollektorstroms in beiden Fällen gleich ist. Die Betrachtung der Kurvenverläufe zeigt, daß man eine, in Anbetracht anderer Unsicherheiten genügend genaue Lösung für den optimalen Wert von Ci findet, wenn man ψ — 0 setzt. Man erhält für den Blindwiderstand Xk des Koppelkondensators Ci die einfache LösungThe intersection of the two curves indicates the value of the coupling capacitor Ci for which the phase shift of the collector current is the same in both cases. The observation of the curves shows that one finds a sufficiently precise solution for the optimal value of Ci , considering other uncertainties, if one sets ψ - 0. The simple solution is obtained for the reactance Xk of the coupling capacitor Ci
-L-L
Der so errechnete Wert stimmte ziemlich gut mit den Versuchsergebnissen überein. Ein vierstufiger ZF-Ver-The value thus calculated agreed quite well with the test results. A four-stage ZF control
stärker mit 55 dB Verstärkung zeigte bei einer Eingangsspannungsänderung von 4OdB eine Phasenschwankung von ± 1 grd und einen größten AM-PM-Umwandlungsfaktor von 0,1 grd/dB.stronger with 55 dB gain showed at one Input voltage change of 4OdB a phase fluctuation of ± 1 degree and a largest AM-PM conversion factor of 0.1 degrees / dB.
Eine praktische Schaltungsausführung, die für die Anwendung in einem Zwischenfrequenzbereich zwischen 35 und 140MHz geeignet ist, hatte für eine Hintereinanderschaltung von vier solcher Begrenzerstufen mit Gleichstromkopplung diese Dimensionierung. A practical circuit design suitable for use in an intermediate frequency range between 35 and 140MHz is suitable, had for a series connection of four such limiter stages with direct current coupling this dimensioning.
C\ = C2 = 200 pF für die erste Stufe, R\ = R2 = R3 = R4 = 2kOhm,
R 5 = Rl = 100 Ohm.
Rf, = RS = 5kOhm. C \ = C2 = 200 pF for the first stage, R \ = R2 = R3 = R4 = 2kOhm, R 5 = Rl = 100 Ohm.
Rf, = RS = 5kOhm.
Die Transistoren hatten eine Transitfrequeri fr = 1 GHz.The transistors had a transit frequency fr = 1 GHz.
Bei einem (Γ3 von 150 pF ergab sich in einem Bereic von 55 dB Amplitudenschwankung am Eingang und bi praktisch konstanter Ausgangsspannung eine Phaser Schwankung von + 2" bei Frequenzen von 70 MHz.With a (Γ3 of 150 pF, an amplitude fluctuation of 55 dB at the input and a practically constant output voltage resulted in a phaser fluctuation of + 2 " at frequencies of 70 MHz.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752518291 DE2518291C2 (en) | 1975-04-24 | 1975-04-24 | Amplitude limiter circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752518291 DE2518291C2 (en) | 1975-04-24 | 1975-04-24 | Amplitude limiter circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2518291B1 DE2518291B1 (en) | 1976-10-07 |
DE2518291C2 true DE2518291C2 (en) | 1978-06-15 |
Family
ID=5944930
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752518291 Expired DE2518291C2 (en) | 1975-04-24 | 1975-04-24 | Amplitude limiter circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2518291C2 (en) |
-
1975
- 1975-04-24 DE DE19752518291 patent/DE2518291C2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2518291B1 (en) | 1976-10-07 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |