DE2537276A1

DE2537276A1 - Begrenzerschaltung

Info

Publication number: DE2537276A1
Application number: DE19752537276
Authority: DE
Inventors: Kenzo Akagiri; Masashi Takeda
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-09-12
Filing date: 1975-08-21
Publication date: 1976-04-01
Also published as: SE7510219L; NL7510729A; FR2285016A1; JPS5145348U; ATA695975A; NL165347B; FR2285016B1; CA1054711A; DE2537276B2; NL165347C; DE2537276C3; AT349067B; JPS5515388Y2; SE417148B; AU8415975A; GB1517948A

Description

PATENTANWÄLTE

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-8OOO München 22 D-48OO Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7

2 1. /lug. 1975

S75P133

SONY CORPORATION,
Tokyo/Japan

Begrenzerschaltung

Gegenstand der Erfindung ist eine Begrenzerschaltung mit einem zu einer Eingangssignal-Übertragungsstrecke parallel liegenden variablen Impedanzelement zur Regelung der Amplitude eines Eingangssignals und mit einem Gleichrichterteil zur Erzeugung einer dem Eingangssignal entsprechenden Spannung.

Um die magnetische Sättigung des in Magnetbändern verwendeten Magnetmaterials in Geräten zur magnetischen Aufzeichung und/oder Wiedergabe von Sprache, Musik usw. zu verhindern, wenn ein zu starkes Eingangssignal die Eingangsklemme eines solchen Geräts beaufschlagt, ist unmittelbar im Anschluß an diese Eingangsklemme im allgemeinen eine Begrenzerschaltung vorgesehen. Bei

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bekannten Schaltungen dieser Art liegt beispielsweise ein variables Impedanzelement in einer Shunt-Strecke, also in einem überbrückungs- oder Kurzschlußzweig, wobei sich die Impedanz in Abhängigkeit von einer Gleichspannung regeln läßt, die durch Gleichrichtung des Eingangssignals erhalten wird. Es wird also die Amplitude des aufzuzeichnenden Eingangssignals beispielsweise über einen Regeltransistor auf einen für eine optimale Aufzeichnung geeigneten Wert einreguliert.

Bei bekannten Schaltungen dieser Art jedoch wird der Regeltransistor durch ein Spannungssignal angesteuert, nämlich durch ein Gleichspannungssignal, das dem Spitzenwert des Eingangssignals entspricht. Da in aller Regel die Kennlinie des Kollektorstroms I über der Basis-Emitterspannung V^ in einem weiten Regelbereich nicht linear ist, wird mithin auch das Eingangssignal nicht-linear verzerrt. Dies ist insbesondere für Magnetbandgeräte höherer Qualität unerwünscht.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere für magnetische Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräte geeignete Begrenzerschaltung zu schaffen, mit der sich über einen weiten Regelbereich eine hohe Linearität zwischen einem die Schaltung ansteuernden Eingangssignal und dem Ausgangssignal gewährleisten läßt.

Die Lösung dieser technischen Aufgabe erfolgt nach der Lehre des Patentanspruchs, dessen Merkmale unter anderem gemäß den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet werden können.

Um den oben beschriebenen Nachteil bekannter Begrenzerschaltungen zu beseitigen, ist im wesentlichen bereits vorgeschlagen worden, einen Regeltransistor einzusetzen, der nicht durch eine Spannungs- sondern durch eine Stromquelle, also durch ein Stromsignal angesteuert wird. Diese Stromquelle ist bei einer

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ORIGtNAL INSPECTED

bevorzugten Ausführungsform ein Transistor, dessen Kollektor-Emitterstrecke zwischen der das Spannungssignal liefernden Quelle und der Basis des Regeltransistors liegt. Die Amplitude des Regelstroms wird durch das gleichgerichtete Ausgangssignal bestimmt, das die Basis des die Stromquelle bildenden Transistors beaufschlagt. Mit dieser Schaltungsmaßnahme, also einer Spannungs/Stromwandlung läßt sich bereits eine wesentliche Erweiterung des linearen Regelbereichs erreichen.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich als Vorstufe zur Erfindung aus folgender Beobachtung:Wird angenomnen,daß sich die Begrenzerschaltung über eine Schaltereinrichtung außer Betrieb setzen läßt, so fließt immer noch ein-Leckstrom über die Kollektor-Emitterstrecke des Stromquellen-Transistors. Dieser Leckstrom vermag den Regeltransistor kaum,in einigen Fällen jedoch in einen schwach leitfähigen Zustand zu steuern. In einem solchen Übergangsbereich ist die Linearität des Regeltransistors dann übermäßig schlecht, so daß das zu regelnde Eingangssignal in unerwünschtem Maße verzerrt wird.

Um diesen störenden Einfluß zu beseitigen, sieht die Erfindung bei einer Begrenzerschaltung nach der eingangs genannten Gattung nicht nur Mittel zur Umsetzung einer gewonnenen Gleichspannung in ein entsprechendes Stromsignal, sondern auch eine Einrichtung vor, über die sich das Stromsignal während der AUS-Zeit der Begrenzerschaltung unwirksam schalten, zum Beispiel kurzschliessen läßt, so daß die Verzerrung des Eingangssignals während der inaktiven Zeit dieses Schaltungsteils vollständig ausgeschlossen werden kann.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 das Schaltbild einer vorgeschlagenen Begrenzerschaltung;

Fig. 2 und 3 die Schaltbilder möglicher Ausfuhrungsformen einer Begrenzerschaltung mit erfindungsgemäßen Merkmalen.

Bei einer Begrenzerschaltung der vorgeschlagenen Art (vgl. Fig. 1) beaufschlagt ein Eingangssignal eine Eingangsklemme 1, die über einen Widerstand R. mit dem Eingang eines Verstärkers A verbunden ist. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers A gelangt über einen Kondensator C. auf eine Ausgangsklemme 2 und wird außerdem über die Reihenschaltung zweier Widerstände R2 und R^ in Bezug auf ein Bezugspotential, beispielsweise Masse, aufgeteilt. Der Verbindungspunkt 3 zwischen den Widerständen R₂ und R, ist mit der Basis eines gleichrichtenden Transistors Q-, verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand Rg mit einer Klemme +B einer Stromversorgungseinheit verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q., ist einerseits mit der Parallelschaltung eines Widerstands R₁ und eines Kondensators C₂ verbunden, der zur Glättung des gleichgerichteten Signals dient,und ist andererseits an die Basis eines Verstärkertransistors Q₂ angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q₂ liegt auf Masse, während sein Kollektor über einen als Diode geschalteten Transistor Q₄ und einen Strombegrenzerwiderstand R₉ mit der Stromversorgung +B verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Transistor Q. vom pnp-Typ,bei dem die Basis und der Kollektor zusammengeschaltet und mit dem Kollektor des Transistors Q₂ verbunden sind.

Ein Transistor Q₅ liegt parallel zum Transistor Q₄, das heißt die Basis und der Emitter des ersteren Transistors sind mit der Basis bzw. dem Emitter des zweitgenannten Transistors verbunden. Das Transistorpaar Q₄ und Q₅ bildet also eine Stromquelle, die das der gleichgerichteten und die Basis des Transistors Q₂ beaufschlagende Spannung entsprechende Gleichstromsignal liefert. Der Kollektor des Transistors Qc ist mit

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den Basen von Transistoren Q₁ und Q₁, verbunden, die ein variables Impedanzelement Q₁ bilden und die in Gegenphase parallel geschaltet sind, das heißt der Emitter des Transistors

Q₁ und der Kollektor des Transistors Q₁, sind miteinander und la id

außerdem mit dem Eingang des Verstärkers A verbunden, während Kollektor des Transistors Q₁ und Emitb

ι a

zusammen und auf Masse geschaltet sind.

der Kollektor des Transistors Q₁ und Emitter des Transistors

ι a

Die Begrenzerschaltung ist außerdem mit einem Paar von Schaltern S₁ und S2 versehen, über die sich die Begrenzerwirkung der Schaltung entsprechend dem folgenden.Schema wirksam bzw. unwirksam schalten läßt:

Schalter

EIN AUS

Begrenzer

AUS EIN

Der eine Schalter S₁ liegt zwischen dem Emitter des Transistors Q^ und Masse, während der andere Schalter S₂ zwischen den Anschlußpunkt 3 und Masse geschaltet ist. Beide Schalter S₁ und S₂ sind miteinander wirkungsmäßig so verbunden, daß der Emitter des Transistors Q₃ und der Verbindungspunkt 3 unmittelbar auf Masse liegen, wenn keine Begrenzerwirkung auftritt.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der soweit beschriebenen Schaltung in Einzelheiten erläutert:

Das die Eingangsklemme 1 beaufschlagende Eingangssignal wird durch den Verstärker A verstärkt und gelangt dann über die Leitung 1 auf die Ausgangsklemme 2, die beispielsweise mit einem nicht-gezeigten Magnetkopf verbunden sein kann, um auf ein

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Magnetband aufgezeichnet zu werden. Stehen die Schalter S.. und S₂ nun im AUS-Zustand, so wird ein Teil des verstärkten Signals über die Spannungsteilerschaltung, bestehend aus der Reihenschaltung der Widerstände R₂ und R₃, abgezweigt und gelangt auf den Transistor Q₃, der das Teilsignal gleichrichtet. Dieser Transistor CU wird nur während der positiven Halbwellen des Signals leitend, so daß dem Kondensator C₂ über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors Q₃ ein Ladestrom zufließt. Am Kondensator C₂ baut sich damit eine dem Mittelwert der positiven Halbwellen des Signals entsprechende Spannung auf. Dabei dient der Widerstand R₁ zur Entladung der aufgebauten Gleichspannung während der negativen Halbwellen des Signals. Das gleichgerichtete und geglättete Spannungssignal beaufschlagt die Basis des Transistors Q₂,der mithin einen entsprechenden Kollektorstrom zieht. (Im allgemeinen wird die Lade- und Entladezeitkonstante der BegrenzerSchaltung kürzer gewählt als die von üblichen automatischen Verstärkungsregelschaltungen.) Der Kollektorstrom fließt über die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors Q₄, so daß sich am Emitter-Basisübergang des Transistors Q₄ eine bestimmte Spannung V. aufbaut, die in gleicher Größe auch am Emitter-Basisübergang des Transistors Q₅ auftritt. Dies bedeutet, daß der Transistor Q₅ den gleichen Kollektorstrom zieht wie der Transistor Q.. Der so erzeugte Regelstrom gelangt auf die Basen der Transistoren Q_{1 a} und Q_1t)f deren Impedanzwerte damit entsprechend dem Regelsignal eingestellt werden. Damit wird die Amplitude des über die Signalleitung 1 übertragenen Eingangssignals in Abhängigkeit vom Impedanzwert des variablen Impedanzelements Q₁ eingestellt, das mit dem Widerstand R₄ so zusammenwirkt, daß das auf die Ausgangsklemme 2 gelangende Ausgangssignal in einem ganz bestimmten Pegel erscheint.

Wird nun der Fall betrachtet, daß die Begrenzerfunktion durch Umlegen der Schalter S₁ und S₂ aufgegeben wird, so werden beide Transistoren Q₂ und Q₃ nicht-leitend und es gelangt kein Strom

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über die durch die Transistoren Q₄ und Q₅ gebildete Stromquelle auf die Transistoren Q₁ und Q.,. Mithin wird auch der Impedanz-

i a το

wert des variablen Impedanzelements Q₁ weitgehend unbestimmt, so daß das Eingangssignal über die Sxgnalübertragungsleitung ohne Dämpfung übertragen wird.

Noch immer fließt jedoch auch in diesem Fall, das heißt im EIN-Zustand der Schalter S₁ und S₃, ein Kollektor-Leckstrom über den Transistor Q_c, der die Transistoren Q.. und Q_iK mehr

D la ID

oder weniger leitend schaltet, so daß das variable Impedanzelement zwar eine relativ große, jedoch nicht unendliche Impedanz darstellt. Damit wird das Eingangssignal aufgrund des Impedanzverhältnisses zwischen dem variablen Impedanzelement Q- und dem Widerstand R₄ weiterhin gedämpft. In diesem schwach leitenden Übergangszustand jedoch ist die Transistorlinearität im allgemeinen so schlecht, daß das Eingangssignal in unverhältnismäßig starkem Maße verzerrt werden kann.

Um dies zu beseitigen, ist gemäß der Erfindung eine Maßnahme getroffen, um den erwähnten Leckstrom zu überbrücken bzw. kurzzuschließen. Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung,bei der die der Fig. 1 entsprechenden Schaltungsteile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden die einander entsprechenden Einheiten auch nicht erneut erläutert.

Die erwähnte Überbrückung umfaßt bei der Ausführungsform nach Fig. 2 einen zusätzlichen Transistor Q₆, einen Widerstand R-._Q sowie Dioden D₁ und D₃. Der Kollektor des die Stromquelle bildenden Transistors Q^ wiederum ist einerseits über die Reihenschaltung des Widerstands R_1Q und der in Durchlaßrichtung gepolten Diode D₁ mit der Basis des Transistors Q2 und zum anderen mit dem Emitter des pnp-Transistors Q₆ verbunden, dessen.Kollektor direkt

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auf Masse liegt. Die Basis des Transistors Q₆ ist mit den Basen der Transistoren Q₁ und Q₁, verbunden. Andererseits liegt der Emitter des Transistors Q₂ über die andere, ebenfalls in Durchlaßrichtung gepolte Diode D₂ auf Masse.

Bei der so ergänzten Schaltung fließt im AÜS-Zustand der Schalter S₁ und S₂ der Regelstrom vom Transistor Q,- in den Emitter des Transistors Q₆, das heißt es liegen die gleichen Verhältnisse vor wie bei der Schaltung nach Fig. 1. Dies ist deshalb so, weil die Gleichspannungspotentiale am Kollektor des Transistors Q₅ und an der Basis des Transistors Q₂ beide ungefähr 2V, (V, = Spannung am Basis-Emitterübergang) betragen, wodurch die Diode D₁ nicht-leitend wird.

Wie oben beschrieben, gelangt der den Transistor Q, beaufschlagende Regelstrom über den Emitter-Basisübergang auf die Basen der Transistoren Q₁ und Q₁, und regelt die Impedanz des variablen Impedanzelements Q₁ in gleicher Weise wie bei der Schaltung nach Fig. 1.

Werden nun die Schalter S₁ und S₂ in den EIN-Zustand umgelegt, so daß die Begrenzerwirkung aussetzt, so liegt die Basis des Transistors Q₂ auf Massepotential, das heißt das Kollektorpotential des Transistors Q₅ wird gleich V^ . Dies bedeutet, daß der Transistor Q₆ zwangsweise in den Sperrzustand versetzt wird. Selbst wenn jetzt ein Kollektor-Leckstrom über den Transistor Q₅ entsteht, fließt dieser über den Widerstand R_1n und die Diode D^ nach Masse und nicht in die Transistoren Q₁ und Q-Jj₃, so daß der Impedanzwert des variablen Impedanz elements Q₁ so hoch wird, daß das Eingangssignal verzerrungsfrei übertragen werden kann.

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-P-

Wie aus der soweit gegebenen Beschreibung ersichtlich ist, kann der Transistor Q₆ durch eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode ersetzt sein.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung, bei der der Transistor Qg temperaturkompensiert ist. Der Kollektor des die Stromquelle bildenden
Transistors Q₅ (vgl. Fig. 3) ist über einen Widerstand R₁₁ mit dem Emitter des Transistors Q,- und außerdem über eine in

Durchlaßrichtung liegende Diode D-. mit dessen Basis verbunden. Mit dieser Schaltungsergänzung wird nicht nur eine Temperaturkompensation für den Transistor Q₆, sondern außerdem durch die jetzt mögliche Einstellung des Widerstandswerts für den
Widerstand R.... eine Regelung des durch den Transistor Q₆ fliessenden RegelStroms erreicht.

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Claims

Patentansprüche

Μ.)Begrenzerschaltung mit einer Eingangssignal-Übertragungsstrecke, einem in Reihe oder parallel zu dieser Strecke liegenden variablen Impedanzelement zur Regelung der Amplitude des Eingangssignals und mit einem Gleichrichterteil zur Erzeugung einer dem Eingangssignal entsprechenden Spannung, gekennzeichnet durch eine über eine Überbrückung (R₁₀* D₁, D₂; R₁ -, , D₁, D₂, D₃) unwirksam schaltbare Einrichtung (Q₅) zur Umsetzung der Spannung in ein entsprechendes Stromsignal, das das variable Impedanzelement (Q₁) zur Impedanzregulierung beaufschlagt.
2. Begrenzerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die Stromzufuhr zum variablen Impedanzelement bestimmende Umschalteinrichtung (S₁ , S₂)·
3. Begrenzerschaltung nach Anspruchs oder 3, dadurch gekennz eich net, daß die Umschalteinrichtung einen mit dem Ausgang des Gleichrichterteils (C₁, R₁) verbundenen ersten Schalter (S₁) aufweist, über den das Gleichrichterteil während des inaktiven Betriebszustands auf ein Bezugspotential schaltbar ist.
4. BegrenzerSchaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennz eic hnet, daß die Umschalteinrichtung einen gemeinsam mit dem ersten Schalter (S₁) betätigbaren zweiten

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Schalter (S„) aufweist, der mit dem Eingang des Gleichrichterteils verbunden ist.
5. Begrenzerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die überbrückung eine in Durchlaßrichtung zwischen die Regelstromzuführung und den Ausgang des Gleichrichterteils geschaltete Diode (D-) umfaßt.
6. Begrenzerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzeinrichtung einen mit dem Ausgang des Gleichrichterteils verbundenen ersten Transistor (CU), eine in Durchlaßrichtung zum Kollektor dieses Transistors (Q₂) liegende Diode ,(Q₄) als Lastimpedanz und einen mit dem Kollektor des ersten Transistors (Q₂) verbundenen zweiten Transistor (Qc) umfaßt, dessen Basis-Emitterstrecke parallel zur Diode (Q₄) liegt.
7. Begrenzerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Diode ein als Diode geschalteter Transistor (Q₄) vorgesehen ist.
8. Begrenzerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückung den Schalter (S₁) mit einschließt, über den die Basis des ersten Transistors (Q₂) wahlweise auf ein Bezugspotential legbar ist und daß der Kollektor des zweiten Transistors (Q₅) und die Basis des ersten Transistors (Q₂) über eine Diode (D.) miteinander verbunden sind, die im EIN-Zustand des Schalters (S-) leitend ist.

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9. Begrenzerschaltung nach Anspruch 8, dadurch g e -

kennz eichnet, daß die Überbrückung eine zweite,

im Weg der Regelstromzuführung liegende Diode (Qg) und eine

dritte, im EmitterStrompfad des ersten Transistors (Q^) liegende Diode (D₂) aufweist.
10. Begrenzerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Diode durch den Emitter-Basisübergang eines dritten Transistors (Qg) gebildet ist.
11. Begrenzerschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekenn' ζ e ichnet, daß ein Widerstand (R.₁) in Reihe zum Emitter-Basisübergang des dritten Transistors (Qg) und eine vierte Diode (D₃) parallel zu dieser Reihenschaltung geschaltet ist.

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