DE2537276C3

DE2537276C3 - Begrenzerschaltung

Info

Publication number: DE2537276C3
Application number: DE19752537276
Authority: DE
Inventors: Kenzo Tokio Akagiri; Masashi Isehara Kanagawa Takeda
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-09-12
Filing date: 1975-08-21
Publication date: 1978-08-24
Also published as: AT349067B; SE417148B; NL7510729A; FR2285016B1; NL165347C; AU8415975A; CA1054711A; DE2537276B2; JPS5515388Y2; JPS5145348U; GB1517948A; FR2285016A1; DE2537276A1; SE7510219L; ATA695975A; NL165347B

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Begrenzer für elektrische Schwingungen gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche.

Um die magnetische Sättigung des in Magnetbändern verwendeten Magnetmateriils in Geräten zur magnetischen Aufzeichnung 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 ein Begrenzer vorgesehen. Bei bekannten Schaltungen solcher Begrenzer liegt beispielsweise ein variables Impedanzelement in einer Shunt-Strecke, also in einem Überbrükkungs 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_c über der Basis-Emitterspannung Vi_x in einem weiten Regelbereich nicht linear ist, wird mithin auch das

i» Eingangssignal nichtlinear verzerrt Dies ist insbesondere für Magnetbandgeräte höherer Qualität unerwünscht

Um diesen aus nichtlinearen Verzerrungen namentlich im unteren Regelbereich resultierenden Nachteil bekannter Begrcnzerschaltungen zu beseitigen, ist es für Netzwerke zur automatischen Pegelregelung von Verstärkern bekannt (vgl. DE-AS 22 24 227), einen Regeltransistor einzusetzen, der nicht durch eine Spannungs- sondern durch eine Stromquelle, also durch ein Stromsignal, angesteuert wird. Diese Stromquelle ist bei der bekannten Ausführungsform ein Transistor, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zwischen der das Spannungssigna! 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/Stromwandfimg läßt sich bereits eine wesentliche Erweiterung tics linearen

so Regelbereichs erreichen. Leider fließt auch in diesem Fall kurz vor dem Einsatzpunkt der Regelung ein Leckstrom über die Kollektor-Emitter-Strecke des Stromquellen-Transistors. Dieser Leckstrom vermag den Regeltransistor kaum, in einigen Fällen jedoch in einem 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.

An Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere für magnetische Au./eichnungs- und Wiedergabegeräte geeignete Begrenzerschaltung zu schaffen, mit der sich über einen weiten Regelbereich eine hohe Linearität zwischen einem die Schaltung

4-, ansteuernden Eingangssignal und dem Ausgangssignal insbesondere auch am unteren Ende des Regelbereichs gewährleisten läßt

Die Lösung dieser technischen Aufgabe erfolgt nach der Lehre des Patentanspruchs 1, dessen Merkmale

vi tinter anderem gemäß den Unteransprüchen vorteilhaft weitergebildet werden können.

Um den störenden Einfluß der nichtlinearen Verzerrungen kurz vor dem Einsatz der Regelwirkung zu beseitigen, sieht die Erfindung bei einer Begrenzerschal-

,-, tung nach der eingangs genannten Gattung nicht nur Mittel zur Umsetzung einer gewonnenen Gleichspannung in ein entsprechndes Stromsignal, sondern auch eine Einrichtung vor, über die sich das Stromsignal während der AUS-Zeit des Begrenzers unwirksam

w) 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

h-, nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweisen Ausflihrungsformen erläutert. Die Fig.l und 2 zeigen die Schaltbilder möglicher Ausführiingsformen einer Begrenzerschaltung mit erfin-

dungsgemäßen Merkmalen.

Bei einer Begrenzerschaltung gemäß der Erfindung (vgl. Fig, I und 2) 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 Q auf eine Ausgangsklemme 2 und wird außerdem über die Reihenschaltung zweier Widerstände /?2 und Ri in bezug auf ein Bezugspotential, beispielsweise Masse, aufgeteilt Der Verbindungspunkt 3 zwischen den Widerständen R₂ und A3 ist mit der Basis eines gleichrichtenden Transistors Qs verbunden, dessen Kollektor über einen Widerstand Rs mit einer Klemme 4- B einer Stromversorgungseinheit verbunden ist Der Emitter des Transistors Qs ist einerseits mit der Parallelschaltung eines Widerstandes R\ 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 über eine Diode D₂ auf Masse, während sein Kollektor über einen als Diode geschalteten Transistor Qa und gegebenenfalls einen nur in Fig.2 eingezeichneten Strombegrenzerwidersia.nd Ä9 mit der Stromversorgung + B verbunden ist Bei diesen Ausführungsformen ist der Transistor Qa vom pnp-Typ, bei dem die Basis und der Kollektor zusammengeschaltet und mit dem Kollektor des Transistors Q₂ verbunden sind.

Ein Transistor Qs liegt parallel zum Transistor Qa, das heißt die Basis und der Emitter des ersteren Transistors sind mit der Basis bzw. dem Emitter des zweitgenannten Transistors verbunden. Das Transistorpaar Qa und Qs bildet also eine Stromquelle, die das der gleichgerichteten und die Basis des Transistors Q₂ beaufschlagende Spannung entsprechende Gleichstromsignal liefert. Der Kollektor des Transistors Q, ist mit den Basen von Transistoren Q\ „ und Q\ b verbunden, die ein variables Impedanzelement Q\ bilden und die in Gegenphase parallel geschaltet sind, d. h. der Emitter des Transistors Q\ j und der Kollektor des Transistors Q\ _b sind miteinander und außerdem mit dem Eingang des Verstärkers A verbunden, während der Kollektor des Transistors Q\, und der Emitter des Transistors Q\ b zusammen und auf Masse geschaltet sind.

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

Schalter Si Si

EIN
AUS

Begrenzer

AUS
EIN

Der eine Schalter 5Ί liegt zwischen dem Emitter des Transistors Qj und Masse, während der andere Schalter S₂ zwischen den Anschlußpunkt 3 und Masse geschaltet ist. Beide Schalter .?, und S₂ sind miteinander wirkungsmäßig so verbunden, daß der Eimitter des Transistors Q, und der Verbindungspunkt 3 unmittelbar auf Masse liegen, wenn keine Begrenzerwirkung auftritt.

Bei den Ausführungsbeispielen ist außerdem eine den wesentlichen Teil der Erfinduni; bildende Überbrückung vorgesehen, die einen zusätzlichen Transistor Qh, einen Widerstand R_1n sowie Dioden D\ und D₂. Der Kollektor des die Stromquelle bildenden Transistors Qs wiederum ist einerseits über die Reihenschaltung des Widerstands /?io und der in Durchlaßrichtung gepolten Diode D\ mit der Basis des Transistors Q₂ und zum anderen mit dem Emitter dps pnp-Transistors Qi verbunden, dessen

-» Kollektor direkt auf Masse liegt. Die Basis des Transistors Q₆ ist mit den Basen der Transistoren Q\ _a und Q\ b verbunden. Andererseits liegt der Emitter des Transistors Q₂ über die andere, ebenfalls in Durchlaßrichtung gepolte Diode D₂ auf Masse.

Nachfolgend wird die Betriebsweise der soweit beschriebenen Schaltung in Einzelheiten, zunächst ohne Betrachtung der im vorstehenden Absatz erwähnten Überbrückung, erläutert: Das die Eingangsklemme 1 beaufschlagende Eingangssignal wird durch den Ver- -> stärker A verstärkt und gelangt dann über die Leitung 1 auf die Ausgangsklemme 2, die beispielsweise mit einem nichtgezeigten Magnetkopf verbunden sein kann, um auf ein Magnetband aufgezeichnet zu werden. Stehen die Schalter Si und S₂ nun im AUS-Zustand, so wird ein

:i) Teil des verstärkten Signals über die Spannungsteilerschaltung, bestehend aus der Reihenschaltung der Widerstände R₂ und Rs, abgezweigt 1. A gelangt auf den Transistor Qs, der das Teiisignal gleich'ichtet Dieser Transistor Qs wird nur während der positiven Halbwellen des Signals leitend, so daß dem Kondensator C₂ über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Qs ein Ladestrom zufließt. Am Kondensator C₂ baut sich damit eine dem Mittelwert der positiven Halbwellen des Signals entsprechende Spannung auf. Dabei dient der

itr Widerstand R\ zur Entladung der aufgebauten Gleichspannung während der negativen iialbwellen des Signals. Das gleichgerichtete und geglättete Spannungssignal beaufschlagt die Basis des Transistors Q₂, der mithin einen entsprechenden Kollektorstrom zieht. (Im

r> aligemeinen wird die Lade- und Entladezeitkonstante der Begrenzerschaltung kürzer gewählt als die von üblichen automatischen Verstärkungsregelschaltungen.) Der Kollektorstrom fließt über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Qa, so daß sich am Emitter-Ba-

4(1 sis-Übergang des Transistors Qa eine bestimmte Spannung Vbe aufbaut, die in gleicher Größe auch am Emitter-Basis-Übergang des Transistors Qs auftritt. Die., bedeutet, daß der Transistor Qs den gleichen Kollektorstrom zieht wie der Transistor Qa. Der so

4-) erzeugte Regelstrom gelangt über die Emitter-Basis-Diode des in seiner Wirkungsweise unten erläuterten Transistors Qf, auf die Basen der Transistoren Q\ * und Q\ b, deren Impedanzwerte damit entsprechend dem Regelsignal eingestellt werden. Damit wird die Amnlitn-

)(i de des über die Signalleitung 1 übertragenen Eingangssignals in Abhängigkeit vom Impedanzwert des variablen Impedanzelements Q\ eingestellt, das mit dem Widerstand Ra so zusammenwirkt, daß das auf die Ausgangsklemme 2 gelangende Ausgangssignal in

v, eineir gt.nz bestimmten Pegel erscheint.

Wird nun der Fall betrachtet, daß die Begrenzerfunktion durch Umlege;¹ der Schalter Si und S₂ aufgegeben wird, so werden beide Transistoren Q₂ und Qs nichtleitend, und ;s gelangt kein Strom über die durch

Mi die Transistoren Qa und Qs gebildete Stromquelle auf die Transistoren Q\ _a und Qi b- Mithin wird auch der Impedanzwert des variablen Impedanzelements Q\ weitgehend unbestimmt, so daß das Eingangssignal über die Signalübertragungsleitiing I ohne Dämpfung Oberfl-. tragen wird.

Ohne die nachfolgend in ihrer Funktion erläuterte Überbrückung würde jedoch auch in diesem Fall, d. h. im EIN-Zustand der Schalter S₁ und S?. ein Kollektor-Leck-

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strom über den Transistor Q,, der die Transistoren Q-, , und Q _;, mehr oder weniger leitend schaltet, fließen so daß das variable Impedan/element /war eine relativ große, jedoch nicht unendliche Impedanz darstellt. Damit wird das Eingangssignal aufgrund des Impedan/-verhältnisses zwischen dem variablen impedanzelemeiit Ci und dem Widerstand Ra 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. Bei der erfindungsgemäß ergänzten Schaltung fließt im AUS-Zustand der Schalter 5_; und S 2 der Regelstrom vom Transistor Q, in dem Emitter des Transistors Q,. Dies ist deshalb so, weil die Gleichspannungspotentiale am Kollektor des Transistors Q und an der Basis des Transistors Q₇ beide ,inrtrtfnUr ~> l/. /1/. — ^ rvQ nn 11 π(τ am Rücic. Pmil tf*r-\ IW*»r-

gang) betragen, wodurch die Diode D\ nichtleitend wird. Wie oben beschrieben, gelangt der den Transistor ζλ beaufschlagende Regelstrom über den Emitter-Basis-Obergang auf die Basen der Transistoren Q< ., und Q, , und regelt die Impedanz des variablen Impcdan/ele mems Q in gleicher Weise wie ohne Überbrückung.

Werden nun die Schalter .S'< und S; in den EIN-Zustand umgelegt, so daß die Begrenzerwirkung aussetzt, so liegt die Basis des transistors Q> aiii Massepotentiai, d. h. das Koliektorpotcntial des Transi stors Q; wird gleich V_n* Dies bedeutet, daß der Transistor Q* zwangsweise in den Sperrzustand versetzt wird. Selbst wenn jetzt ein Kollektor-I.eckstrom über den Transistor φ-, entsteht, fließt dieser über den Widerstand /?mund die Diode D< nach Masse und nicht in die Transistoren Q₁ ., und Q\ /* so daß der Impedanzwert des variablen Impedanzelements Q\ sd hoch wird, daß das Eingangssignal verzerrungsfrei übertragen werden kann.

Wie aus der soweit gegebenen Beschreibung ersichtlich ist. kann der Transistor Q- durch eine 111 Durchlaßrichtung gepolte Diode ersetzt sein

Die Γ i g. 2 zeigt eine ergänzte Ausführungsform einet erfindiingsgemäßen Schaltung, bei der der Transistor Q temperaturkompensieri ist. Der Kollektor des die Stromquelle bildenden Transistors Q, (vgl. I-1 g. 2) isl über einen Widerstand /fn mit dem Emitter de

Tr^ricjclrjrc f\ »inrl 2 ^ Q''f'^ £ Πι Üb^pf ^ΡΪΠ^Ρ !Π Ο'Τ'-ΉΙ^ί^Γί'ΓΙ

tung liegende Diode D\ mit dessen Rasis verbunden. Mil dieser Sehaltungsergänzung wird nicht nur eint Temperaturkompensation für ilen Transistor C^.. son dem außerdem durch die jetzt mögliche Einstellung de« Widerstandswerts für den Widerstand R eine Rege Uing des durch den Transistor Q. fließenden Regel stroirs erreicht.

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Claims

Patentansprüche;

1. Begrenzer für elektrische Schwingungen, bei dem am Eingang eines Verstärkers eine steuerbar, nach Masse geschaltete Impedanz vorgesehen ist, bei dem weiter am Ausgang des Verstärkers ein Teil der Signalspannung abgegriffen und mit einem Gleichrichter mit einem Ladekondensator zu einer Regelspannung umgeformt ist, die der Basis eines Transistors zugeführt ist, dessen Kollektorstromkreis eine Stromquellenschaltung enthält, die den Steuerstrom für die steuerbare Impedanz liefert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschaltung der Begrenzerwirkung die Basis des Transistors (Q₂) mit einem Schalter (S\) kurzschließbar ist und zur Unterdrückung von Verzerrungen, die in diesem Betriebszustand durch die an der Signalleitung liegende steuerbare Impedanz (Qi) verursacht sind, der Emitter des Transistors (Qi) über eine Diode (D₂) an Masse gelegt ist und seine Basis Ober eine weitere Diode (D]) mit dem Kollektor des als Stromquelle dienenden Transistors (Q,) verbünden und dieser Kollektor über eine dritte Diode (Qö) mit der Steuerelektrode der steuerbaren Impedanz (Q\) verbunden ist '

2. Begrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Schalter (S₂) vorgesehen ist, der zugleich mit dem ersten Schalter (S_t) betätigt wird und die Basis eines als Gleichrichter verwendeten Transistors (Qi) nach Masse schaltet

3. Begrenzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichm.-·, daß zum Vorspannungsausgleich der Schleusenspannung der Diode (D₂) als an der Steuerelektrode der steuerbaren Impedanz (Q\) liegende dritte Diode (Qi) ein Transistor verwendet ist, dessen Emitter-Basis-Strecke als Diode verwendet und dessen Kollektor an Masse geschaltet ist

4. Begrenzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturkompensation der Durchschaltspannung des als Diode verwendeten Transistors (Qb) zwischen dessen Emitteranschluß und der Stromquellenschaltung ein Widerstand (Rn) eingefügt ist und die aus diesem Widerstand und der Emitter-Basis-Strecke des Transistors gebildete Serienschaltung durch eine in sinngemäßer gleicher Richtung geschaltete Diode (D₃) überbrückt ist.