FI87860B - Differentialutgaongens koppling som enpolig - Google Patents

Description

1 87860

Di f ferentiaa1ilähdön kytkentä ykeipäieeksi Tämä keksintö koskee kytkentää, jolla balansoidun sekoitti-men differentiaalisista lähdöistä tehdään yksipäinen lähtö. Kytkentä toteutetaan käyttämällä puolijohteita ilman muunta-jasovitusta. Kytkentää voidaan käyttää kaikissa balansoiduissa transistorisekoittimisea edellyttäen, että dif ferentiaa1ilähdön molemmat puolet ovat käytettävissä.

Tavanomaisen tunnetun transistorisekoittimen, joka on esitetty kuviossa 1, rakenteesta johtuen balansoitu lähtö sijaitsee transistorien koi 1ektorei1la ja on suurimpedanssinen (noin 100 kohm>. Yleensä sekoitinta seuraa aina jonkinlainen suodatin, jolla poistetaan ei-toivotut sekoitustulokset. . Suodattimien impedanssit puolestaan ovat huomattavan pieniä, noin 2,5 kohm - 50 ohm. Perinteisesti tehonsiirron aikaansaamiseksi välttämätön sovitus on tehty käyttämällä muuntajasovitusta, kuten kuviossa 2 on esitetty. Balansoinnin hyväksikäyttö vaimentaa tällöin lähtöeignaa1 in vääristymistä. Toinen vaihtoehto sovittaa tällaisen sekoitinpiirin lähtöimpedanssi suodattimille on käyttää resistansseja, kuten kuviossa 3 on esitetty, tai käyttää muita vastaavia impedanssin sovituspiirejä.

. . Kuviossa 2 esitetyn tunnetun muuntajaan M perustuvan sovituk sen yksipäisessä lähdössä D oleva lähtösignaa1i täyttää sinänsä signaalin laadulle, ts. sekä impedanssille että särön pienuudelle asetetut vaatimukset, mutta nykyisissä vastaan-otin-lähetin sovellutuksissa ei käytetä enää muuntajia, koska niillä on haittapuolina suuri koko ja paino, viritystarve ja usein korkea hinta.

Useimmissa kaupallisissa sekoitinpiireissä 1ähtöimpedansoit on sovitettu suodattimille käyttämällä piirin sisällä vastaavia resistansseja RL, juuri kuvion 3 mukaisesti. Ongelmaksi 2 87860 muodostuu tällöin se, että tästä di f ferentiaa1ilähdöstä ei voida muuntajakytkennön puuttuessa käyttää kuin toinen puoli, joko A tai B, koska suodattimet eivät ole tuloiltaan differentiaalisia.

Käyttämällä sekoitinta tällä tavalla ilman muuntajakytkentää syntyy piiristä riippuen suurilla tulosignaalin tasoilla seu-raavia ongelmia: lähtösignaali leikkautuu epäsymmetrisesti; lähtösignaa1i romahtaa, sekoitusvahvistus katoaa; lähtösignaa1 in harmoniset dominoivat voimakkaasti.

Suuren tulosignaalin tapauksessa on siis kuvion 3 sekoittimen di f ferentiaalilähdön kummassakin haarassa A ja B latvastaan leikkautuneet ja säröytyneet sekoitustulokset . Tällaiset suu-risäröiset tavanomaisen sekoittajan dif ferentiaa1ilähtöjen signaalit on esitetty kuviossa 4.

Keksinnön mukaisella kytkennällä saadaan aikaan ratkaiseva parannus edellä esitetyissä epäkohdissa. Tämän toteuttamiseksi keksinnön kytkennälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnuemerkkiosassa. Tällä keksinnöllä voidaan saavuttaa samat ominaisuudet kuin perinteisellä muuntajasovituksella käyttämällä pelkästään transistoreita tai vastaavia puolijohteita sekä vastuksia. Tämän keksinnön etuina ovat lähtösignaa1 in vähäinen särö myös suurilla tulo-signaalin tasoilla, lähdön yksipäisyys sekä kytkennän pieni koko ja halpa hinta. Lisäksi kytkentä ei edellytä erityistä viritystä.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti oheisiin piirustuksiin viittaamalla.

Kuvio 1 esittää tunnettua balansoidun sekoittimen kytkentää; kuvio 2 esittää kuvion 1 ookoittimon dif ferentiaa1i1ähtöjen tunnettua muuntajakytkentää; 3 87860 kuvio 3 esittää kuvion 1 eekoittimen tunnettua lähtöimpedans-oin sovitusta, jolloin on käytettävissä vain toinen differen-tiaalilähdöistä; kuvio 4 esittää kuvioiden 1 ja 3 dif ferentiaa 1i1ähdöιesä A ja B esiintyviä signaaleja; kuvio 5 esittää kuvion 1 sekoittimeen liitettyä keksinnön mukaista virtapeilikytkentää; kuvio 6 esittää kuvion 5 mukaisella kytkennällä saatavaa pienisäröistä lähtösignaalia; ja kuvio 7 esittää virtapeilissä kantavirran kompensointikytken-t ää .

Tässä keksinnössä eekoittimen lähtösovitin differentiaalisesta lähdöstä A, B yksipäiseksi lähdöksi C on toteutettu transistoreilla käyttämällä hyväksi kuviossa 5 esitetyn virtapeili-kytkennän ominaisuuksia. Virtapeili muodostuu yksinkertaisimmillaan yleensä kahdesta identtisestä transistorista Tri ja Tr2, joiden kannat on kytketty suoraan toisiinsa. Toinen transistori, tässä tapauksessa Tri on kytketty diodiksi ja sen kanta-emitterijännite Vbe säätää kantavirran transistorille Tr2. Tämän varsinaisen virtapeilin lisäksi kytkennässä on virtaa kontrolloivat vastukset Rl ja R2. Virtapeili kääntää : - referenssivirran Iref lähtövirraksi Ie. Ts. virtapeilin omi naisuuteen kuuluu, että likipitäen Iref = Ie ja tarkasti laskien Ie - Iref(β/(3+2)), jossa 3 = transistorin virtavahvis-tuskerroin.

Virtapei1itransistorit Tri ja Tr2 muodostavat virtapeilin perusrakenteen ja ne on kytketty eekoittimen di f ferentiaa1ilähtöihin siten, että ensimmäisen transistorin Tri kollektori on kytketty lähtöön B ja toisen transistorin Tr2 kollektori toiseen lähtöön A. Vastukset Rl ja R2 ovat tasaamassa mahdollista transistoreiden epäsovituksesta aiheutuvaa kanta/emitteri-jännitteen erovirhettä sekä 1ämpötilakertoimi on AVbe/ΛΤ keskinäistä erovirhettä. Vastuksilla R3 ja R4 voidaan lähtöimpe-danssi sovittaa kulloisellekin suodattime11 e oikeaksi sekä 4 87860 asettaa lähdön jännitetaso optimaaliselle toiminta-aluee11e. Vastus R5 ei ole tarpeen mutta on usein kytkennässä mukana, jos käytetään jotain kaupallista piiriä. Tällöin vastukset R5 ja R3 ovat yhtäsuuria ja ovat integroituna piirin sisälle. Transistorit Tr3 - Tr8 muodostavat varsinaisen se-koitinosan, kuten myös kuvioissa 1-3, ja ovat mikropiirin sisällä. Joissakin kaupallisissa piireissä, joissa sekoittimen toinen lähtö on kytketty sisäisesti käyttöjännitelinjaan, ei mainittua virtapei1ikytkentää luonnollisesti voida käyttää.

Sekoittimessa differentiaalilähdön mukaisesti signaalit ovat toisilleen vastakkaisvaiheiset. Koska virtapeili on signaalin suhteen kääntävä kytkentä, voidaan lähdöt A ja B yhdistää virtapeilillä toisiinsa. Tällöin voidaan sekoittimeen keksinnön mukaan kytketyn virtapeilin lähtöpisteessä C havaita amplitudiltaan kasvanut symmetrisesti hieman leikkautunut signaali, kuten on esitetty kuviossa 6, on te. tapahtunut signaalin vahvistumista. Voidaan osoittaa, että keksinnön kytkennällä on periaatteessa 3 dB:n lisävahvistus sekoitusvah-vistukselle. Käytännössä vastukset. Rl ja R2 vähentävät vahvistusta hieman mutta noin 2,5 dB:n lisävahvistus on hyvin reaalinen.

Esitetty kytkentä eliminoi lähtösignaa1 in leikkaantumieen epäsymmetrisesti sekä vaimentaa lähtösignaalin harmonisten dominoivaa vaikutusta tehokkaasti. Muutoin suurilla tulosig-naalin tasoilla pelkän kytkemättömän te. kuvion 3 mukaisesti kytketyn sekoittimen esi jännitteet muuttuvat helposti siinä määrin, koska virta pyrkii kasvamaan, että lähtösignaali romahtaa tai säröytyy, kuten myös kuviosta 4 näkyy. Koska virtapeili muodostaa sekoittimelle aktiivisen kuorman, ei sekoit-timen tasavirranvaihtelu muuta merkittävästi kokonaiskytkennän toimintapistettä.

5 87860

Lisäetuna nähdään, että keksinnön mukainen sovituskytkentä on laajakaistainen eikä siinä ole viritystarvetta. Virtapeili voi olla sekoittimen rakenteesta johtuen joko PNP- tai NPN-tyyppinen riippuen siitä, onko sekoitin vastaavasti NPN- tai PNP-tyyppinen lähtöastee 1 taan.

Kytkentään liittyy ainoastaan yksi merkittävä ehto. Mikäli lähtökohtana käytetyn sekoittimen kytkentä on muotoa, jossa kuvion 5 sovitusvastukset R5 ja R3 ovat piirin sisällä ja jos Tr3:n, Tr5:n ja Tr4:n, Tr6:n ko1lektorivirrat ovat niin pieniä, että jännitehäviö Vco vastuksissa R5 ja R3 on alle Trl:n ja Tr2:n kantaemitterijännitteen Vbe, ts. alle noin 0,6 V, ei virtapei1ikytkentää voida käyttää. Mikäli lähdöt ovat avo-kollektorimuotoa, voidaan vastukset sovittaa kulloisenkin virran ja kuormaimpedanssin mukaan.

Jos sekoitin on sitä tyyppiä, että käytettävissä on vain toinen, joko A- tai B-lähtö, ei virtapeilikytkentää tietenkään voida soveltaa.

Virtapeili voidaan käytännössä toteuttaa esitetyllä peruskyt-kennällä, mutta virtapeilistä on mahdollista tehdä tarkempi kantavirran kompensoivalla kytkennällä, kuten kuviossa 7 on . esitetty, jossa kantavirtaa varten on asetettu oma virtavah- vistin transistorin Tr9 muodossa. Virtapeilin lähtöimpedanssia voidaan myös kasvattaa 1isäastei1la, kuten käyttämällä ns. Wilsonin virtapeiliä ja/tai kaskadiin kytkettyjä virtapeilejä. Voidaan kuitenkin todeta, että peruskytkentä on riittävä toiminnan aikaansaamiseksi useimmissa tilanteissa. Mikäli transistorit Tri ja Tr2 ovat identtisiä, ts. sovitettu riittävän * : tarkasti toisiinsa, on mahdollista jättää vastukset Rl ja R2 kokonaan pois.

6 87860

Kuorman sovitukset voidaan tehdä esitetyn mukaisesti vastuksilla R5 , R3 ja R4, mutta muunnelmia on toki mahdollista tehdä. Pääasia on, että lähdön C lähtöimpedanesi vastaa tarvittavaa suodinimpedanssia ja että lähdön jännitetaso on toiminta-alueen puolivälissä.

Virtapeilin peruskytkentä on hyvin käyttökelpoinen siitä syystä, että kyseistä transistoriparia on saatavana sovitettuna parina samassa kotelossa. Vastukset R5 ja R3 ovat useimmiten eekoittimen yhteydessä joten 1isäkomponentteina tarvitaan vain vastukset Rl, R2 ja R4.

Esitetty keksintö on havaittu kytkennältään hyväksi parantaen merkittävästi kulloisenkin eekoittimen ominaisuuksia.

Claims (3)

7 87860

1. Kytkentä, jolla balansoidun sekoittimen differentiaalisista lähdöistä (A, B> tehdään yksipäinen lähtö (C>, kytkennän muodostuessa transistorivirtapeilistä, jossa kummankin virta-pei1itransistorin (Tri, Tr2) kollektori on kytketty yhteen , sekoittimen dif ferentiaa1ilähdön kahdesta haarasta (A, B) ja virtapeilin lähtö (C> on vahvistimeksi kytketyn virtapeili-transistorin <Tr2> kollektorilla, tunnettu siitä, että virtapeilitransistorien (Tri, Tr2) rinnalle on kytketty ainakin yksi vastus (R3 ja/tai R5), ja että nämä vastukset ja virtapeilitraneistorit on valittu siten, että kollektorivir-tojen aiheuttamat jännitehäviöt (Vco) näissä rinnalle kytketyissä vastuksissa (R3, R5) ovat suurempia kuin virtapeili-transistorien kanta-emitterijännite (Vbe).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että virtapeilitransistorien (Tri, Tr2> kollektorit on kytketty suoraan sekoittimen lähtötransistorien (Tr3-Tr6> ko1lektorei11 e ilman välissä olevia sovitusvastuksia, ja että virtapeili sisältää lähtöimpedanssin sovitusvastuksia (R3, R4, R5 ) .

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että virtapeilitransistorien (Tri, Tr2) emittereille on sarjaan kytketty sovitusvastukset (Rl, R2) näiden transistorien sovittamiseksi toisiinsa. a 8 7 8 60