DE1159031B

DE1159031B - Voltage limiter circuit

Info

Publication number: DE1159031B
Application number: DES69200A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Attila Nowak; Dipl-Ing Edgar Heimbach
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-07-01
Filing date: 1960-07-01
Publication date: 1963-12-12

Description

Spannungsbegrenzerschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsbegrenzerschaltung. Derartige Schaltungen haben bekanntlich die Aufgabe, bei bestimmte Schwellwerte überschreitenden Eingangsspannungen konstante Ausgangsspannungen zu liefern.Voltage Limiter Circuit The invention relates to a voltage limiter circuit. It is known that such circuits have the task at certain threshold values supplying constant output voltages when exceeding input voltages.

Eine bekannte Spannungsbegrenzerschaltung zeigt die Fig. 1. Sie besteht aus dem Serienwiderstand R und den beiden antiparallelen Richtleitern D 1 und D2. Wird am Eingang E eine Wechselspannung angelegt, so wird bei überschreiten der Schleusenspannung der verwendeten Richtleiter je nach Polarität der Wechselspannung der eine oder andere Richtleiter durchlässig, und am Ausgang A erscheint eine beidseitig auf die Höhe der Schleusenspannung begrenzte Ausgangsspannung.A known voltage limiter circuit is shown in FIG. 1. It consists of the series resistor R and the two anti-parallel directional conductors D 1 and D2. If an alternating voltage is applied to input E, one or the other directional conductor becomes permeable when the lock voltage of the directional conductor used is exceeded, depending on the polarity of the alternating voltage, and an output voltage limited to the level of the lock voltage appears on both sides at output A.

In vielen Fällen ist es nachteilig, daß derartige Begrenzerschaltungen Eingangsspannungen benötigen, die ein Vielfaches der Schleusenspannung der verwendeten Richtleiter betragen müssen. Dieses Problem ergibt sich beispielsweise bei der Auswertung der Lesespannung eines Trommelspeichers für hohe Speicherdichten, bei der die Nullstellen des Lesespannungsverlaufs aufzusuchen und an diesen Stellen möglichst steile Impulsflanken zu erzeugen sind. Der Magnetkopf eines Trommelspeichers gibt jedoch nur eine Lesespannung in der Größenordnung von Minivolt ab. Sie muß deshalb zunächst verstärkt werden, bevor eine Begrenzung mit Hilfe einer Spannungsbegrenzerschaltung nach Fig. 1 stattfindet. Durch eine Verstärkung ergeben sich jedoch um so mehr Frequenz- und Phasenverzerrungen, je höher der Verstärkungsgrad ist.In many cases it is disadvantageous that such limiter circuits Require input voltages that are a multiple of the lock voltage of the used Judge must be. This problem arises, for example, in the evaluation the reading voltage of a drum store for high storage densities, at which the zeros of the reading voltage curve and the steepest possible pulse edges at these points are to be generated. The magnetic head of a drum memory, however, only gives a read voltage on the order of mini-volts. It must therefore first be strengthened before a limitation with the aid of a voltage limiter circuit according to FIG. 1 takes place. However, amplification results in more frequency and phase distortions, the higher the degree of reinforcement.

Es ist auch bekannt, Spannungsbegrenzerschaltungen in Verbindung mit einem linearen Verstärker derart aufzubauen, daß der Verstärkungsgrad bei Überschreiten einer bestimmten Eingangsamplitude unter Verwendung einer aus zwei antiparallel, gegebenenfalls vorgespannten Richtleitern aufgebauten Gegenkopplungsschaltung begrenzt wird, daß ein Ausgangswert mit fester Amplitude erzielt wird.It is also known to use voltage limiter circuits in conjunction to build a linear amplifier in such a way that the gain when exceeded a certain input amplitude using one of two antiparallel, possibly pre-stressed directional conductors built-up negative feedback circuit limited becomes that an output value with a fixed amplitude is achieved.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Weiterbildung einer derartigen Schaltungsausführung, wobei im besonderen daran gedacht ist, eine Spannungsbegrenzerschaltung zu schaffen, die auch bei sehr kleinen Eingangsspannungen, wie sie beispielsweise als Lesespannungen bei Magnetköpfen auftreten, verwendet werden kann. Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang und Ausgang der Spannungsbegrenzerschaltung über einen Tiefpaßfilter niederohmig miteinander verbunden wird. Bei der Schaltungsausführung nach der Erfindung wird also parallel zur Begrenzerschaltung ein niederohmiges Schaltglied in Form eines Tiefpaßfilters vorgesehen, daß den Eingang und den Ausgang des Verstärkers auf dem gleichen Gleichstrompotential hält. Erst diese Maßnahme ermöglicht eine definierte Arbeitspunkteinstellung des Verstärkers, was gerade bei der Auswertung sehr kleiner Eingangsspannungen als notwendig erkannt wurde.The present invention relates to a development of a such a circuit design, with particular attention being paid to a voltage limiter circuit to create that even with very small input voltages, such as those for example can be used as read voltages in magnetic heads. The circuit arrangement according to the invention is characterized in that the input and output of the voltage limiter circuit are connected to one another in a low-resistance manner via a low-pass filter. When performing the circuit According to the invention, a low-resistance switching element is thus used in parallel with the limiter circuit in the form of a low-pass filter that the input and the output of the amplifier holds at the same DC potential. Only this measure enables a Defined working point setting of the amplifier, what is being done during the evaluation very lower input voltages than necessary was recognized.

Wegen der Kleinheit der Eingangsspannungen ist nämlich eine Verschiebung des Mittelwertes der Spannung, um die herum symmetrisch begrenzt wird, sehr störend. Diese Verschiebung kann durch verschiedene Einflüsse, wie z. B. Bauteilealterung, Temperatureinflüsse, Netzspannungsschwankungen u. a., bedingt sein. Diese Verschiebung wird durch das Tiefpaßfilter verhindert, das den Eingang und den Ausgang der Begrenzerschaltung niederohmig miteinander verbindet und dadurch das Gleichstrompotential an den beiden Verbindungspunkten gleichhält. Das Tiefpaßfilter kann dabei vorteilhaft aus einer Induktivität bestehen.Because of the smallness of the input voltages, there is a shift of the mean value of the voltage, around which the symmetrical limit is made, is very disturbing. This shift can be caused by various influences, such as B. component aging, Temperature influences, mains voltage fluctuations and others. This shift is prevented by the low-pass filter that affects the input and output of the limiter circuit connects with each other with low resistance and thereby the direct current potential at the two Connection points the same. The low-pass filter can advantageously consist of one Inductance exist.

Einzelheiten der Erfindung werden in der Fig. 2 und 3 erläutert.Details of the invention are explained in FIGS.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 gelangt die Eingangsspannung über den Kondensator C 1 an die Basis des Vorverstärker-Transistors T1, der als Emitterfolger arbeitet. Die Kollektorpannung dieses Transistors wird durch die über den Widerstand R 5 ins Zenergebiet gesteuerte Zenerdiode DZ 1 festgelegt. Der Arbeitspunkt dieses Transistors ist mit Hilfe der Widerstände R 1 bis R 5 eingestellt. Der Spannungsteiler aus den Widerständen R 1, R 2 und R 3 und einem temperaturabhängigen Widerstand R 4 dient zur groben Kompensation des Frequenzganges des Verstärkers. Die am Widerstand R 5 abgegriffene Ausgangsspannung des Transistors T 1 gelangt über den Widerstand R 7 an die Basis des Transistors T 2. Der Kondensator C 3 dient ebenfalls zur Frequenzgangkorrektur. Zur Sicherung eines linearen Frequenzganges besteht der Außenwiderstand dieses Transistors aus dem Widerstand R 9 und der Induktivität Dr2. Die Basis des folgenden Transistors T 3 ist über die Zenerdiode DZ2 mit dem Kollektor des Transistors T2 verbunden (Gleichstromkopplung). Die Kollektorspannung des Transistors T 3 ist ebenfalls mit Hilfe einer Zenerdiode DZ3 stabilisiert. Die den Zenerdioden DZ 1 bis DZ 3 parallel geschalteten Kondensatoren C 2, C 4 und C 5 unterdrücken die manchmal im Zenerpunkt der Zenerdioden auftretenden Störspannungen. Am Emitterwiderstand R 11 des Transistors T 3 kann das verstärkte Ausgangssignal abgenommen werden. Die Gleichheit der Gleichstrompotentiale an den Punkten A und B wird durch einen Tiefpaß sichergestellt, der diese beiden Punkte miteinander verbindet und im vorliegenden Fall aus der Induktivität Dr 1 besteht.In the embodiment according to FIG. 2, the input voltage reaches the base of the preamplifier transistor T1, which operates as an emitter follower, via the capacitor C 1. The collector voltage of this transistor is determined by the Zener diode DZ 1 controlled into the Zener area via the resistor R 5. The operating point of this transistor is set with the help of resistors R 1 to R 5. The voltage divider consisting of resistors R 1, R 2 and R 3 and a temperature-dependent resistor R 4 is used to roughly compensate for the frequency response of the amplifier. The output voltage of the transistor T 1 tapped at the resistor R 5 reaches the base of the transistor T 2 via the resistor R 7. The capacitor C 3 is also used for frequency response correction. To ensure a linear frequency response, the external resistance of this transistor consists of the resistor R 9 and the inductance Dr2. The base of the following transistor T 3 is connected to the collector of the transistor T2 via the Zener diode DZ2 (direct current coupling). The collector voltage of the transistor T 3 is also stabilized with the aid of a Zener diode DZ3. The capacitors C 2, C 4 and C 5 connected in parallel to the Zener diodes DZ 1 to DZ 3 suppress the interference voltages that sometimes occur at the Zener point of the Zener diodes. The amplified output signal can be picked up at the emitter resistor R 11 of the transistor T 3. The equality of the direct current potentials at points A and B is ensured by a low-pass filter which connects these two points and in the present case consists of the inductance Dr 1 .

Der Widerstand R 8 erzwingt, daß die Basiselektroden der Transistoren T 1 und T 2 etwa dasselbe Gleichstrompotential haben.The resistor R 8 forces the base electrodes of the transistors T 1 and T 2 to have approximately the same direct current potential.

Die amplitudenabhängige, nichtlineare Gegenkopplung zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Begrenzers besteht aus den beiden antiparallelen Richtleitern D 1 und D 2, die den Emitter des Transistors T 3 mit der Basis des Transistors T 2 ver- binden. Sobald infolge der am Punkt B abgegriffenen steigenden Ausgangsspannung einer der beiden Richtleiter D 1 und D 2 durchlässig wird, fällt am Widerstand R 7 ein Teil der vom Transistors T 1 gelieferten Eingangsspannung ab, und es entsteht eine starke Spannungsgegenkopplung auf den Eingang des Transistors T2. Dadurch wird ein weiteres Ansteigen der Ausgangsspannung verhindert.The amplitude-dependent, non-linear negative feedback between the output and the input of the limiter consists of the two anti-parallel directional conductors D 1 and D 2, which connect the emitter of the transistor T 3 to the base of the transistor T 2 . As soon as one of the two directional conductors D 1 and D 2 becomes permeable as a result of the rising output voltage tapped at point B, part of the input voltage supplied by transistor T 1 drops across resistor R 7, and there is strong negative feedback on the input of transistor T2. This prevents the output voltage from increasing further.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gelangt die Eingangsspannung über den Übertrager UT 1 an die Basis des Transistors T4, dessen Basisstrom mit Hilfe der Widerstände R 18 und R 13 eingestellt ist. Die verstärkte und begrenzte Ausgangsspannung wird an der Sekundärwicklung des Ausgangsübertragers UT 2 abgenommen. Die amplitudenabhängige Gegenkopplung ist in diesem Falle eine reine Wechselstromgegenkopptung und erfolgt vom Kollektor des Transistors T4 auf die Basis des Transistors. Sie besteht aus zwei antiparallel geschalteten Richtleitern D 3 und D4, die in Sperrichtung vorgespannt sind. Bei fehlender Eingangsspannung am Eingang E ist der Richtleiter D 3 mit einer Spannung gesperrt, die ungefähr dem Spannungsabfall am Widerstand R 17 entspricht. Die Sperrspannung am Richtleiter D 4 ist ungefähr der Spannung am Widerstand R 15 gleich. Die Vorspannungen der Richtleiter lassen sich also durch entsprechende Wahl der Widerstände R 17, R 15 und R 12 einstellen. Sobald nun am Eingang E Eingangsspannungen anliegen, treten auch an der Primärwicklung des Ausgangsübertragers UT 2 Wechselspannungen auf. Wenn diese Spannungen die eingestellten Sperrspannungen und die Schleusenspannungen der Richtleiter D 3 bzw. D 4 überschreiten, so setzt über die Kondensatoren C 10 bzw. C 11 eine starke Gegenkopplung von dem Kollektor auf den Emitter des Transistors T 4 ein, die ein weiteres Ansteigen der Spannungen an der Primärwicklung des Ausgangsübertragers UT 2 und damit der Ausgangsspannung verhindert. Der Wechselstromwiderstand der Kondensatoren C 7, C 8 und C 9 ist vernachlässigbar.In the embodiment according to FIG. 3, the input voltage reaches the base of the transistor T4 via the transformer UT 1, the base current of which is set with the aid of the resistors R 18 and R 13. The amplified and limited output voltage is taken from the secondary winding of the output transformer UT 2 . The amplitude-dependent negative feedback is in this case a pure alternating current negative feedback and takes place from the collector of the transistor T4 to the base of the transistor. It consists of two directional ladders D 3 and D4 connected anti-parallel, which are biased in the reverse direction. If there is no input voltage at the input E, the directional conductor D 3 is blocked with a voltage which corresponds approximately to the voltage drop across the resistor R 17. The reverse voltage at the directional conductor D 4 is approximately the same as the voltage at the resistor R 15. The bias voltages of the directional conductors can therefore be adjusted by selecting the resistors R 17, R 15 and R 12 accordingly. As soon as there are input voltages at the input E, alternating voltages also appear on the primary winding of the output transformer UT 2. If these voltages exceed the set blocking voltages and the lock voltages of the directional conductors D 3 and D 4 , a strong negative feedback from the collector to the emitter of the transistor T 4 sets in via the capacitors C 10 and C 11, which causes a further increase in the Voltages on the primary winding of the output transformer UT 2 and thus the output voltage are prevented. The AC resistance of the capacitors C 7, C 8 and C 9 is negligible.

Durch die amplitudenabhängige Gegenkopplung wird auch erreicht, daß die verwendeten Transistoren nicht übersteuert werden. Dies ist besonders bei höheren Frequenzen wichtig, da ein Transistor bei übersteuerung infolge des Ladungsträgerspeichereffektes auch nach Abschalten der Steuerspannung noch kurzzeitig leitend ist.The amplitude-dependent negative feedback also achieves that the transistors used are not overdriven. This is especially true at higher levels Frequencies important because a transistor is overdriven due to the charge carrier storage effect is still conductive for a short time even after switching off the control voltage.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Voltage limiting circuit with a linear Amplifier with an output voltage when a certain amplitude is exceeded effective negative feedback from two anti-parallel, possibly prestressed directional ladders, characterized in that the input and output of the voltage limiter circuit are connected to one another in a low-resistance manner via a low-pass filter.

2. Voltage limiter circuit according to claim 1, characterized in that the low-pass filter consists of an inductance consists.

3. Voltage limiter circuit according to claim 1 and 2, characterized in that that the bias voltages derived from the operating voltages by voltage division are. Documents considered: German Patent No. 745 228; Electronics, 2/1957, p. 168; 11/1958, p. 86.