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Amplitudenbegrenzender Transistorimpulsverstärker Es ist bereits eine
Reihe von Amplitudenbegrenzerschaltungen bekannt. Fig. 1 zeigt eine übliche Begrenzerschaltung.
Am Eingang E wird eine Wechselspannung zugeführt. Die beiden Dioden D 1 und D 2
liegen antiparallel und sind durch die Gleichspannungen U 1 und U 2 jeweils
in Sperrichtung vorgespannt. Am Ausgang A erhält man eine auf die Spannungen (;
1 und U 2 begrenzte Wechselspannung.
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1N'citerhin besteht die Möglichkeit, eine Amplitudenbegrenzung durch
Übersteuerung von Verstärkern zu erreichen.
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Fig. 2 zeigt eine übliche Transistor-Verstärkerstufe. Durch die Widerstände
R 2 bis R 5 ist der Arbeitspunkt des Transistors T 1 eingestellt. Der Widerstand
R 6 und der Kondensator C 2 stellen eine Stromgegenkopplung dar. Die am Eingang
E zugeführte Wechselspannung gelangt über den Kondensator C 1 an die Basis
des Transistors T?. Bis zu einem gewissen Amplitudenwert dieser Eingangsspannung
kann man am Kollektor von T 1 eine linear verstärkte Spannung entnehmen. Bei weiter
ansteigender Eingangsspannung treten im Zusammenhang mit einer Verschiebung des
Arbeitspunktes des Transistors T 1 starke Verzerrungen auf. Diese Verschiebung hat
ihre Ursache darin, daß der Eingangswiderstand des Transistörs T 1 infolge des Diodenverhaltens
der Basis-Emitter-Strecke unsymmetrisch ist. Außerdem treten zusätzliche Verzerrungen
auf, wenn der Arbeitspunkt nicht geeignet eingestellt ist.
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An eine korrekte, symmetrisch arbeitende Begrenzerschaltung muß die
Forderung gestellt werden, daß der arithmetische Mittelwert jedes Schaltungsteilstroms
von der am Eingang E angelegten Signalspannung unabhängig und somit konstant sein
muß. Diese Bedingung wird von der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 nicht erfüllt.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrstufigen amplitudenbegrenzenden
Transistorimpulsverstärker, der eine seinem Steuereingang zugeführte Wechselspannung
von in weiten Grenzen schwankender Amplitude und Frequenz verstärkt und oberhalb
eines bestimmten Amplitudenwertes auf einen konstanten Scheitelwert begrenzt.
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Erfindungsgemäß ist der Arbeitspunkt mindestens eines Transistors
so eingestellt, daß die Arbeitskennlinie zentralsymmetrisch zum Arbeitspunkt liegt.
Außerdem wird der infolge des Diodenverhaltens der Emitter-Basis-Strecken bei Emitter-
oder Basisschaltung unsymmetrische Eingangswiderstand der Transistoren durch Antiparallelschaltung
eines Richtleiters zu der Emitter-Basis-Diodenstrecke mindestens eines Transistors
symmetriert, und es arbeitet mindestens ein Transistor als Verstärker und Begrenzer.
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Es sind bereits Schaltungen bekannt, bei denen antiparallel zu der
Emitter-Basis-Diodenstrecke eines "Cransistors ein Richtleiter geschaltet ist. Dieser
Richtleiter dient jedoch nicht zur Symmetrierung des Eingangswiderstandes, sondern
hat lediglich die Aufgabe, in seinem Durchlaßwiderstand eine Sperrspannung für den
Transistor zu liefern und bei geöffnetem Transistor einen unnötigen Nebenschluß
zu vermeiden.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist
zusätzlich der Eingangswiderstand mindestens eines Transistors durch Einschalten
eines Widerstandes in die Basiszuleitung linearisiert.
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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig. 3 und 4 dienen zur Erläuterung der Erfindung. Fig. 5 zeigt den
Aufbau einer Stufe des amplitudenbegrenzenden Transistorimpulsverstärkers gemäß
der Erfindung; Fig.6 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung;
Fig. 7 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung
bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6.
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In Fig. 3 stellt die Linie 1 die Widerstandsgerade für den
Gleichstrominnenwiderstand eines Transistors dar. Die Linie 2 zeigt die Arbeitsgerade
bei linearem Abschlußwiderstand. Sie ist durch die beiden Punkte a (maximale Kollektor-Emitter-Spannung)
und b (maximaler Kollektorstrom) gegeben. Der Schnittpunkt der Linien 1 und 2 ergibt
den Arbeitspunkt A. Bei Aus-
Steuerung des Transistors pendelt der
Betriebspunkt auf der Arbeitsgeraden 2 um den Arbeitspunkt A. Bei größeren
Aussteuerungen werden die Punkte a und b erreicht. Wie leicht einzusehen ist, muß
bei symmetrischer Begrenzung gefordert werden, daß der Arbeitspunkt A in der Mitte
zwischen den beiden Punkten a und b liegt. Dies ist dann der Fall,
wenn die Neigung der beiden Linien 1 und 2 gleich groß ist. Daraus
ergibt sich die eine Bedingung für symmetrische Begrenzung bei linearem Abschlußwiderstand,
daß der Gleichstrominnenwiderstand gleich dem Kollektorabschlußwiderstand des Transistors
sein muß.
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Infolge des Diodenverhaltens der Basis-Emitter-Strecke eines Transistors
ist der Eingangswiderstand eines Transistors unsymmetrisch. Schaltet .man nun der
Emitter-Basis-Diode eine gleichartige Diode antiparallel, so ergibt sich im wesentlichen
eine Kennlinie wie die Linie 2 in Fig. 4. Diese Linie ist zwar nichtlinear,
aber zentralsymmetrisch zum Arbeitspunkt A, falls dieser in der Mitte zwischen den
beiden Punkten a und b liegt. Hierdurch ist die zweite Bedingung für
eine symmetrische Spannungsbegrenzung gegeben.
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Die Durchlaßspannung von Dioden beträgt im allgemeinen nur einige
Zehntel Volt. Bei den üblichen Transistoren liegt der Arbeitspunkt bei einer Kollektor-Emitter-Spannung
von mehreren Volt. Dies würde zur Folge haben, daß die Strecke d"A' in Fig.
4 klein gegen die Strecke 7t' b' wäre. Eine Vergrößerung der Strecke
97-A-1 bzw. A' c' läßt sich durch Einschalten eines Widerstandes des Transistors
erreichen.
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Bei der Stufe nach Fig. 5 wird am Eingang E ein Impuls zugeführt,
der über den Kondensator C3 und Transistors T2 gelangt. Der Arbeitspunkt dieses
Transistors ist mittels der Widerstände R 8 bis R 11
so eingestellt,
daß die Arbeitskennlinie zentralsymmetrisch zum Arbeitspunkt liegt. Der Widerstand
R 12
und der Kondensator C 4 stellen eine Stromgegenkopplung dar. In
Antiparallelschaltung zur Emitter-Basis-Diodenstrecke des Transistors T2 liegt die
Diode D3. Dadurch wird erreicht, daß der am Eingang E wirksame Wechselstromwiderstand
symmetrisch ist.
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Fig. 6 zeigt einen ausgeführten amplitudenbegrenzenden Transistorverstärker
gemäß der Erfindung. Die Schaltung nach Fig. 6 ergibt sich im wesentlichen durch
eine Hintereinanderschaltung von drei Stufen nach Fig. 5. In die Basiszuleitung
jedes der Transistoren T 3 bis T 5 ist ein Linearisierungswiderstnd
R 13 bis R 15 eingeschaltet. Antiparallel zu den Emitter-Basis-Diodenstrecken
dieser Transistoren liegen die Dioden D 4 bis D 6. Die Widerstände R 16 bis R 19,
R 22 bis R 25,R 28 bis R 30, Rb, R 21, R 27 und R 32 dienen zur Einstellung der
Arbeitspunkte dieser drei Transistoren. Die Widerstände R 20, R 26 und R 31 und
die Kondensatoren C 7 bis C 9 stellen Stromgegenkopplungen dar. Die Kondensatoren
C 4 bis C 6 dienen zur Ankopplung an die jeweils nächstfolgende Stufe. Die Kondensatoren
C10 bis C12 sind Glättungskondensatoren für die Versorgungsspannung.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig.10 ist nach Kenntnis der Wirkungsweise
der Schaltung nach Fig. 5 ohne weiteres verständlich.
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Fig. 7 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen Eingangsspannung
UE und Ausgangsspannung UA bei einem ausgeführten Beispiel nach Fig. 6. Wie man
erkennt, ist nach überschreiten einer bestimmten Eingangsspannung Ur 1, bis zu der
der Begrenzerverstärker als linearer Verstärker arbeitet, die Amplitude der Ausgangsspannung
unabhängig von der Amplitude der Eingangsspannung.
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Der Frequenzbereich, in dem die Begrenzerverstärkerschaltung nach
Fig. 6 korrekt wirksam ist, ist einerseits durch die Grenzfrequenz der verwendeten
Transistoren und andererseits durch die Kapazität der Ankopplungskondensatoren gegeben.