DE1121113B

DE1121113B - Amplitude-limiting transistor pulse amplifier

Info

Publication number: DE1121113B
Application number: DES64788A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Grafinger
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-09-07
Filing date: 1959-09-07
Publication date: 1962-01-04
Also published as: BE594751A

Description

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.Amplitude Limiting Transistor Pulse Amplifier A number of amplitude limiting circuits are already known. Fig. 1 shows a conventional limiter circuit. An alternating voltage is fed to input E. The two diodes D 1 and D 2 are antiparallel and are each biased in the reverse direction by the DC voltages U 1 and U 2. At output A one receives an alternating voltage limited to the voltages (; 1 and U 2.

1N'citerhin besteht die Möglichkeit, eine Amplitudenbegrenzung durch Übersteuerung von Verstärkern zu erreichen.1N'citerhin there is the possibility of limiting the amplitude Overdriving amplifiers to achieve.

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.Fig. 2 shows a conventional transistor amplifier stage. The operating point of the transistor T 1 is set by the resistors R 2 to R 5. The resistor R 6 and the capacitor C 2 represent a negative current feedback. The alternating voltage supplied at the input E reaches the base of the transistor T? Via the capacitor C 1. Up to a certain amplitude value of this input voltage, a linearly amplified voltage can be taken from the collector of T 1. If the input voltage continues to rise, severe distortions occur in connection with a shift in the operating point of the transistor T 1. This shift is due to the fact that the input resistance of the transistor T 1 is asymmetrical due to the diode behavior of the base-emitter path. In addition, additional distortions occur if the operating point is not set appropriately.

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.A correct, symmetrically working limiter circuit must have the A requirement is made that the arithmetic mean value of each partial circuit current be independent of the signal voltage applied to input E. got to. This condition is not met by the circuit arrangement according to FIG.

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.The invention relates to a multi-stage amplitude limiting device Transistor pulse amplifier, which has an alternating voltage fed to its control input amplified by amplitude and frequency fluctuating within wide limits and above of a certain amplitude value is limited to a constant peak value.

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.According to the invention, the operating point is at least one transistor set in such a way that the operating curve is centrally symmetrical to the operating point. In addition, due to the diode behavior of the emitter-base lines, the emitter or basic circuit, asymmetrical input resistance of the transistors through anti-parallel circuit a directional conductor to the emitter-base diode path of at least one transistor balanced, and at least one transistor works as an amplifier and limiter.

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.There are already circuits known in which antiparallel to the A directional conductor is connected to the emitter-base-diode path of a transistor. This However, the directional conductor does not serve to balance the input resistance, but rather has only the task of a reverse voltage for the in its forward resistance To deliver transistor and with the transistor open an unnecessary shunt to avoid.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist zusätzlich der Eingangswiderstand mindestens eines Transistors durch Einschalten eines Widerstandes in die Basiszuleitung linearisiert.In an advantageous embodiment according to the invention in addition, the input resistance of at least one transistor when switched on of a resistor linearized in the base lead.

Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.Details of the invention are explained with reference to the drawing.

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. 6.3 and 4 serve to explain the invention. Fig. 5 shows the Structure of a stage of the amplitude-limiting transistor pulse amplifier according to FIG the invention; 6 shows an advantageous embodiment according to the invention; 7 shows the relationship between input and output voltage in a diagram in the embodiment according to FIG. 6.

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.In FIG. 3, line 1 represents the straight line resistance for the internal direct current resistance of a transistor. Line 2 shows the straight line working for a linear terminating resistance. It is given by the two points a (maximum collector-emitter voltage) and b (maximum collector current). The intersection of lines 1 and 2 results in the operating point A. When the transistor is switched off, the operating point oscillates on the working line 2 around the operating point A. With greater levels of modulation, points a and b are reached. As is easy to see, with a symmetrical limitation it must be required that the working point A lies in the middle between the two points a and b. This is the case when the inclination of the two lines 1 and 2 is the same. This results in the one condition for symmetrical limitation in the case of a linear terminating resistor, that the internal direct current resistance must be equal to the collector terminating resistance of the transistor.

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.As a result of the diode behavior of the base-emitter path of a transistor, the input resistance of a transistor is asymmetrical. If you now connect a similar diode anti-parallel to the emitter-base diode, the result is essentially a characteristic curve like line 2 in FIG two points a and b . This gives the second condition for symmetrical voltage limitation.

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.The forward voltage of diodes is generally only a few tenths of a volt. In the case of conventional transistors, the operating point is at a collector-emitter voltage of several vol t. This would have the result that the distance d 'A' in Fig. 4 small corner against di e 7t Str 'b' would be. An increase of the distance 97-A-1 or A 'c' can be switched by a resistor of the transistor.

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.In the stage of FIG. 5, a pulse is fed to the input E, which passes through the capacitor C3 and transistor T2. The operating point of this transistor is set by means of the resistors R 8 to R 11 so that the operating characteristic is centrally symmetrical to the operating point. The resistor R 12 and the capacitor C 4 represent negative current feedback. The diode D3 is connected in anti-parallel to the emitter-base diode path of the transistor T2. This ensures that the AC resistance effective at input E is symmetrical.

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.6 shows an implemented amplitude-limiting transistor amplifier according to the invention. The circuit according to FIG. 6 essentially results from a series connection of three stages according to FIG. 5. A linearization resistor R 13 to R 15 is switched into the base lead of each of the transistors T 3 to T 5. The diodes D 4 to D 6 are antiparallel to the emitter-base diode sections of these transistors. The resistors R 16 to R 19, R 22 to R 25, R 28 to R 30, Rb, R 21, R 27 and R 32 are used for setting the operating points of these three transistors. The resistors R 20, R 26 and R 31 and the capacitors C 7 to C 9 represent negative current feedback. The capacitors C 4 to C 6 are used for coupling to the next following stage. The capacitors C10 to C12 are smoothing capacitors for the supply voltage. The mode of operation of the circuit arrangement according to FIG. 10 is readily understandable after knowledge of the mode of operation of the circuit according to FIG. 5.

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.7 shows the relationship between input voltage in a diagram UE and output voltage UA in an executed example according to Fig. 6. How to recognizes is after exceeding a certain input voltage Ur 1, up to the the limiter amplifier works as a linear amplifier, the amplitude of the output voltage regardless of the amplitude of the input voltage.

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.The frequency range in which the limiter amplifier circuit is after Fig. 6 is correctly effective, is on the one hand by the cutoff frequency of the used Transistors and, on the other hand, given by the capacitance of the coupling capacitors.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Multi-stage amplitude-limiting transistor pulse amplifier which amplifies an alternating voltage supplied to its control input with amplitude and frequency fluctuating within wide limits and limits it to a certain peak value above a certain amplitude value, characterized in that the working point of at least one transistor is set so that the working characteristic is centrally symmetrical to the operating point that the input resistance of the transistors, which is asymmetrical due to the diode behavior of the emitter-base paths in the emitter or base circuit, is balanced by antiparallel connection of a directional conductor (D 3 in Fig. 5) to the emitter-base diode path of at least one transistor and that at least one transistor works as an amplifier and limiter.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the input resistance is preferably each transistor by switching on a resistor (R 7 in Fig. 5) in the base lead is linearized. Publications considered: German Patent No. 965 852; Swiss Patent No. 327 528; U.S. Patent No. 2,894,150.