DE1513038B2 - Signalverzerrungen vermeidende schaltungsanordnung zum schutz von bauelementen und schaltungen gegen impulsartige ueberspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalverzerrungen vermeidende Schaltungsanordnung zum Schutz von Bauelementen und Schaltungen gegen impulsartige Überspannungen, bestehend aus zwei parallel zum Eingang bzw. Ausgang der zu schützenden Schaltung oder den Bauelementen liegenden Dioden in Antiparallelschaltung.

Schaltungsanordnungen, z. B. TF-Leitungsverstärker, müssen vielfach gegen impulsartige Überspannungen, wie sie durch Blitzschläge und Kurzschlüsse in benachbarten Starkstromanlagen in die Trägerfrequenzleitungen induziert werden, geschützt werden. Dies gilt in besonderem Maße für Transistorschaltungen. . Transistoren, bei normalem Betrieb von großer Lebensdauer, sind gegen kurzzeitige Überbelastungen besonders empfindlich. Neben einem Grobschutz in Form von Gasableitern kommen zum weiteren Schutz vor allem Diodenschaltungen parallel zum Eingang oder Ausgang der Verstärker oder parallel zu den Transistoren selbst in Betracht, ao Die niedrige Schwellenspannung der Dioden (Aussteuerungsgrenze) dieser Schaltungen ist für manche Anwendungen sehr nachteilig, da sie die Größe der übertragbaren Wechselspannung auf kleine Werte beschränkt, wenn unzulässig große Signalverzerrungen vermieden werden sollen. Zur Abhilfe wird häufig eine Vorspannung für die Dioden angewendet, was aber unter anderem den Nachteil mit sich bringt, daß ein Mehraufwand an Bauelementen, bedingt durch Vorwiderstände und eine zusätzliche Vorspannungsquelle, erforderlich ist. Eine andere bekannte Schutzschaltung gegen impulsartige Überspannungen, die mit zwei antiparallelgeschalteten Dioden arbeitet, kann ebenfalls nur bei relativ kleinen Pegeln eingesetzt-werden, d. h. meist am Anfang der Verstärker.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Schutz von Bauelementen und Schaltungen gegen impulsartige Überspannungen unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile so auszubilden, daß Signalverzerrungen weitgehend vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung so ausgeführt, daß die Aussteuerungsgrenze der Dioden durch einen jeder Diode in Serie geschalteten Kondensator selbsttätig in Abhängigkeit von der Amplitude des Nutzsignals angehoben ist und daß die Kondensatorkapazität so bemessen ist, daß

a) die Zeitkonstante des RC-Gliedes aus Kondensatorkapazität und Sperrschichtwiderstand der Diode groß ist gegen die Periode der Nutzwechselspannung und daß

b) dem Nutzsignal überlagerte Störimpulse die durch Diodenrichtwirkung am Kondensator entstehende sperrende Vorspannung nicht wesentlieh vergrößern.

Durch diese Maßnahmen erhält man eine Schutzschaltung gegen impulsartige Überspannungen, bei welcher ohne eine zusätzlich eingeführte Vorspannung die Aussteuerungsgrenze, bis zu der Wechsel-Spannungen ohne Begrenzung übertragen werden, bei beträchtlich höheren Werten liegt als bei Dioden in bekannter Antiparallelschaltung.

An Hand des Ausführungsbeispiels nach der F i g. 2 und den Diagrammen nach F i g. 3 und 4 6g wird die Erfindung näher erläutert. In

F i g. 1 ist vergleichsweise eine Diodenantiparallel- --''-It-Ii-KT v,oViinr\ter Art dargestellt; F i g. 2 zeigt die in eine Schaltungsanordnung eingesetzte Schutzschaltung der Erfindung;

F i g. 3 und 4 zeigen einige Diagramme, in denen die Klirrdämpfung über dem Spannungspegel an den Dioden bzw. dem Leistungspegel am Ausgang des Verstärkers aufgetragen ist.

In F i g. 2 ist die zwischen Spannungsquelle und einem Verstärker eingefügte Schutzschaltung dargestellt. Jeder Diode 1 der Antiparallelschaltung ist ein Kondensator 2 in Reihe geschaltet. Für Spannungen an den Klemmen a-b der Spannungsquelle in der Größe der Diffusionsspannung (Schwellenspannung) der Dioden setzt ein Strom in Durchlaßrichtung ein. An den beiden Kondensatoren 2 entsteht eine Gleichspannung, die für die entsprechende Diode 1 als Vorspannung in Sperrichtung wirkt. Dadurch werden die Dioden 1 nicht mehr in der Gegend des Durchlaßknicks betrieben, und die Aussteuerungsgrenze wird weit hinausgeschoben. Die Dioden 1 werden auch bei impulsartigen Spannungsspitzen lei tend, wenn die Kondensatoren 2 für das dem Impuls anstieg entsprechende Frequenzgemisch niederohmi sind. Die Kapazität der Kondensatoren 2 wird s groß gewählt, daß die während der Impulsdauer ic folge der Diodenrichtwirkung an ihnen entstehend Spannung, die die Dioden 1 in Sperrichtung vo< spannt, klein genug bleibt, um die Schutzwirkur der Dioden 1 nicht wesentlich zu beeinträchtigen.

Die in^ F i g. 3 dargestellten Diagramme zeige die Klirrdämpfung über dem Spannungspegel an de Dioden, und zwar Diagramm 3 bei einer Diode schaltung bekannter Art und Diagramm 4 bei ein Schaltung gemäß der Erfindung. Bei der Diode schaltung beginnt die Klirrdämpfung beispielswei bei p_s= — 0,8Np steil abzufallen, bei der neut Schaltung hingegen nimmt sie mit wachsender Av steuerung weniger stark ab und steigt, nachdem e Minimum durchlaufen wurde, sogar wieder an. E einer Messung mit Sinustönen tritt keine Grenze ί die Aussteuerung mehr auf.

Bei den in F i g. 4 dargestellten Diagramm welche die Klirrdämpfung als Funktion des L stungspegels am Ausgang eines Verstärkers in ein bestimmten Anwendungsfall zeigen, gilt Diagramr für einen Verstärker mit einer aus antiparalle Dioden bestehenden Schutzschaltung, Diagramr für den Verstärker allein und Diagramm 7 für c Verstärker mit der erfindungsgemäßen Schutzscl rung. Während bei Verwendung der einfachen odenschaltung die Klirrdämpfung vor Erreichen Aussteuerungsgrenze des Verstärkers zusamrr bricht, hat sie beim Verstärker mit der neuen Sch schaltung annähernd den gleichen Verlauf wie I Verstärker allein. Die erfindungsgemäße Schal verkleinert also im Gegensatz zu der bekan Diodenschaltung die Aussteuerungsgrenze des stärkers nicht mehr.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Signalverzerrungen vermeidende Schalt« anordnung zum Schutz von Bauelementen Schaltungen gegen impulsartige Überspannu bestehend aus zwei parallel zum Eingang Ausgang der zu schützenden Schaltung ode Bauelementen liegenden Dioden in Antipa schaltung, dadurch gekennzeichne die Aussteuerungsgrenze der Dioden (1)

   löij

   einen jeder Diode in Serie geschalteten Kondensator (2) selbsttätig in Abhängigkeit von der Amplitude des Nutzsignals angehoben ist und daß die Kondensatorkapazität so bemessen ist, daß a) die Zeitkonstante des jRC-Gliedes aus Kondensatorkapazität und Sperrschichtwiderstand der Diode groß ist gegen die Periode der Nutzwechselspannung und daß
   b) dem Nutzsignal überlagerte Störimpulse die durch Diodenrichtwirkung am Kondensator entstehende sperrende Vorspannung nicht wesentlich vergrößern.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen