RU2128875C1

RU2128875C1 - Controlled multisection two-port

Info

Publication number: RU2128875C1
Application number: RU96114253A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Юдин
Original assignee: Научно-исследовательский институт измерительных систем
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1999-04-10

Abstract

FIELD: miscellaneous radio receivers. SUBSTANCE: two-port is built up of two or more series-connected L-shaped sections of similar structure isolated at input and output by means of emitter followers, each having resistor in series branch and diode in parallel branch. Common point of emitter follower output and series branch resistor is connected through isolating resistor to high-voltage supply; resistor is inserted in parallel branch between diode and resistor of series branch; diode is connected through capacitor to common bus; collector of transistor, whose emitter is connected to common bus and base, to low-voltage supply and to output of two series- connected switches through isolating resistor; controlled inputs of first switch are connected to control-voltage terminal of TTL level. EFFECT: improved accuracy of digital attenuation of amplified signals. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоприемных устройствах различного назначения, в частности в качестве электронных аттенюаторов в межкаскадных цепях для регулирования коэффициента усиления по напряжению в усилителях промежуточной частоты. The invention relates to the field of radio engineering and can be used in radio receivers for various purposes, in particular as electronic attenuators in interstage circuits for regulating the voltage gain in intermediate frequency amplifiers.

Известен сложный управляемый четырехполюсник, обеспечивающий постоянство эквивалентного сопротивления нагрузки усилительного каскада в процессе регулировки усиления и приведенный в книге Г.М. Крылова и Г.А. Смирнова Транзисторные усилители с автоматической регулировкой усиления, Москва-Ленинград, Энергия, 1967, с. 137, рис. 84. Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения равномерной частотной характеристики в широком диапазоне частот. A complex controllable four-terminal network is known, which ensures the constancy of the equivalent load resistance of the amplification stage in the process of gain control and is given in the book by G.M. Krylova and G.A. Smirnova Transistor amplifiers with automatic gain control, Moscow-Leningrad, Energy, 1967, p. 137, fig. 84. A disadvantage of the known device is the inability to ensure uniform frequency response in a wide range of frequencies.

Известен управляемый четырехполюсник с эмиттерными повторителями в качестве развязки на входе и выходе, электрическая принципиальная схема которого приведена в книге Г.М. Крылова и др. Принципы и методы регулировки усиления в транзисторных усилителях, издание второе, переработанное и дополненное. Москва, Энергия, 1974, с.116, рис. 5-21. Недостаток устройства - нелинейные искажения сигналов. Known controlled four-terminal with emitter followers as a decoupling at the input and output, the electrical circuit diagram of which is given in the book G.M. Krylova et al. Principles and methods of gain control in transistor amplifiers, second edition, revised and supplemented. Moscow, Energy, 1974, p.116, fig. 5-21. The disadvantage of this device is the nonlinear distortion of signals.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому многозвенному управляемому четырехполюснику является многозвенный (с числом звеньев два и более) управляемый четырехполюсник (аттенюатор), электрическая принципиальная схема которого приведена в книге Г.М. Крылова и др. Принципы и методы регулировки усиления в транзисторных усилителях, издание второе, переработанное и дополненное, Москва, Энергия, 1974, с. 104, рис. 5-16. Указанной многозвенный управляемый четырехполюсник представляет собой каскадное соединение нескольких Г-образных диодно-резисторных звеньев, имеющих одинаковую структуру и разделенных на входе и выходе эмиттерными повторителями в качестве элементов развязки. The closest in technical essence to the proposed multi-link controlled four-terminal is a multi-link (with the number of links two or more) controlled four-terminal (attenuator), the electrical circuit diagram of which is given in the book of G.M. Krylova et al. Principles and methods of gain control in transistor amplifiers, second edition, revised and supplemented, Moscow, Energia, 1974, p. 104, fig. 5-16. The specified multi-link controllable four-port network is a cascade connection of several L-shaped diode-resistor links having the same structure and separated at the input and output by emitter followers as decoupling elements.

Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения с высокой точностью дискретного ослабления сигналов. A disadvantage of the known device is the inability to provide high accuracy discrete signal attenuation.

Техническим результатом является обеспечение с высокой точностью дискретного ослабления усиливаемых сигналов. The technical result is to provide with high accuracy discrete attenuation of amplified signals.

Указанный технический результат достигается тем, что в многозвенном управляемом четырехполюснике, выполненном в виде каскадного соединения имеющих одинаковую структуру и разделенных на входе и выходе эмиттерными повторителями двух и более Г-образных звеньев, каждое из которых содержит резистор в последовательном плече и диод - в параллельном, точка соединения выхода эмиттерного повторителя и резистора последовательного плеча подключена через развязывающий резистор к источнику повышенного напряжения питания, в параллельное плечо между диодом и резистором последовательного плеча введен дополнительный резистор, а диод через конденсатор соединен с общей шиной и коллектором транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база через развязывающий резистор соединена с источником пониженного напряжения питания и с выходом последовательного соединения двух ключей, на управляемые входы первого из них подается управляющее напряжение высокого ТТЛ-уровня. The specified technical result is achieved by the fact that in a multi-link controlled four-terminal device made in the form of a cascade connection having the same structure and separated at the input and output by emitter repeaters of two or more L-shaped links, each of which contains a resistor in the serial arm and a diode in parallel, the connection point of the output of the emitter follower and the resistor of the serial arm is connected through an isolation resistor to a source of increased supply voltage, in a parallel arm I wait for an additional resistor to be inserted by the diode and the resistor of the serial arm, and the diode is connected through a capacitor to a common bus and collector of a transistor, the emitter of which is connected to a common bus, and the base through a decoupling resistor is connected to a source of low voltage and to the output of the serial connection of two keys The inputs of the first of them are supplied with a control voltage of a high TTL level.

На чертеже приведена электрическая принципиальная схема предлагаемого многозвенного управляемого четырехполюсника. The drawing shows an electrical schematic diagram of the proposed multi-link controlled four-terminal.

На чертеже многозвенный управляемый четырехполюсник представляет собой каскадное соединение двух звеньев, имеющих одинаковую структуру. Первое звено представляет собой делитель напряжения сигнала Г-образного типа, последовательное звено которого образовано резистором 1, а параллельное содержит последовательное соединение резистора 2 и диода 3. На входе и выходе четырехполюсника включены эмиттерные повторители 4 и 5. Точка соединения выхода эмиттерного повторителя 4 и резистора 1 через развязывающий резистор 6 подключена к источнику повышенного напряжения питания E₁. Диод 3 снабжен с блокировочным конденсатором 7 и коллектором транзистора 8, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база через резистор 9 подключена к источнику пониженного напряжения питания E₂, и к выходу последовательного соединения ключей 10 и 11. Напряжение E₂ может быть получено при использовании делителя напряжения источника питания E₁. Второе звено многозвенного управляемого четырехполюсника также представляет собой делитель напряжения сигнала Г-образного типа, последовательное плечо которого содержит резистор 12, а параллельное выполнено в виде последовательного соединения резистора 13 и диода 14. Точка соединения выхода эмиттерного повторителя 5 и резистора 12 через развязывающий резистор 15 подключена к источнику повышенного напряжения питания E₁. Диод 14 соединен с общей шиной через блокировочный конденсатор 16 с коллектором транзистора 17, эмиттер которого соединен с общей шиной, а база через резистор 18 подключена к источнику пониженного напряжения питания E₂ и к выходу последовательного соединения ключей 19 и 20. Выход второго звена многозвенного управляемого четырехполюсника подключен ко входу эмиттерного повторителя 21. В качестве ключей 9, 10 и 18, 19 могут быть использованы элементы микросхемы 590КН5 бко. 347.000.ТУ7.In the drawing, a multi-link controllable four-port network is a cascade connection of two links having the same structure. The first link is a L-type signal voltage divider, the serial link of which is formed by resistor 1, and the parallel one contains a serial connection of resistor 2 and diode 3. At the input and output of the four-terminal, emitter repeaters 4 and 5 are connected. The connection point of the output of emitter follower 4 and resistor 1 through the decoupling resistor 6 is connected to a source of high voltage E ₁ . The diode 3 is equipped with a blocking capacitor 7 and a collector of transistor 8, the emitter of which is connected to a common bus, and the base is connected through a resistor 9 to a source of low voltage E ₂ and to the output of a series connection of keys 10 and 11. Voltage E ₂ can be obtained with Using the power divider E ₁ . The second link of the multi-link controlled four-port network is also an L-shaped signal voltage divider, the serial arm of which contains a resistor 12, and the parallel one is made in the form of a serial connection of a resistor 13 and a diode 14. The connection point of the output of the emitter follower 5 and resistor 12 is connected through an isolation resistor 15 to a source of increased supply voltage E ₁ . The diode 14 is connected to the common bus via a blocking capacitor 16 with the collector of the transistor 17, the emitter of which is connected to the common bus, and the base through the resistor 18 is connected to a source of low voltage E ₂ and to the output of the serial connection of keys 19 and 20. The output of the second multi-link controlled link the four-terminal network is connected to the input of the emitter follower 21. As keys 9, 10 and 18, 19, elements of the 590КН5 бко chip can be used. 347.000.TU7.

Многозвенный управляемый четырехполюсник работает следующим образом. Как было ране сказано, многозвенный управляемый четырехполюсник, представляющий собой по сути дела электронный аттенюатор, используется в качестве элемента межкаскадной связи для дискретной регулировки коэффициента усиления в высококачественных усилителях промежуточной частоты. Напряжение сигнала поступает на вход эмиттерного повторителя 4 и снимается с нагрузки эмиттерного повторителя 21. Когда на управляемых входах ключей 10 и 19 отсутствуют управляющие напряжения соответственно U_упр.1 и U_упр.2, а точнее говоря, U $\binom{L}{упр.1}$ и U $\binom{L}{упр.2}$ соответствуют напряжению низкого ТТЛ-уровня, транзисторы 8 и 17 закрыты. Поэтому сопротивления параллельного плеча, содержащего последовательное соединение резистора 2, диода 3 и транзистора 8, в первом звене и параллельного плеча, содержащего последовательное соединение резистора 13, диода 14 и транзистора 17 во втором звене очень велики и не шунтируют входные сопротивления соответственно эмиттерных повторителей 5 и 21. Тогда, коэффициент передачи по напряжению

делителя Г-образного типа в первом звене определяется по формуле

где R_вх.5 - входное сопротивление эмиттерного повторителя 5;
R₁ - сопротивление резистора 1.Multilink managed four-port operates as follows. As the wound said, a multi-link controllable four-terminal, which is essentially an electronic attenuator, is used as an interstage coupling element for discrete gain adjustment in high-quality intermediate-frequency amplifiers. The signal voltage is supplied to the input of the emitter follower 4 and removed from the load of the emitter follower 21. When the control inputs of the keys 10 and 19 are missing control voltages U _{control 1} and U _{control 2} , and more precisely, U

\binom{L}{control 1}

and U

\binom{L}{exercise 2}

correspond to low TTL level voltage, transistors 8 and 17 are closed. Therefore, the resistance of the parallel arm containing the serial connection of the resistor 2, diode 3 and transistor 8 in the first link and the parallel arm containing the serial connection of the resistor 13, diode 14 and the transistor 17 in the second link are very large and do not shunt the input resistances of the emitter repeaters 5 and 21. Then, the voltage transfer coefficient

the divider of the L-shaped type in the first link is determined by the formula

where R _I.5 - input impedance of the emitter follower 5;
R ₁ - the resistance of the resistor 1.

Соответственно коэффициент передачи по напряжению

делителя Г-образного типа во втором звене определится по формуле

где R_вх.21 - входное сопротивление эмиттерного повторителя 21;
R₁₂ - сопротивление резистора 12.Accordingly, the voltage transfer coefficient

the divider of the L-shaped type in the second link is determined by the formula

where R _I.21 - input resistance of the emitter follower 21;
R ₁₂ is the resistance of the resistor 12.

Поскольку R₂ << R_вх.5, а R₁₂ << R_вх.20 и принимая во внимание, что коэффициенты передачи по напряжению эмиттерных повторителей 5 и 21 близки к единице, сигнал, поданный на вход эмиттерного повторителя 5, передается на выход эмиттерного повторителя 21 с незначительным ослаблением. Когда управляющие напряжения U_упр.1 и U_упр.2 на управляемых входах ключей 10 и 19 принимают значения напряжений высокого ТТЛ-уровня, или U $\binom{H}{упр.1}$ и U $\binom{H}{упр.2}$ , транзисторы 8 в первом звене и 17 во втором звене открываются. По последовательным цепям источник питания E₁ - резистор 6 - резистор 1 - резистор 2 - диод 3 - транзистор 8 в первом звене и источник питания E₁ - резистор 15 - резистор 12 - резистор 13 - диод 14 - транзистор 17 протекают токи, значения которых определяются величинами напряжения питания E₁ и сопротивлений в ранее указанных цепях, в результате чего дифференциальные сопротивления диодов 3 и 14 резко падают. При этом следует отметить, что в книге Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений под редакцией Н.И. Горюнова, Ю.Р. Носова, Москва, Сов. радио, 1968, с. 68 приведена зависимость полного прямого дифференциального сопротивления диодов различных типов от величины прямого тока. Указанная зависимость показывает, что полное прямое дифференциальное сопротивление диода уменьшается при увеличении протекающего тока. Следовательно, при заданных значениях сопротивлений развязывающих резисторов и резисторов в плечах делителей в первом и втором звеньях многозвенного управляемого четырехполюсника и использования относительно повышенного напряжения источника питания E₁ обеспечивается значение дифференциального сопротивления при применении переключающих диодов не более нескольких единиц. В то время для питания ключей, выполненных на логических микросхемах ТТЛ-уровня, а также эмиттерных повторителей используется пониженное напряжение питания E₂, значение которого определяется применением ранее упомянутых схем.Since R ₂ << R _{input 5} , and R ₁₂ << R _{input 20} and taking into account that the voltage transfer coefficients of the emitter followers 5 and 21 are close to unity, the signal supplied to the input of the emitter follower 5 is transmitted to the output emitter follower 21 with slight attenuation. When the control voltages U _{control 1} and U _{control 2} at the controlled inputs of the keys 10 and 19 take the values of the high TTL-level voltage, or U $\binom{H}{control 1}$ and U $\binom{H}{exercise 2}$ , transistors 8 in the first link and 17 in the second link open. The power supply E ₁ - resistor 6 - resistor 1 - resistor 2 - diode 3 - transistor 8 in the first link and the power supply E ₁ - resistor 15 - resistor 12 - resistor 13 - diode 14 - transistor 17 flow through currents through currents, the values of which are determined by the supply voltage E ₁ and the resistances in the previously mentioned circuits, as a result of which the differential resistances of diodes 3 and 14 drop sharply. It should be noted that in the book Semiconductor Diodes. Parameters, measurement methods edited by N.I. Goryunova, Yu.R. Nosova, Moscow, Sov. radio, 1968, p. Figure 68 shows the dependence of the total direct differential resistance of various types of diodes on the magnitude of the direct current. The indicated dependence shows that the total direct differential resistance of the diode decreases with increasing flowing current. Therefore, at the given values of the resistances of the decoupling resistors and resistors in the arms of the dividers in the first and second links of the multi-link controlled four-terminal network and the use of a relatively high voltage of the power supply E ₁ , the value of the differential resistance when using switching diodes is not more than several units. At that time, for supplying keys made on TTL-level logic circuits, as well as emitter repeaters, a reduced supply voltage E _{2 is used} , the value of which is determined by the application of the previously mentioned circuits.

При наличии в схеме предлагаемого многозвенного управляемого четырехполюсника конденсаторов 7 и 16, осуществляющих блокировку по переменному току, коэффициент передачи по напряжению К делителя Г-образного типа в первом звене определяется по формуле

где R₂ - сопротивление резистора 2,
R₃ - дифференциальное сопротивление диода 3.If there are capacitors 7 and 16 in the circuit of the proposed multi-link controllable four-terminal circuit that perform AC blocking, the voltage transfer coefficient K of the L-shaped divider in the first link is determined by the formula

where R ₂ is the resistance of the resistor 2,
R ₃ is the differential resistance of diode 3.

делителя Г-образного типа во втором звене определяется по формуле

где R₁₃ - сопротивление резистора 13;
R₁₄ - дифференциальное сопротивление диода 14.Accordingly, the voltage transfer coefficient

where R ₁₃ is the resistance of the resistor 13;
R ₁₄ - differential resistance of the diode 14.

На основании сказанного ранее можно считать, что R₃ << R₂, а R₁₄ << R₁₃, тогда

а

Из двух последних выражений очевидно, что предлагаемый многозвенный управляемый четырехполюсник при использовании резисторов 1, 2, 12 и 13 с малыми отклонениями номинальных значений их сопротивлений обеспечивает высокую точность дискретного ослабления усиливаемых сигналов.Based on the foregoing, we can assume that R ₃ << R ₂ , and R ₁₄ << R ₁₃ , then

a

From the last two expressions, it is obvious that the proposed multi-link controllable four-terminal with the use of resistors 1, 2, 12 and 13 with small deviations of the nominal values of their resistances provides high accuracy of discrete attenuation of amplified signals.

Как показали приведенные исследования, предлагаемый многозвенный управляемый чытырехполюсник позволяет с высокой точностью получить ослабление усиливаемых сигналов с глубиной дискрета, 1,1 дБ. As shown by the above studies, the proposed multi-link controlled four-terminal allows with high accuracy to obtain attenuation of amplified signals with a sampling depth of 1.1 dB.

Рассмотренные ранее случаи работы предлагаемого устройства, когда управляющие напряжения U_упр.1 и U_упр.2 одновременно принимают значения низкого или высокого ТТЛ-уровней являются крайними, поскольку в процессе работы многозвенного управляемого четырехполюсника имеют место такие режимы работы, при которых управляющее напряжение U $\binom{L}{упр.1}$ подается на первое звено, а управляющее напряжение U $\binom{H}{упр.2}$ подается на второе звено. Например, если первое звено предлагаемого многозвенного управляемого четырехполюсника обеспечивает ослабление 1,1 дБ, а второе - 2,2 дБ, то для получения ослабления равного 1,1 дБ, необходимо подать управляющее напряжение U $\binom{H}{упр.1}$ только на первое звено, для получения ослабления равного 2,2 дБ, необходимо подать управляющее напряжение U $\binom{H}{упр.2}$ только на второе звено. И лишь для получения ослабления, равного 3,3 дБ, нужно подать оба управляющих напряжения U $\binom{H}{упр.1}$ и U $\binom{H}{упр.2}$ .The previously _discussed cases of operation of the proposed device, when the control voltages U _{control 1} and U _{control 2} simultaneously take the values of low or high TTL levels are extreme, since during operation of the multi-link controlled four-terminal there are such operating modes under which the control voltage U $\binom{L}{control 1}$ fed to the first link, and the control voltage U $\binom{H}{exercise 2}$ served on the second link. For example, if the first link of the proposed multi-link controlled four-port network provides attenuation of 1.1 dB, and the second - 2.2 dB, then to obtain attenuation of 1.1 dB, it is necessary to apply the control voltage U $\binom{H}{control 1}$ only at the first link, to obtain an attenuation of 2.2 dB, it is necessary to apply a control voltage U $\binom{H}{exercise 2}$ only to the second link. And only to obtain an attenuation of 3.3 dB, it is necessary to apply both control voltages U $\binom{H}{control 1}$ and U $\binom{H}{exercise 2}$ .

Очевидно, что каскадное соединение ранее указанных звеньев с различными значениями ослабления в каждом звене позволяет обеспечить с высокой точностью в необходимых пределах дискретное ослабление усиливаемых сигналов. А это в свою очередь позволяет при построении высококачественных усилителей с функциональными амплитудными характеристиками обеспечить высокую степень стабильности частотной и переходной характеристики при изменяющемся в широком динамическом диапазоне уровне входного воздействия. It is obvious that the cascade connection of the previously mentioned links with different attenuation values in each link allows us to provide discrete attenuation of amplified signals with high accuracy within the required limits. And this, in turn, allows for the construction of high-quality amplifiers with functional amplitude characteristics to provide a high degree of stability of the frequency and transient characteristics with a varying level of input exposure.

Claims

A multi-link controlled four-terminal device made in the form of a cascade connection having the same structure and separated at the input and output by emitter followers of two or more L-shaped links, each of which contains a resistor in the serial arm and a diode in parallel, characterized in that the connection point of the output of the emitter follower and the resistor of the serial arm is connected through an isolation resistor to a source of increased supply voltage, in a parallel arm between the diode and the resistor The resistor is introduced on the left arm, and the diode is connected through the capacitor to the common bus and collector of the transistor, the emitter of which is connected to the common bus, and the base, through the decoupling resistor, is connected to a source of low voltage and to the output of the serial connection of two keys, the controlled inputs of the first of which are connected to control voltage of a high TTL level.