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Verstärker mit einer Dioden-Begrenzerschaltungsanordnung
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verstärker mit einer Dioden-Begrenzerschaltungsanordnung,
bei der eine Information über die Größe des Eingangssignals erzeugt wird.
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Vielfach besteht bei Empfangsgeräten- für beson-: äere Anwendungen
das Bedürfnis, die Größe des Eingangssignals zu kennen. Solange ungeregelte Verstärker
im Empfangsgerät verwendet -werden, kann aus dem gut meßbaren verstärkten Signal
bei bekanntem Yorstärkungsgrad das Eingangssignal errechnet werden.
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Bei selbsttätig geregelten Verstärkern, insbesondere bei denen auf
ein konstantes Ausgangssignal geregelt wird, kann aus der Regelgröße, wie Regelstrom
oder Regelspannung, eine Aussage über die.Qröße des Ein' gangssignals bezogen werden.
Diese Information geht im allgemeinen bei amplitudenbegrenzenden Verstärkern mit
scharfer Begrenzung verloren. Die scharfe Begrenzung wird bei verschiedenen Modulationsarten
verwendet, wie beispielsweise Frequenzmodulation, Impulsphasenmodulation oderlmpulscodemodulation.
Bei Frequenzmodulation beeinträchtigt die scharfe. Begrenzung das Signal nicht;
bei den genannten Impulsmodulationsarten wird die scharfe Begrenzung aus systemtechnischen
Gründen vielfach verlangt.
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Scharf begrenzende Verstärker haben gegenüber den Regelverstärkern
den Vorteil,. daß sie mit einem geringen Aufwand die vielfach störend wirkenden'
Einschwingeffekte nicht aufweisen. Wird nun bei einem Verstärker verlangt, daß die
Größe des Einaangssignals meßbar sein soll, so wird meist der wirtschaftliche Vorteil
der scharf begrenzenden Verstärker nicht ausgenützt. Statt dessen werden komplizierte
Regelverstärker oder, wenn das Einschwingen stört, logarithmische Verstärker verwendet.
Vor der Signalauswertung wird dann eine zusätzliche Stufe zur Begrenzung benötigt.
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Der Zweck der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei einem eingangs
beschriebenen Verstärker trotz scharfer Begrenzung eine Information über die Größe
des Eingangssignals,erha-Iten wird, ohne den Aufwand zu vergrößern.
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Die Erfindung ist dadurch, gekennzeichnet, daß wenigstens eine Diode
in an sich bekannter Weise durch die Emitter-Basis-Strecke eines Transistors gebildet
ist und daß der Kollektor dieses Transistors über ein Tiefpaßfilter und ein Gleichstromanzeigegerät
auf die Speisespannung geführt ist.
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.Insbesondere werden beide Dioden durch die Emitter-Basis-Strecken
von zwei komplementären Transistoren gebildet, von- denen beide Kollektorströme
je
ein Maß für die Größe des Eingangssignals ergeben. Die Erfindung wird nachfolgend
an Hand der beiliegenden Zeichnung in drei beispielsweisen Ausführungen näher erläutert.
Dabei zeigt F i g. 1 einen Begrenzer mit zwei komplementären Transistoren,
F i g. 2 einen solchen mit zwei gleichen Transistoren, F i g. 3 eine
Schaltungsanordnung für einen großen Dynamikbereich.
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In F i g. 1 gelangt das Signal vom Eingang E auf die
Basis eines Verstärkertransistors T3 in Emitter-Grund-Schaltung. Der Ausgang
am Kollektor dieses Transistors T 3 ist über einen Transformator Tr mit einer
Primär- und einer Sekundärwicklung an die Ausgangsklemmen A geführt. Die
Sekundärwicklung des Transformators ist mit den Emitter-Basis-Strecken zw.eier parallelgeschalteter
kompleinentärer Transistoren T 1 (NPN-Type) und T 2 (PNP-Type) überbrückt.
Der Kollektor des Transistors Tl ist über ein Tiefpaßfilter TP und ein Gleichstromanzeigegerät
Ml
auf die positive Spannungsquelle geführt; der Kollektor des Transistors
T 2 ist über ein Tiefpaßfilter TP 2 und ein Gleichstromanzeigegerät M2 auf die negative
Spannungsquelle geführt.
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, Die Begrenzung des Signals. mit diesen zwei Transistoren
T 1 *und T 2 arbeitet gleich wie die bekannte Begrenzung mit zwei parallelgeschalteten
Dioden, deren Durchlaßrichtungen gegeneinander gerichtet
sind. Die
Transistoren T 1 und T 2 könnten ohne eine Vorspannung zwischen Basis und
Kollektor betrieben werden. Falls aber die Kollektoren an die entsprechenden Spannungsquellen
angeschlossen sind, fließen in den Basis-Kollektor-Kreisen die gleichen Ströme wie
in den dazugehörigen Emitter-Basis-Kreisen.- Sofern der Verstärker nicht mit einem
durch geradzahlige Oberwellen verzerrten Signal gespeist wird, sind diese Ströme
pulsierende Gleichströme, deren Mittelwerte bei beiden Transistoren betragsmäßig
gleich groß sind.
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Durch die Gegenkopplung mit dem Emitterwiderstand R 2 arbeitet der
Transistor T 3 im Enearen Bereich, so daß der Kollektorstrom proportional
zur Wechselspannung an der Basis ist. Die begrenzenden Emitter-Basis-Strecken der
Transistoren Tl und T2 halten die Ausgangsspannung auf etwa 0,5 V, also auf
einem sehr kleinen Wert, und wirken bei großerAussteuerung annähernd als Kurzschluß.
Der gleichgerichtete Strom in den begrenzenden Transistoren T 1 und
T 2 ist damit praktisch proportional zur Eingangsspannung. Dies ändert sich nur,
wenn die Eingangsspannungen derart klein sind, daß der Begrenzer nicht ausgesteuert
wird.
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Werden keine zu großen Ansprüche an die Symmetrie der Begrenzung gestellt,
so kann einer der beiden Transistoren durch eine Diode ersetzt werden. Die Symmetrie
bleibt annähernd erhalten, wenn die Kollektor-Basis-Strecke eines der beiden Transistoren
Tl oder T2 kurzgeschlossen wird. Die beiden Tiefpaßfilter können im einfachsten
Fall aus einem zwischen Kollektor und Basis geschalteten Kondensator bestehen.
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In F i g. 2 ist wiederum der Tiansistor T3 der Verstärker
in Emitter-Grund-Schaltung. Die Gegenkopphing erfolgt mit dem Emitterwiderstand
R 2. Die Sekundärseite des Transformators Tr ist mit einem Mittelabgriff versehen.
Die Emitter-Basis-Strecke der zwei gleichartigen Transistoren T4 und T5 (beispielsweise
vom NPN-Typ) bilden einen Zweiweggleichrichter. Die beiden Kollektoren sind zusammengeschaltet
und gemeinsam über ein Tiefpaßfilter TP3 über eine Meßanordnung M 3 auf die
positive Spannungsquelle geführt.
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Mit dieser Schaltun-sanordnung wird gegenüber derjenigen in F i
g. 1 die im Tiefpaßfilter anfallende Welligkeit des Gleichstromes verringert.
Es ist ohne weiteres möglich, mit den Emitter-Basis-Strecken von Transistoren jede
bekannte Gleichrichteranordnung in diesem Zusammenhang zu verwenden.
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In F i g. 3 ist eine Schaltungsanordnung, dargestellt, bei
der ein größerer Dynamikbereich möglich ist als bei den zwei vorhergehenden Beispielen.
Die Transistoren T6'und T7 sind zwei komplementäre Transistoren. Vom Eingang
E wird der Basis des Transistors T6 das Signal über einen Koppelkondensator
C 5 zugeführt. Dieser Transistor T 6 sei beispielsweise vom
PNP-Typ und ist als Emitterfolger geschaltet. Der Transistor T7 sei demzufolge
vom NPN-Typ und arbeitet in Emitter-Grund-Schaltung. Von dessen Kollektor wird ein
Transformator Tr gespeist, dessen Primärwicklung mit einem Kondensator
C 6 auf Resonanz abgestimmt ist. Die Sekundärseite des Transformators Tr
ist ähnlich dem Beispiel in F i g. 1 mit den zwei parallelgeschalteten Emitter-Basis-Strecken
von zwei komplementären Transistoren T 8 und T 9
überbrückt. Zwischen
den Transformator Tr und den Ausgang A ist ein Transistor T 10 geschaltet,
der als, Emitterfolger arbeitet. Die Ausgangsspannung wird dem Ausgang
A vom Emitter über einen Koppelkondensator C 7 zugeführt.
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Die früher aufgeführten Tiefpaßfilter sind hier durch Kondensatoren
C 8 für den Transistor T 8 und C9 für den Transistor T9 zwischen
je dem Emitter und der entsprechenden Basis dargestellt. Die Meß:-anordnungen
M 8 und M 9 verbinden die Kollektoren der Transistoren T8 und
T9 mit den entsprechenden Spannungsquiellen.
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Oft ist man daran interessiert, mit einem derartigen Begrenzer-Verstärker
einen möglichst großen Bereich zu überdecken, um im ganzen Bereich auf die Größe
des Eingangssignals zu schließen. Der gesamte Variationsbereich muß daher in einer
einzigen Begrenzerstufe verarbeitet werden. Die Belastung am Ausgang der Stufe muß
möglichst klein sein, damit schon kleine Eingangsspannungen genügen, den Kollektorkreis
der Begrenzerstufd auszusteuem und das Signal züi be# grenzen. Dies bedingt kollektorseitig
eine hohe Re-' aktanz des vorzugsweise als Resonanzkreis ausge-* führten übertragers
und einen hohen Eingangswiderstand der nachfolgenden Stufe. Da eine hohe Verstärkung
an der Begrenzerstufe möglich ist, können bei. kleinem Eingangssignal störende Rückwirkungen
über die Kollektor-Basis-mKapazität auftreten. Durch eine niederohmige Ansteuerung
der Begrenzerstufe können diese Rückwirkungen weitgehend unschädlich gemacht werden.
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Gemäß F i g. 3 sind sowohl am Eingang wie am Ausgang der Begrenzerstufe
Emitterfolger als Impedanzwandler vorgesehen. Der Variationsbereich des Begrenzers
wird weitgehend durch den Emitterwider-, stand RS und den gewählten Kollektorgleichstrom
begrenzt. Der Emitterwiderstand R 8, der als Stromgegenkopplungswiderstand
wirkt, bestimmt das Ver-# hältnis zwischen steuernder Wechselspannung an der Basis
und dem von ihr hervorgerufenen Wechselstrom im Kollektorkreis. Der Wert dieses
Widerstandes ist je nach der Größe des Kollektorstromes und je nach
den Anforderungen an die Stabilität zu wählen.
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Die Schaltungsanordnung wird besonders einfach; wenn der Emitterwiderstand
gleichzeitig zur Stabilisierung des Arbeitspunktes verwendet wird. Da jedoch an
einem kleinen Emitterwiderstand auch ein kleiner Gleichspannungsabfall entsteht,
muß die Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung berücksichtigt werden.
Dies kann bekanntlich am einfachsten geschehen, indem der vorgeschaltete Transistor
T 6
ein zum Verstärkertransistor T7 komplementärer Transistor
ist.