DE2142659A1 - Begrenzerverstärker - Google Patents

Description

7232-71/Sch/Ba
RCA 62,896
U.S. Ser. No. 66,921
vom 26. August 1970

EGA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Begrenzerverstärker

Die Erfindung betrifft einen Begrenzerverstärker für winkelmodulierte Signale zur linearen Verstärkung kleiner und Begrenzung großer Signale. Insbesondere handelt es sick um eine Verstärkerschaltung mit mehreren in Kaskade geschalteten, emittergekoppelten Differenzverstärkern, bei welchen die Zeitverzögerung der Nulldurchgänge der winkelmodulierten Signale trotz Variationen des Eingangssignalspegels konstant gehalten werden.

Begrenzerverstärker werden häufig in FM-Empfängern verwendet. Die Begrenzerwirkung reduziert unerwünschte Amplitudenmodulationen, Rauschstörungen und Interferenzen, welche hinsichtlich der Einhüllenden der frequenzmodulierten Trägerwelle auftreten können. Jedoch verändert sich die Phasenverzögerung des Verstärkers mit dem Amplitudenpegel des Signals, so daß Amplitudenmodulationen der Hüllkurve in Phasenmodulationen umgewandelt werden. Diese Phasenmodulationen werden dann vom Winkeldemodulator demoduliert, so daß im Ausgangssignal unerwünschte Rauschoder Interferenzstörungen erscheinen.

Emittergekoppelte Differenzverstärker werden häufig als Begrenzerverstärkerstufen in monolithischen integrierten Schaltungen verwendet. Dabei ist es allgemein üblich, diese Differenzverstärkerstufen galvanisch aneinander zu koppeln, wobei man eine Emitterfolgerstufe als Zwischenstufe verwendet. Derartige Begrenzerverstärker haben den Nachteil, daß sie eine Phasenverzögerung in das zu verstärkende Signal einführen. Diese Verzögerung nimmt zunehmend ab, wenn die Differenzverstärker jeweils in ihren Begrenzungszustand gesteuert werden.

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Me Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung dieser signalpegelabhängigen Phasenverschiebung. Sie wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur konstanten Signalphasenverschiebung von geringen bis großen Eingangssignalamplituden eine positive Rückkopplung vorgesehen ist, welche einen konstanten Signalanteil vom Verstärkerausgang auf den Verstärkereingang zurückkoppelt.

Die Erfindung läßt sich bei einem Begrenzerverstärker mit emittergekoppelten Differenzverstärkern anwenden. Die positive Rückkopplung (Mitkopplung) ergibt bei niedrigen Signalpegeln eine genügend große Verstärkung, bei der noch keine Schwingungen auftreten, jedoch das Ausgangssignal des Differenzverstärkers dem Eingangssignal schneller folgt, so daß die Zeitverzögerung verringert wird. Wenn das Eingangssignal größer wird, wird der emittergekoppelte Differenzverstärker in einen symmetrischen Begrenzerbetrieb gesteuert, der schließlich eine volle Signalbegrenzung zur IOlge hat, so daß seine Verstärkung mit zunehmendem Eingangssignalpegel herabgesetzt wird. Damit sinkt auch die Verstärkung der positiven Rückkopplung mit zunehmendem Eingangssignalpegel. Auf diese Weise wird die durch die positive Rückkopplung gegebene Kompensation der Verzögerungszeit der Stufe gleichzeitig mit der Verringerung der Verzögerungszeit herabgesetzt.

Die Erfindung verwendet eine Begrenzerverstärkerstufe, welche ohne positive Rückkopplung den zugeführten Signalen eine sich umgekehrt zur Signalamplitude verhaltende Zeitverzögerung erteilt. Es ist eine positive Rückkopplung über die gesamte Verstärkerstufe vorgesehen, um die Ansprechzeit für Eingangssignale geringer Amplitude praktisch gleich der Ansprechzeit für Signale großer Amplitude zu machen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt!

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I"ig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausfiihrungsform eines Begrenzerverstärkers nach der Erfindung;

Jig. 2 eine Darstellung der Phasenverzögerung über der Signalamplitude für einen kompensierten und einen nichtkompensierten Begrenzerverstärker; und

Pig. 3 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Begrenzerverstärkers.

In Pig. 1 sind zwei Begrenzerverstärkerstufen 500, 502 galvanisch hintereinandergeschaltet und in ein und derselben integrierten Schaltung 501 dargestellt. Die einzelnen Begrenzerverstärker sind in bestimmten Merkmalen nach dem Stand der Technik aufgebaut. So besteht die Begrenzerverstärkerstufe aus den Transistoren 504, 506 und 508 und den Widerständen 510, 512 und 514. Die Basen der Transistoren 504 und 506 sind an die Anschlüsse 532 bzw. 534 geschaltet. Ihre Emitter sind zusammengeschaltet und liegen über einen Widerstand 512 an einem Anschluß 536 (B-), der mit der negativen Klemme einer Betriebsspannungsquelle B verbunden werden kann. Die Kollektoren der Transistoren 504 und 508 liegen an der Klemme 530 (B+), so daß diese beiden Transistoren als Emitterfolger geschaltet sind. Der Anschluß 530 kann mit der positiven Klemme der Spannungsquelle B verbunden werden. Der Kollektor des Transistors 506 und die Basis des Transistors 508 sind zusammengeschaltet und liegen über einen Widerstand 510 am Anschluß 530 (B+). Der Emitter des Transistors 508 läßt das Eingangssignal zur nächsten Begrenzerverstarkerstufe 502 gelangen und ist über einen Widerstand 514 mit dem Anschluß 536 verbunden.

Einem Anschluß 534 wird eine Vorspannung zugeführt, welche zwischen den an den Anschlüssen 530 und 536 herrschenden Spannungen liegt. An den Anschluß 532 wird das Eingangssignal angelegt, welches einem Ruhegleichpotential überlagert ist, das im wesentlichen gleich der dem Anschluß 534 zugeführten Spannung ist.

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Alternativ können den Anschlüssen 532 und 534 auch symmetrische Eingangssignale zugeführt werden, die jeweils einer Vorspannung überlagert sind, die unmittelbar zwischen den den Anschlüssen 530 und 536 zugeführten Spannungen liegt.

Die Begrenzerverstärkerstufe 502 enthält Transistoren 516, 518, 520 und Widerstände 522, 523, 524, 525 und 526. Die Widerstände 524 und 525 sind in Reihe zwischen die Anschlüsse 530 (B+) und 536 (B-) geschaltet. Ihr Verbindungspunkt liegt an der Basis des Transistors 518, welcher als Transistorverstärker in Basisgrundschaltung arbeitet. Die Basis des Transistors 516 ist mit dem Emitter des Transistors 508 verbunden. Die Emitter der Transistoren 516 und 518 sind zusammengeschaltet und liegen über einen Widerstand 523 am Anschluß 536 (B-). Die Kollektoren der Transistoren 516 und 520 sind zusammen an den Anschluß 530 (B+) geschaltet, so daß diese beiden Transistoren als Emitterfolger arbeiten. Der Kollektor des Transistors 518 und die Basis des Transistors 520 sind zusammengeschaltet und liegen über einen Widerstand 522 am Anschluß 530. Der Emitter des Transistors 520 liefert das Ausgangssignal an den Anschluß 554 und ist über einen Widerstand 526 an den Anschluß 536 gekoppelt.

Die Werte der Widerstände 510, 512, 514, 522, 523, 524, 525 und 526 liegen typischerweise in der Größenordnung von 1 kOhm für in integrierter Bauweise ausgeführte Schaltungen. Die Kollektor-Emitter-Ströme liegen dann in der Größenordnung von 1 mA. Ferner wird den Basen der Transistoren 504, 506, 516 und 518 gewöhnlich ein Ruhepotential zugeführt, welches halb so groß wie die Summe der an den Klemmen 530 und 536 liegenden Spannungen ist. In einem solchen Fall werden die Widerstände 510 und 522 am besten so gewählt, daß sie doppelt so groß wie die Widerstände 512 bzw. 523 sind.

Die Transistoren 504 und 506 bilden ebenso wie die Transistoren 516 und 518 einen emittergekoppelten Differenz-Begrenzer-Verstärker. Der Transistor 508 ist als Emitterfolger geschaltet

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und sorgt für eine galvanische Kopplung zwischen diesen beiden Verstärkerstufen. Wenn keine weiteren Maßnahmen getroffen werden, dann führt der durch die Transistoren 516 und 518 gebildete emittergekoppelte Differenzverstärker bei Signalen niedrigen Pegels zu einer erheblichen Signalverzögerung. Für Signale höheren Pegels ist die Signalverzögerung dagegen wesentlich geringer.

Ein Kondensator 550 mit einer geringen Kapazität in der Größenordnung von 1 Picofarad verbindet den Emitter des Transistors 554 mit der Basis des Transistors 508. Die Emitterfolgerstufen mit den Transistoren 508, 516 und 520 und die in Basisgrundschaltung geschalteten Verstärkerstufen, etwa mit dem Transistor 518, kehren die Sichtung der Signale, welche sie verstärken, nicht um. Daher ist die mit Hilfe des Kondensators 550 gebildete Rückkopplungsschleife regenerativ und bildet somit eine Positive oder Mitkopplung. Die Parallelschaltung des Widerstandes 510 mit einem Kondensator würde normalerweise wegen der Stromintegrationseigenschaft des Parallelkondensators eine Signalverzögerung bewirken. In dieser Mitkopplungsschaltung ist der Stromfluß durch den Kondensator 550 jedoch gerade der zu erwartenden Richtung entgegengesetzt und wirkt an der Basis des Transistors 508 als Phasenvorverschiebungsstrom und nicht als Phasennacheilungsstrom. Die Größe dieses Phasenvorverschiebungsstromes hängt von der Spannungsverstärkung der Mitkopplungsschleife ab.

Die Spannungsverstärkung der Mitkopplungsschleife wird andererseits von dem emittergekoppelten Differenzverstärker mit den Transistoren 516 und 518 bestimmt. Die Emitterfolger mit den Transistoren 508 und 520 haben eine Spannungsverstärkung, welche nur von der Emitterfolgerwirkung abhängt und praktisch gleich 1 ist. Bei niedrigen Signalpegeln ist die Verstärkung der emittergekoppelten Differenzverstärker gleich dem Produkt der halben Vorwärtssteilheit der Transistoren 516 und 518 (vorausgesetzt, daß sie entsprechend der besten praktischen Aus-

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führungsform dieselben Gleichvorspannungen haben) mal dem Lastwiderstand, welcher hauptsächlich durch den Widerstand 522 gegeben ist. Normalerweise ist diese Verstärkung für Signale niedrigen Pegels recht groß: Üblich sind Spannungsverstärkungen von 25 bis 40. iiir niedrige Signalpegel würde die effektive Kapazität des Kondensators 550 mit einemlaktor -25 bis -40 multipliziert. Im Zusammenwirken mit dem Widerstand 510 läßt sich dem Signal eine wesentliche PhasenvoreiLung zur Kompensation der Phasenverzögerung erteilen, welche andernfalls durch - die hintereinandergeschalteten Begrenzerverstärkerstufen bei niedrigen Signalpegeln auftreten würde.

Mit steigendem Signalpegel wird der lineare Verstärkungsbereich der aus den Transistoren 516 und 518 gebildeten Differenzver-. stärkerstufe bei Signalspitzen überschritten. Es tritt daher eine Begrenzung dieser Signalspitzen auf, die dann nicht mehr am Ausgang 554 erscheinen. Damit verringert sich die Spannungsverstärkung für diese Signale. Die positive Rückkopplung verringert sich ebenfalls, und der Kondensator 550 bewirkt einen geringeren Phasenvoreilungsstrom an der Basis des Transistors 508. Das ist jedoch erwünscht, da die Verzögerung des am Ausgang des Differenzverstärkers auftretenden Signals gegenüber dem Eingangssignal sich mit zunehmendem Signalpegel verringert. Diese beiden Effekte können durch geeignete Bemessung praktisch gegeneinander aufgehoben werden, so daß die Veränderungen der Signalverzögerung bei der Signalübertragung innerhalb der Begrenzerverstärkerstufe 502 ganz wesentlich verringert werden.

In gleicher Weise läßt sich die Signalverzögerung innerhalb der Begrenzerverstärkerstufe 500 durch eine positive Rückkopplung beeinflussen, welche vom Emitter des Emitterfolgertransistors 508.über einen Kondensator 552 zu einer der Stufe 500 vorgeschalteten nicht dargestellten Stufe geführt ist, welche das Eingangssignal am Anschluß 532 liefert«,

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Die positive !Rückkopplung kann auch in anderer Weise als mit Hilfe des Kondensators 550 realisiert werden. Beispielsweise kann der Kollektor des Transistors 518 anstatt über den Kondensator 550 auch über einen hochohmigen Widerstand auf die Basis des Transistors 508 geführt werden. Jedoch nimmt der Kondensator 550 in einer integrierten Schaltung weniger Platz ein als ein hochohmiger Widerstand.

Der Emitterfolgertransistor 520 isoliert den Kondensator 550 vom Kollektorlastwiderstand 522, so daß der Kondensator 550 die Bandbreite des begrenzten Signals am Kollektor des Transistors 518 nicht in unerwünschter Weise einschränkt. Eine Verringerung der Bandbreite würde nämlich die Planken des begrenzten Signals abflachen und auf diese Weise eine Phasenverschiebung in der nachfolgenden Begrenzerverstärkerstufe verursachen, wenn eine solche verwendet wird. An der Basis des Transistors 508 wirkt eine genügend hohe Impedanz, welche hauptsächlich durch den Wert des Widerstandes 510 bestimmt wird, so daß der Kondensator 550 klein gemacht werden kann. Auf diese Weise kann der positive Rückkopplungszweig an die Basis des Transistors 508 anstatt an die Basis des Transistors 516 angeschlossen werden. Die an der Basis des Transistors 116 herrschende Impedanz ist wegen der niedrigen Impedanz des Emitterfolgertransistors 108 niedrig. Würde man den Kondensator 550 an die Basis des Transistors 116 anschließen, dann würde man einen wesentlich größeren Kondensator benötigen, um die gewünschte Verzögerungskompensation zu erreichen.

Die Kurve 402 in Fig. 2 zeigt das Phasenverzögerungsverhalten eines kompensier,ten Begrenzerverstärkers mit mehreren Stufen nach der erfindungsgemäßen lehre. Bei voller Kompensation bleibt die Phasenverzögerung einer Signalübertragungsstufe über einen weiten Bereich von Eingangssignalen relativ konstant. Eine optimale Phasenkompensation für in Kaskade geschaltete Signalübertragungsstufen erhält man, wenn jede nachfolgende Stufe bei einem Pegel in die Begrenzung gesteuert wird, welcher eine

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-8-relativ konstante Verzögerung für jede Stufe ergibt.

Pig. 3 zeigt das Schaltbild eines ZF-Begrenzerverstärkers in integrierter Bauweise für FM-Empfanger. Dieses Schaltbild zeigt Einzelheiten einer■integrierten Schaltung für kommerzielle Anwendungen. Der hochverstärkende ZF-Begrenzerverstärker wird normalerweise so ausgelegt, daß für die Eingangssignale und die Ausgangssignale unterschiedliche Massebezugspunkte gewählt werden. Dadurch vermeidet man eine Kopplung der Ausgangssignale auf den Eingang des mehrstufigen Begrenzerverstärkers über die gemeinsame Impedanz einer aufgeteilten Massebezugsleitung, welche zu einer Selbsterregung oder einem anderweitigen unerwünsch ten Verhalten des Verstärkers führen können. In Fig. 3 sind die Verbindungen zur Eingangssignal-Bezugsmasse als Masserückleitungssymbol mit vier Leitungen· dargestellt. Dieses Bezugsmas sepotential wird von der integrierten Schaltung 200 zu der äußeren Schaltung über den Anschluß T,- geführt. Die Verbindungen zur Aus gangs signal-Bezugsmas se sind mit einem Masseschlußsymbol in Form eines kleinen Dreiecks gekennzeichnet. Dieses ; Bezugsmassepotential wird von der integrierten Schaltung 200 über den Anschluß T^ zur äußeren Schaltung geführt. Ein Gleich spannungsbetriebspotential B+ von 8 bis 16 V wird der integrier ten Schaltung 200 über den Anschluß T^. zugeführt.

Die winkelmodulierten Eingangssignale werden dem integrierten Schaltungsplättchen 200 über die Anschlüsse T₂ und T, von einem abgestimmten Übertrager 202 aus zugeführt. Die Primärwicklung des Übertragers 202 kann die Last eines vorangehenden, nicht dargestellten Zwischenfrequenzverstärkers bilden.

Der ZF-Begrenzerverstärker nach Fig. 3 weist drei abgeglichene emittergekoppelte Differenz-Begrenzerverstärker 204, 206 und 208 auf. Der erste Differenzverstärker 204 enthält Transistoren 280 und 282, deren Emitter zusammengeschaltet und an den Kollektor eines Transistors 210 geführt sind. Der zweite Differenzverstärker 206 enthält Transistoren 305 und 307, deren zusammen-

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geschaltete Emitter an den Kollektor eines Transistors 212 geführt sind. Der dritte Differenzverstärker 208 enthält Transistoren 326 und 328, deren zusammengeschaltete Emitter an den Kollektor eines Transistors 214 geführt sind.

Die Basen der Transistoren 280 und 282 des ersten Differenzverstärkers 204 sind an die Eingangsanschlüsse T₂ bzw. T, angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren 280 und 282 sind an die Emitter der in Basisgrundschaltung geschalteten Verstärkertransistoren 292 bzw. 294 angeschlossen und bilden auf . diese Weise Kaskodenverstärker 280, 292 und 282, 294, welche den kapazitiven Miller-Effekt im Differenzverstärker 204 herabsetzen. Die Kollektoren der Transistoren 292 und 294 sind über Widerstände 296 bzw. 298 an ein geglättetes Betriebspotential am Emitter des Transistors 238 angeschlossen.

Die Kollektoren der Transistoren 238, 240 und 242 sind mit dem : Anschluß T-. (B+) verbunden. Ihre Basen sind über einen Widerstand 288 ebenfalls an den Anschluß T₁, und über eine Lawinendiode 286 einer Lawinenspannung von 5,5 V an das Massepotentialf des Eingangssignals angeschlossen. Die Lawinendiode 286 wird durch einen über den Widerstand 288 gelieferten Betriebsstrom in Durchbruch betrieben, so daß sie die Basisspannung für die Transistoren 238, 240 und 242 glättet und regelt. Die Emitterspannungen dieser drei Transistoren betragen etwa je 4,8 V.

Die Basisvorspannungen der Transistoren 292 und 294 und der Transistoren 210, 212 und 214 werden durch eine Reihenschaltung aus den folgenden Elementen geliefert:

1) einen Widerstand 272, der zwischen dem Emitter des Transistors 238 und die zusammengeschalteten Basen der Transistoren 292 und 294 geschaltet ist,

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2) einen Widerstand 274, welcher zwischen die zusammengeschlossenen Basen der Transistoren 292 und 294 und den Verbindungspunkt der Basen der Transistoren 210, 212 und 214 geschaltet ist, und

3) eine Reihenschaltung einer in Durchlaßrichtung vorgespannten Diode 276 mit einem Widerstand 278, welche zwischen die zusammengeschalteten Basen der Transistoren 210, 212und 214 und das Eingangssignal-Massepotential geschaltet ist.

Die Transistoren 210, 212 und 214 sind mit ihren Emittern über Widerstände 216, 308 und 330 an das Eingangssignal-Massebezugspotential geschaltet. Die Kollektorströme der Transistoren 210, 212 und 214 werden konstant gehalten. Die Basisspannungen der Transistoren 210, 212 und 214 werden etwa auf 1 V oberhalb des-Eingangssignal-Bezugsmassepotentials gehalten, wobei die Diode 276 Schwankungen der Basis-Emitter-Sperrschichtspannungen dieser Transistoren sowie Temperaturschwankungen ausgleicht.

Die an der Basis des Transistors 210 erscheinende Spannung wird über eine Leitung 608 zu einer weiteren, nicht dargestellten Vorspannungsquelle für die integrierte Schaltung geführt, die als Bezugsspannung für ebenfalls nicht dargestellte Regelschaltungen dient und Spannungen und Ströme für andere Teile der integrierten Schaltung 200 liefert.

Die Transistoren 205 und 207 arbeiten als Emitterfolger. Ihre Basen sind an die Kollektoren der Transistoren 292 bzw. 294 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 205 ist an die Basis des Transistors 307 angeschaltet und liegt über einen Widerstand 300 am Eingangssignal-Bezugspotential. Der Emitter des Transistors 207 ist an die Basis des Transistors 305 angeschlossen und liegt über einen Widerstand 302 am Eingangssignal-Bezugspotential. Die Kollektoren der Transistoren 205 und 207 sind über Widerstände 304 bzw. 306 an den Anschluß T^ (B+) ange-Bchlossen. Diese Widerstände sind relativ niederohmig und be-

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wirken eine Dämpfung von Oberwellen, welche bei schnellen Signalübergängen in den Emitterfolgertransistoren 205 und 207 auftreten.

Der Emitter des Transistors 207 ist über den Mitkopplungskondensator 3.10 an den Emitter des Transistors 294 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 205 liegt über einen Mitkopplungskondensator 312 am Emitter des Transistors 292. Die Mitkopplungskondensatoren 310 und 312 des positiven Rückkopplungszweiges koppeln das Signal mit derselben Phasenlage wie das ursprüngliche Eingangssignal zurück auf die Emitter der Transistoren 294 bzw. 292. Diese positive Rückkopplung versteuert die Signalübergänge. Die Tendenz der zweiten Differenz-Begrenzerverstärkerstufe 206 zur Einführung von Phasenverschiebungen des Ausgangssignals, welche vom Eingangssignalpegel abhängig sind, wird dadurch herabgesetzt. Der G-rund hierfür liegt darin, daß die Signalübergänge für alle Eingangssignalpegel, und nicht nur für hohe Eingangssignalpegel, schnell erfolgen.

Die Kollektoren der Transistoren 305 und 307 der Stufe 206 sind über Widerstände 218 bzw. 220 an eine geregelte und geglättete Betriebsspannung angeschlossen, welche vom Emitter des Transistors 240 geliefert wird. Die zusammengeschlossenen Emitter der Differenzverstärkertransistoren 305 und 307 erhalten vom Kollektor des Transistors 212 einen konstanten Vorstrom.

Der Transistor 209 dient als Emitterfolger, seine Basis ist an den Kollektor des Transistors 305 angeschlossen. Sein Emitter liegt an der Basis"desTransistors 326 der dritten Verstärkerstufe 208 und ist über einen Widerstand 324 an das Eingangssignal-Massepotential angeschlossen.

Der Transistor 211 arbeitet ebenfalls als Emitterfolger und ist mit seiner Basis an den Kollektor des Transistors 307 angeschlossen. Sein Emitter liegt an der Basis des Transistors 328

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der dritten Yerstärkerstufe 208 und ist über einen Widerstand 322 an das Eingangssignal-Massepotential angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren 209 und 211 sind über Widerstände 318 bzw. 320 an den Anschluß T₁ , (B+) angeschlossen.

Der Emitter des Transistors 209 ist über einen Mitkopplungskondensator 314 an den Kollektor des Transistors 292 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 211 liegt über einen Mitkopplungskondensator 316 am Kollektor des Transistors 294· Die dritte Differenz-Begrenzerverstärkerstufe 208 enthält Transistoren 326 und 328, deren Emitter zusammengeschaltet sind und einen konstanten Strom vom Kollektor des Transistors 214 erhalten. Die Lastwiderstände 222 und 224 führen die Kollektoren der Transistoren 326 bzw. 328 an eine geregelte und geglättete Betriebsspannung, welche am Emitter des Transistors 242 herrscht. Die Kollektoren der Transistoren 326 und 328 sind über antiparallel geschaltete Dioden 226 und 228 zusammengeschaltet. Diese Diodenantiparallelschaltung sorgt für eine Begrenzerwirkung, wenn der Signalübergang zwischen den Signalspitzen- ^! spannungen zwischen den beiden Kollektoren der Transistoren 326 und 328 1,3 V erreichen. Diese Begrenzungswirkung .tritt für niedrigere Eingangssignalpegel auf als die Begrenzerwirkung des Begrenzerverstärkers 208 selbst.

Der Kollektor des Transistors 326 ist an die Basis des Transistors 349 angeschlossen, dessen Emitter mit der Basis eines nachfolgenden Transistors 346 und mit dem Emitter dieses Transistors 346 über einen Widerstand 350 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 349 und 346 sind über Widerstände 340 bzw. 342 an den Anschluß T₁. geführt. Auf diese Weise wird einö Darlington-Schaltung 230 gebildet, welche als Spannungsfolger arbeitet und Ausgangssignale am Anschluß 234 liefert, welcher mit dem Emitter des Transistors 346 verbunden ist. Der Emitter dieses Transistors ist ferner über die Reihenschaltung von Widerständen 356 und 358 an das Ausgangssignal-Massepotential angeschlossen. Der Verbindungspunkt der Widerstände 356 und 353

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liegt über einem Widerstand 360 am Anschluß T₅. Die Basis des Transistors 282 der ersten Verstärkerstufe 204 liegt am Anschluß T₅.

In gleicher Weise ist der Kollektor des Transistors 328 an die Basis des Transistors 336 angeschlossen, dessen Emitter auf die Basis eines nachfolgenden Transistors 338 und über einen Widerstand 348 an den Emitter dieses Transistors geführt ist. Die Kollektoren der Transistoren 336 und 338 sind über Widerstände 332 bzw. 334 an den Anschluß T₁ . (B+) geführt. Auf diese Weise wird eine Darlington-Schaltung 232 gebildet, welche als Spannungsfolger Ausgangssignale am Anschluß 236 liefert, welcher mit dem Emitter des Transistors 338 verbunden ist. !Ferner ist der Emitter dieses Transistors über die Reihenschaltung von Widerständen 352 und 354 an das Ausgangssignal-Massepotential geführt. Der Zusammenschaltungspunkt der Widerstände 352 und 354 ist über einen Widerstand 362 an den Anschluß T. geführt. Der Anschluß T, ist galvanisch über die Sekundärwicklung des Übertragers 202■(welcher außerhalb der integrierten Schaltung 200 vorgesehen ist) zum Anschluß Tg geführt, der mit der Basis des Transistors 280 der ersten Begrenzerverstärkerstufe 204 verbunden ist. Über diese Wicklung ist in der Figur ein Abstimmkondensator gezeichnet.

Ein ebenfalls außerhalb der integrierten Schaltung 200 angeordneter Signalüberbrückungskondensator koppelt die Anschlüsse T, und T₄ miteinander, so daß die im Differenzverstärkerbetrieb gewonnenen Z3F-Signale von den Ausgängen 234 und 236 über die Widerstandsnetze 352, 354, 362 bzw. 356, 358, 360 einander entgegenwirken. Dieses Entgegenwirken verhindert, daß diese ZP-Signale nochmals auf die Basen der Transistoren 280 und 282 der Eingangsverstärkerstufe 202 gelangen. Die im Ruhezustand auftretenden Differenzverstärkersignale werden jedoch degenerativ zurückgeführt und stabilisieren die Vorspannungen der Differenzverstärkerstufen 204, 206 und 208 innerhalb der Gegenkopplungs-

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schleife. Zur Überbrückung der Anschlüsse T~ und T. nach. Massepotential können zusätzliche Kondensatoren verwendet werden.

Im Betrieb wird ein über der Sekundärwicklung des Übertragers 202 anstehendes Eingangssignal zwischen die Basen der Transistoren 280 und 282 des Differenzverstärker 204 gekoppelt, v/elche mit den Transistoren 292 und 294 zu einer Kaskodeschaltung zusammengeschal-fet sind. Infolge dieser Kaskodeeingangsschaltung verringert sich der Miller-Effekt der Kollektor-Basis-Kapazität der Transistoren 280 und 282. Dadurch wird die Eingangsimpedanz der ersten Differenzverstärkerstufe 204 erhöht und bleibt praktisch konstant, wenn die Stufe in den Begrenzerzustand gesteuert wird.

Das an den Kollektoren der Transistoren 292 und 294 erscheinende Signal ist bei der Übertragung durch die Transistoren 280, 292 und 282, 294 in seiner Phase verzögert worden. Das Signal wird dann über die Emitterfolgertransistoren 205 und 207 auf die Basen der Transistoren 305 bzw. 307 der zweiten Verstärkerstufe 206 mit einer minimalen zusätzlichen Phasenverschiebung übertragen, die von der Amplitude des Signals abhängt.

Die Mitkopplungskondensatoren 310 und 312 sind so gewählt, daß die Phasennacheilung der ersten Signalübertragungsstufe 204 bei niedrigen Signalpegeln kompensiert wird. Die Kondensatoren 310 und 312 haben kleine Kapazitätswerte, typischerweise in der Größenordnung von 1,3 pi¹. Die Verstärkung dieses Rückkopplungspfades wird kleiner als 1 gehalten, so daß keine Schwingungen auftreten. In der ersten Verstärkerstufe 204 wird die positive Rückkopplung auf die Emitter der Transistoren 292 und 294 geführt, damit die hohe Eingangsimpedanz an den Eingangsanschlüssen Tp und T, nicht beeinträchtigt wird.

Die Anwendung der Prinzipien der Erfindung bei symmetrischen Verstärkern, im Gegensatz zu unsymmetriselen Verstärkern, wie sie in Pig. 1 dargestellt sind, wird in Verbindung mit der zwei-

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ten Differenz-Begrenzerverstärkerstufe 206 erläutert. Die positive Rückkopplung vom Ausgang zum Eingang erfolgt über de Mitkopplungskondensatoren 314 und 316, welche an die Basen der Emitterfolgertransistoren 205 und 207 statt an die Basen der Transistoren 3^5 und 307 angeschlossen sind, weil die Basen der Transistoren 205 und 207 einen höheren und damit günstigeren Impedanzpegel für die Rückführung dieser Kondensatoren bieten. Auf diese Weise können die Kondensatoren 314 und 316 wesentlich kleinere Kapazitätswerte, typischerweise in der Größenordnung von 0,27 pi¹, zur Kompensation der durch die zweite Verstärkerstufe 206 eingeführten Phasenverzögerung haben, Kapazitäten mit so niedrigen Werten lassen sich aber in integrierten Schaltungen relativ einfach ausbilden.

Wenn der Begrenzungspegel der zweiten Verstärkerstufe 206 erreicht wird, dann verringert sich die Wirkung der positiven Rückführung zunehmend, da die Verstärkung der Stufe 206 zunehmend herabgesetzt wird, wenn die Begrenzung erreicht wird, d.h. das Eingangssignal dieser Stufe erhöht sich, aber das Ausgangssignal bleibt konstant. Daher entfalten die Mitwirkungskondensatoren ihre maximale Wirkung für kleine Signale, wo sie die durch die erste und zweite Verstärkerstufe 204, 206 eingeführte Verzögerung wesentlich herabsetzen, dagegen haben sie einen vernachlässigbaren Effekt, wenn die Eingangssignale auf einen Pegel ansteigen, bei dem die zweite Stufe 206 voll begrenzt, und die Phasenverzögerung wird verringert.

Die Erfindung läßt sich in Schaltungen sowohl für symmetrische Signale als auch für unsymmetrische Signale anwenden.

Die dritte Verstärkerstufe 208 arbeitet in gleicher Weise wie die zweite Verstärkerstufe 206. In der dritten Stufe 208 werden keine Mitkopplungskondensatoren verwendet. Die an den Basen der Transistoren 326 und 328 auftretenden Signalamplituden sind durch die erste und die zweite Verstärkerstufe 204 bzw. 206 verstärkt worden. Die Signalamplitude ist daher genügend groß,

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um die dritte Stufe 208 für sämtliche an den Eingangsanschlüssen Tp und T- auftretende Signalpegel in den Begrenzungszustand zu steuern.

Die dritte Verstärkerstufe 208 ist mit einem weiteren Begrenzer versehen, welcher die antiparallel geschalteten Dioden 226 und 228 umfaßt, die zwischen die Ausgänge geschaltet sind. Sie erlauben eine Begrenzung der Ausgangssignal-Spitzenamplitude auf etwa 1,3V. Die Signale an den Ausgängen der dritten Verstärkerstufe 208 werden jeweils über Darlington-Emitterfolgertransistoren an die nachfolgende Schaltung geführt, welcher auf diese Weise niedrige Quellimpedanzen dargeboten werden. Die Emitterlasten der Darlington-Emitterfolger sind jeweils galvanisch über Rückführungszweige zu den entsprechenden Eingangsanschlüssen Tp und T, zur Gleichspannungsstabilisierung der Begrenzerverstärker schaltung geführt.

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Claims (9)

1. 2H2659

   -17-Patentansprüche

   1(1.) Begrenzerverstärker für winkelmodulierte Signale zur linearen Verstärkung kleiner und Begrenzung großer Signale, d a durch gekennzeichnet, daß zur konstanten Signalphasenverschiebung von geringen bis großen Eingangs-Signalamplituden eine positive Rückkopplung (Kondensator 550) vorgesehen ist, welche einen konstanten Signalanteil vom Verstärkerausgang auf den Verstärkereingang zurückkoppelt.
2. 2. Begrenzerverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen ersten und einen zweiten Transistor (518,516) in emittergekoppelter Differenzverstärkerschaltung (502) enthält, bei dem im Kollektorkreis mindestens des ersten Kondensators (518) ein Widerstand (522) vorgesehen ist, daß der Bückkopplungszweig einen dritten Transistor (520) in Emitterfolgerschaltung enthält, dessen Basis an den Kollektor des ersten Transistors (518) angeschlossen ist, daß eine erste Impedanz (550) mit einem Ende an den Emitter des dritten Transistors (520) und mit ihrem zweiten Ende an die Basis des zweiten Transistors (516) gekoppelt ist und daß ein erster Widerstand (514), welchem Eingangssignalströme zuführbar sind, zwischen das zweite Ende der Impedanz (550) und ein Gleichspannungspotential (B-) geschaltet ist.
3. 3. Begrenzerverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende der ersten Impedanz (550) an die Basis eines vierten Transistors (508) angeschlossen ist, der als Emitterfolger geschaltet ist und dessen Emitter mit der Basis des zweiten Transistors (516) verbunden ist.
4. 4. Begrenzerverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (206) einen lastwiderstand (218) im Kollektorkreis des zweiten Transistors (305) enthält, daß zusätzlich ein positiver Rückkopplungszweig mit einem

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   vierten Transistor (209) vorgesehen ist, der als Emitterfolger geschaltet ist und mit seiner Basis am Kollektor des zweiten Transistors (305) liegt, daß eine zweite Impedanz (314) mit ihrem einen Ende an den Emitter des vierten Transistors (209) und mit ihrem zweiten Ende an die Basis des j ersten Transistors (307) geführt ist und daß ein zweiter j Widerstand (300) zwischen das zweite Ende der zweiten Impej danz (3H) und das Gleichspannungspotential geschaltet ist.

   Γ
5. 5. Begrenzerverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (206) im Kollektorkreis des zweiten Transistors (305) einen Lastv/iderstand (218) enthält und daß zusätzlich ein positiver Rückkopplungszweig mit einem fünften Transistor (209) in Emitterfolgerschaltung vorgesehen ist, dessen Basis an den Kollektor des zweiten Transistors (305) geführt ist,.daß ein sechster Transistor (205) in Emitterfolgerschaltung mit seinem Emitter an die Basis des ersten Transistors (307) geführt ist, daß· eine zweite Impedanz (314) zwischen den. Emitter des fünften Transistors (209) und die Basis des sechsten Transistors (205) geschaltet ist und daß ein zweiter Widerstand (296) die Basis des sechsten Transistors mit dem Gleichspannungspotential verbindet.
6. 6. Begrenzerverstärker nach Anspruch 3 oder 5, gekennzeichnet durch einen ersten Vorverstärkertransistor (506,294), der in Basisgrundschaltung geschaltet ist und mit seinem Kollektor an die Basis des vierten Transistors (508,207) angeschlossen ist, und daß ein erster Kondensator (552,310) zwischen den Emitter des vierten Transistors (508,207) und den ersten Vorverstärkertransistor (506,294) geschaltet ist.
7. 7. Begrenzerverstärker nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen zweiten Vorverstärkertransistor (292), der in Basisgrundschaltung geschaltet ist und mit seinem Kollektor an die Basis des sechsten Transistors (205) angeschlossen ist,

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   2U2659

   und daß ein zweiter Kondensator (312) zwischen den Emitter des sechsten Transistors (205) und den zweiten Vorverstärkertransistor (292) geschaltet ist.
8. 8. Begrenzerverstärker nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Impedanz (550,316) kapazitiv ist.
9. 9. Begrenzerverstärker nach einem der Ansprüche 4, 5 und 6 oder 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Impedanz (314) kapazitiv ist.

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