IT8224809A1

IT8224809A1 - Perfezionamenti in o relativi ad amplificatori a guadagno controllato

Info

Publication number: IT8224809A1
Application number: IT1982A24809A
Authority: IT
Original assignee: Western Electric Co
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1982-12-16
Publication date: 1984-06-16
Also published as: NL8204871A; FR2518849A1; US4441080A; DE3246213A1; CA1187567A; IT1154639B; HK7886A; IT8224809A0; JPS58111416A; GB2111776A; GB2111776B; KR840003162A; FR2518849B1

Description

"PERFEZIONAMENTI IN 0 RELATIVI AD AMPLIFICATOSI A GUADAGNO CONTROLLA-TO?.

RIASSUNTO

Il guadagno di un?amplificatore viene fatto variare in risposta ad una tensionedi controllo V c tramite una rete di retrazione a transcondut? tanza variabile a condensatori a commutazione? Un primo e secondo condensatori (24,26) sono collegati in serie fra l'ingresso e l?uscita di un aplificatore operazionale e sono commutati tramite un primo conduttore a basculamento (28)ed un secondo conduttore a basculamento (30)? Entrambi gli interruttori a basculamento sono azionati tramite una coppia di treni di impulsi non sovrapponentisi 02 rete resistiva variabile controllata in tensione (42) ? collegata fra il nodo comune (40) dei condensatori e massa per cui la resistenza fra il nodo (40) e massa risulta dipendente dalla tensione di controllo V c

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda amplificatori a guadagno controllato il cui guadagno pu? essere fatto variare in dipendenza da una tensione di controllo applicata ad una rete a retroazione?

E? gi? noto dotare un amplificatore di una rete di retroazione a transconduttanza variabile in modo tale che il guadagno dell'amplifica? tore pu? essere fatto variare in risposta ad.una tensione di controllo ??? applicata a detta rete. Queste disposizioni sono comunemente impiegate in circuiti di controllo automatico del guadagno ed in eunplificatori con un guadagno programmabile.

In un circuito costruito con la tecnologia MOS (metallo-ossidosemiconduttore), ? spesso difficile ottenere una rete a transconduttanza variabile con un intervallo di valori sufficientemente ampio per un suffi? ciente intervallo di controllo del guadagno con trasmissione del segnale essenzialmente non distorta. Di conseguenza il circuito ha una dinamica fortemente ristretta oppure richiedV eccessiva potenza o area eccessiva della piastrina.

Secondo la presente invenzione un amplificatore a guadagno controllato include un primo amplificatore, e una rete di controreazione collegata fra 1*uscita e un ingresso del primo amplificatore,la transconduttanza della rete di retroazione essendo variabile in dipendenza da un segnale di controllo^la rete di retroazione includendo un primo ed un secondo con? densatori collegati in serie, primi mezzi a interruttore per collegare un lato del primo condensatore a detto ingresso del primo aplificatore durante i primi periodi di fase ed a un terminale di potenziale di riferimento durante secondi periodi di fase i primi periodi di fase non sovrapponendosi sui secondi periodi di fase, secondi mezzi ad interruttore per collegare un lato del secondo condensatore all?uscitadelprimoamplificatore durante i primi periodi di fase ed ad un terminale del potenziale di riferimento durante i secondi periodi di fase, e mezzi a resistenza variabili sensibili al segnale,di controllo e fornenti almeno un Der? corso di corrente da un nodo comune del primo e secondo condensatori ad un terminale di potenziale di riferimento. Un amplificatore secondo l'invenzione consente di ottenere un controllo migliorato del guadagno entro la banda dei segnali entro un ampio intervallo di guadagno con una distorsione relativamente bassa impiegando al tempo stesso dispositivi a ridotto consumo di potenza richiedenti un'area relativamente piccola di piastrina di circuito integrato?

In ima forma di realizzazione, i mezzi a resistenza variabile sono dotati di una rete per sopprimere la distorsione quando la corrente di polarizzazione in un transistor contenuta nei mezzi a resistenza variabile ? piccola, corrispondendo in questo caso ad un elevato livello del segnale di ingresso nell'amplificatore.

L'invenzione sar? ora descritta a titolo esemplificativo facendo riferimento ai disegni acclusi nei quali:

la fig. 1 ? uno schema circuitale di massima di un'amplificato re a guadagno controllato secondo l'invenzione, avente una rete di retroa zione a transconduttanza variabile a condensatori commutabili;

la fig. 2 ? uno schema circuitale di massima di un interruttore a basculamento come quello che pu? essere impiegato nella rete a retroazione dell'amplificatore di figura 1;

la fig. 3 ? uno schema circuitale di massima dell'amplificatore di figura 1 con la sua rete di retrazione modificata per includere una rete di soppressione di distorsione per segnali di ingresso di elevata ampiezza;

la fig. 4 ? uno schema circuitale di massima di un'altro am? plificatore a guadagno controllato secondo l'invenzione includente una ?ssl rete a resistenza variabile duale.

Facendo ora riferimento alla figura 1,un amplificatore 10 a guadagno controllato ? realizzato con dispositivi KOS a canale N eincludeun amplificatore operazionale primario 12?avente un terminale di ingresso invertente 14? un terminale ad ingresso non invertente 16 ed un terminale di uscita 18. Il terminale di ingresso non invertente 16 e collegato ad un potenziale di riferimento, che in questo caso particolare ? il potenziale di massa. L'espressione "potenziale di riferimento" come qui impiegata significa un potenziale che ? sostanzialmente costante rispetto al potenziale del segnale. Uh resistore di ingresso 20 che accetta un segnale 22 da una sorgente di segnale ? collegato al terminale di ingresso invertente 14? La sorgente di segnale non ? rappresentata? ed il resistore 20 pu? pure essere realizzato come un condensatore commutato* La circu?? teria particolare dell'amplificatore operazionale 12 stesso non ? significativa e pu? essere in conformit? con una di varie disposizioni che sono ben note agli esperti nella tecnica degli amplificatori. Un primo condensatore 24 a commutazione passante ed un secondo condensatore 26 a commutazione passante sono collegati in serie. L'espressione "commutazione passante" come qui impiegata significa un componente a due terminali di un circuito a condensatori commutati,non avente nessuno dei terminali direttamente collegato a masca in una delle due fasi di commutazione. Uh primo interruttore a basculamento 28 collegato in serie fra il terminale di ingresso invertenre 14 ed il primo condensatore 24 ? atto a commutare il lato del terminale di ingresso invertente 14 del primo condensa? tore 24 alternativamente fra il terminale di ingresso invertente 14 e massa. Un secondo interruttore a basculamento 30 collegato in serie frail terminale di uscita 18 dell'amplificatore ed il secondo condensatore 26 ? atto a commutare il lato del terminale di uscita 18 dell'amplificatore del secondo condensatore 26 alternativamente fra il terminale di uscita 18 dell'amplificatore e massa. Il primo interruttore a basculamento 28, che ? Bimile al secondo interruttore a basculamento 30, ? rappresentato pi? dettagliatamente in figura 2. Esso ? costituito da una coppia di transistor MOS ad arricchimento 31,32 con le loro sorgenti rispettive 33,34 collegate assieme e le loro porte rispettive 35,36 collegate ad una sorgente di orologio 38 che alimenta treni di impulsi non sovrapponentisi aventi una prima fase 0 e una seconda fase a esse con una frequenza degli impulsi fc che ? qui scelta per essere di 112 kHz (chilohertz)La notazione di fase 1 adiacente alle freccecon lineaa tratto pieno di figura 1 indica che gli interruttori 28, 30 rappresentati sono in una condizione

Una rete a resistenza variabile 42, rappresentata entro il rettangolo a linea tratteggiata pi? grande di figura 1 accoppia il nodo comune 40 dei condensatori 24,26 a massa. Esso include un transistor a elemento resistivo dinamico KOS 44 del modo di arricchimento, con pozzo e porta messi a massa. La sua sorgente ? collegata al nodo comune 40dei condensatori e al pozzo di un transistor MOS del modo di arricchimento 46 avente la sua sorgente collegata ad una tensione di alimentazione negativa ?Vss e agente come una sorgente dicorrentecontrollata. Una tensione di controllo Vcda una sorgente di tensione di controllo 50 viene alimenta? ta dalla porta 52 del transistor sorgente di corrente 46 per far variare la resistenza della rete a resistenza variabile 42 variando la corrente di polarizzazione per il transistor a elemento a resistenza 44

Nel funzionamento dell'amplificatore 10 a guadagno controllato la tensione di controllo V applicata alla porta 52 del transistor sorgen te di corrente 46 determina la corrente di polarizzazione per il transistor a elemento a resistenza 44 cos? da determinare la resistenza fra il nodo comune 40 e massa. poich? questa resistenza determina la velocit? di scarica ad un potenziale costante dei condensatori 24.26, il pacchetto di cariche trasferito fra il condensatore 24 ed il terminale di ingresso invertente 14 dell'amplificatore 12 in un ciclo di funzionamento pu? in tal modo essere controllato tramite la tensione di controllo V c Questo oac? chetto di cariche viene aggiunto al segnale di ingresso 22 in corrispondenza di un nodo seminatore 54 per fornire controreazione proporzionale alla tensione di uscita dell'amplificatore 12

In un'altra forma di realizzazione, rappresentata nella figura 3 un amplificatore 56 a guadagno controllato include una rete 58 per la soppressione delle distorsioni rappresentata entro il rettangolo a linea tratteggiata pi? piccolo. Questa rete 58 sopprime la distorsione del segnale che pu? essere una conseguenza di una condizione a ridotta corrente di polarizzazione nel transistor ad elemento a resistenza 44 condizione che corrisponde a segnali di ingresso di grande ampiezza estendendo essenzialmente l'intervallo di valori resistivi che il transistor a resistenza 44 pu? assumere senza distoreere eccessivamente la forma d'onda del segnale di uscita che ? reazionato attraverso il condensatore 24 La rete 58 include un amplificatore operazionale secondario 62. La porta del transistor 44 ? collegata attraverso un interruttore a levetta o a basculamento 66 alternativamente al terminale di uscita 64 dell'amplificatore operazionale secondario 62 e massa. Uh elemento a resistenza accoppia l?ingresso di segnale 22 ad un terminale di ingresso invertente 70. Il terminale di ingresso non invertente 71 dell'amplificatore secondario 62 ? messo a massa. Un secondo interruttore a basculamento 72 collega un lato di due condensatori 74>76 alternativamente fra massa e il terminale di ingresso invertente 70 dell?amplificatore secondario 62. L'altro lato del primo condensatore 74 di tali due condensatori ? collegato al nodo comune 40 mentre quello del secondo condensatore 76 ? fatto basculare frailmododiuscita 64 dell?amplificatore62e massa. Il pozzo del transistor a elemento a resistenza 44 ? collegato a massa oppure ad una tensione di alimentazione positiva. Un condensatore di retroazione non commutato 68 accoppia il terminale di uscita 64 al terminale di ingresso invertente 70 dell?amplificatore 62, servente per limitare la larghezza di banda dell'amplificatore secondario 62. Uh condensatore di retroazione pu? similmente essere applicato attraverso l?amplificatore primario 12 per uno scopo similare.

La rete a resistenza variabile 42 include un terzo transistor 9 ilqualeserveperestenderel?intervallodiresistenzaa valori inferiori per un dato limite superiore sulla tensione di controllo*

Un'altra forma di realizzazione dell?invenzione e l'amplificatore a guadagno controllato 80 di figura 4 il quale comprende una rete a resistenza duale 82. La rete 82 collega il nodo comune 40 a massa attraverso un percoso a resistenza fornito dal transistor 84 che presenta

una resistenza variabile in risposta ad una tensione di controllo V ? Essa collega pure un nodo comune 40 all?ingresso invertente 14 dell?amplificatore operazionale 12 attraverso un altro percorso a resistenza fornito da un transistor 86 che presenta una resistenza anch'essa variabile in risposta alla tensione di controllo 0 comando Vc? L'ingresso invertente 14.? un potenziale di riferimento poich? esso ? un nodo di massa virtuale che non varia apprezzabilmente di potenziale per piccoli segnali Gli elettrodi di porta dei transistor 84,86 sono collegati alla sorgente di tensione di controllo 50 attraverso un resistere fisso 88? Due condensatori 90,92 di valori uguali servono per sopprimere la distorsione nei transistor 84,86 risultante da segnali di grandi ampiezze.

Il consolidamento dei due percorsi resistivi sensibili alla tensione di controllo nella reta a resistenza duale 82 consente una certa sud^ divisione di funzioni, risparmiando cos? elementi. Tuttavia sarebbe pure possibile impiegare due reti resistive separate per eseguire i collegamenti? In aggiunta un amplificatore a guadagno controllato pu? essere realizzato in una pluralit? di modi diversi prevedendo vari collegamenti resistivi sensibili alla tensione di controllo dal nodo comune 40 ad tuia tensione di riferimento in maniera tale che le correnti di retroazione dell?amplificatore 12 ? in tal modo influenzata dalla tensione di controllo V . Il resistere 88 e altri resistor! possono essere sostituiti in modi noti con disposizioni a condensatori commutati?

Una realizzazione tipica per gli amplificatori 10, 56 a guadagno variabile sarebbe un circuito AGC (a controllo automatico del guadagno). In questo circuito la tensione di controllo 0 comando V

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Amplificatore a guadagno controllato includente un primo amplificatore, ed ima rete di controreazione collegata fra l'uscita ed un ingresso del primo amplificatore^la transconduttanza della rete di controreazione essendo variabile in dipendenza da un segnale di controllo, e la rete di controreazione includendo un primo ed un secondo condensatore collegati in serie primi mezzi ad interruttore per collegare un lato del primo condensatore a detto ingresso del primo amplificatore durante primi periodi di fase ed a un terminale di potenziale di riferimento durante secondi periodi di fase, i primi periodi di fase non sovrapponendosi sui secondi periodi di fase^secondi mezzi ad interruttore per collegare un lato del secondo condensatore all'uscita del primo amplificatore durante i primi periodi difaseeadun terminaledi potenziale di riferimento durante i secondi periodi di fase, e mezzi a resistenza variabile sensibile al segnale di controllo e fornente almeno un percorso di corrente da un nodo comune del primo e secondo condensatori ad un tenninale di potenziale di riferimento.

2. Amplificatore secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi a resistenza variabile includono un primo transistor collegato per fornire un percorso resistivo dinamico fra il nodo comune ed un terminale di potenziale di riferimento ed un secondo transistor per fornire al primo transistor una corrente di polarizzazione variante in dipendenza dal segnale di controllo.

3. Amplificatore secondo la rivendicazione 2, in cui detto ingresso del primo amplificatore e un ingresso invertente, e in cui ? prevista una rete per la soppressione delle distorsioni rispondente ad mi segnale di ingresso all'amplificatore a guadagno controllato e collegata ad un elettrodo di controllo o comande del primo transistor ? per ridurre la distorsione della forma d'onda del segnale di uscita per elevati livelli del segnale di ingresso,la rete di soppressione includendo ima prima impedenza collegata fra l'ingresso invertente ed un terminale per ricevere il segnale di ingresso, un secondo amplificatore avente un ingresso invertente collegato al terminale del segnale d? ingresso attraverso una seconda impedenza, ed un ingresso non invertente collegato ad un terminale di potenziale di riferimento un terzo o quarto condensatori collegati-assieme in corrispondenza di un lato per formare un nodo comune, l?altro lato del terzo condensatore essendo collegato al nodo comune del primo e secondo condensatori, e l?altro lato del quarto condensatore essendo collegato all'elettrodo di controllo o comando del primo transistor^terzi mezzi ad interruttore per collegare l?elettrodo di controllo del primo transistor durante i primi periodi di fase all?uscita del secondo amplificatore e durante i secondi periodi di fase ad un terminale di potenziale di riferimento, quarti mezzi ad interruttore per collegare ilmodo comune del terzo e quarto condensatori durante i primi periodi di fase all'ingresso invertente del secondo amplificatore e, durante i -secondi periodi di fase ad un terminale di potenziale di riferimento, e un quinto condensatore collegato fra l'ingresso invertente e l'uscita del secondo amplificatore.

4. Amplificatore secondo la rivendicazione 3 in cui i transistor sono transistor a effetto di campo?

5 Amplificatore secondo le rivendicazioni 3 oppure 4 in cui i transistor sono dispositivi MOS.

6. Amplificatore secondo la rivendicazione 1 in cui detto ingresso del primo amplificatore ? un ingresso invertente e in cui sono previsti ulteriori mezzi a resistenza variabile sensibili al segnale di controllo e fomenti un percorso di corrente dal nodo comune del primo e secondo condensatori all'ingresso invertente.

5. Apmlificatore secondo la rivendicazione 3 in cui detti transistor sono amplificatori MOS.

6. Amplificatore secondo la rivendicazione 1, comprendente secondi mezzi a resistenza variabile risposndenti a detta tensione di controllo e fom enti un percorso di corrente da detto nodo co mune di detti primo e secondo condensatori a detto??t?inale di ingresso invertente di detto primo amplificatore operazionale.