SE468412B - Limiterande foerstaerkare - Google Patents

Description

468 412 område.

Genom den svenska utläggningsskriften 457 922 (motsvarar EP 88850l58.2) är en anordning för användning vid ett aktivt filter känd, vilken innefattar ett differentialförstärkarsteg med en differentialingång och en differentialutgång.

Differentialförstärkarsteget har två uppsättningar av kompo- nenter mellan en matningsspänning och en strömgenerator. Kompo- * nenterna hos vardera uppsättningen innefattar dels en förstärk- ningskompónent med en styrelektrod och en huvudledsträcka mellan en första och en andra strömelektrod, dels en första grupp av seriekopplade diodkomponenter, vilka är anordnade i seriekrets med förstärkningskomponenten mellan den första strömelektroden och strömgeneratorn, och dels minst en andra grupp av serie- kopplade diodkomponenter i serie eller parallellt med nämnda seriekrets. Styrelektroderna är kopplade i motfas till varsin klämma hos differentialingången så att skillnaden mellan poten- tialerna på styrelektroderna ökar med ökande spänning över differentialingången. Vid de andra strömelektroderna är för- stärkningskomponenterna kopplade i motfas till varsin klämma hos differentialutgången så att spänningen över differentialutgången varierar med skillnaden mellan framspänningsfallen över de båda förstärkningskomponenterna.

Strömgeneratorn är så anordnad att den strävar att hålla summan av strömmarna genom förstärkningskomponenterna konstant.

Redogörelse för uppfinningen.

Ett allmänt syfte med uppfinningen är att åstadkomma en limiterande förstärkare av inledningsvis angivet slag, som har en väldefinierad förstärkning och maximal utspänning, har en tillförlitlig funktion, samt är enkel att realisera.

Företrädesvis skall den limiterande förstärkaren kunna arbeta med en matningsspänning av endast 5 volt, och lämpa sig för integrering i bipolär kretsteknik.

Ett särskilt syfte med uppfinningen är att åstadkomma en limiterande förstärkare med nyssnämnda egenskaper för drift i VHF- och UHF-banden.

Det allmänna syftet har uppnåtts genom att hos den limite- rande förstärkaren enligt uppfinningen den utsignalbegränsande anordningen innefattar en till förstärkarstegets utgång kopplad 3~ 468 412 strömsuganordning, som är anordnad att dra ström genom last- komponenterna., Fördelaktiga utföringsformer av den limiterande förstärkaren enligt uppfinningen anges i underkraven.

I synnerhet erhålles en limiterande förstärkare enligt, uppfinningen, som är väl lämpad för drift i VHF- och UHF-banden, om enligt en särskilt föredragen utföringsform förstärkarsteget utgöres av ett differentialförstärkarsteg med en differential- ingång och en differentialutgång, och två strömsuganordningar är kopplade till varsin av differentialutgångens klämmor.

Figurbeskrivning.

Några utföringsformer av uppfinningen skall nu beskrivas närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 visar ett schematiskt principkopplingsschema av en utföringsform av ett enkelt limiterande förstärkarsteg enligt uppfinningen, samt fig. 2 i form av ett kopplingsschema visar hur en utförings- form av den limiterande förstärkaren enligt uppfinningen kan uppbyggas av flera förstärkarsteg enligt fig.1 i serie.

Föredragna utföringsformer.

Figur 1 visar ett differentialförstärkarsteg med en diffe- rentialingång V11-VI2 och en differentialutgâng V01-V02, samt två uppsättningar av komponenter mellan en matningsspänning Vcc och en strömgenerator IEE. Nämnda komponenter innefattar hos vardera uppsättningen dels en förstärkningskomponent QI11 resp. QIZI med en styrelektrod och en huvudledsträcka mellan en första och en andra strömelektrod, dels ett antal inverterande komponenter anordnade i seriekrets med förstärkningskomponenten mellan den första strömelektroden och strömgeneratorn, dels ett antal lastkomponenter i serie med nämnda seriekrets. De inverterande komponenterna utgöres av en första grupp av seriekopplade diod- komponenter QI12-Qlln resp. QI22-Qïzn, och lastkomponenterna av en andra grupp av seriekopplade diodkomponenter QLl1-QL1m resp. QL21- QL2m Närmare bestämt utgöres förstärkningskomponenterna vid den visade utföringsformen av två lika NPN-transistorer med base- lektrod bll resp. b21, emitterelektrod ell resp. e21 och kollek- 468 412 4 torelektrod kll resp. k21, vilka elektroder bildar nämnda styre- lektrod, första strömelektrod resp. andra strömelektrod. Nämnda huvudledsträcka utgöres följaktligen av kollektoremittersträckan kll-ell resp. k21-e21. Diodkomponenterna är NPN-transistorer av samma slag som förstärkningskomponenterna, men med bas- och kollektorelektroderna hopkopplade. Varje diodkomponent har därför ett framspänningsfall, som motsvarar basemitterspänningen Vfiell resp. V¿e21 hos en förstärkningskomponent.

Förstärkningskomponenternas styrelektroder bil resp. b21 är kopplade i motfas till varsin klämma V11 resp. VI2 hos diffe- rentialingången så att skillnaden mellan potentialerna på styre- lektroderna ökar med ökande spänning över differentialingången.

Förstärkningskomponenterna är med nämnda andra strömelektroder kll resp. k21 kopplade i motfas till varsin klämma V01 resp. V02 hos differentialutgången så att spänningen över differentialut- gången varierar med skillnaden mellan framspänningsfallen över de båda förstärkningskomponenterna.

Strömgeneratorn IEE är så kopplad att den strävar att hålla summan av strömmarna genom förstärkningskomponenterna konstant.

De detaljer av differentialförstärkarsteget i fig.1, som beskrivits ovan, överensstämmer väsentligen med motsvarande detaljer hos en av utföringsformerna av aktiva filter i ovan- nämnda EP 88850158.2, till vilken skrift hänvisas för ytterliga- re detaljer.

Enligt föreliggande uppfinning är nu, vid den beskrivna utföríngsformen, tvâ lika strömsug- eller strömgeneratoranord- ningar x*IEE anslutna till var sin av differentialutgångens klämmor, där x betecknar en faktor, som kan vara en konstant eller variabel. Dessa strömsuganordningar är på nedan med hän- visning till fig. 2 närmare beskrivet sätt anordnade att dra ström genom lastkomponenterna.

Till att börja med kan det konstateras att när x=0 består kretsen i fig. 1 enbart av den genom EP 88850158.2 kända diffe- rentialförstärkaren. Under förutsättning att alla komponenter är förspända i framriktningen erhålles för detta fall en linjär dc överföringskarakteristik. Förstärkningen bestämmes av förhållan- det mellan antalet lastkomponenter m och antalet inverterande komponenter n, det så kallade stackningsförhållandet, dvs för- stärkningen A=-m/n. s 468 412 Det kan visas att när x i fig. 1 ökar, minskar förstärk- ningen, liksom den maximala VUT=VQ1-V02. Detta innebär att den önskade maximala differentialutspänningen kan väljas enkelt genom dimensionering av x.

Närmare bestämt kan det visas att V¿T(max) ß m * Vt * ln [((1 + x) * IEE + Is)/(x * IEE + Is)] där V5T(max) = den maximala differentialutspänningen, Vt = termisk spänningsekvivalent = kT/q = 26 mV vid 300 K Is = mättningsström Ökning av antalet diod- och förstärkningskomponenter i vardera seriekretsen hos differentialförstärkaren medför ökning av förstärkarens dynamiska område i motsvarande grad. Vid den i fig. 1 visade grundläggande förstärkaren är detta antal begrän- sat till fyra, om förstärkaren skall kunna drivas med en mat- ningsspänning av bara ca 5 volt.

Ett sätt att vidga det dynamiska området är att koppla flera limiterande förstärkarsteg i serie. I fig. 2 visas ett exempel på en sådan seriekoppling, innehållande tre limiterande diffe- rentialförstärkarsteg Fl, F2 resp. F3, allmänt liknande det i fig. 1.

Varje förstärkarsteg innehåller två förstärkningskomponenter bestående av lika NPN-transistorer Qll resp. Q12 hos steget Fl, D21 resp. Q22 hos steget F2, samt Q31 resp. Q32 hos steget F3.

De två förstärkningskomponenterna ingår hos varje förstärkarsteg i varsin av två parallella uppsättningar av seriekopplade kompo- nenter mellan en gemensam matningsspänning VCC och en gemensam strömgenerator, som hos respektive förstärkarsteg schematiskt framställs med kollektor-emittersträckan hos en transistor Q17, Q27 resp Q37 i serie med ett motstånd R11, R21 resp. R3l.

Nämnda seriekopplade komponenter innefattar hos vardera upp- sättningen förutom förstärkningskomponenten en inverterande komponent och två lastkomponenter, vilket ger ett stackningsför- hållande 2, enligt de definitioner som införts i anslutning till beskrivningen ovan av utföringsformen enligt fig. 1. Den in- verterande komponenten bildas av motsvarande förstärkningskompo- nents bas-emitterdiod, medan lastkomponenterna bildas av två diodkomponenter i serie mellan matningsspänningen VCC och för- oo 468 412 6 stärkningskomponenten. De sistnämnda diodkomponenterna utgöres av lika NPN-transistorer med bas- och kollektorelektroderna sammankopplade, nämligen hos förstärkarsteget Fl diodkomponen- terna Q13 och Q14, resp. Q15 och Q16, hos förstärkarsteget F2 diodkomponenterna Q23 och Q24, resp. Q25 och Q26, och hos för- ' stärkarsteget F3 diodkomponenterna'Q33 och Q34, resp. Q35 och oss. i ~ Förstärkningskomponenternas Q11 och Q12 styrelektroder är kopplade i motfas till varsin klämma In resp. in hos förstärka- rens differentialingång. Förstärkningsstegets Fl differentialut- gång är ansluten till differentialingången hos förstärkningsste- get F2, vars differentialutgång är ansluten till differential- ingången hos förstärkningssteget F3 . Närmare bestämt är för- stärkningskomponenternas Q11 och Q12 respektive kollektorelek- troder anslutna i motfas till styrelektroderna hos förstärk- ningskomponenterna Q22 resp. Q21, vilkas respektive kollektor- elektroder i sin tur är anslutna i motfas till förstärknings- komponenternas Q32 resp. Q31 styrelektroder. Förstärkningskompo- nenternas Q31 och Q32 styrelektroder är kopplade i motfas till varsin klämma Üt resp. Ut hos förstärkarens differentialutgång.

Varje förstärkningskomponents Qll, Q12, Q21, Q22, Q31, Q32 respektive kollektorelektrod är ansluten till jord via en ström- suganordning bestående av en seriekoppling av en transistor Q18, Ql9, Q28, Q29, Q38, resp. Q39 och ett motstånd R12, R13, R22, R23, R32, resp. R33.

För synkron styrning av strömmarna genom förstärkarstegens Fl, F2, F3 respektive strömgeneratorer, är styrelektroderna hos de senares respektive transistorer Q17-Q19, Q27-Q29, Q37-Q39 på konventionellt sätt gemensamt anslutna i strömspegelkoppling med en krets Q1, Q2, R1, vars ingång tillförs en referensström Iref.

Referensströmmens Iref värde kan vara konstant genom att, såsom antyds i fig. 2, den exempelvis härleds från matningsspänningen VCC via ett motstånd Rref, men den kan även styras genom någon lämplig kretsparameter för att därmed ge möjlighet till styrning av strömmarna genom strömgeneratorerna i beroende av denna kretsparameter. _ Den ovan med hänvisning till fig.2 beskrivna limiterande förstärkarens totala förstärkning och maximala utgångsspänning kan bestämmas endast genom dimensionering av den ovannämnda 7 468 412 faktorn x för de respektive förstärkarstegen. Begränsningen av den inkommande signalen kan ske jämnare om förstärkarstegen är kopplade efter ökande x-värden. Därigenom sker begränsningen av den inkommade signalen stegvis. Som exempel kan för stegen F1, F2, F3 x-värdena väljas till 0,1, 0,2 resp. 1, vilket vid ett värde 1 kohm hos motstånden R11, R21 och R3l, ger värdet 10 kohm hos motstånden R12, R13, 5 kohm hos motstånden R22,R23, och 1 kohm hos motstånden R32, R33. De senare värdena är approximativa så till vida som de ej tar hänsyn till av strömvariationer förorsakade variationer i bas-emitterspänningsfall hos kompo- nenterna Q17-Q19, Q27-Q29, Q37-Q39.

Uppfinningen är givetvis ej begränsad till de ovan med hänvisning till ritningarna beskrivna utföringsformerna, utan kan variera inom ramen för efterföljande patentkrav. Sålunda är det även tänkbart att tillämpa uppfinningen vid förstärkare avg annan typ än differentialförstärkare.

Claims (6)

468 412 8 Patentkrav.

1. Limiterande förstärkare, vilken mellan en förstärkaringång och en förstärkarutgång omfattar minst ett förstärkarsteg, som innefattar minst en förstärkningskomponent samt lastkomponenter, och vilken har en utsignalbegränsande anordning, som begränsar utsignalens maximala amplitud samt förstärkningen, kännetecknad av att den utsignalbegränsande anordningen innefattar en till förstärkarstegets utgång (V01-V02) kopplad strömsuganordning (x*IEE), som är anordnad att dra ström genom lastkomponenterna.

2. Förstärkare enligt krav 1, kännetecknad av att förstärkar- steget utgöres av ett differentialförstärkarsteg med en diffe- rentialingång (Vil-V12) och en differentialutgång (V01-V02), och att två strömsuganordningar (x*IEE) är kopplade till varsin av differentialutgångens klämmor.

3. Förstärkare enligt krav 2, kännetecknad av att strömsug- anordningarna (x*IEE) är anordnade att avleda lika stora ström- mar.

4. Förstärkare enligt krav 3, kännetecknad av att differentialförstärkarsteget är av den i och för sig kända typ, som uppvisar två uppsättningar av komponenter mellan en matningsspänning (Vcc) och en strömgenerator (IEE), vilka komponenter hos vardera uppsättningen innefattar dels en för- stärkningskomponent (QI11,QI22) med en styrelektrod (b11,b21) och en huvudledsträcka mellan en första (e11,e21) och en andra strömelektrod (k11,k21), dels en första grupp av seriekopplade diodkomponenter (QI12-QI1n,QI22-Qïzn), vilka är anordnade i serie- krets med förstärkningskomponenten mellan den första strömelek- troden (e11,e21) och strömgeneratorn (IEE), och dels minst en andra grupp av seriekopplade diodkomponenter (QL11-QL1m,QL21-QL2m) i serie eller parallellt med nämnda seriekrets, varvid styrelek- troderna (b11,b12) är kopplade i motfas till varsin klämma hos differentialingången så att skillnaden mellan potentialerna på styrelektroderna ökar med ökande spänning över differentialin- gången, och varvid förstärkningskomponenterna vid de andra ~strömelektroderna (k11,k21) är kopplade i motfas till varsin klämma hos differentialutgången så att spänningen över differen- tialutgângen varierar med skillnaden (Vbe11-Vbe21) mellan fram- spänningsfallen över de båda förstärkningskomponenterna, och 9 463 412 varvid strömgeneratorn (IEE) är så anordnad att den strävar att hålla summan av strömmarna genom förstärkningskomponenterna konstant:

5. Förstärkare enligt något av föregående krav, kännetecknad av att den innefattar flera seriekopplade förstärkarsteg (F1,F2,F3) med strömsuganordningar.

6. Förstärkare enligt krav 5, kännetecknad av att strömdrag- ningen genom lastkomponenterna ökar successivt för varje efter det första förstärkarsteget följande förstärkarsteg.