JPH05886B2 - - Google Patents

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JPH05886B2
JPH05886B2 JP58143182A JP14318283A JPH05886B2 JP H05886 B2 JPH05886 B2 JP H05886B2 JP 58143182 A JP58143182 A JP 58143182A JP 14318283 A JP14318283 A JP 14318283A JP H05886 B2 JPH05886 B2 JP H05886B2
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JP
Japan
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amplifier
input
amplitude
signal
transistors
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JP58143182A
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Japanese (ja)
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JPS6033722A (en
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Seiichi Hashimoto
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH05886B2 publication Critical patent/JPH05886B2/ja
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  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は信号の振幅制限装置すなわちリミツタ
に関するものである。振幅制限装置は、種々の用
途に使用され、その適用範囲は著しく広い。例え
ば周波数変調信号を送信する場合、又は周波数変
調信号を復調する場合等においては特に振幅制限
装置を使用する必要がある。本発明の振幅制限装
置は、例えば磁気記録再生装置における様に、比
較的高い変調周波数に対する周波数復調器に適用
して好適なものであり、また集積回路化に適した
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a signal amplitude limiting device or limiter. Amplitude limiting devices are used in a variety of applications and their range of application is extremely wide. For example, when transmitting a frequency modulated signal or when demodulating a frequency modulated signal, it is necessary to use an amplitude limiting device. The amplitude limiting device of the present invention is suitable for application to a frequency demodulator for a relatively high modulation frequency, such as in a magnetic recording/reproducing device, and is also suitable for integration into an integrated circuit.

従来例の構成とその問題点 近年、集積回路化に適した振幅制限装置として
は、容量またはコイルを使用してリミツタバラン
スを改善する、すなわち振幅制限に伴なう偶数次
高調波成分の発生を少なくするようにしたものが
一般的である。
Conventional configurations and their problems In recent years, amplitude limiting devices suitable for integrated circuits use capacitors or coils to improve limiter balance, that is, generate even-order harmonic components due to amplitude limiting. Generally, it is designed to reduce the amount of

以下に従来の集積回路に使用される振幅制限装
置について説明する。
An amplitude limiting device used in a conventional integrated circuit will be described below.

第1図は従来の集積回路に使用される振幅制限
装置の回路図を示すものであり、1は振幅制限す
べき微小信号の入力端子、2,3はトランジス
タ、4,5は抵抗であつて、それぞれ第1、第2
のエミツタホロア回路を構成し、トランジスタ
2,3のベースはそれぞれ抵抗6,7を介して電
圧源8によりバイアスされ、トランジスタ2のベ
ースはまた、入力端子1に接続されている。9,
10はトランジスタ、11,12はエミツタ抵
抗、13は電流源、14,15はコレクタ抵抗で
あつて、それぞれ第1の増幅器を構成し、トラン
ジスタ9,10のベースはそれぞれトランジスタ
2,3のエミツタに接続され、トランジスタ9,
10のエミツタはそれぞれエミツタ抵抗11,1
2を介して電流源13に接続され、トランジスタ
9,10のコレクタはそれぞれコレクタ抵抗1
4,15に接続されている。16,17はトラン
ジスタ、18,19は抵抗であつて、それぞれ第
3、第4のエミツタホロア回路を構成し、トラン
ジスタ16,17のベースはトランジスタ9,1
0のコレクタに接続されている。20,21はト
ランジスタ、22,23は電流源、24,25は
コレクタ抵抗であつて、それぞれ第2の増幅器を
構成し、トランジスタ20,21のベースはトラ
ンジスタ16,17のエミツタに接続され、トラ
ンジスタ20,21のエミツタはそれぞれ電流源
22,23に接続され、トランジスタ20,21
のコレクタはコレクタ抵抗24,25に接続され
ている。26,27は集積回路内部と外部回路を
接続するため集積回路に設けられた端子、28は
容量、29,30は出力端子であつて、トランジ
スタ20,21のエミツタは端子26,27を介
して容量28で結合され、トランジスタ20,2
1のコレクタは出力端子29,30に接続されて
いる。
FIG. 1 shows a circuit diagram of an amplitude limiting device used in a conventional integrated circuit, in which 1 is an input terminal for a minute signal whose amplitude should be limited, 2 and 3 are transistors, and 4 and 5 are resistors. , respectively the first and second
The bases of the transistors 2 and 3 are biased by a voltage source 8 through resistors 6 and 7, respectively, and the base of the transistor 2 is also connected to the input terminal 1. 9,
10 is a transistor, 11 and 12 are emitter resistors, 13 is a current source, and 14 and 15 are collector resistors, each of which constitutes a first amplifier, and the bases of transistors 9 and 10 are connected to the emitters of transistors 2 and 3, respectively. connected, transistor 9,
The 10 emitters have emitter resistances 11 and 1, respectively.
2 to a current source 13, and the collectors of transistors 9 and 10 each have a collector resistor 1.
4 and 15. 16 and 17 are transistors, and 18 and 19 are resistors, which constitute third and fourth emitter follower circuits, respectively, and the bases of transistors 16 and 17 are connected to transistors 9 and 1.
0 collector. 20 and 21 are transistors, 22 and 23 are current sources, and 24 and 25 are collector resistors, each of which constitutes a second amplifier, and the bases of transistors 20 and 21 are connected to the emitters of transistors 16 and 17; The emitters 20 and 21 are connected to current sources 22 and 23, respectively, and the transistors 20 and 21 are connected to current sources 22 and 23, respectively.
The collectors of are connected to collector resistors 24 and 25. 26 and 27 are terminals provided in the integrated circuit for connecting the inside of the integrated circuit and an external circuit, 28 is a capacitor, 29 and 30 are output terminals, and the emitters of the transistors 20 and 21 are connected through the terminals 26 and 27. The transistors 20 and 2 are connected by a capacitor 28.
The collector of No. 1 is connected to output terminals 29 and 30.

以上のように構成された従来の振幅制限装置に
ついて、以下その動作について説明する。
The operation of the conventional amplitude limiting device configured as described above will be described below.

第1図において、入力端子1から入力された信
号は第1のエミツタホロア回路を介して、低イン
ピータンスで第1の増幅器を構成するトランジス
タ9のベースに入力される。トランジスタ9,1
0は差動増幅器を構成し、それぞれのベースは前
記バイアス回路、第1、第2のエミツタホロア回
路でバイアスされ、入力信号が微小の時はエミツ
タ抵抗11,12、電流源13の電流値に反比例
するトランジスタ9,10の交流エミツタ抵抗、
およびコレクタ抵抗14,15でほぼ決まる増幅
度で増幅され、第3、第4のエミツタホロア回路
を介して、低インピーダンスで出力される。ここ
で、第3、第4のエミツタホロア回路により出力
される第1の増幅器の出力信号は入力端子1に入
力された信号とはそれぞれ逆相および同相の関係
にある。これらは第2の増幅器を構成するトラン
ジスタ20,21のベースに入力され、電流源2
2,23の電流値に反比例するトランジスタ2
0,21の交流エミツタ抵抗、容量28およびコ
レク抵抗24,25でほぼ決まる増幅度で増幅さ
れ、出力端子29,30から出力される。今、入
力端子1に入力される入力信号の交流成分をVi
第1の増幅器が線形動作しているものとして、そ
の増幅度をG1とすると、第1の増幅器の出力信
号すなわち第2の増幅器の入力信号はそれぞれ −G1Vi,G1Vi となる。第2の増幅器の線形動作時における増幅
度をG2、出力端子29,30に出力される出力
信号をVp,−Vpとすると、Viが十分に小さい時、 Vp=G1G2Vi ……(1) となる。ここで、 G2=Rc/re+1/2・1SC……(2) ただし、reはトランジスタ20,21における
交流エミツタ抵抗で電流源22,23の電流値を
I2、kをボルツマン定数、qを電子の電荷、Tを
絶対温度として、 re=kT/q・1/I2 であり、Sは複素角周波数でS=j・2π、は
入力信号の周波数、Cは容量28の容量値、Rc
はコレクタ抵抗24,25の抵抗値であり、トラ
ンジスタ20,21の電流増幅率hFEは十分に大
きいものとする。次に、抵抗24,25における
電圧降下は電流源22,23の電流値がそれぞれ
I2であるから、入力信号がない時はそれぞれRc
I2であり、交流信号が入力される時、電圧降下の
最大値は2RcI2、最小値は零である。従つて、
G1G2Viが正または負の方向にRcI2または−RcI2
越える時、振幅制限されて交流信号レベルR2I2
または−R2I2一定で出力される。ここで、微小入
力信号 |Vi|<RcI2/G1G2 に対する出力信号の周波数特は性式(1)、(2)より Vp/Vi=G1×Rc/re×j4πf・reC/1+j4πj・re
C……(3) となる。G1は定数であるので、式(3)は高域通過
ろ波特性となつて、その遮断周波数fcは fc=1/2π×1/2reC となる。ここで、具体的な数値例として、I2
0.1mAとするとre≒260Ωであるので、この時c
500KHzを得るためにはC≒612pFを必要とする。
In FIG. 1, a signal inputted from an input terminal 1 is inputted via a first emitter follower circuit to the base of a transistor 9 constituting a first amplifier with low impedance. transistor 9,1
0 constitutes a differential amplifier, each base is biased by the bias circuit and the first and second emitter follower circuits, and when the input signal is minute, the current value is inversely proportional to the emitter resistors 11 and 12 and the current value of the current source 13. AC emitter resistance of transistors 9 and 10,
The signal is amplified with an amplification degree approximately determined by the collector resistors 14 and 15, and is output at low impedance via the third and fourth emitter follower circuits. Here, the output signals of the first amplifier outputted by the third and fourth emitter follower circuits are in the opposite phase and in-phase relationship with the signal inputted to the input terminal 1, respectively. These are input to the bases of transistors 20 and 21 constituting the second amplifier, and the current source 2
Transistor 2 which is inversely proportional to the current value of 2 and 23
The signal is amplified with an amplification degree approximately determined by the AC emitter resistance of 0.0 and 21, the capacitor 28, and the collector resistances 24 and 25, and is output from the output terminals 29 and 30. Now, the AC component of the input signal input to input terminal 1 is V i ,
Assuming that the first amplifier operates linearly and its amplification degree is G 1 , the output signal of the first amplifier, that is, the input signal of the second amplifier, are −G 1 V i and G 1 V i , respectively. Become. Assuming that the degree of amplification during linear operation of the second amplifier is G 2 and the output signals output to the output terminals 29 and 30 are V p and -V p , when V i is sufficiently small, V p = G 1 G 2 V i ...(1). Here, G 2 = R c / r e +1/2・1 / SC ...(2) However, r e is the AC emitter resistance of the transistors 20 and 21, and the current value of the current sources 22 and 23 is
I 2 , where k is the Boltzmann constant, q is the electron charge, and T is the absolute temperature, r e =kT/q・1/I 2 , S is the complex angular frequency, and S=j・2π is the input signal Frequency, C is the capacitance value of capacitor 28, R c
is the resistance value of the collector resistors 24 and 25, and the current amplification factor hFE of the transistors 20 and 21 is assumed to be sufficiently large. Next, the voltage drop across the resistors 24 and 25 is determined by the current values of the current sources 22 and 23, respectively.
Since I 2 , when there is no input signal, R c and
I 2 , and when an AC signal is input, the maximum value of the voltage drop is 2R c I 2 and the minimum value is zero. Therefore,
When G 1 G 2 V i exceeds R c I 2 or −R c I 2 in the positive or negative direction, the amplitude is limited and the AC signal level R 2 I 2
Or −R 2 I 2 is output as constant. Here, the frequency characteristics of the output signal for a small input signal |V i |<R c I 2 /G 1 G 2 are given by equations ( 1 ) and ( 2 ): e ×j4πf・r e C/1+j4πj・r e
C...(3) becomes. Since G 1 is a constant, equation (3) becomes a high-pass filtering characteristic, and its cutoff frequency f c becomes f c =1/2π×1/2 r e C . Here, as a specific numerical example, I 2 =
If it is 0.1mA, r e ≒260Ω, so at this time c =
To obtain 500KHz, C≒612pF is required.

一方、上記回路の直流電位について考察する
と、トランジスタ2,3、抵抗4,5、抵抗6,
7、トランジスタ9,10、抵抗11,12、抵
抗14,15、トランジスタ16,17、抵抗1
8,19がそれぞれ全く同じ特性を持つ場合、入
力端子1が無入力の時、トランジスタ16,17
のエミツタ電位は等しくなる。しかしながら、集
積回路においてはこれらの特性は一定分布のバラ
ツキを有し、直流電位差を持つことになる。
On the other hand, considering the DC potential of the above circuit, transistors 2 and 3, resistors 4 and 5, resistor 6,
7, transistors 9, 10, resistors 11, 12, resistors 14, 15, transistors 16, 17, resistor 1
When transistors 8 and 19 have exactly the same characteristics, when input terminal 1 has no input, transistors 16 and 17
The emitter potentials of will be equal. However, in an integrated circuit, these characteristics have a certain distribution variation and a DC potential difference.

一般に振幅制限回路の性能を評価するものとし
てリミツタバランス(振幅制限装置における入力
信号周波数成分に対する偶数次高調波成分発生の
割合)がある。今、このリミツタバランスの例と
して、振幅制限装置の入力信号Viの振幅Va、周
波数を、 Vi=Vacos2πt とし、振幅制限装置の増幅度が十分に大と仮定
し、その出力信号Vpが振幅1の矩形波であるも
のとする。ここで振幅制限装置の直流バイアスが
ΔVだけずれVi=ΔVのタイミングが矩形波の立
上り、立下りのタイミングになる様、増幅されて
いる場合、矩形波は周波数の奇数次の高調波成
分の外に偶数次な高調波成分を持つことになる。
そこで、周波数の成分の振幅をVp1、周波数2
の成分振幅をVp2とするとVp1,Vp2はフーリエ級
数の定理 Vp=Vpp/2+Vp1cosφ+Vp2cos2φ+…… Vpo=2/π∫〓pUp(φ)cosnφdφ ただし、φ=2πt より、 が求まる。結局、 Vp1/Vp2=Va/ΔV であつて、リミツタバランスは振幅制限動作を行
なう増幅器入力における入力信号振幅と無入力時
の直流電圧のずれの比で評価することができる。
Limiter balance (the ratio of even-order harmonic components generated to input signal frequency components in an amplitude limiting device) is generally used to evaluate the performance of an amplitude limiting circuit. Now, as an example of this limiter balance, let us assume that the amplitude V a and frequency of the input signal V i of the amplitude limiter are V i =V a cos2πt, and that the amplification degree of the amplitude limiter is sufficiently large, and its output Assume that the signal V p is a rectangular wave with an amplitude of 1. Here, if the DC bias of the amplitude limiter is amplified so that the timing of V i = ΔV is the timing of the rise and fall of the rectangular wave with a deviation of ΔV, the rectangular wave is a harmonic component of an odd-numbered frequency. It has even-order harmonic components outside.
Therefore, the amplitude of the frequency component is V p1 and the frequency 2
Letting the component amplitude of be V p2 , V p1 and V p2 are the Fourier series theorem V p = V pp /2 + V p1 cosφ + V p2 cos2φ +... V po =2/π∫〓 p U p (φ) cosnφdφ However, φ= From 2πt, is found. After all, V p1 /V p2 =V a /ΔV, and the limiter balance can be evaluated by the ratio of the input signal amplitude at the input of the amplifier that performs the amplitude limiting operation to the deviation of the DC voltage when no input is applied.

第1図の従来例の場合、第1の増幅器において
微小入力信号を増幅して上記Vaを大くする。容
量28は第1の増幅器で発生する直流電位差を遮
断するものであつて、第3、第4のエミツタホロ
ア回路出力における交流信号だけ第2の増幅器で
増幅、振幅制限する効果を有するので上記ΔVは
第2の増幅器で発生するものだけになつて非常に
小さくなり、リミツタバランスが改善される。
In the conventional example shown in FIG. 1, the first amplifier amplifies the minute input signal to increase the above-mentioned V a . The capacitor 28 blocks the DC potential difference generated in the first amplifier, and has the effect of amplifying and amplitude limiting only the AC signal at the output of the third and fourth emitter follower circuits in the second amplifier, so the above ΔV is Since it is generated only in the second amplifier, it becomes very small, and the limiter balance is improved.

ところで、集積回路上に集積できる容量はたか
だか10pF程度であつて、上記の様な構成で、数
100KHz以上の通過帯域を有する増幅器を集積回
路だけで実現することは不可能である。このた
め、上記のような構成では集積回路に端子を2つ
設けて容量を外部から接続しなければならないと
いう問題を有していた。
By the way, the capacitance that can be integrated on an integrated circuit is about 10 pF at most, and with the above configuration, several
It is impossible to realize an amplifier with a passband of 100KHz or more using integrated circuits alone. Therefore, the above configuration has the problem that two terminals must be provided on the integrated circuit and the capacitance must be externally connected.

一方他の構成としてはコイルを使う例がある
が、これは第1の増幅器を構成するトランジスタ
9,10のコレクタ間にコイルを挿入し、第2の
増幅器を構成するトランジスタ20,21のエミ
ツタを直結するものであつて、この場合もコイル
は集積回路上に設けることが出来ず、集積回路に
端子2つを設けて外部からコイルを接続しなけれ
ばならないという問題を有している。
On the other hand, there is an example of using a coil as another configuration, but in this case, a coil is inserted between the collectors of transistors 9 and 10 that make up the first amplifier, and the emitters of transistors 20 and 21 that make up the second amplifier are inserted. In this case, the coil cannot be provided on the integrated circuit, and two terminals must be provided on the integrated circuit to connect the coil from the outside.

発明の目的 本発明は上記従来の問題点を解消するもので、
集積回路化可能なトランジスタ、ダイオード、抵
抗、および微少な容量で構成でき、性能的にも微
小入力信号に対して、偶数次高調波成分の発生が
少ない、集積回路化に適した振幅制限装置を提供
することを目的とする。
Purpose of the invention The present invention solves the above-mentioned conventional problems.
An amplitude limiting device suitable for integrated circuits that can be configured with transistors, diodes, resistors, and small capacitances, and that generates few even-order harmonic components even with small input signals in terms of performance. The purpose is to provide.

発明の構成 本発明は第1、第2の増幅手段と、第1、第2
のクランプ手段を備えた振幅制限装置であり、第
1の増幅手段で微小入力信号を線形増幅して、振
幅が等しく、互いに逆相の2つの出力信号を得、
それぞれ第1、第2のクランプ手段で等しい直流
電圧にクランプし、第2の増幅手段でその差信号
を増幅、振幅制限することにより、第1の増幅手
段が発生する直流レベル変動を除去し、入力信号
中における交流信号成分のみを増幅、振幅制限す
ることのできるものである。
Structure of the Invention The present invention includes first and second amplifying means, and first and second amplifying means.
This is an amplitude limiting device equipped with a clamping means, in which a first amplifying means linearly amplifies a minute input signal to obtain two output signals having equal amplitudes and opposite phases to each other,
The first and second clamping means clamp to the same DC voltage, and the second amplification means amplifies and limits the amplitude of the difference signal, thereby removing DC level fluctuations generated by the first amplification means, It is possible to amplify and limit the amplitude of only the AC signal component in the input signal.

実施例の説明 第2図は本発明の1実施例における振幅制限装
置のブロツク図を示すものであつて、1は振幅制
限すべき微小信号の入力端子、31は第1の増幅
器、32,33はそれぞれ第1の増幅器の第1、
第2の出力端子、34は第2の増幅器、35,3
6はそれぞれ第2の増幅器の第1、第2の入力端
子、37,38は第1、第2のクランプ回路、2
9,30は振幅制限された信号の第1、第2の出
力端子である。ここで、第1の増幅器31は入力
端子1に入力された信号を線形増幅し、第1のク
ランプ回路37は第1の増幅器31の第1の出力
端子32と第2の増幅器34の第1の入力端子3
5の間に、第2のクランプ回路38は第1の増幅
器31の第2の出力端子33と第2の増幅器34
の第2の入力端子36の間に配置され、第2の増
幅器34は入力端子35,36に入力される信号
の差電圧を非線形増幅、すなわち差電圧が一定レ
ベルを越える時、電圧制限して出力端子29,3
0から振幅制限された信号を出力する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 2 shows a block diagram of an amplitude limiting device according to an embodiment of the present invention, in which 1 is an input terminal of a minute signal whose amplitude is to be limited, 31 is a first amplifier, 32, 33 are the first of the first amplifier,
a second output terminal, 34 is a second amplifier, 35,3
6 are the first and second input terminals of the second amplifier, 37 and 38 are the first and second clamp circuits, 2
9 and 30 are first and second output terminals for amplitude-limited signals. Here, the first amplifier 31 linearly amplifies the signal input to the input terminal 1, and the first clamp circuit 37 connects the first output terminal 32 of the first amplifier 31 and the first output terminal of the second amplifier 34. Input terminal 3 of
5, the second clamp circuit 38 connects the second output terminal 33 of the first amplifier 31 and the second output terminal 34 of the second amplifier 34.
The second amplifier 34 nonlinearly amplifies the voltage difference between the signals input to the input terminals 35 and 36, that is, limits the voltage when the voltage difference exceeds a certain level. Output terminal 29, 3
Outputs a signal whose amplitude is limited from 0.

以上の様に構成された本実施例の振幅制限装置
について、以下その動作を説明する。
The operation of the amplitude limiting device of this embodiment configured as described above will be explained below.

入力端子1から入力された増幅制限すべき微小
信号は第1の増幅器31で適当な振幅まで増幅さ
れ、第1、第2の出力端子32,33から振幅が
等しく、互いに逆相の関係で出力される。今、第
1の増幅器31を構成する素子、バイアス回路等
のバラツキにより、第1の増幅器31の第1、第
2の出力端子32,33の直流電圧に差が生じた
場合、これをこのまま第2の増幅器34増幅、振
幅制限すると、前述したように、第1の増幅器3
1の第1、第2の出力端子32,33における交
流信号の振幅と、各々の出力端子に逆相の信号が
出力されている故その直流電位差の1/2との比が
ほぼ振幅制限された信号の基本周波数成分と第2
次高調波成分の比となり、入力信号の振幅が小さ
く、第1の増幅器31の増幅度が大きい程、リミ
ツタバランスが悪くなる。第1、第2のクランプ
回路は第1の増幅器31の第1、第2の出力端子
32,33における直流電圧を遮断し、かつ、等
しい直流電流を第2の増幅器34の第1、第2の
入力端子35,36に与えるもので、その結果、
第2の増幅器34で第1の増幅器31の出力交流
信号成分のみを増幅、振幅制限することができ
る。
A small signal to be amplified and limited is input from the input terminal 1 and is amplified to an appropriate amplitude by the first amplifier 31, and then outputted from the first and second output terminals 32 and 33 with equal amplitude and in opposite phases. be done. Now, if there is a difference in the DC voltage between the first and second output terminals 32 and 33 of the first amplifier 31 due to variations in the elements, bias circuit, etc. that make up the first amplifier 31, this difference will be applied to the first amplifier 31 as it is. When the second amplifier 34 amplifies and limits the amplitude, as described above, the first amplifier 34 amplifies and limits the amplitude.
1 and the ratio of the amplitude of the AC signal at the first and second output terminals 32 and 33 to 1/2 of the DC potential difference because signals of opposite phase are output to each output terminal, the amplitude is almost limited. The fundamental frequency component of the signal and the second
The lower the amplitude of the input signal and the higher the degree of amplification of the first amplifier 31, the worse the limiter balance becomes. The first and second clamp circuits cut off the DC voltage at the first and second output terminals 32 and 33 of the first amplifier 31, and pass an equal DC current to the first and second output terminals of the second amplifier 34. is applied to the input terminals 35 and 36 of
The second amplifier 34 can amplify and limit the amplitude of only the output AC signal component of the first amplifier 31.

ここで、第1、第2のクランプ回路、第2の増
幅器自体でも直流電圧差を発生するが、入力信号
の交流信号振幅が第1の増幅器で適当な値まで増
幅されている時、実用上問題のない程度まで偶数
次高調波成分を小さくすることができる。
Here, the first and second clamp circuits and the second amplifier themselves also generate a DC voltage difference, but when the AC signal amplitude of the input signal is amplified to an appropriate value by the first amplifier, in practice Even-numbered harmonic components can be reduced to a level that causes no problems.

なお、本発明においては第1の増幅器は単に微
小入力信号を増幅するためだけに必要であるので
はなく、互いに逆相の信号を出力することによ
り、第2の増幅器の2つの入力端子におけるクラ
ンプ動作による直流電圧変化量を等しくして、第
2の増幅器でこれを除去出来るようにするために
も不可欠である。
In addition, in the present invention, the first amplifier is not only necessary to amplify a minute input signal, but also clamps the two input terminals of the second amplifier by outputting signals with opposite phases to each other. This is also essential in order to equalize the amount of DC voltage change due to operation so that it can be removed by the second amplifier.

以上のようにその動作を説明した本実施例の振
幅制限装置についつて、第4図の具体回路例を用
いてさらに詳しく説明する。
The amplitude limiting device of this embodiment whose operation has been explained above will be explained in more detail using the specific circuit example shown in FIG.

第3図において、1は振幅制限すべき微小信号
の入力端子、2,3はトランジスタ、4,5は抵
抗であつて、それぞれ第1、第2のエミツタホロ
ア回路を構成し、6,7は抵抗、8は電圧源であ
つて、それぞれバイアス回路を構成し、9,10
はトランジスタ、11,12はエミツタ抵抗、1
3は電圧源、14,15はコレクタ抵抗であつ
て、それぞれ第1の増幅器を構成し、16,17
はトランジスタ、18,19は抵抗であつて、そ
れぞれ第3、第4のエミツタホロア回路を構成
し、20,21はトランジスタ、22,23は電
流源、24,25コレクタ抵抗であつて、それぞ
れ第2の増幅器を構成し、29,30は振幅制限
された信号の出力端子であつて、以上は第1図の
構成と同様なものである。第1図の構成と異なる
のは、容量39,40、ダイオード41,42、
電圧源43で構成される第1、第2のクランプ回
路をそれぞれ第3、第4のエミツタホロア回路を
構成するトランジスタ16,17のエミツタと第
2の増幅器を構成するトラジスタ20,21のベ
ースの間に挿入した点、および第1の従来例から
端子26,27と容量28を除去し、トラジスタ
20,21のエミツタを直結した点である。
In FIG. 3, 1 is an input terminal for a minute signal whose amplitude should be limited, 2 and 3 are transistors, 4 and 5 are resistors, which constitute the first and second emitter follower circuits, respectively, and 6 and 7 are resistors. , 8 are voltage sources, each forming a bias circuit, 9, 10
is a transistor, 11 and 12 are emitter resistors, 1
3 is a voltage source, 14 and 15 are collector resistors, each of which constitutes a first amplifier, and 16 and 17 are collector resistors.
20 and 21 are transistors, 22 and 23 are current sources, and 24 and 25 are collector resistors, respectively, which constitute the third and fourth emitter follower circuits. 29 and 30 are output terminals for amplitude-limited signals, and the above structure is similar to that of FIG. 1. What is different from the configuration shown in FIG. 1 is the capacitors 39 and 40, the diodes 41 and
The first and second clamp circuits constituted by the voltage source 43 are connected between the emitters of the transistors 16 and 17 constituting the third and fourth emitter follower circuits and the bases of the transistors 20 and 21 constituting the second amplifier. The second point is that the terminals 26, 27 and the capacitor 28 are removed from the first conventional example, and the emitters of the transistors 20, 21 are directly connected.

上記のように構成された具体回路例について、
以下その動作を説明する。
Regarding the specific circuit example configured as above,
The operation will be explained below.

第3図において、入力端子1から入力された信
号は第1のエミツタホロア回路を介して第1の増
幅器に入力され、エミツタ抵抗11,12、電流
源13の電流値に反比例する交流エミツタ抵抗、
コレクタ抵抗14,15でほぼ決まる増幅度で増
幅され、第3、第4のエミツタホロア回路を介し
て低インピーダンスで出力され、それぞれ容量3
9、ダイオード40で構成される第1のクラプ回
路、容量40、ダイオード41で構成される第2
のクランプ回路を駆動する。第1、第2のクラン
プ回路は第2の増幅器の第1、第2の入力端子で
あるトランジスタ20,21のベースに接続され
ている故、クランプ回路の時定数は容量39,4
0の値の、ダイオード41,42の交流インピー
ダンスとトランジスタ20,21のベースインピ
ーダンスの並列結合で決定する。今、トランジス
タ20,21の電流増幅率をhFE、電流源22,
23の電流値をI2とすると、入力端子1が無入力
であつて、第3、第4のエミツタホロア回路に出
力がない時、ダイオード41,42およびトラン
ジスタ20,21にはI2/(1+hFE)なる電流
が流れる。この状態では微小交流電流を流す時の
交流インピーダンスはre=kT/q・1/I2として、ダ イオード41,42がそれぞれ(1+hFE)re
トランジスタのベース入力インピーダンスが
hFE・reである。したがつて、この時のクランプ
回路の時定数はhFE≫1として、ほぼ1/2hFEreとな
る。また、入力端子1に適当な振幅の信号が入力
され、第3、第4のエミツタホロア回路出力に十
分大きな信号が出力されている時、第2の増幅器
のそれぞれの入力では電圧源43で決まる電位で
クランプされる。これらの信号は逆相であるの
で、一方のダイオードがクランプ動作を行なつて
導通状態になつている時、これに接続されたトラ
ンジスタは遮断、他方のダイオードは遮断、また
この他方の、ダイオードに接続されたトランジス
タは導通状態となる。第2の増幅器を構成するト
ランジスタ20,21が共に導通状態になるの
は、第3、第4のエミツタホロア回路出力がそれ
ぞれの平均レベル付近にある時で、この時ダイオ
ード39,40は共に遮断状態にあり、トランジ
スタ20,21のベース入力インピーダンスはそ
れぞれhFE・reであり、この時クランプ回路の時
定数はhFE・re・Cとなる。結局、第2の増幅器
が増幅動作を行なう状態での振幅制限装置の周波
数特性は高域通過ろ波特性を示し、その時の遮断
周波数cc=1/2π・1/hFE・re・C となる。ここで、具体的な数値例として、I2
0.1mA、hFE=100とするとc=500KHを得るため
にはC≒12pFを必要とする。
In FIG. 3, a signal input from the input terminal 1 is input to the first amplifier via the first emitter follower circuit, and includes emitter resistors 11 and 12, an AC emitter resistor that is inversely proportional to the current value of the current source 13,
It is amplified with an amplification degree approximately determined by the collector resistors 14 and 15, and is output at low impedance via the third and fourth emitter follower circuits, each with a capacitance of 3
9. A first clap circuit consisting of a diode 40, a second clap circuit consisting of a capacitor 40, and a diode 41.
drives the clamp circuit. Since the first and second clamp circuits are connected to the bases of transistors 20 and 21, which are the first and second input terminals of the second amplifier, the time constants of the clamp circuits are the capacitances 39 and 4.
It is determined by the parallel combination of the AC impedance of the diodes 41 and 42 and the base impedance of the transistors 20 and 21, which have a value of 0. Now, the current amplification factors of the transistors 20 and 21 are h FE , the current sources 22,
Assuming that the current value of 23 is I 2 , when input terminal 1 has no input and there is no output to the third and fourth emitter follower circuits, diodes 41 and 42 and transistors 20 and 21 have I 2 /(1+h FE ) current flows. In this state, the AC impedance when passing a minute AC current is r e =kT/q・1/I 2 , and the diodes 41 and 42 are (1+h FE ) re ,
The base input impedance of the transistor is
h FEre . Therefore, the time constant of the clamp circuit at this time is approximately 1/2 h FE r e assuming h FE ≫1. Furthermore, when a signal with an appropriate amplitude is input to the input terminal 1 and a sufficiently large signal is output to the third and fourth emitter follower circuit outputs, the potential determined by the voltage source 43 is applied to each input of the second amplifier. is clamped. These signals are in opposite phase, so when one diode performs a clamp operation and becomes conductive, the transistor connected to it is cut off, the other diode is cut off, and the other diode is turned off. The connected transistor becomes conductive. The transistors 20 and 21 constituting the second amplifier both become conductive when the outputs of the third and fourth emitter follower circuits are near their respective average levels, and at this time the diodes 39 and 40 are both cut off. The base input impedance of the transistors 20 and 21 is h FE · re , respectively, and the time constant of the clamp circuit is h FE · re ·C. In the end, the frequency characteristics of the amplitude limiting device when the second amplifier performs amplification operation exhibits high-pass filtering characteristics, and the cutoff frequency c at that time is c = 1/2π・1/h FEre・It becomes C. Here, as a specific numerical example, I 2 =
Assuming 0.1 mA and h FE = 100, C≈12 pF is required to obtain c = 500 KH.

なお、上記の回路例において、第2の増幅器の
各々スペースに第5、第6のエミツタホロア回路
を設け、第2の増幅器の入力インピーダンスを大
きくすることにより、クランプ回路の時定数をさ
らにhFE倍、従つて遮断周波数を1/hFEにするこ
とができる。ただし、この場合の欠点として、第
5、第6のエミツタホロア回路で直流電位差が発
生するとそれだけリミツタバランスは悪化する。
In the above circuit example, by providing fifth and sixth emitter follower circuits in each space of the second amplifier and increasing the input impedance of the second amplifier, the time constant of the clamp circuit can be further multiplied by h FE . , so the cutoff frequency can be set to 1/h FE . However, a drawback in this case is that when a DC potential difference occurs between the fifth and sixth emitter follower circuits, the limiter balance deteriorates accordingly.

発明の効果 入力信号を線形増幅して互いに逆相の信号を得
る第1の増幅器と、2つの入力信号の差信号を増
幅して振幅制限する第2の増幅器と、第1の増幅
器と2つの出力端子と、第2の増幅器の2つの入
力端子の間に対称な2つのクランプ回路を設ける
ことにより、微小入力信号を第1の増幅器で増幅
して、第2の増幅器で振幅制限可能とするととも
に、第1の増幅器で発生する直流電圧変動により
リミツタバランスが悪化するのを防止するため、
この直流電圧を遮断し、かつ、所定の通過帯域を
得るに必要な容量値を小さくして集積化可能と
し、集積回路の外部に容量またはコイルを必要と
せず、その結果集積回路の端子数を少なくして、
高集積化、集積回路のパツケージの小形化を可能
とすることができ、その実用的効果は大きい。
Effects of the invention A first amplifier that linearly amplifies an input signal to obtain signals with opposite phases to each other, a second amplifier that amplifies the difference signal between the two input signals and limits the amplitude, and a first amplifier and two By providing two symmetrical clamp circuits between the output terminal and the two input terminals of the second amplifier, a small input signal can be amplified by the first amplifier and its amplitude can be limited by the second amplifier. At the same time, in order to prevent the limiter balance from deteriorating due to DC voltage fluctuations occurring in the first amplifier,
By cutting off this DC voltage and reducing the capacitance value required to obtain a predetermined passband, it is possible to integrate the circuit, eliminating the need for a capacitor or coil outside the integrated circuit, and as a result reducing the number of terminals on the integrated circuit. Reduce it,
It is possible to achieve high integration and miniaturization of integrated circuit packages, which has great practical effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の振幅制限装置の回路図、第2図
は本発明の一実地例における振幅制限装置のブロ
ツク図、第3図は同実施例における振幅制限装置
の具体回路図である。 1……入力端子、31……第1の増幅器、32
……第1の増幅器の第1の出力端子、33……第
1の増幅器の第2の出力端子、34……第2の増
幅器、35……第2の増幅器の第1の入力端子、
36……第2の増幅器の第2の入力端子、37…
…第1のクランプ回路、38……第2のクランプ
回路、29,30……出力端子。
FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional amplitude limiting device, FIG. 2 is a block diagram of an amplitude limiting device in an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a specific circuit diagram of the amplitude limiting device in the same embodiment. 1... Input terminal, 31... First amplifier, 32
...the first output terminal of the first amplifier, 33...the second output terminal of the first amplifier, 34...the second amplifier, 35...the first input terminal of the second amplifier,
36... second input terminal of the second amplifier, 37...
...first clamp circuit, 38...second clamp circuit, 29, 30...output terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 振幅制限すべき信号の入力手段と、前記入力
手段に接続された入力端子および第1、第2の出
力端子を有し、入力端子に印加された信号を増幅
し互いに逆相の信号を前記第1、第2の出力端子
に得る第1の増幅手段と、第1、第2の入力端子
と少なくとも一つの出力端子を有し、第1、第2
の入力端子に印加された信号の差信号を増幅する
第2の増幅手段と、前記第1の増幅手段の第1の
出力端子と前記第2の増幅手段の第1の入力端子
の間に配置された第1のクランプ手段と、前記第
1の増幅手段の第2の出力端子と前記第2の増幅
手段の第2の入力端子の間に配置された第2のク
ランプ手段と、前記第2の増幅手段の出力端子に
接続された振幅制限信号の出力手段とを備えたこ
とを特徴とする振幅制限装置。
1 It has an input means for a signal whose amplitude is to be limited, an input terminal connected to the input means, and first and second output terminals, and amplifies the signal applied to the input terminal and outputs signals having opposite phases to each other. a first amplifying means for obtaining signals at first and second output terminals; first and second input terminals; and at least one output terminal;
a second amplifying means for amplifying a difference signal between the signals applied to the input terminals of the second amplifying means, and disposed between the first output terminal of the first amplifying means and the first input terminal of the second amplifying means. a second clamping means disposed between a second output terminal of the first amplifying means and a second input terminal of the second amplifying means; An amplitude limiting device comprising an amplitude limiting signal output means connected to an output terminal of the amplifying means.
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