專利名稱：場效應(yīng)晶體管限制器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子信號(hào)限制器電路。
限制器電路是眾所周知的，并且，一般包括一個(gè)加以偏壓的非線性元件，從而有選擇地在高于或低于該偏壓范圍導(dǎo)電或不導(dǎo)電。另一種方法，也可把限制電路構(gòu)造成具有受限電源電位的放大器，使限幅放大器的輸出擺動(dòng)在所要求的輸入削波電平上飽和。例如，可參閱Millman和Taub合著，1965年由McGrawHill，N.Y.出版的“脈沖、數(shù)字及轉(zhuǎn)換波形”一書第七章。
然而，傳統(tǒng)式的限制器電路有時(shí)不切實(shí)際。例如，低壓電池供電的電路，可能無法提供足夠的工作電位使限幅放大器的操作有可能起限制器作用，或通過非線性限制裝置(二極管)獲得充分的線性性能。另外，可能會(huì)希望限制器提供其電位在某一額定范圍內(nèi)的輸出。
本發(fā)明是晶體管放大器/限制器電路實(shí)施的，該電路用于將受限制的信號(hào)保持在特定的電位范圍內(nèi)。該電路包括用于驅(qū)動(dòng)一對(duì)級(jí)聯(lián)耦合傳輸?shù)姆糯笃鳎鋵?duì)立端被偏壓到供電電位的某一分?jǐn)?shù)值。給傳輸門的控制電極提供適當(dāng)?shù)墓ぷ麟娢弧募?jí)聯(lián)耦合傳輸門的互連取得輸出信號(hào)。輸出信號(hào)的電位擺動(dòng)限定在小于供電電位的范圍內(nèi)。


圖1為包括將體現(xiàn)本發(fā)明的放大器電路限制器用于示例性環(huán)境中的電路圖。
圖2和3為體現(xiàn)本發(fā)明的放大器限制器的另一電路圖。
圖4為表示圖2電路轉(zhuǎn)移函數(shù)的特性曲線圖。
參照?qǐng)D1，將差動(dòng)放大器26按一種電路接法連接以產(chǎn)生兩信號(hào)VA與VB之差。在該電路中，包含低通濾波器32和限幅放大器30的第一反饋電路連接在放大器26的輸出端與不倒相輸入端之間，直流偏壓使放大器接近其最佳工作點(diǎn)。耦合到放大器26倒相輸入端點(diǎn)的直流工作電位等于放大器電源電位的一半。由于將倒相輸入端直流置偏為二分之一電源電位，所以，最好能將反饋放大器30的輸出電位限制到大約為電源電位一半值范圍內(nèi)以防止放大器阻塞。
包含電阻器R1、R2和電容器C2的第二反饋電路連接在放大器26的輸出與倒相輸入端之間。電阻器R1、R2產(chǎn)生1+2R2/R1值的電路增益。信號(hào)經(jīng)由電容器C1和開關(guān)14、16及19耦合到倒相輸入端。電容器C1與C2之值相等，因此，電路增益僅取決于電阻器R1與R2的電阻值。
電路工作過程如下在時(shí)鐘信號(hào)P2′和P2的控制下同時(shí)閉合開關(guān)14、20、22和24。各自具有一端耦合到基準(zhǔn)電位的開關(guān)20、22和24將所述基準(zhǔn)電位加到電容器C2的兩電極和電容器C1的一電極上。該動(dòng)作使放大器26工作在其中間工作點(diǎn)(即，自動(dòng)調(diào)零)。與此同時(shí)，開關(guān)14將信號(hào)Va耦合到電容器C1的第二電極上。
在開關(guān)14、20、22和24閉路期間，開關(guān)16和19開路。然后，在時(shí)鐘信號(hào)P1控制下，開關(guān)14、20、22和24開路而開關(guān)16和19閉路。信號(hào)VA從電容器C1去耦合而信號(hào)VB則耦合到電容器C1上，C1又耦合到放大器26的倒相輸入端。信號(hào)VA與VB間的任何電位差都會(huì)引起電容器C1與C2內(nèi)的電流流動(dòng)。該電流使電容器C2上所儲(chǔ)電荷產(chǎn)生某一變化ΔQ，而在放大器26的倒相輸入端產(chǎn)生電位變化(VA-VB)＝ΔQ/C2。對(duì)該電位加以放大并在接線端34輸出。
控制各開關(guān)的時(shí)鐘信號(hào)P1和P2顯示出基本上反相、非重疊的矩形波形。時(shí)鐘信號(hào)P2′與時(shí)鐘信號(hào)P2的脈沖同時(shí)出現(xiàn)。如果要求在極短瞬間捕獲信號(hào)VA的值，信號(hào)P2′的脈沖必須很窄。例如，倘若電路的帶寬大約為7兆赫，而時(shí)鐘信號(hào)P1、P2和P2′大約為14兆赫以滿足Nyquist取樣判據(jù)時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)P2′的脈沖大約為5-10毫微秒。另一方案，如果輸入信號(hào)VA和VB基本上是直流信號(hào)時(shí)，于是時(shí)鐘信號(hào)P2就可以代替信號(hào)P2′。
低通濾波器32為開關(guān)電容器濾波器，它在自動(dòng)調(diào)零期間對(duì)輸出端34電位取樣。濾波器32將自動(dòng)調(diào)零輸出電位取平均從而產(chǎn)生反饋電位以校正放大器26的輸入補(bǔ)償電位，亦即防止直流信號(hào)分量影響輸出偏壓電位。
圖2說明放大器/限制器30。該電路包含一P型場效應(yīng)晶體管TP2，將其安排成一個(gè)共源極放大器。將偏壓成為電流源的互補(bǔ)N型場效應(yīng)晶體管TN2連接成晶體管TP2的負(fù)荷裝置。共源極放大器的輸出信號(hào)取自晶體管TP2和TN2的相互接點(diǎn)。
晶體管TN2的柵極偏壓由另一N型晶體管TN1的柵一漏連接點(diǎn)提供。晶體管TN1與TN2安排成眾所周知的電流反射鏡構(gòu)形。由另一P型晶體管TP1的漏電流提供晶體管TN1的工作電流。將基準(zhǔn)電位供給晶體管TP1的柵極。例如，該基準(zhǔn)電位等于跨接晶體管TP2與TN2的電源電位的一半。名義上將晶體管TP2、TN2和TP1、TN1預(yù)定為具有互補(bǔ)特性，并且晶體管TP1∶TP2的幾何比率(以及互導(dǎo))等于TN1∶TN2的幾何比率。如果滿足了這些條件，且將等于供電電位一半的基準(zhǔn)電位加到晶體管TP1的柵極上，則共源放大器的直流輸出電位等于供電電位的一半。
將共源極放大器的輸出接點(diǎn)耦合到并聯(lián)P型晶體管TP3與N型晶體管TN3的主導(dǎo)電通路上。晶體管TP3與TN3的柵極則耦合到相對(duì)為負(fù)(地)及相對(duì)為正(VD)的供電電位上。并聯(lián)晶體管TN3與TP3的主導(dǎo)電通路耦合到與另一P型晶體管TP4與另一N型晶體管TN4并聯(lián)的主導(dǎo)電通路上。晶體管TP4與TN4的主導(dǎo)電通路的另一端則耦合到跨接于供電電位上一對(duì)串聯(lián)相同電阻器R3的互接點(diǎn)上。象這樣，將等于供電電位一半的電位加到晶體管TN4與TP4的主導(dǎo)電通路。晶體管TP4和TN4的柵極分別耦合到相對(duì)為負(fù)及相對(duì)為正的供電電位。
將所述放大器/限制器電路的輸入信號(hào)耦合到晶體管TP2的柵電極上。該電路的輸出信號(hào)OUT則取自晶體管TN3與TN4(TP3、TP4)的互連接點(diǎn)。
晶體管TN3、TP3與TN4、TP4的安排是使得在每一并聯(lián)晶體管對(duì)中至少有一個(gè)晶體管被偏置為導(dǎo)電狀態(tài)。因此，并聯(lián)的晶體管對(duì)能提供以Re表示的有效阻抗。串聯(lián)連接的電阻器R3提供一與V/2戴維南(Thevenin)電位串聯(lián)的R/2戴維南電阻。共源極放大器有一以R表示的固有輸出阻抗。假定戴維南電阻R3/2等于2R，而放大器提供的輸出電位為0，在此情形下，電位OUT可由下式加以表示OUT = (e0/2(1 + αR0/Re))/(1 + R0(1 + α)/2Re) + (VD/4(1 + R0/Re))/(1 + R0(1 + α)/2Re) (1)如果因子α等于1時(shí)，則公式(1)可簡化為OUT＝eo/2+VD/4(2)0可呈現(xiàn)的最大和最小電位值分別為V和零(地)。因此，信號(hào)OUT可呈現(xiàn)的最大和最小電位值分別為3V/4/和V/4。
圖4表示共源放大器呈現(xiàn)的增益為2而α等于1時(shí)圖2所示電路的轉(zhuǎn)移函數(shù)。當(dāng)α值接近1和/或Re＞＞R時(shí)，其極限值將等于或接近于3V/4和V/4。當(dāng)α值變大時(shí)，極限電位接近供電電位。在線性區(qū)域內(nèi)，放大器/限制器電路(30)的增益大致為放大器(TP2、TN2)本身增益的一半。
圖2電路中，電位Vref可取自串聯(lián)電阻R3的互接點(diǎn)?？捎眉又绷髌珘旱木w管來實(shí)現(xiàn)電阻R3。
圖3是非倒相的放大器限制器。在該電路中，將晶體管TP1構(gòu)成為一共源極輸入放大器，驅(qū)動(dòng)包含晶體管TN1和TN2的電流反射鏡放大器。在晶體管TP2柵極上耦合有一電位Vref，該晶體管起晶體管TN2的電流源負(fù)荷裝置的作用。應(yīng)注意對(duì)P型晶體管TP1加上一遞增輸入電位，會(huì)使晶體管TP1中漏電流減小，從而減小晶體管TN1內(nèi)的電流。晶體管TN1中電流減小反射在晶體管TN2內(nèi)，結(jié)果在晶體管TP2與TN2間的互接點(diǎn)上引起輸出電位的增加。晶體管TP2的柵極經(jīng)由低通濾波器(R4，C3)耦合到電阻器R3的互接點(diǎn)。加上低通濾波器以便衰減經(jīng)由晶體管TP3、TN3、TP4和TN4耦合到電阻器R3的互接點(diǎn)的任何信號(hào)電位。
權(quán)利要求
1.一種相對(duì)為正與相對(duì)為負(fù)的供電電位的源的組合，其特征在于包括一跨接于所述相對(duì)為正及相對(duì)為負(fù)的供電電位上的放大器(TP2、TN2)，它有一個(gè)用來施加輸入信號(hào)的輸入端和一個(gè)輸出端。具有其主導(dǎo)電通路并聯(lián)耦合于所述放大器(TP2)的所述輸出端與一電路輸出端(OUT)之間的第一對(duì)晶體管(TN3、TP3)，其控制電極分別耦合到至少一個(gè)所述相對(duì)為正(V)及相對(duì)為負(fù)(GND)的供電源電位上，各自的主導(dǎo)電通路并聯(lián)耦合于所述電路輸出端(OUT)與一其值在相對(duì)為正(V)及相對(duì)為負(fù)(GND)電源電位間的基本恒定的基準(zhǔn)電位點(diǎn)之間的第二對(duì)晶體管(TN4、TP4)，其控制電極分別耦合到至少一個(gè)所述相對(duì)為正及相對(duì)為負(fù)供電電位上。
2.如權(quán)利要求1所述的組合，其特征在于每對(duì)晶體管包括一P型場效應(yīng)晶體管和一N型場效應(yīng)晶體管，其柵極分別耦合到相對(duì)為負(fù)及相對(duì)為正的供電電位上。
3.如權(quán)利要求2所述的組合，其特征在于還包括耦合在所述相對(duì)為正的供電電位與所述基準(zhǔn)電位之間的第一電阻裝置，以及耦合在所述基準(zhǔn)電位點(diǎn)與用于產(chǎn)生所述基準(zhǔn)電位的所述相對(duì)為負(fù)的供電電位之間的第二電阻裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的組合，其特征在于所述放大器包括安排成一個(gè)共源極放大器第一導(dǎo)電類型的第一場效應(yīng)晶體管，以及偏壓為一電流源的相反導(dǎo)電類型的第二場效應(yīng)晶體管，其中所述第一和第二場效應(yīng)晶體管的主導(dǎo)電通路串聯(lián)耦合在所述相對(duì)為正及相對(duì)為負(fù)的供電電位之間。
5.如權(quán)利要求1所述的組合，其特征在于還包括-低通濾波器，-具有倒相和非倒相輸入端及一輸出端的差動(dòng)放大器，將所述低通濾波器與所述放大器串聯(lián)耦合在所述差動(dòng)放大器的輸出端與非倒相輸入端之間用來在所述差動(dòng)放大器中提供直流反饋的裝置，以及用來對(duì)所述差動(dòng)放大器的倒相輸入端提供輸入信號(hào)的裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的組合，其特征在于還包括一個(gè)耦合在輸出端與所述差動(dòng)放大器的倒相輸入端之間的電容器。
7.如權(quán)利要求6所述的組合，其特征在于用來提供輸入信號(hào)的所述裝置包括第一與第二信號(hào)源，其第一電極耦合到所述倒相輸入端并具有第二電極的另一電容器，以及將第一與第二信號(hào)源交替地耦合到所述另一電容器的第二電極的裝置。
全文摘要
放大器/限制器電路(30)包括可提供電位范圍在地與V
文檔編號(hào)H03G11/00GK1046073SQ9010175
公開日1990年10月10日 申請(qǐng)日期1990年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月27日
發(fā)明者唐納德·喬·索爾 申請(qǐng)人:Rca許可公司