новая папка / 4006428

4006428-Desc-ru var ctx = "/emtp"; The translation is almost like a human translation. The translation is understandable and actionable, with all critical information accurately transferred. Most parts of the text are well written using a language consistent with patent literature. The translation is understandable and actionable, with most critical information accurately transferred. Some parts of the text are well written using a language consistent with patent literature. The translation is understandable and actionable to some extent, with some critical information accurately transferred. The translation is not entirely understandable and actionable, with some critical information accurately transferred, but with significant stylistic or grammatical errors. The translation is absolutely not comprehensible or little information is accurately transferred. Please first refresh the page with "CTRL-F5". (Click on the translated text to submit corrections)

Patent Translate Powered by EPO and Google

French

German

  Albanian

Bulgarian

Croatian

Czech

Danish

Dutch

Estonian

Finnish

Greek

Hungarian

Icelandic

Italian

Latvian

Lithuanian

Macedonian

Norwegian

Polish

Portuguese

Romanian

Serbian

Slovak

Slovene

Spanish

Swedish

Turkish

  Chinese

Japanese

Korean

Russian

      PDF (only translation) PDF (original and translation)

Please help us to improve the translation quality. Your opinion on this translation: Human translation

Very good

Good

Acceptable

Rather bad

Very bad

Your reason for this translation: Overall information

Patent search

Patent examination

FAQ Help Legal notice Contact УведомлениеЭтот перевод сделан компьютером. Невозможно гарантировать, что он является ясным, точным, полным, верным или отвечает конкретным целям. Важные решения, такие как относящиеся к коммерции или финансовые решения, не должны основываться на продукте машинного перевода.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ US4006428A[]

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ BACKGROUND OF THE INVENTION Изобретение относится к схемам усилителей и, более конкретно, к схемам усилителей, включающим в себя средства для обнаружения и/или предотвращения подачи входных сигналов, которые превышают возможности линейной работы усилителя. This invention relates to amplifier circuitry and more particularly to amplifier circuitry including means for detecting and/or preventing the application of input signals that exceed the amplifier linear operating capability. Во многих ситуациях, когда схема усилителя используется для обеспечения усиления сигнала, полезно или необходимо обнаруживать и/или предотвращать нелинейную работу усилителя, то есть работу, при которой входной и выходной сигналы усилителя не связаны линейно, и следовательно, выходной сигнал не является точным воспроизведением входного сигнала. По сути, нелинейная работа усилителя может быть результатом двух различных состояний сигнала. Во-первых, если величина входного сигнала превышает определенное значение, усилитель не сможет выдать выходной сигнал, равный величине входного сигнала, умноженной на коэффициент усиления усилителя. Это состояние может возникнуть либо в результате подачи входного сигнала, превышающего проектные возможности усилителя, либо в результате неправильной нагрузки усилителя сопротивлением нагрузки, не соответствующим проектным возможностям усилителя. В таком случае обычно говорят, что динамический диапазон усилителя превышен и что усилитель перегружен. In many situations wherein an amplifier circuit is utilized to provide signal gain, it is either advantageous or necessary to detect and/or prevent non-linear operation of the amplifier, i.e. operation in which the amplifier input and output signals are not linearly related, and hence the output signal is not a faithful reproduction of the input signal. Basically, non-linear amplifier operation can result from two distinct signal conditions. First, if the magnitude of the input signal exceeds a certain value, the amplifier will not be capable of producing an output signal equal to the magnitude of the input signal multiplied by the amplifier gain. This condition can result either from applying an input signal that exceeds the amplifier design capability, or by improperly loading the amplifier with a load impedance not within the amplifier design capability. In such an instance it is generally said that the dynamic range of the amplifier has been exceeded and that the amplifier is overloaded. Второй тип работы нелинейного усилителя возникает в том случае, если усилитель не может создать выходной сигнал, имеющий скорость изменения во времени, по существу идентичную произведению скорости изменения во времени входного сигнала на коэффициент усиления усилителя. Когда входной сигнал, скорость изменения которого превышает возможности усилителя, подается на схему усилителя, обычно говорят, что способность усилителя по нарастанию превышена или что усилитель ограничен по нарастанию. The second type of non-linear amplifier operation results if the amplifier cannot produce an output signal having a time rate of change substantially identical to the product of the time rate of change of the input signal multiplied by the amplifier gain. When an input signal having a time rate of change that exceeds the amplifier capability is applied to the amplifier circuit it is generally said that the amplifier slewing capability has been exceeded or that the amplifier is slew limited. Нелинейная работа усилителя может вызвать несколько в целом вредных эффектов. Например, могут возникать серьезные гармонические искажения, могут генерироваться большие нежелательные переходные процессы сигнала или могут изменяться коэффициент усиления и полоса пропускания усилителя. В некоторых случаях эти условия могут привести к отказу схемы усилителя из-за избыточного напряжения в схеме усилителя или из-за повышенных требований к рассеиванию тепла. Кроме того, когда усилитель используется как часть более крупной электронной системы, нелинейная работа усилителя может вызвать неисправность системы из-за генерации нежелательных компонентов выходного сигнала или может вызвать отказ других компонентов системы из-за генерации сигналов, которые превышают их допустимые значения. возможности обработки компонентного сигнала. Non-linear operation of an amplifier can cause several generally deleterious effects. For example, severe harmonic distortion may occur, large undesirable signal transients may be generated, or the amplifier gain and bandwidth may be altered. In some instances, these conditions can cause the amplifier circuit to fail due to excess voltage stress within the amplifier circuitry or due to increased thermal dissipation demands. Further, when the amplifier is utilized as a portion of a larger electronic system, non-linear amplifier operation can cause a system malfunction by the generation of undesired output signal components or can cause failure of other system components by the generation of signals that exceed their component signal handling capabilities. Одним из подходов к устранению проблемы нелинейной работы усилителя является проектирование схем усилителя, имеющих динамический диапазон и способность нарастания, которые превышают требования к входным сигналам, которые будут подаваться на входные клеммы усилителя. Хотя современные схемы усилителей, особенно тот класс схем усилителей, обычно известный как операционные усилители, обладают рабочими характеристиками, совместимыми с широким диапазоном входных сигналов, существует множество приложений, в которых невозможно спроектировать усилитель, способный работать со всеми типами входных сигналов. входной сигнал, с которым можно столкнуться. Кроме того, несмотря на то, что усилитель предназначен для линейного усиления всех сигналов, которые обычно поступают на входные клеммы, могут возникать определенные условия, при которых входной сигнал, выходящий за пределы линейного диапазона усилителя, достигает схемы усилителя. Например, в усилителях, используемых в электронных системах или электронных контрольно-измерительных приборах, даже квалифицированный оператор может непреднамеренно подключить оборудование или управлять им таким образом, что усилитель получит неправильный входной сигнал. One approach to eliminating the non-linear amplifier operation problem has been the design of amplifier circuits having a dynamic range and slewing capability that exceeds the requirements of the input signals that will be applied to the amplifier input terminals. Although modern amplifier circuits -- especially that class of amplifier circuits generally known as operational amplifiers -- exhibit performance characteristics compatable with a wide range of input signals, many applications exist in which it is not possible to design an amplifier capable of handling every type of input signal that may be encountered. Further, even though an amplifier is designed to linearly amplify all signals that normally arrive at the input terminals, certain conditions can occur in which an input signal not within the linear range of the amplifier reaches the amplifier circuit. For example, in amplifiers utilized within electronic systems or electronic test instruments, even a skilled operator can inadvertently connect or operate the equipment such that the amplifier receives an improper input signal. Попытки предшествующего уровня техники защитить усилитель при подаче неправильного входного сигнала, как правило, включали ограничивающие схемы для ограничения напряжения сигнала в той или иной точке схемы, а также включали переключатели, активируемые током, для отключения схемы усилителя или изменения его работы в заранее определенных пределах. превышены. Хотя такие попытки были в некоторой степени успешными, они столкнулись с некоторыми недостатками. Во-первых, те схемы, которые динамически реагируют на нелинейную работу, часто недостаточно быстры, чтобы обнаружить нелинейную работу и применить корректирующие меры, такие как удаление или уменьшение входного сигнала до того, как будет сгенерирован вредный выходной сигнал. Во-вторых, те схемы, которые основаны на ограничении сигнала, проходящего через усилитель, часто сами демонстрируют нелинейные передаточные характеристики и, соответственно, могут быть использованы только путем отрицательного влияния на рабочие характеристики базовой схемы усилителя. В-третьих, в предшествующем уровне техники не была предложена нелинейная операционная система, применимая для использования со схемами усилителей, содержащими различные схемные каскады, реализованные с помощью кремниевых интегральных схем. Prior art attempts to protect an amplifier when an improper input signal is applied have generally included clamping circuits to limit the signal voltage at one circuit point or another and have also included current-activated switches to disable the amplifier circuit or modify its operation when predetermined limits are exceeded. Although such attempts have been successful to some degree, several disadvantages have been encountered. First, those circuits that dynamically respond to non-linear operation often have not been fast enough to sense the nonlinear operation and apply corrective measures such as removing or reducing the input signal before a harmful output signal has been generated. Secondly, those circuits that rely on limiting the signal flowing through the amplifier often themselves exhibit non-linear transfer characteristics and, accordingly can be utilized only by adversely influencing the performance characteristics of the basic amplifier circuit. Thirdly, the prior art has not provided a non-linear operation system applicable for use with amplifier circuits comprising various circuit stages realized by silicon integrated circuits. Это соображение имеет первостепенное значение, поскольку во многих случаях наиболее оперативная и экономичная конструкция усилителя реализуется с помощью коммерчески доступных интегральных схем, которые можно использовать в качестве «строительных блоков» для обеспечения желаемого соотношения вход-выход. В предшествующем уровне техники также не были предусмотрены схемные средства для обнаружения нелинейной работы усилителя, которые поддаются реализации в усилителе на интегральной схеме. This consideration is of prime importance since in many instances, the most expedious and economical amplifier design is accomplished with commercially available integrated circuits that can be used as "building blocks" to provide the desired input-output relationship. Nor has the prior art provided circuit means for detecting non-linear amplifier operation that is amenable to realization within an integrated circuit amplifier. Соответственно, целью настоящего изобретения является создание схемы усилителя, включающей средства обнаружения нелинейной работы усилителя. Accordingly it is an object of this invention to provide an amplifier circuit including means for detecting non-linear operation of the amplifier. Другой и родственной целью настоящего изобретения является создание схемы операционного усилителя, которая включает в себя схему для создания электрического сигнала, указывающего, превышает ли подаваемый входной сигнал усилителя динамический диапазон и/или способность усилителя по вращению. It is another and related object of this invention to provide an operational amplifier circuit that includes circuitry for producing an electrical signal indicative of whether the applied amplifier input signal exceeds the dynamic range and/or the slewing capability of the amplifier. Еще одной целью настоящего изобретения является создание схемы усилителя, которая включает в себя обнаружение и использование нелинейной работы схемы, так что входной сигнал удаляется или ослабляется перед формированием существенных нелинейных выходных сигналов. It is yet another object of this invention to provide an amplifier circuit that includes the detection and utilization of non-linear circuit operation such that the input signal is removed or reduced prior to the generation of substantial non-linear output signals. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание схемы усилителя, включающей в себя обнаружение нелинейной работы усилителя, которую можно реализовать с помощью схемных каскадов, включающих в себя интегральные схемы, и которую также можно реализовать в виде интегральной схемы усилителя, включающей такие нелинейные схемы. - средства линейного обнаружения. It is still another object of this invention to provide an amplifier circuit including the detection of non-linear amplifier operation that is amenable to realization by the use of circuit stages including integrated circuits and is also amenable to realization as an integrated amplifier circuit including such non-linear detection means. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ SUMMARY OF THE INVENTION Эти и другие цели достигаются в соответствии с настоящим изобретением с помощью схемы усилителя, включающей в себя каскадную комбинацию каскада усилителя напряжения, каскада преобразователя напряжения в ток, каскада ограничения тока и каскада выходного усилителя. Первый конденсатор подключается между входной клеммой выходного каскада и клеммой с фиксированным потенциалом, например, заземлением цепи. Поскольку во время работы линейной схемы каскад усилителя мощности имеет высокое входное сопротивление, практически весь ток, протекающий от каскада ограничения тока, протекает через первый конденсатор. These and other objects are achieved in accordance with this invention by an amplifier circuit including the cascaded combination of a voltage amplifier stage, a voltage-to-current converter stage, a current limiter stage and an output amplifier stage. A first capacitor is connected between the input terminal of the output stage and a terminal of fixed potential, e.g., circuit ground. Since during linear circuit operation the power amplifier stage has a high input impedance, essentially all of the current flowing from the current limiter stage flows through the first capacitor. В некоторых вариантах осуществления изобретения обнаруживаемый сигнал, указывающий на нелинейную работу усилителя, получается в точке между первой клеммой обнаружения, которая подключена к входной клемме каскада преобразователя напряжения в ток, и второй клеммой обнаружения, которая подключена к узлу цепи между вторым конденсатором и резистором, которые последовательно подключены между выходной клеммой выходного каскада и клеммой фиксированного потенциала, такой как заземление цепи. В других вариантах осуществления изобретения резистор соединен последовательно между первым конденсатором и клеммой фиксированного потенциала, а соединение между первым конденсатором и резистором соединено со второй клеммой обнаружения. В любом случае сигнал, поступающий на второй терминал обнаружения, прямо пропорционален току, протекающему через первый конденсатор. Как правило, номинал резистора в каждом из этих вариантов осуществления устанавливается по существу равным обратной величине крутизны ступени преобразователя напряжения в ток (или некоторому ее мультипликативному значению) для создания сигнала между двумя выводами обнаружения, который по существу равен ноль всякий раз, когда усилитель работает в линейном режиме. In some embodiments of the invention a detectable signal indicative of non-linear amplifier operation is obtained at a point between a first detection terminal that is connected to the input terminal of the voltage-to-current converter stage and a second detection terminal that is connected to the circuit node between a second capacitor and a resistor that are serially connected between the output terminal of the output stage and a terminal of fixed potential such as circuit ground. In other embodiments of the invention, a resistor is connected in series between the first capacitor and the terminal of fixed potential, with the junction between the first capacitor and resistor connected to the second detection terminal. In either case, the signal coupled to the second detection terminal is directly proportional to the current flow through the first capacitor. Generally, the value of the resistor in each of these embodiments is established substantially equal to the reciprocal of the transconductance of the voltage to current converter stage (or some multiplicative value thereof) to produce a signal between the two detection terminals that are substantially equal to zero whenever the amplifier is operating in a linear fashion. В этой компоновке максимальная скорость нарастания усилителя определяется параметром максимального тока каскада ограничения тока и емкостью первого конденсатора. Если на входной разъем усилителя подается входной сигнал, превышающий эту возможность поворота, ток, протекающий от ступени ограничения тока, будет меньше, чем ток, который возник бы, если бы схема усилителя работала линейно. Таким образом, когда схема усилителя работает нелинейно из-за приложенного сигнала, который превышает максимальную скорость нарастания выходного сигнала, сигнал, подаваемый на второй вывод обнаружения, будет меньше по величине, чем тот сигнал, который появился бы на втором выводе обнаружения, если конкретный входной сигнал находился в пределах возможностей поворота усилителя. Однако сигнал, появляющийся на первом выводе обнаружения, не изменяется, и, соответственно, сигнал обнаружения подается между первым и вторым выводами обнаружения, чтобы указать на работу нелинейного усилителя. In this arrangement, the amplifier maximum slew rate is determined by the maximum current parameter of the current limiter stage and the value of the first capacitor. If an input signal is applied to the amplifier input terminal that exceeds this slewing capability, the current flowing from the current limiter stage is less than that current which would result if the amplifier circuit were operating linearly. Thus when the amplifier circuit is operating nonlinearly due to an applied signal that exceeds the maximum output signal slew rate, the signal coupled to the second detection terminal is lower in magnitude than that signal which would appear at the second detection terminal if the particular input signal was within the amplifier slewing capability. The signal appearing at the first detection terminal is not affected, however, and accordingly, a detection signal is supplied between the first and second detection terminals to indicate the nonlinear amplifier operation. Кроме того, если на схему усилителя подается входной сигнал, вызывающий перегрузку выходного усилительного каскада, величина сигнала, подаваемого на второй вывод обнаружения, отклоняется от величины сигнала, который был бы получен, если бы выходной каскад работал линейно. . Это условие возникает из-за того, что при перегрузке выходного каскада часть выходного сигнала ограничителя тока либо поступает на входной вывод выходного усилительного каскада, либо дополнительный ток протекает с входного контакта выходного каскада и через первый конденсатор. Further, if an input signal is applied to the amplifier circuit that causes the output amplifier stage to overload, the magnitude of the signal coupled to the second detection terminal deviates from the magnitude of the signal that would be developed if the output stage were operating linearly. This condition occurs since, during overload of the output stage, a portion of the current limiter output signal either flows into the input terminal of the output amplifier stage, or additional current flows from the input terminal of the output stage and through the first capacitor. Один раскрытый вариант осуществления изобретения включает в себя аналоговый переключатель, подключенный между входной клеммой усилителя и входной клеммой каскада усилителя напряжения. Аналоговый переключатель управляется таким образом, что входной сигнал подключается к каскаду усилителя напряжения до тех пор, пока схема усилителя работает линейно, и отключается от него всякий раз, когда возникает нелинейная работа. В этом варианте осуществления сигнал управления аналоговым переключателем выводится из сигнала, появляющегося между первым и вторым выводами обнаружения с помощью схемы компаратора напряжения, которая запускает моностабильный мультивибратор каждый раз, когда возникает нелинейная работа. Выходной сигнал моностабильного мультивибратора активирует аналоговый переключатель для отключения входного сигнала на период времени, достаточный для того, чтобы выходной сигнал усилителя нарастал до потенциала покоя, а затем медленно возвращает аналоговый переключатель в проводящий каскад, так что скорость нарастания ограничение не будет превышено внезапным подачей входного сигнала, находящегося в пределах линейного диапазона усилителя. One disclosed embodiment of the invention includes an analog switch connected between the amplifier input terminal and the input terminal to the voltage amplifier stage. The analog switch is controlled such that an input signal is connected to the voltage amplifier stage as long as the amplifier circuit is operating linearly and is disconnected therefrom whenever non-linear operation occurs. In this embodiment, the analog switch control signal is derived from the signal appearing between the first and second detection terminals by a voltage comparator circuit that triggers a monostable multivibrator each time non-linear operation occurs. The output signal of the monostable multivibrator activates the analog switch to disconnect the input signal for a period of time sufficient for the amplifier output signal to slew to the quiescent potential, and then slowly returns the analog switch to the conducting stage so that the slew rate limit will not be exceeded by the sudden application of an input signal that is within the amplifier linear range. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING ИНЖИР. 1 представляет собой блок-схему, изображающую вариант осуществления схемы усилителя в соответствии с этим изобретением; FIG. 1 is a block diagram depicting an embodiment of an amplifier circuit in accordance with this invention; ИНЖИР. 2 представляет собой блок-схему варианта осуществления настоящего изобретения, который включает в себя аналоговый переключатель и соответствующую схему возбуждения для отключения входного сигнала от усилителя всякий раз, когда происходит нелинейная работа усилителя; а также FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of this invention that includes an analog switch and associated drive circuitry for disconnecting the input signal to the amplifier whenever non-linear amplifier operation occurs; and ИНЖИР. 3 схематично показана одна реализация варианта осуществления настоящего изобретения, изображенного на фиг. 2. FIG. 3 schematically illustrates one realization of the embodiment of this invention depicted in FIG. 2. ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ DETAILED DESCRIPTION Как показано на фиг. 1, операционный усилитель по данному изобретению (обычно обозначенный цифрой 10) включает в себя каскад усилителя напряжения 12, каскад преобразователя напряжения в ток (E-I преобразователь) 14, каскад 16 ограничения тока и выходной каскад 18, которые соответственно соединены каскадом между входной клеммой 20 и выходной клеммой 22. Конденсатор 24 и резистор 26 последовательно подключены между выводом постоянного потенциала, таким как заземление 28 цепи, и узлом цепи 30 на соединении между каскадом 16 ограничения тока и выходным каскадом 18. Первый вывод 32 обнаружения подключен к соединению между каскадом усилителя напряжения 12 и каскадом 14 преобразователя E-I, а второй вывод 34 обнаружения подключен к соединению между конденсатором 24 и резистором 26. Как будет обсуждаться далее, эта схемная схема создает обнаруживаемый электрический сигнал между выводами обнаружения 32 и 34, который указывает на то, работает ли усилитель 10 линейным или нелинейным образом. As shown in FIG. 1, the operational amplifier of this invention (generally denoted by the numeral 10) includes a voltage amplifier stage 12, a voltage-to-current converter stage (E-I converter) 14, a current limiting stage 16 and an output stage 18 that are respectively connected in cascade between an input terminal 20 and an output terminal 22. A capacitor 24 and a resistor 26 are serially connected between a terminal of fixed potential such as circuit ground 28 and a circuit node 30 at the interconnection between the current limiting stage 16 and the output stage 18. A first detection terminal 32 is connected to the interconnection between the voltage amplifier stage 12 and the E-I converter stage 14 and a second detection terminal 34 is connected to the interconnection between the capacitor 24 and the resistor 26. As shall be discussed hereinafter, this circuit arrangement produces a detectable electrical signal between detection terminals 32 and 34 that is indicative of whether the amplifier 10 is operating in a linear or non-linear fashion. Традиционным образом общий коэффициент усиления операционного усилителя 10 определяется цепью обратной связи, подключенной между выходной клеммой 22 усилителя и входной клеммой 20 усилителя. На фиг. 1, цепь обратной связи образована резистором 36, подключенным между входной и выходной клеммами усилителя (20 и 22 соответственно), и резистором 38, подключенным между входной клеммой 20 усилителя и клеммой 40, для установления общего усиления схемы, по существу, равного Р36/Р38. Во время работы напряжение сигнального напряжения подается на клемму 40, а усиленный выходной сигнал поступает на выходную клемму усилителя 22. In a conventional manner, the overall gain of the operational amplifier 10 is determined by a feedback network connected between the amplifier output terminal 22 and the amplifier input terminal 20. In FIG. 1, the feedback network is formed by a resistor 36 connected between the amplifier input and output terminals (20 and 22, respectively) and a resistor 38 connected between the amplifier input terminal 20 and a terminal 40 to establish the overall circuit gain substantially equal to R36 /R38. In operation, a signal voltage voltage is applied to terminal 40 and the amplified output signal is derived at amplifier output terminal 22. Каскад усилителя напряжения 12 может быть любой из многочисленных обычных схем усилителя, которые сконфигурированы для обеспечения высокого входного сопротивления и низкого выходного сопротивления с заданным коэффициентом усиления по напряжению (обозначенным как Av на фиг. 1). E-I преобразователь 14 представляет собой обычную электронную схему, сконфигурированную для обеспечения выходного тока, по существу, равного напряжению, приложенному к входу схемы, умноженному на крутизну схемы (gm). Ступень 16 ограничения тока представляет собой электронную схему, которая обеспечивает выходной ток, практически равный положительному току, +Ip, для всех положительных входных токов, превышающих или равных Ip, подает отрицательный ток -Ip для всех отрицательных токов, величина которых превышает чем Ip, и обеспечивает выходной ток, практически идентичный (или линейно пропорциональный) входному току для всех входных токов в пределах диапазона выходного тока от -Ip до +Ip. Выходной каскад 18 представляет собой обычную схему электронного усилителя с входным сопротивлением, существенно превышающим сопротивление конденсатора 24 на всех частотах в пределах полосы пропускания усилителя 10. Voltage amplifier stage 12 can be any one of numerous conventional amplifier circuits that are configured to provide a high input impedance and a low output impedance with a predetermined voltage gain (denoted as Av in FIG. 1). The E-I converter 14 is a conventional electronic circuit configured to provide an output current substantially equal to the voltage applied to the circuit input multiplied by the circuit transconductance (gm). The current limiter stage 16 is an electronic circuit that supplies an output current substantially equal to a positive current, +Ip, for all positive input currents greater than or equal to Ip, supplies a negative current -Ip for all negative currents of a magnitude greater than Ip, and supplies an output current substantially identical (or linearly proportional to) to the input current for all input currents within the output current range -Ip to +Ip. The output stage 18 is a conventional electronic amplifier circuit that has an input impedance substantially higher than the impedance of capacitor 24 at all frequencies within the bandpass of amplifier 10. С функциональной точки зрения выходной каскад 18 обеспечивает усиление мощности, необходимое для управления сопротивлением нагрузки (не показано на фиг. 1), которое подключено к выходной клемме 22 усилителя. Как правило, выходной каскад 18 насыщается при заданных напряжениях, когда приложенный входной сигнал превышает линейный диапазон выходного каскада, и выходной каскад 18 входит в режим ограничения тока, когда приложенный сигнал превышает допустимый ток сигнала выходного каскада. Часто выходной каскад 18 будет иметь коэффициент усиления по напряжению, равный единице, и в этом случае выходной каскад 18 обычно называют буферным каскадом. Диоды 42 и 44, противоположно полярные и подключенные параллельно между входной и выходной клеммами выходного каскада 18, являются примерами защитных устройств, которые работают только при нелинейной работе выходного каскада 18. Другие выходные каскады, которые можно использовать в усилителе по данному изобретению, могут включать в себя другие электронные компоненты в качестве защитных устройств или могут вообще не включать такие защитные устройства. В любом случае выходной каскад 18 отличается тем, что во время его нелинейной работы ток течет либо в, либо из входного вывода выходного каскада. Functionally speaking, output stage 18 provides the power gain necessary to drive a load impedance (not shown in FIG. 1) that is connected to the amplifier output terminal 22. Generally, the output stage 18 saturates at predetermined voltages when an applied input signal exceeds the output stage linear range and the output stage 18 enters a current limiting mode when an applied signal exceeds the output stage signal current capability. Often output stage 18 will have a unity voltage gain, in which case the output stage 18 is commonly referred to as a buffer stage. Diodes 42 and 44, oppositely poled and connected in parallel between the input and output terminals of the output stage 18 are examples of protection devices that conduct only during non-linear operation of the output stage 18. Other output stages that can be utilized in the amplifier of this invention can include other electronic components as protective devices or may not include such protective devices at all. In any case, the output stage 18 is characterized in that during non-linear operation thereof, current flows either into or out of the output stage input terminal. Следует отметить, что максимальный выходной ток каскада ограничения тока 16 и емкость конденсатора 24 определяют максимальную скорость нарастания выходного сигнала, развиваемого усилителем 10. В частности, поскольку максимальное значение тока, протекающего от ступени 16 ограничения тока, равно . ±. Ip, максимальная скорость изменения напряжения, подаваемого на вход выходного каскада 18, равна Ip/C24, где C24 — значение емкости конденсатора 24. Соответственно, максимальная временная скорость изменения выходного сигнала усилителя 10 составляет Ap Ip /C24, где Ap — коэффициент усиления по напряжению выходного каскада 18. It should be noted that the maximum current output of the current limiter stage 16 and the value of capacitor 24 determine the maximum slew rate of the output signal developed by the amplifier 10. Specifically, since the maximum value of the current flowing from the current limiter stage 16 is . ±. Ip, the maximum rate of change in the voltage coupled to the input terminal of output stage 18 is Ip /C24, where C24 is the capacitance value of capacitor 24. Accordingly, the maximum time rate of change of the output signal of amplifier 10 is Ap Ip /C24 where Ap is the voltage gain of the output stage 18. В практике этого изобретения обычно требуется, чтобы динамические диапазоны каскада усилителя напряжения 12 и выходного каскада 18 были установлены таким образом, чтобы каскад усилителя напряжения был линейным во всем диапазоне линейного усиления выходного каскада 18. Во-вторых, обычно требуется, чтобы E-I преобразователь 14 был способен формировать линейный выходной сигнал в диапазоне тока, превышающем диапазон от -Ip до +Ip. Если усилитель 10 сконфигурирован для выполнения этих условий, нелинейная работа, возникающая из-за подачи входного сигнала, превышающего динамический диапазон усилителя 10, будет вызвана нелинейной работой выходного каскада 18 и нелинейной работой выходного каскада. усилитель 10, возникающий из-за приложения входного сигнала, превышающего способность нарастания выходного сигнала усилителя 10, вызовет ограничение тока в каскаде ограничения тока 16. Как будет установлено после понимания работы этого изобретения, любое из этих условий создает обнаруживаемый сигнал между выводами обнаружения 32 и 34. In the practice of this invention, it is generally required that the dynamic ranges of the voltage amplifier stage 12 and the output stage 18 be established such that the voltage amplifier stage is linear throughout the linear amplification range of the output stage 18. Secondly, it is generally required that the E-I converter 14 be capable of producing a linear output signal over a current range exceeding the range -Ip to +Ip. With the amplifier 10 configured to comply with these conditions, non-linear operation arising from the application of an input signal exceeding the dynamic range of the amplifier 10 will be caused by non-linear operation of the output stage 18 and non-linear operation of the amplifier 10 arising from the application of an input signal exceeding the output signal slewing capability of the amplifier 10 will cause current limiting to occur within current limiter stage 16. As shall be ascertained upon understanding the operation of this invention, either of these conditions produces a detectable signal between detection terminals 32 and 34. Линейные рабочие характеристики усилителя 10 и тот факт, что усилитель 10 функционирует как операционный усилитель, можно легко установить, исследуя схему на фиг. 1. На фиг. 1 видно, что пока каскад 16 ограничения тока получает входной ток величиной меньше Ip, коэффициент усиления по напряжению разомкнутого контура усилителя 10 составляет Vo /V1 = Av Gm Ap (R26 +1/SC24), где The linear operating characteristics of amplifier 10, and the fact that the amplifier 10 functions as an operational amplifier, can be readily ascertained by examining the circuit of FIG. 1. It can been seen in FIG. 1 that, as long as the current limiter stage 16 receives an input current of magnitude less than Ip, the open loop voltage gain of the amplifier 10 isVo /V1 = Av Gm Ap (R26 +1/ SC24) where Av - коэффициент усиления по напряжению каскада усилителя напряжения 12; gm - крутизна 14-й ступени Э-И преобразователя; Ap - коэффициент усиления по напряжению выходного каскада 18; s — частотный оператор Лапласа; а R26 и C24 - значения сопротивления и емкости резистора 26 и конденсатора 24. Таким образом, если реактивное сопротивление конденсатора 24 намного превышает значение сопротивления резистора 26, можно признать, что усилитель 10 демонстрирует коэффициент усиления по напряжению Vo /V1 = Av gm Ap /sC24. Av is the voltage gain of the voltage amplifier stage 12; gm is the transconductance of the E-I converter stage 14; Ap is the voltage gain of the output stage 18; s is the Laplacian frequency operator; and, R26 and C24 are the resistance and capacitance values of resistor 26 and capacitor 24. Thus, if the reactance of the capacitor 24 is much greater than the resistance value of resistor 26, it can be recognized that amplifier 10 exhibits a voltage gainVo /V1 = Av gm Ap /sC24 соответственно, можно видеть, что правильное определение произведения Av gm Ap и установка значения конденсатора 24 с учетом входного импеданса выходного каскада 18 для обеспечения желаемой полосы пропускания (и результирующей характеристики спада усиления 6 дБ/октава) обеспечивает рабочее состояние. характеристики, связанные с обычной схемой операционного усилителя. accordingly, it can be seen that appropriately establishing the product Av gm Ap and establishing the value of capacitor 24 in view of the input impedance of output stage 18 to provide a desired bandwidth (and resulting 6db/octave gain roll off characteristic) provides the operating characteristics associated with a conventional operational amplifier circuit. С базовой конфигурацией схемы варианта осуществления по фиг. 1, теперь можно понять работу этого изобретения для создания сигнала, указывающего, работает ли усилитель 10 линейным или нелинейным образом. Во-первых, когда на вход 20 усилителя подается сигнал V1, который не превышает ни динамический диапазон усилителя, ни способность нарастания, на фиг. 1 видно, что сигнал V2, подаваемый на первый терминал 32 обнаружения, равен Av V1. Поскольку возможности поворота усилителя не превышены, выходной ток, протекающий из каскада 16 ограничения тока в узел 30 схемы, по существу равен V2gm. Кроме того, поскольку выходной каскад 18 не работает нелинейно, а входной импеданс выходного каскада 18 существенно больше, чем импеданс конденсатора 24, ток I5, протекающий из узла 30 схемы во входной контакт выходного каскада 18, по существу равен до 0. Соответственно, ток I4, протекающий из узла 30 в последовательно соединенные конденсатор 24 и резистор 26, точно равен gm V2, а напряжение на выводе детектирования 34 равно V2 gm R26. With the basic circuit configuration of the embodiment of FIG. 1 in mind, the operation of this invention to produce a signal indicative of whether the amplifier 10 is operating in a linear or non-linear manner can be now be understood. First, when a signal V1 is applied to the amplifier input terminal 20 that does not exceed either the amplifier dynamic range or slew capability, it can been seen from FIG. 1 that the signal, V2, coupled to the first detection terminal 32 is equal to Av V1. Since the amplifier slewing capability is not exceeded, the output current flowing from the current limiter stage 16 and into the circuit node 30 is substantially equal to V2 gm. Further, since the output stage 18 is not operating nonlinearly and the input impedance of output stage 18 is substantially greater than the impedance of the capacitor 24, the current I5 flowing from circuit node 30 into the input terminal of the output stage 18 is substantially equal to 0. Accordingly, the current I4 flowing from node 30 into the series connected capacitor 24 and resistor 26 is identically equal to gm V2 and the voltage at detection terminal 34 is equal to V2 gm R26. Таким образом, сигнал, появляющийся между клеммами обнаружения 32 и 34, равен Vd = V2 (1-gm R26), и, если значение резистора 26 устанавливается равным величине, обратной величине крутизны gm, сигнал обнаружения практически равен 0 во время линейной работы. усилителя 10. Thus the signal appearing between detection terminals 32 and 34 is Vd = V2 (1-gm R26) and, if the value of resistor 26 is established equal to the reciprocal of the transconductance gm, the detection signal is substantially equal to 0 during linear operation of the amplifier 10. Когда положительный входной сигнал V1, который превышает максимальную скорость нарастания усилителя Ip/C24, подается на вход 20 усилителя, напряжение на выводе 32 обнаружения, V2, снова равно Av V1. Однако, как отмечалось ранее, когда мощность поворота усилителя превышена, величина тока, протекающего от каскада 18 ограничителя тока и к узлу 30 схемы, ограничивается до +Ip. Соответственно, напряжение, развиваемое на выводе 34 обнаружения, равно Ip R26. Поскольку Ip меньше величины V2gm на некоторую разность токов di, можно показать, что напряжение, возникающее между клеммами обнаружения 32 и 34, равно Vd = V2 (1-R26 gm) + diR26) или в случае, когда сопротивление резистора 26 равно обратной величине крутизны каскада E-I преобразователя 14, напряжение детектирования может быть выражено как di/gm, которое альтернативно может быть выражено как V1 Av - Ip /gm. When a positive input signal, V1, that exceeds the maximum amplifier slewing rate Ip /C24 is applied to the amplifier input terminal 20, the voltage at detection terminal 32, V2, is again equal to Av V1. However, as previously noted when the amplifier slewing capability is exceeded, the magnitude of the current flowing from the current limiter stage 18 and to circuit node 30 is limited to +Ip. Accordingly, the voltage developed at detection terminal 34 is Ip R26. Since Ip is less than the magnitude of V2 gm by some current differential, di, the voltage appearing between detection terminals 32 and 34 can be shown to be Vd = V2 (1-R26 gm) + diR26) or in the instance in which the value of resistor 26 is equal to the reciprocal of the transconductance of the E-I converter stage 14, the detection voltage can be expressed as di/gm which can alternatively be expressed as V1 Av -Ip /gm. В любом случае можно определить, что сигнал обнаружения Vd вырабатывается между выводами обнаружения 32 и 34, что указывает на нелинейную работу усилителя 10, возникающую в результате подачи положительного входного сигнала, который в противном случае потребовал бы, чтобы выходное напряжение усилителя изменялось с определенной скоростью. скорость, превышающая максимальную скорость поворота Ip /C24. Кроме того, можно заметить, что схема усилителя 10 работает аналогичным образом, когда отрицательный входной сигнал превышает максимальную отрицательную скорость нарастания -Ip/C24, при этом полярность сигнала обнаружения, развиваемого между выводами обнаружения 32 и 34, реверсируется по сравнению с полярностью. сигнала, развиваемого положительным входным сигналом. In any case, it can be recognized that a detection signal Vd is developed between detection terminals 32 and 34 that indicates the nonlinear operation of amplifier 10 resulting from the application of a positive input signal that would otherwise require the amplifier output voltage to slew at a rate exceeding the maximum slew capability Ip /C24. Further, it can be recognized that the amplifier circuit 10 operates in a similar manner when a negative input signal exceeding the maximum negative slew rate -Ip /C24, with the polarity of the detection signal developed between detection terminals 32 and 34 reversed from the polarity of the signal developed by a positive input signal. Когда входной сигнал V1, подаваемый на входную клемму 20 усилителя, не превышает возможности скорости нарастания усилителя, а вместо этого вызывает нелинейную работу выходного каскада 18, сигнал, подаваемый на клемму обнаружения 32, снова равен V2 = V1 Av и ступень ограничения тока подает ток gm V2 на узел 30 схемы. Однако нелинейная работа выходного каскада 18 вызывает протекание тока I5 между узлом 30 схемы и входным выводом выходного каскада 18. Ток I5 возникает в результате протекания тока через диод 42 и/или диод 44 или возникает в результате протекания тока на вход или выход выходного каскада 18. Соответственно, ток I4, протекающий через последовательно соединенные конденсаторы 24 и 26, не равен gm V2, а равен gm V2 - I5, при этом направление тока I5 предполагается на вход выходного каскада. 18. Таким образом, можно показать, что напряжение, возникающее между выводами обнаружения 32 и 34, равно Vd = V2 (1-R26 gm) + I5 R26, или в варианте осуществления, в котором R26 устанавливается равным величине, обратной величине крутизны gm, Vd = I5 Р26. When an input signal, V1, applied to the amplifier input terminal 20 does not exceed the amplifier slew rate capability, but instead causes non-linear operation of the output stage 18, the signal coupled to detection terminal 32 is again V2 = V1 Av and the current limiter stage supplies a current of gm V2 to circuit node 30. The nonlinear operation of the output stage 18, however, causes a current I5 to flow between the circuit node 30 and the input terminal of the output stage 18. The current I5 results from current flow through the diode 42 and/or the diode 44, or results from current flowing into or out of the input terminal of output stage 18. Accordingly, the current I4, flowing through series connected capacitor 24 and 26, is not equal to gm V2, but is equal to gm V2 - I5, with the direction of the current flow I5 assumed to be into the input terminal of the output stage 18. Thus the voltage appearing between the detection terminals 32 and 34 can be shown to be Vd = V2 (1-R26 gm) + I5 R26, or in an embodiment in which R26 is established equal to the reciprocal of the transconductance gm, Vd = I5 R26. В любом случае видно, что между клеммами 32 и 34 подается детектируемый сигнал, свидетельствующий о нелинейной работе усилителя 10 в результате подачи входного сигнала, превышающего линейный диапазон усилителя.