本发明涉及电子信号限制器电路。 限制器电路是众所周知的，并且，一般包括一个加以偏压的非线性元件，从而有选择地在高于或低于该偏压范围导电或不导电。另一种方法，也可把限制电路构造成具有受限电源电位的放大器，使限幅放大器的输出摆动在所要求的输入削波电平上饱和。例如，可参阅Millman和Taub合著，1965年由Mc Graw Hill，N.Y.出版的“脉冲、数字及转换波形”一书第七章。
然而，传统式的限制器电路有时不切实际。例如，低压电池供电的电路，可能无法提供足够的工作电位使限幅放大器的操作有可能起限制器作用，或通过非线性限制装置（二极管）获得充分的线性性能。另外，可能会希望限制器提供其电位在某一额定范围内的输出。
本发明是晶体管放大器/限制器电路实施的，该电路用于将受限制的信号保持在特定的电位范围内。该电路包括用于驱动一对级联耦合传输的放大器，其对立端被偏压到供电电位的某一分数值。给传输门地控制电极提供适当的工作电位。从级联耦合传输门的互连取得输出信号。输出信号的电位摆动限定在小于供电电位的范围内。
图1为包括将体现本发明的放大器电路限制器用于示例性环境中的电路图。
图2和3为体现本发明的放大器限制器的另一电路图。
图4为表示图2电路转移函数的特性曲线图。
参照图1，将差动放大器26按一种电路接法连接以产生两信号VA与VB之差。在该电路中，包含低通滤波器32和限幅放大器30的第一反馈电路连接在放大器26的输出端与不倒相输入端之间，直流偏压使放大器接近其最佳工作点。耦合到放大器26倒相输入端点的直流工作电位等于放大器电源电位的一半。由于将倒相输入端直流置偏为二分之一电源电位，所以，最好能将反馈放大器30的输出电位限制到大约为电源电位一半值范围内以防止放大器阻塞。
包含电阻器R1、R2和电容器C2的第二反馈电路连接在放大器26的输出与倒相输入端之间。电阻器R1、R2产生1+2R2/R1值的电路增益。信号经由电容器C1和开关14、16及19耦合到倒相输入端。电容器C1与C2之值相等，因此，电路增益仅取决于电阻器R1与R2的电阻值。
电路工作过程如下：在时钟信号P2′和P2的控制下同时闭合开关14、20、22和24。各自具有一端耦合到基准电位的开关20、22和24将所述基准电位加到电容器C2的两电极和电容器C1的一电极上。该动作使放大器26工作在其中间工作点（即，自动调零）。与此同时，开关14将信号Va耦合到电容器C1的第二电极上。
在开关14、20、22和24闭路期间，开关16和19开路。然后，在时钟信号P1控制下，开关14、20、22和24开路而开关16和19闭路。信号VA从电容器C1去耦合而信号VB则耦合到电容器C1上，C1又耦合到放大器26的倒相输入端。信号VA与VB间的任何电位差都会引起电容器C1与C2内的电流流动。该电流使电容器C2上所储电荷产生某一变化ΔQ，而在放大器26的倒相输入端产生电位变化（VA-VB）＝ΔQ/C2。对该电位加以放大并在接线端34输出。
控制各开关的时钟信号P1和P2显示出基本上反相、非重叠的矩形波形。时钟信号P2′与时钟信号P2的脉冲同时出现。如果要求在极短瞬间捕获信号VA的值，信号P2′的脉冲必须很窄。例如，倘若电路的带宽大约为7兆赫，而时钟信号P1、P2和P2′大约为14兆赫以满足Nyquist取样判据时，时钟信号P2′的脉冲大约为5-10毫微秒。另一方案，如果输入信号VA和VB基本上是直流信号时，于是时钟信号P2就可以代替信号P2′。
低通滤波器32为开关电容器滤波器，它在自动调零期间对输出端34电位取样。滤波器32将自动调零输出电位取平均从而产生反馈电位以校正放大器26的输入补偿电位，亦即防止直流信号分量影响输出偏压电位。
图2说明放大器/限制器30。该电路包含一P型场效应晶体管TP2，将其安排成一个共源极放大器。将偏压成为电流源的互补N型场效应晶体管TN2连接成晶体管TP2的负荷装置。共源极放大器的输出信号取自晶体管TP2和TN2的相互接点。
晶体管TN2的栅极偏压由另一N型晶体管TN1的栅一漏连接点提供。晶体管TN1与TN2安排成众所周知的电流反射镜构形。由另一P型晶体管TP1的漏电流提供晶体管TN1的工作电流。将基准电位供给晶体管TP1的栅极。例如，该基准电位等于跨接晶体管TP2与TN2的电源电位的一半。名义上将晶体管TP2、TN2和TP1、TN1预定为具有互补特性，并且晶体管TP1∶TP2的几何比率（以及互导）等于TN1∶TN2的几何比率。如果满足了这些条件，且将等于供电电位一半的基准电位加到晶体管TP1的栅极上，则共源放大器的直流输出电位等于供电电位的一半。
将共源极放大器的输出接点耦合到并联P型晶体管TP3与N型晶体管TN3的主导电通路上。晶体管TP3与TN3的栅极则耦合到相对为负（地）及相对为正（VD）的供电电位上。并联晶体管TN3与TP3的主导电通路耦合到与另一P型晶体管TP4与另一N型晶体管TN4并联的主导电通路上。晶体管TP4与TN4的主导电通路的另一端则耦合到跨接于供电电位上一对串联相同电阻器R3的互接点上。象这样，将等于供电电位一半的电位加到晶体管TN4与TP4的主导电通路。晶体管TP4和TN4的栅极分别耦合到相对为负及相对为正的供电电位。
将所述放大器/限制器电路的输入信号耦合到晶体管TP2的栅电极上。该电路的输出信号OUT则取自晶体管TN3与TN4（TP3、TP4）的互连接点。
晶体管TN3、TP3与TN4、TP4的安排是使得在每一并联晶体管对中至少有一个晶体管被偏置为导电状态。因此，并联的晶体管对能提供以Re表示的有效阻抗。串联连接的电阻器R3提供一与V/2戴维南（Thevenin）电位串联的R/2戴维南电阻。共源极放大器有一以R表示的固有输出阻抗。假定戴维南电阻R3/2等于2R，而放大器提供的输出电位为0，在此情形下，电位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时，则公式（1）可简化为：
OUT＝eo/2+VD/4（2）
0可呈现的最大和最小电位值分别为V和零（地）。因此，信号OUT可呈现的最大和最小电位值分别为3V/4/和V/4。
图4表示共源放大器呈现的增益为2而α等于1时图2所示电路的转移函数。当α值接近1和/或Re＞＞R时，其极限值将等于或接近于3V/4和V/4。当α值变大时，极限电位接近供电电位。在线性区域内，放大器/限制器电路（30）的增益大致为放大器（TP2、TN2）本身增益的一半。
图2电路中，电位Vref可取自串联电阻R3的互接点。可用加直流偏压的晶体管来实现电阻R3。
图3是非倒相的放大器限制器。在该电路中，将晶体管TP1构成为一共源极输入放大器，驱动包含晶体管TN1和TN2的电流反射镜放大器。在晶体管TP2栅极上耦合有一电位Vref，该晶体管起晶体管TN2的电流源负荷装置的作用。应注意对P型晶体管TP1加上一递增输入电位，会使晶体管TP1中漏电流减小，从而减小晶体管TN1内的电流。晶体管TN1中电流减小反射在晶体管TN2内，结果在晶体管TP2与TN2间的互接点上引起输出电位的增加。晶体管TP2的栅极经由低通滤波器（R4，C3）耦合到电阻器R3的互接点。加上低通滤波器以便衰减经由晶体管TP3、TN3、TP4和TN4耦合到电阻器R3的互接点的任何信号电位。