CS220425B1 - Zapojení gyrátoru - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zapojeni gyrátoru s kompenzací ztrát, používaného k realizaci aktivních filtru s vlastnostmi obdobnými vlastnostem pasivních filtrů LC, oscilátorů, syntetických indukčnosti a dalSích aplikací. Účelem vynálezu je zajištění vnitřní kompenzace Ztrát gyrátoru s možností volit tuto kompenzaci i s ohledem na ztráty vnějších obvodových prvků, například kondenzátorů, které jsou ke gyrátoru připojeny. Přitom je možno měnit prostřednictvím jednoho z pracovních odporů střední gyrační konstantu tak, že nastavení kompenzace ztrát zůstává beze změny. Mimoto existuje možnost nízkoimpedahčňího výstupu na pomocné,a společné svorce gyrátoru, který umožňuje odebírat zpracovaný signál na vstupní a společné svorce gyrátoru bez ovlivnění vlastností obvodové soustavy s gyrátorem připojenou zátěží. Vynález je možno uplatnit ve všech oborech, kde lze gyrátorem realizovat i vysoce náročné aktivní filtry RC, u nichž je požadován vysoký činitel jakosti Q> 1 000. Konkrétní příklad zapojení gyrátoru podle vynálezu je zřejmý z obr. 2.

Description

Vynález se týká zapojeni gyrátoru s kompenzací ztrát, používaného k realizaci aktivních filtru s vlastnostmi obdobnými vlastnostem pasivních filtrů LC, oscilátorů, syntetických indukčnosti a dalSích aplikací. Účelem vynálezu je zajištění vnitřní kompenzace Ztrát gyrátoru s možností volit tuto kompenzaci i s ohledem na ztráty vnějších obvodových prvků, například kondenzátorů, které jsou ke gyrátoru připojeny. Přitom je možno měnit prostřednictvím jednoho z pracovních odporů střední gyrační konstantu tak, že nastavení kompenzace ztrát zůstává beze změny. Mimoto existuje možnost nízkoimpedahčňího výstupu na pomocné,a společné svorce gyrátoru, který umožňuje odebírat zpracovaný signál na vstupní a společné svorce gyrátoru bez ovlivnění vlastností obvodové soustavy s gyrátorem připojenou zátěží. Vynález je možno uplatnit ve všech oborech, kde lze gyrátorem realizovat i vysoce náročné aktivní filtry RC, u nichž je požadován vysoký činitel jakosti Q> 1 000. Konkrétní příklad zapojení gyrátoru podle vynálezu je zřejmý z obr. 2.

oUp2 ^T1@I-Λ ^T3

JT ]

^Jp3 ♦u

P¹ ♦u_b ~°3

OBR.1

2204Ž5

Vynález se týká zapojení gyrátoru s kompenzací ztrát, používaného k realizaci aktivních filtrů s vlastnostmi obdobnými vlastnostem pasivních filtrů LC, oscilátorů, syntetických indukčnosti a dalších aplikací.

Gyrátor je definován například čtyřpólovou admitační maticí:

D, (1) _LD, O v níž D| a Dg značí gyrační konstanty.

'1 '

Dosud známé elektrické gyrátory vycházejí zpravidla z rozkladu admitanční nebo impedanční čtyřpólové matice, který vede bud na antiparalelnl spojení dvou napštím řízených zdrojů proudu nebo na antisériové spojení dvou proudem řízených zdrojů napětí, popřípadě jejich modifikací. Nedostatkem takto realizovaných elektronických gyrátorů jsou ztráty způsobené konečnou hodnotou vstupních a výstupních impedancí poSžitých řízených zdrojů. Těmito ztrátami, které jsou zpravidla reprezentovány náhradními odporovými prvky připojenými ke vstupní a výstupní bráněi gyrátoru, je pak charakterizován činitel jakosti Q gyrátoru;

(2) kde D₍ a Dg jsou gyrační konstanty a g,, gg jsou ztrátové vodivosti připojené ke vstupním a výstupním svorkám gyrótoru. Vztah (2) odpovídá popisu gyrátoru na základě čtyřpólové , admitanční matice:

«1 (3)

-D, S₂

Konečný činitel jakosti gyrátoru Q je činitelem, který omezuje použití elektronického gyrótoru se ztrátami v náročných aktivních filtrech, oscilátorech, případně v jejich dalších aplikacích.

Uvedené nevýhody částečně řeší některá známá zapojení s kompenzací ztrát, konkrétně Yanagisavovo zapojení s vnější kompenzační odporovou sítí nebo zapojení uvedené Mitrou.

V prvém případě je zapojení velmi náročné na přesné nastavení kompenzační odporové sítě, nelze měnit jeho gyrační konstantu a kompenzační odporová sít způsobuje omezení dynamického rozsahu gyrátoru a zvyšuje nároky na jeho vlastní energetickou spotřebu. V druhém případě vyplývá z principu zapojení požadavek na shodné hodnoty gyračnlch konstant D, a Dg, což může pro řadu aplikací být značnou nevýhodou nebo může omezovat využitelnost gyrátoru.

Rovněž lze jen velmi obtížná splnit požadavek na jemné nastavení střední gyrační konstanty:

^Ds= |^D1 · ^D2 ’ <⁴⁾ který se velmi často vyskytuje při nastavování náročných aktivních filtrů. Navíc jsou zapojení poměrně značně citlivá na změny napájecích napětí, teplsty i dalších podmínek.

Uvedená nedostatky dosud známých zapojení elektrických gyrátorů se odstraní zapojením gyrátoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že vstupní svorka gyrátoru je připojena na kolektor prvního tranzistoru spojeného s bází druhého tranzistoru a současně na kolektor pátého tranzistoru, k jehož bázi spojené s kolektorem šestého tranzistoru ja připojeno přes štvrtý pomocný člen druhé pomocné napětí a emitor pátého tranzistoru je společně s bází šestého tranzistoru připojen přes druhý pomocný člen na emitor šestého tranzistoru, ke kterému je připojeno napájecí napětí, přičemž toto napájecí napětí je připojeno rovněž na kolektor druhého tranzistoru, jehož emitor je společně s jedáím vývodem druhého pracovního odporu vyveden na pomocnou výstupní svorku a druhý vývod druhého pracovního odporu je společně s bází prvního tranzistoru a kolektorem třetího tranzistoru vyveden na výstupní svorku gyrátoru, zatímco na emitor prvního tranzistoru je jednak připojeno přes třetí pracovní odpor třetí pomocná napětí a jednak přes první pracovní odpor emitor třetího tranzistoru společně s bází čtvrtého tranzistoru a prvním pomocným členem, přičemž ke kolektoru čtvrtého tranzistoru spojenému s bází třetího tranzistoru je přes třetí pomocný člen připojeno první pomocné napětí a emitor čtvrtého tranzistoun, jakož i první pomocný člen jsou uzemněpy. Přitom může být alespoň jeden ze čtyř pomocných členů realizován odporem nebo proudovým zdrojem. .

Základní předností zapojení gyrátoru podle vynálezu je vnitřní kompenzace ztrát gyrátoru s možností volit tuto kompenzaci i s ohledem na ztráty vnějších obvodových prvků, například kondenzátorů, které jsou ke gyrátoru připojeny. Přitom je možno měnit prostřednictvím třetího pracovního odporu střední gyrační konstantu D_g definovanou vztahem (4) tak, že nastavení kompenzace ztrát zůstává beze změny. Další významnou výhodou je možnost nízkoipedančního výstupu na pomocné a společné svorce gyrátoru, který umožňuje odebírat zpracovávaný signál na vstupní a společné svorce gyrátoru bez ovlivněni vlastností obvodové soustavy s gyrátorem připojenou zátěží.

Z praktického hlediska má značný význam zapojení tranzistorových sdružených dvojic tak, že jsou v širokém rozmezí napájecích napětí a teplot vzájemně kompenzovány vlivy změn pracovních režimů všech tranzistorů, čímž je možno dosáhnout vysoké stability parametrů gyrátoru a dále je možno dosáhnout velmi příznivého využití napájecího napětí vzhledem k dosažení maximálního rozkmitu amplitudy zpracovávaného signálu.

Zapojení gyrátoru podle vynálezu bude dále blíže vysvětleno za pomoci přiloženého výkresu, kde na obr. 1 je základni zapojení gyrátoru, na obr. 2 je konkrétní příklad zapojení gyrátoru a na obr. 3 a 5 jsou uvedeny příklady zapojení syntetického tranzistoru, kterým je možno nahradit první nebo druhý tranzistor, případně oba.

Vstupní svorka 1 gyrátoru je připojena na kolektor prvního tranzistoru TJ. a na bázi druhého tranzistoru Tg, které jsou spolu spojeny. Emitor prvního tranzistoru T1 je připojen jednak přes první pracovní odpor RJ. na emitor třetího tranzistoru TJ, jednak přes třetí pracovní odpor R3 na třetí pomocné napětí Ud3. které může být realizováno odbočkou z napájecího napětí Ub. nebo může být rovno napájecímu napětí +Ub. popřípadě může být i nulové, to znamená, že třetí pracovní odpor RJ může být spojen se společnou svorkou g gyrátoru.

Výstupní svorka g gyrátoru je spojena s kolektorem třetího tranzistoru T3 a bází prvního tranzistoru II a zároveň přes druhý pracovní odpor R2 s emitorsm druhého tranzistoru Tg, který je zároveň spojen s pomocnou výstupní svorkou J.

Zapojení gyrátoru obsahuje dvě sdružené tranzistorové dvojice T3iT4 a TJjTó. každé tranzistorové dvojici je jeden tranzistor hlavní a jeden pomocný. Hlavními tranzistory jsou třetí tranzistor T3 a pátý tranzistor TJ, zatímco čtvrtý tranzistor T4 a šestý tranzistor T6 jsou pomocné tranzistory. Princip zapojení těchto dvojic je takový, že báze hlavního tranzistoru je spojena s kolektorem pomocného tranzistoru a báze pomocného tranzistoru je spojena s emitorera hlavního tranzistoru. První dvojice tranzistorů je zapojena tak, že kolektor třetího tranzistoru T3 je spojen s výstupní svorkou g gyrátoru, bází prvního tranzistoru TJ. a jedním koncem druhého pracovního odporu Rg, Přitom emitor třetího tranzistoru T3 je spojen s bází čtvrtého tranzistoru TJ a současně pře3 první pomocný člen Pí na společnou svorku 0 gyrátoru. Kolektor čtvrtého tranzistoru TJ je spojen přes třetí pomocný člen P3 se zdrojem prvního pomocného napětí Ud1.

Druhá tranzistorová dvojice T£j T£ je zapojena tak, že kolektor pátého tranzistoru 15, je spojen se vstupní svorkou 1 gyrátoru, emitor pátého tranzistoru T5. je spojen s bázi šestého tranzistoru Tg a současně přes druhý pomocný Sien P2 na zdroj napájecího napětí +Ub. Kolektor šestého tranzistoru £& je spojen s bází pátého tranzistoru T5 a souSasně přes čtvrtý pomocný člen P4 se zdrojem druhého pomocného napětí Uo2. Emitor čtvrtého tranzistoru T4 je spojen se společnou svorkou 0 gyrátoru, emitor šestého tranzistoru T6 a kolektor druhého tranzistoru T2 jsou připojeny ke zdroji napájecího napětí +Db.

Pomocné členy Pl; £2; £3; £4 mohou být realizovány odpory nebo aktivní dynamickou zátěží nebo proudovým zdrojem.

Vlastnosti gyrátoru podle vynálezu je možno definovat admitančnl maticí:

β) ζ

R„

R, (5) kde g, je ztrátová vodivost gyrátoru a R1 >

R2, R3 jsou pracovní odpory v zapojení gyrátoru.

Z matice (5) vyplývá, že je možno jednak kompenzovat ztráty vhodnou volbou velikosti pracovních odporů Rl, R2 tak, aby vzniklé záporná složka ztrátové vodivosti

I

kompenmovala ztráty charakterizované složkou g^, popřípadě i ztráty dalších vnějších elementů.

Kromě toho je možno která je dána vztahem:

nezávisle na této kompenzaci naetavit gyrační konstantu Dg,

R.

(73 a to tak, aby

D_ definované 8 se dosáhlo požadovaných parametrů gyrátoru, tj. střední gyrační konstanty vztahem (4), respektive aktivity gyrátoru:

(8)

Tím je možno provádět například již zmíněné dostavení střední gyrační konstanty nebo realizovat taková zapojení, v nichž je nutno použít aktivní gyrétor.

Příkladové zapojení na obr. 2 vychází ze základního zapojení podle vynálezu, přičemž všechny pomocné členy Pl ; £2; P3: P4 jsou realizovány odpory £4; £5.; £6; £2· Přitom pro šestý odpor R6 je první pomocné napětí Upl odvozeno z napětí na emitoru pátého tranzistoru T5.I čímž je možno dosáhnout zlepšení stability parametrů gyrátoru.

Sedmý odpor £2, kterým je ralizovén čtvrtý pomocný člen £4, je zapojen mezi kolektor šestého tranzistoru T6 a emitor prvního tranzistoru Ti, přičemž napětí na emitoru prvního tranzistoru TI slouží jako druhé pomocné napětí Up2. Tím se stává sedmý odpor £2 součástí třetího pracovního odporu R3 a může být využit k přesnému nastavení gyrační konstanty D2 nebo ke kompenzaci změn parametrů gyrátoru. V tomto případě může být třetí pracovní odpor

2204-25

R3 plně nahražen sedmým odporem R7. postačí-li změna gyrační konstanty D2 způsobená sedmým odporem £2·

Zapojení lze dále zdokonalit tím, že se první tranzistor Ti nebo druhý tranzistor T2 nebo oba souěasně nahradí zapojením tak zvaného syntetického tranzistoru, jehož příklady jsou uvedeny na obr. 3, 4, 5. Zapojení syntetického tranzistoru je tvořeno třemi pomocnými tranzistory Tg; Tb: ϊ£.ι které mohou být samostatné jako na obr. 3 a 4 nebo mohou být součástí integrovaného obvodu, jako ukazuje obr. 5. Přitom vývody obvodu syntetického tranzistoru £! bi ÍS jsou ekvivalentní vývodům emitoru, báze a kolektoru nahražovaného prvního nebo druhého tranzistoru TJ.» 22·

Gyrátor podle vynálezu dosahuje velmi stabilních parametrů v širokém rozsahu napájecích napětí, v širokém rozsahu provozních teplot a dosahuje rovněž i velmi příznivých vlastností frekvenčních při zachování minimálního napájecího příkonu. Gyrátorem lze realizovat i vysoce náročné aktivní filtry RC, kde je požadován vysoký činitel jakosti Q>1 000.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zapojení gyrátoru, vyznačené tím, že vstupní svorka (1) gyrátoru je připojena na kolektor prvního tranzistoru (TI) spojeného s bází druhého tranzistoru (T2) a současně na kolektor pátého tranzistoru (T5), k jehož bázi spojené s kolektorem šestého tranzistoru (T6) je připojeno přes čtvrtý pomocný člen (P4) druhé pomocné napětí (Up2) a emitor pátého tranzistoru (T5) je Bpolečně s bází šestého tranzistoru (T6) připojen přes pomocný člen (P2) na emitor šestého tranzistoru (T6), k® kterému je připojeno napájecí napětí (Ub), přičemž toto napájecí napětí (Ub) je připojeno rovněž na kolektor druhého tranzistoru (T25, jehož emitor je společně s jedním vývodem druhého pracovního odporu (R2) vyveden na pomocnou výstupní svorku (3) a druhý vývod druhého pracovního odporu (R2) je společně s bází prvního tranzistoru (T1) a kolektorem třetího tranzistoru (T3) vyveden na výstupní svorku (2) gyrátoru, zatímco na emitor prvního tranzistoru (TI) je jednak připojeno přes třetí pracovní odpor (R3) třetí pomocné napětí (Up3) a jednak přes první pracovní odpor (R1) emitor třetího tranzistoru (T3) společně s bází čtvrtého tranzistoru (T4) a prvním pomocným členem (P1) přičemž ke kolektoru čtvrtého tranzistoru (T4) spojenému s bází třetího tranzistoru (T3) je přes třetí pomocný člen (P3) připojeno první pomocné napětí (Up,) a emitor čtvrtého tranzistoru (T4) jakož i první pomocný člen jsou uzemněny.
2. 2. Zapojení gyrátoru podle bodu 1, vyznačené tím, že alespoň jeden ze čtyř pomocných členů (Pí, P2, P3, P4) je realizován odporem (R4, R5, R6, R7).
3. 3. Zapojení gyrátoru podle bodu 1, vyznačená tím, že alespoň jeden z pomocných členů (P1, P2, P3, P4) je realizován proudovým zdrojem.

   2 listy výkresů

   0BR.1 OBR. 2