DE1254194B - Negativer Impedanzwandler unter Verwendung eines gleichstromgekoppelten, spulenfreien Transistorverstaerkers - Google Patents

Negativer Impedanzwandler unter Verwendung eines gleichstromgekoppelten, spulenfreien Transistorverstaerkers

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DE1254194B
DE1254194B DET26016A DET0026016A DE1254194B DE 1254194 B DE1254194 B DE 1254194B DE T26016 A DET26016 A DE T26016A DE T0026016 A DET0026016 A DE T0026016A DE 1254194 B DE1254194 B DE 1254194B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
H03f
Deutsche Kl.: 21 a2-18/08
Nummer: 1254 194
Aktenzeichen: T 26016 VIII a/21 a2
Anmeldetag: 15. April 1964
Auslegetag: 16. November 1967
Dieses bekannte Schaltungsprinzip (deutsche Patentschrift 974 956) ist in F i g. 1 für den Fall eines spannungsinvertierenden Wandlers dargestellt und im folgenden kurz beschrieben. Der Wandler besteht aus einem Vierpol mit den Eingangsklemmen 1,1' und den Ausgangsklemmen 2, 2'. Die Klemmen 1' und 2' sind direkt miteinander verbunden, während zwischen den Klemmen 1 und 2 die Reihenschaltung zweier Widerstände Ra und Rb liegt, deren Verbindungspunkt mit der einen Eingangsklemme A eines Verstärkers V verbunden ist, dessen andere Eingangsklemme B an die Klemmen 1' und 2' angeschlossen ist. Die Ausgangsklemmen C und D des Verstärkers sind mit den Klemmen 1 bzw. 2 verbunden. Die Schaltung liefert bei genügend hoher Verstärkung und genügend kleinem Phasengang des Verstärkers in einem vorgegebenen Frequenzbereich an einem der Klemmenpaare 1,Γ oder 2,2' eine Impedanz, die im wesentlichen ein negatives Vielfaches bzw. ein negativer Teil einer passiven Impedanz ist, die an dem anderen Klemmenpaar angeschlossen ist.
Eine bisher bekannte, auf dem beschriebenen Schaltungsprinzip beruhende praktisch realisierte Schaltungsanordnung (F i g. 6 der deutschen Patentschrift 974 956) hat verschiedene Nachteile. Sie enthält einen zweistufigen Röhrenverstärker mit Koppelkondensatoren und ist deshalb nicht, wie es oftmals erwünscht ist, bis zu beliebig niedrigen Frequenzen einschließlich der Frequenz 0 verwendbar.
Es sind ferner Negativ-Impedanzwandler, die nach dem vorbeschriebenen Prinzip arbeiten, bekannt, die spulenfreie, gleichstromgekoppelte Transistorverstärker enthalten (IRE Transactions on component Parts, Vol. CP-9, März 1962, S. 33 bis 38). Bei diesen Schaltungen tritt aber beim Anlegen der Betriebsgleichspannung zwischen den nicht direkt miteinander verbundenen Klemmen für die Signalspannung eine Gleichspannung auf, die nur durch Einschalten von Trennkondensatoren vermieden werden können.
Diese Nachteile der bekannten Schaltungen, werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der Verstärker in bezug auf sein Eingangs- und Ausgangsklemmenpaar symmetrisch aufgebaut ist, derart, daß die Eingangsklemmen des Verstärkers an den Basisanschlüssen zweier pnp- (npn-) Transistoren liegen, die über einen gemeinsamen Emitterwiderstand mit dem Plus- (Minus-) Pol der Betriebsgleichspannungsquelle verbunden sind, daß die Kollektoren dieser Transistoren einerseits über Kollektorwiderstände mit dem Minus- (Plus-) Pol der Gleichspannungsquelle und andererseits mit den Basisanschlüssen zweier npn- (pnp-) Transistoren und die Emitter Negativer Impedanzwandler unter Verwendung
eines gleichstromgekoppelten, spulenfreien
Transistorverstärkers
Anmelder:
Telefunken
Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Wolfgang Bitzer, Backnang
dieser Transistoren über einen gemeinsamen Emitterwiderstand mit dem Minus- (Plus-) Pol der Gleich-
ao spannungsquelle verbunden sind, deren Plus-(Minus-) Pol über Kollektorwiderstände mit den Kollektoren der letzteren Transistoren in Verbindung steht, die außerdem mit den Ausgangsklemmen des Verstärkers verbunden sind.
as Da der Transistorverstärker keine Spulen- und Koppelkondensatoren enthält, kann er und damit der negative Impedanzwandler in der modernen, integrierten Schaltungstechnik aufgebaut werden. Zur Erleichterung des Schaltungsaufbaues werden dabei zweckmäßigerweise die im Transistorverstärker enthaltenen Widerstände so dimensioniert, daß sie in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen und daß nur das Größenverhältnis der Widerstände zueinander für die Funktion des Wandlers maßgebend ist, während die absolute Größe der Widerstände von untergeordneter Bedeutung ist. Durch den mit Bezug auf das Eingangs- und das Ausgangsklemmenpaar des Verstärkers symmetrischen Aufbau ist der Verstärker von Schwankungen der einzigen erforderliehen Betriebsgleichspannungsquelle und der Umgebungstemperatur weitgehend unabhängig.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Transistorverstärkers näher erläutert.
Die Eingangsklemmen A und B des Verstärkers liegen an den Basisanschlüssen zweier pnp-Transistoren TsI und Ts2, die über einen gemeinsamen Emitterwiderstand R1 mit dem Plus-Pol einer Betriebsgleichspannungsquelle verbunden sind. Die Kollektoren dieser beiden Transistoren sind einerseits über Kollektorwiderstände A2 und R3 mit dem Minus-
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Claims (5)

Pol der Gleichspannungsquelle und andererseits mit den Basisanschlüssen zweier npn-TransistorenT53 und Ts 4 verbunden, deren Emitter über einen gemeinsamen Emitterwiderstand jR4 an den Minus-Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, deren Plus-Pol über je einen Kolektorwiderstand A5 bzw. Re mit den Kollektoren der Transistoren Ts 3 und Ts4 verbunden ist. Diese Kollektoren sind außerdem an die Ausgangsklemmen C und D des Verstärkers angeschlossen. Aus Symmetriegründen sind zweckmäßigerweise die Widerstände R.2 und Rs bzw. die Widerstände R5 und A8 einander gleich groß gewählt. Die Transistoren TsI und Ts 2 können auch npn-Transistoren sein. Dann müssen die Transistoren Ts3 und Ts 4 pnp-Transistoren sein und die Gleichspannung umgepolt werden. Um eine wechselstrommäßige Instabilität zu vermeiden, wird es im allgemeinen notwendig sein, die Bandbreite des Verstärkers V nach oben zu begrenzen. Dies kann dadurch geschehen, daß in F i g. 2 entweder zwischen die Kollektoren von TsI bzw. Ts 2 und/oder zwischen die Eingangsklemmen A und B und/oder zwischen die Ausgangsklemmen C und D des Verstärkers ein Zweipol, vorzugsweise ein Kondensator, eventuell in Reihe mit einem ohmschen Widerstand, eingeschaltet wird. Der in Fig. 1 dargestellte spannungsinvertierende negative Impedanzwandler kann bekanntlich (IRE Transactions on circuit Theory, Vol. CT-4, Semptember 1957, Nr. 3, S. 129, Fig. 16) auch in einen strominvertierenden Wandler verwandelt werden, wenn der Verstärker so geschaltet wird, daß die an den Ausgangsklemmen C und D des Verstärkers wirkende Einströmung zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände Ra und Rb und der Verbin- dungsleitung zwischen den Klemmen 1' und 2' in der richtigen Richtung erfolgt, während die Eingangsklemmen A und B an die Klemmen 1 und 2 des Wandlers gelegt werden. Dies kann beim negativen Impedanzwandler nach der Erfindung in einfacher Weise dadurch ereicht werden, daß die Eingangsklemmen A, B und die Ausgangsklemmen C, D des Verstärkers des Spannungsinvertierenden Wandlers nach F i g. 2 miteinander vertauscht werden. 45 Patentansprüche:
1. Negativer Impedanzwandler, bestehend aus einem Vierpol, bei dem eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme direkt miteinander verbunden sind und zwischen der anderen Eingangsklemme und der anderen Ausgangsklemme zwei Widerstände in Reihe liegen, deren Verbindungspunkt in der spannungsinvertierenden Ausführungsform des Wandlers mit der einen Eingangsklemme eines Verstärkers mit hoher Verstärkung und kleinem Phasengang verbunden ist, dessen andere Eingangsklemme mit den direkt miteinander verbundenen Klemmen des Wandlers und dessen Ausgangsklemmen mit den beiden anderen Klemmen des Wandlers in Verbindung stehen, wobei als Verstärker ein gleichstromgekoppelter, spulenfreier Transistorverstärker dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (V) in bezug auf sein Eingangs- und Ausgangsklemmenpaar symmetrisch aufgebaut ist, derart, daß die Eingangsklemmen (A, B) des Verstärkers an den Basisanschlüssen zweier pnp-(npn-)Transistoren(rjl, Ts2) liegen, die über einen gemeinsamen Emitterwiderstand (R1) mit dem Plus-(Minus-)Pol der Betriebsgleichspannungsquelle verbunden sind, daß die Kollektoren dieser Transistoren einerseits über Kollektorwiderstände (R2, R3) mit dem Minus-(Plus-)Pol der Gleichspannungsquelle und andererseits mit den Basisanschlüssen zweier npn-(pnp-)Transistoren (Ts3, Ts4) und die Emitter dieser Transistoren über einen gemeinsamen Emitterwiderstand (i?4) mit dem Minus-(Plus-)Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind, deren Plus-(Minus-) Pol über Kollektorwiderstände (i?5, A6) mit den Kollektoren der letzteren Transistoren in Verbindung steht, die außerdem mit den Ausgangsklemmen (C, D) des Verstärkers (V) verbunden sind.
2. Negativer Impedanzwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorwiderstände (R2, R3) der pnp-(npn-)Transistoren (TsI, Ts 2) bzw. die Kollektorwiderstände (R5, R6) der npn-(pnp-)Transistoren (Ts 3, Ts4) einander gleich sind.
3. Negativer Impedanzwandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die darin enthaltenen Widerstände in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen.
4. Negativer Impedanzwandler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite des Verstärkers nach oben begrenzt wird durch Einschalten eines Zweipols, vorzugsweise eines Kondensators, eventuell in Reihe mit einem ohmschen Widerstand, entweder zwischen die Kollektoren der Eingangs-Transistoren (TsI und Ts2) und/oder zwischen den Eingangsklemmen (A und B) und/oder zwischen den Ausgangsklemmen (C und D) des Verstärkers.
5. Negativer Impedanzwandler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsinvertierende Wandler dadurch in einen strominvertierenden Wandler umschaltbar ist, daß der Eingang (A, B) und der Ausgang (C, D) des Verstärkers (V) miteinander vertauscht werden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
IRE Transactions on component Parts, Vol. CP-9, Nr. 1, März 1962, S. 33 bis 38.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 688/294 11.67 © Bundesdruckerei Berlin
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