DE1616411B2

DE1616411B2 - With regard to the resonance frequency adjustable active quadrupole

Info

Publication number: DE1616411B2
Application number: DE19681616411
Authority: DE
Inventors: Thomas 6902 Sandhausen Schubert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-02-20
Filing date: 1968-02-20
Publication date: 1975-08-07
Also published as: DE1616411A1

Description

Die Erfindung betrifft einen hinsichtlich der Resonanzfrequenz einstellbaren Vierpol (Vierpolschaltung) mit /?C-Gliedem als frequenzbestimmenden passiven Schaltungselementen, bestehend aus zwei Transistorverstärkerstufen, bei denen jeweils im Emitter- und Kollektorkreis ein Arbeitswiderstand vorgesehen ist und an deren Emitter- und Kollektoranschlußpunkte je ein RC-GWed angeschlossen ist, derart, daß bei der ersten Transistorverstärkerstufe der Kondensator am Kollektorpunkt liegt und der Widerstand am Emitterpunkt und bei der zweiten Transistorverstärkerstufe der Kondensator am Emitterpunkt und der Widerstand am Kollektorpunkt und bei denen der Verbindungspunkt der y?C-Glieder jeweils mit dem Basisanschluß des anderen Transistors verbunden ist und daß das Eingangssignal über einen Widerstand der Schaltungsanordnung zugeführt wird, während das Ausgangssignal wahlweise an einem der vier Arbeitswiderstände entnommen wird.The invention relates to a four-pole (four-pole circuit) adjustable in terms of the resonance frequency with /? C-elements as frequency-determining passive circuit elements, consisting of two transistor amplifier stages, each of which has a working resistor in the emitter and collector circuit and an RC at each of their emitter and collector connection points -GWed is connected in such a way that in the first transistor amplifier stage the capacitor is at the collector point and the resistor is at the emitter point and in the second transistor amplifier stage the capacitor is at the emitter point and the resistor at the collector point and in which the connection point of the y? C elements with the Base terminal of the other transistor is connected and that the input signal is fed to the circuit arrangement via a resistor, while the output signal is optionally taken from one of the four load resistors.

Aktive Vierpolschaltungen, die nur mit /?C-Gliedern als frequenzbestimmenden Bauelementen arbeiten, sind bekannt. Zum Beispiel die Wienbrückenschaltung oder das Doppel-T-Filter. Andere Schaltungen verwenden komplizierte Netzwerke. Diesen Schaltungen haftet der Nachteil an, daß zur Frequenzbestimmung meist zwei Widerstände oder Kondensatoren verstellt werden müssen, falls ein größerer Frequenzbereich überstrichen werden soll.Active quadrupole circuits that only work with /? C elements as frequency-determining components known. For example the Wien bridge circuit or the double T filter. Use other circuits complicated networks. These circuits have the disadvantage that usually two to determine the frequency Resistors or capacitors must be adjusted if a larger frequency range is covered shall be.

In ENT, Heft 4, 1936, S. 137, ist in Fig. 9 eine ähnliche Röhrenschaltung bekanntgeworden. Jedoch muß hierbei die Frequenz mit zwei Kondensatoren eingestellt werden. Zudem ist diese Schaltung nur als Oszillatorschaltung ausgelegt und hierbei nichts über etwaige Filtereigenschaften offenbart.In ENT, Heft 4, 1936, p. 137, a similar tube circuit has become known in FIG. However, here must the frequency can be set with two capacitors. In addition, this circuit is only available as an oscillator circuit and does not disclose anything about any filter properties.

In »Elektronische Rundschau«, Heft 10, 1956, S. 275 bis 277, ist in Fig. 14 ebenfalls eine entsprechende Schaltung bekanntgeworden, jedoch ist die Frequenzeinstellung mit nur einem Widerstand nicht erwähnt.In "Electronic Rundschau", No. 10, 1956, pp. 275 to 277, there is also a corresponding one in FIG Circuit became known, but the frequency setting with only one resistor is not mentioned.

In der deutschen Patentschrift 9 75 007 ist ebenfalls eine ähnliche Schaltung publiziert, die jedoch nur aus einer Verstärkerstufe besteht, um damit wie in der vorliegenden Erfindung die Phasenschiebung zu erreichen. In dieser Schaltung wird zwar ebenfalls nur ein Widerstand zur Phaseneinstellung benutzt, jedoch ist eine Erweiterung der Schaltung auf zwei Verstärkerstufen nicht naheliegend, jedenfalls nicht, daß bei einer derartigen Erweiterung ebenfalls nur ein Widerstand zur Phaseneinstellung benutzt ist.A similar circuit is also published in German patent specification 9 75 007, but only from an amplifier stage in order to achieve the phase shift as in the present invention. In this circuit, too, only one resistor is used for phase adjustment, but it is an extension of the circuit to two amplifier stages is not obvious, at least not that with one Such an extension also only uses a resistor for phase adjustment.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die es ermöglicht, mit nur einem passiven Bauelement die Frequenz oder die Durchlaßcharakteristik des Filters einzustellen.The present invention is based on the object of specifying a circuit arrangement which enables the frequency or the transmission characteristic of the filter with only one passive component to adjust.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features mentioned in claim 1.

Die theoretischen Grundlagen über das Prinzip der Phasenschiebung mit ÄC-Gliedern sind in den oben angegebenen Fundstellen ausführlich beschrieben, so daß sich die weitere Beschreibung der Erfindung auf den wesentlichen Erfindungsgedanken beschränken kann. Dies geschieht an Hand der Figur.The theoretical basics about the principle of phase shifting with ÄC elements are in the above specified references described in detail, so that the further description of the invention on the can limit essential inventive ideas. This is done using the figure.

Das Eingangssignal wird über einen relativ hochohmigen Widerstand Rvdem Transistor Ti zugeführt. Über die Koppelleitung KL liegt das Eingangssignal zusätzlich am Innenwiderstand des Transistors T2, so daß die Eingangsspannung stark bedämpft wird. Die jedoch zunächst am Punkt A verbleibende Restspannung wird in Ti verstärkt. Eine echte Spannungsverstärkung findet jedoch nicht statt, da der Emitterwiderstand nicht überbrückt ist und als Gegenkopplung wirkt (Ri = R2). The input signal is fed to the transistor Ti via a relatively high resistance Rv. The input signal is also applied to the internal resistance of the transistor T2 via the coupling line KL, so that the input voltage is greatly attenuated. However, the residual stress initially remaining at point A is increased in Ti. However, there is no real voltage amplification because the emitter resistance is not bridged and acts as a negative feedback (Ri = R2).

An den beiden Widerständen R\ und R2 fallen jedoch dem Betrag nach die gleichen Wechselspannungen ab, aber in der Phasenlage um 180° verschieden. An R\ und /?2 liegt nun ein RC-G\\ed, an dessen Verbindungspunkt B für eine bestimmte Frequenz eine bestimmteAt the two resistors R1 and R2 , however, the amount of the same AC voltages drop, but the phase position is different by 180 °. At R \ and /? 2 there is now an RC-G \\ ed, at whose connection point B a certain frequency for a certain frequency

Phasenlage auftritt von z. B. 90°, wenn R gleich —ist.Phasing occurs from z. B. 90 °, if R is the same.

O)CO) C

Der angenommene Phasenwinkel sei im Beispiel negativ. Der Punkt Bist nun an eine zweite gleichartige Transistorverstärkerstufe angeschlossen, an deren Ausgang wiederum in der beschriebenen Weise ein RC-GYied angeschlossen ist, jedoch so, daß der Phasenwinkel das entgegengesetzte Vorzeichen hat. Im Beispiel also positiv. Durch Abgleich eines der /?C-Glieder hat man es nun in der Hand, die Gesamtphasenlage so einzustellen, daß sich die beiden entgegengesetzten Vorzeichen gerade aufheben, womit der Phasenwinkel zu Null wird, also phasengleich der Eingangsspannung ist. Diese phasengleiche Spannung wird nun über die Koppelleitung dem Eingang von Γι wieder zugeführt. Durch den Wegfall der wechselstrommäßigen Gegenkopplung durch die nunmehrige Phasengleichheit kommt der Nebenschluß von Tz in Wegfall und die Eingangsspannung wird unterstützt, bis sie sich zur Höhe der Eingangsspannung aufgeschaukelt hat. Es. ist somit klar ersichtlich und nachgewiesen, daß jeweils zur Frequenzeinstellung nur eines der passiven Bauelemente der /?C-Glieder verändert werden muß, was die Erfindung bezweckte. Die Erfindung weist gegenüber den bekannten Schaltungen jedoch noch andere bemerkenswerte Vorteile auf: Wie in der Figur gezeigt, ist die Verkopplung im ganzen System kreisförmig, d. h. vollkommen in sich geschlossen. Dies gilt auch für die Gleichstromverhältnisse, womit sich eine außerordentliche Stabilität der Schaltungsanordnung ergibt. Besonders hochohmige Bauelemente der Halbleitertechnik, wie z. B. Feldeffekttransistoren, geben ausgezeichnete Ergebnisse hinsichtlich des Aussteuerbereiches. Je nach Struktur anderer Halbleitermaterialien kann es notwendig sein, den Gleichstromarbeitspunkt dadurch zusatzlieh zu stabilisieren, daß in die Koppelleitung ein Widerstand eingefügt wird.The assumed phase angle is negative in the example. The point Now are connected to a second similar transistor amplifier stage is in turn connected at its output in the manner described, an RC GYied, however, so that the phase angle has the opposite sign. So in the example positive. By adjusting one of the /? C elements, you can now adjust the overall phase position so that the two opposite signs cancel each other out, so that the phase angle becomes zero, i.e. is in phase with the input voltage. This in-phase voltage is now fed back to the input of Γι via the coupling line. Due to the elimination of the alternating current negative feedback due to the now phase equality, the shunt of Tz is eliminated and the input voltage is supported until it has rocked to the level of the input voltage. It. it is thus clearly evident and proven that only one of the passive components of the /? C-elements has to be changed to set the frequency, which is the aim of the invention. However, the invention has other notable advantages over the known circuits: As shown in the figure, the coupling in the entire system is circular, ie completely self-contained. This also applies to the direct current conditions, which results in an extraordinary stability of the circuit arrangement. Particularly high-resistance components in semiconductor technology, such as B. field effect transistors, give excellent results in terms of the dynamic range. Depending on the structure of other semiconductor materials, it may be necessary to additionally stabilize the DC operating point by inserting a resistor into the coupling line.

Da die Kopplung im ganzen System immer gleich fest ist, ist es prinzipiell auch gleichgültig, wo die Eingangsspannung zugeführt wird und wo sie abgenommen wird. Lediglich die Impedanzverhältnisse gilt es dann zu beachten.Since the coupling is always the same in the whole system, it does not matter where the Input voltage is supplied and where it is taken. Only the impedance relationships apply then to be observed.

Eine weitere Eigenschaft der Erfindung ist die einfache Regelung der Bandbreite als Durchlaßfilter, die ganz einfach durch Änderung des Vorwiderstandes Rv erfolgen kann, denn durch eine Verkleinerung des Vorwiderstandes wird (bei kleinem Generatorwiderstand) die Gegenkopplung gedämpft bzw. das Spannungsteilerverhältnis zum Nebenschluß durch Ti geändert. Die Trennschärfe der Anordnung sinkt.Another property of the invention is the simple control of the bandwidth as a pass filter, which can be done easily by changing the series resistor Rv , because by reducing the series resistor (with a low generator resistance) the negative feedback is dampened or the voltage divider ratio to the shunt is changed by Ti. The selectivity of the arrangement decreases.

Es gibt jedoch noch eine andere Möglichkeit. Vergrößert man einen der Arbeitswiderstände am Kollektor, so hat die ganze Anordnung nicht mehr die Verstärkung NULL und die rückgeführte Spannung ist größer als die Eingangsspannung. Die Schaltung erregt sich selbst in der eingestellten Frequenz und wird somit zum Generator mit außerordentlich großer Frequenzkonstanz. Der gleiche Effekt ergibt sich naturgemäß auch, wenn man einen der Emitterwiderstände verkleinert. Erhöht man die Verstärkung jedoch gerade so weit, daß noch keine Selbsterregung eintritt, steigt die Trennschärfe außerordentlich hoch an.However, there is another option. If you increase one of the working resistances on Collector, the whole arrangement no longer has the gain ZERO and the returned voltage is greater than the input voltage. The circuit excites itself in the set frequency and thus becomes to the generator with extremely high frequency constancy. The same effect naturally arises even if you reduce one of the emitter resistors. But if you just increase the gain far enough that no self-excitation occurs, the selectivity increases extraordinarily high.

Durch die geschilderten Maßnahmen sind demnach Frequenz und Bandbreite der erfindungsgemäßen Schaltung einfachst zu bestimmen. Andererseits läßt sich die gleiche Anordnung als Schwingungserzeuger über einen großen Frequenzbereich verwenden.As a result of the measures outlined, the frequency and bandwidth are accordingly those according to the invention Circuit easy to determine. On the other hand, the same arrangement can be used as a vibration generator Use over a wide frequency range.

Weitere besondere Anwendungen der Schaltung ergeben sich aus der Tatsache, daß die Widerstände in der Schaltung nicht aus rein ohmschen Widerständen bestehen müssen. Sie können z. B. auch aus spannungs-, temperatur- oder lichtempfindlichen Widerständen bestehen oder aus einem als veränderbaren Widerstand geschalteten Transistor. Auch die Kapazitäten in der Schaltung können z. B. aus Halbleiterkapazitätsdioden bestehen. Hierdurch ergibt sich eine einfache elektrische Regelung der Schaltung hinsichtlich der Frequenz oder Durchlaßcharakteristik.Other special applications of the circuit result from the fact that the resistors in the circuit need not consist of purely ohmic resistors. You can e.g. B. also from tension, temperature or light sensitive resistors or a variable resistance switched transistor. The capacities in the circuit can, for. B. from semiconductor capacitance diodes exist. This results in a simple electrical control of the circuit with regard to the frequency or transmission characteristic.

Ein Sperrfilter aus der gezeigten Anordnung erhält man dadurch, daß man das zweite /?C-Glied der Schaltung nicht wieder direkt mit dem Eingang verbindet, sondern einer weiteren Verstärkerstufe zuführt, die eine Phasendrehung von 180° erbringt, und deren Ausgangsspannung auf Ti zurückgeführt wird.A notch filter from the arrangement shown is obtained by using the second /? C element of the Circuit does not connect directly to the input again, but to another amplifier stage supplies, which produces a phase rotation of 180 °, and whose output voltage is fed back to Ti.

Die somit auftretende Phasenopposition ergibt das Sperrfilter.The phase opposition thus occurring results in the notch filter.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß in der grundlegenden Ausführungsform der Erfindung, wie in der Figur die beiden ßC-Glieder auch so angeschlossen werden können, daß die Kondensatoren ihre Plätze mit den Widerständen vertauschen.It should be noted that in the basic embodiment of the invention, as in the figure, the two ßC-members also connected in this way can be that the capacitors swap their places with the resistors.

Es ergibt sich ferner von selbst, daß die Transistoren in der Schaltung nicht aus Einzelhalbleitern bestehen müssen, sondern auch aus sogenannten integrierten Verstärkern bestehen können. Dies wird zu beachten sein, falls die gesamte Schaltungsanordnung ihrerseits als integriertes Bauelement hergestellt wird.It also goes without saying that the transistors in the circuit do not consist of individual semiconductors must, but can also consist of so-called integrated amplifiers. This will be noted if the entire circuit arrangement is itself produced as an integrated component.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Active four-pole circuit with ÄC members as frequency-determining passive components, consisting of two transistor amplifier stages, in each of which a working resistor is provided in the emitter and collector circuit and an RC member is connected to each of their emitter and collector connection points, such that the first transistor amplifier stage the capacitor at the collector point and the resistor at the emitter point and in the second transistor amplifier stage the capacitor at the emitter point and the resistor at the collector point and in which the connection point of the ÄC-member is connected to the base terminal of the other transistor and that the input signal via a Resistance is fed to the base terminal of one of the transistors, while the output signal is optionally taken from one of the four load resistors, characterized in that the resonance frequency can only be set with an adjustable resistor (Pt, Pi) or capacitor (Ci, C2) one of the two ÄC members is made and that the resonance sharpness is only set with one of the load resistors (Ri, R2, /? 3, R4) in the collector or emitter circuit of the transistor stages (Ti, T2) .

2. Active four-pole circuit according to claim 1, characterized in that one of the load resistors (Ri, /? 2, /? 3, /? 4) of the transistor amplifier stages (Ti, T2) is dimensioned so that the entire circuit operates as an oscillator.

3. Active four-pole circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the transistors of the amplifier stages (Γι, Τ2) are field effect transistors.

4. Active four-pole circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the capacitor (Ci, C2) and the resistor (Pi, P2) are interchanged in both # C elements on the transistor amplifier stages.

5. Active four-pole circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that an additional resistor (Rk) is inserted into the coupling line (KL).

6. Active four-pole circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Resistors in the circuit are designed as light-, temperature- or voltage-sensitive resistors are.

7. Active four-pole circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in that one of the resistors of the circuit by a transistor connected as a variable resistor is replaced.

8. Active four-pole circuit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the Capacitors of the ÄC-G! Ieder are designed as capacitance diodes.

9. Active four-pole circuit according to one of claims 1 to 8, characterized in that the Circuit is manufactured in integrated technology.