DE1616411C3 - Hinsichtlich der Resonanzfrequenz einstellbarer aktiver Vierpol - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hinsichtlich der Resonanzfrequenz einstellbaren Vierpol (Vierpolschaltung) mit /?C-Gliedern 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 ÄC-Glied 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 ÄC-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.

Aktive Vierpolschaltungen, die nur mit ÄC-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.

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 »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 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.

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.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

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.

Das Eingangssignal wird über einen relativ hochohmigen Widerstand Rvdem Transistor Ti zugeführt. Über die Koppelleitung KL liegt das Eingangssignal zusätzlich am Innenwiderstand des Transistors Ti, 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 (Äi = Ä2).

An den beiden Widerständen Ri und R2 fallen jedoch dem Betrag nach die gleichen Wechselspannungen ab, aber in der Phasenlage um 180° verschieden. An /?i und /?2 liegt nun ein RC-GWed, an dessen Verbindungspunkt B für eine bestimmte Frequenz eine bestimmte

Phasenlage auftritt von z. B. 90°, wenn R gleich — ist.

OtC

Der angenommene Phasenwinkel sei im Beispiel negativ. Der Punkt B ist nun an eine zweite gleichartige Transistorverstärkerstufe angeschlossen, an deren Ausgang wiederum in der beschriebenen Weise ein RC-GWed angeschlossen ist, jedoch so, daß der Phasenwinkel das entgegengesetzte Vorzeichen hat. Im Beispie! also positiv. Durch Abgleich eines der RC-GWeder 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 j Eingangsspannung ist. Diese phasengleiche Spannung wird nun über die Koppelleitung dem Eingang von Γι wieder zugeführt. Durch den Wegfall der wechselstrom- ; mäßigen Gegenkopplung durch die nunmehrige Phasengleichheit kommt der Nebenschluß von Γ2 in Wegfall und die Eingangsspannung wird unterstützt, bis sie sich j zur Höhe der Eingangsspannung aufgeschaukelt hat. Es. ist somit klar ersichtlich und nachgewiesen, daß jeweils zur Frequenzeinstellung nur eines der passiven Bauelemente der ÄC-Glieder verändert werden muß, was die j Erfindung bezweckte. Die Erfindung weist gegenüber j den bekannten Schaltungen jedoch noch andere j 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 außerordentii- ! ehe 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.

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.

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.

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.

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.

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 spannungstemperatur- 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.

Ein Sperrfilter aus der gezeigten Anordnung erhält man dadurch, daß man das zweite RC-GWed der Schaltung nicht wieder direkt mit dem Eingang verbindet, sondern einer weiteren Verstärkerstufe zuführt, die eine Phasendrehung von 180° erbringt, und deren Ausgangsspannung auf Γι zurückgeführt wird.

Die somit auftretende Phasenopposition ergibt das Sperrfilter.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß in der grundlegenden Ausführungsform der Erfindung, wie in der Figur die beiden RC-GWeder auch so angeschlossen werden können, daß die Kondensatoren ihre Plätze mit den Widerständen vertauschen.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Aktive Vierpolschaltung mit ÄC-Gliedern als frequenzbestimmenden passiven Bauelementen, bestehend aus zwei Transistorverstärkerstufen, bei denen jeweils im Emitter- und Kollektorkreis ein Arbeitswiderstand vorgesehen ist und an deren Emitter- und Kollektoranschlußpunkte je ein ÄC-Glied 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 ÄC-Glieder jeweils mit dem Basisanschluß des anderen Transistors verbunden ist und daß das Eingangssignal über einen Widerstand an den Basisanschluß eines der Transistoren zugeführt wird, während das Ausgangssignal wahlweise an einem der vier Arbeitswiderstände entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Resonanzfrequenz nur mit einem einstellbaren Widerstand (Pi, Pi) oder Kondensator (Ci, d) eines der beiden ÄC-Glieder vorgenommen wird und daß die Resonanzschärfe nur mit einem der Arbeitswiderstände (Äi, R2, Ri, Ra)

,im Kollektor- oder Emitterkreis der Transistorverstärkerstufen (Ti, Ti) eingestellt wird.

2. Aktive Vierpolschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Arbeitswiderstände (Äi, Ä2, A3, A4) der Transistorverstärkerstufen (Ti, T2) so bemessen ist, daß die gesamte Schaltung als Oszillator arbeitet.

3. Aktive Vierpolschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren der Verstärkerstufen (Ti, T2) Feldeffekttransistoren sind.

4. Aktive Vierpolschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei beiden ÄC-Gliedern an den Transistorverstärkerstufen jeweils der Kondensator (G, Ci) und der Widerstand (Fi, P2) vertauscht sind.

5. Aktive Vierpolschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Koppelleitung (KL) ein zusätzlicher Widerstand (Rk) eingefügt ist.

6. Aktive Vierpolschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände der Schaltung als licht-, temperatur- oder spannungsempfindliche Widerstände ausgebildet sind.

7. Aktive Vierpolschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Widerstände der Schaltung durch einen als veränderlichen Widerstand geschalteten Transistor ersetzt ist.

8. Aktive Vierpolschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren der ÄC-Glieder als Kapazitätsdioden ausgebildet sind.

9. Aktive Vierpolschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung in integrierter Technik hergestellt wird.