DE1802763A1 - Gyrator zur Verwendung in der Nachrichtentechnik mit einem erdfreien Klemmenpaar - Google Patents

Description

TELEPOHKBN 9- Oktober 19

Patentverwertungsgesellsehaft m.b.H. ^^

F²⁷⁶³

Gyrator zur Verwendung in der Nachrichtentechnik mit einem

erdfreien Klemmenpaar

Die Erfindung betrifft einen Gyrator zur Verwendung in der Nachrichtentechnik, bestehend aus zwei zweistufigen, antiparallelgeschalteten, gleichstromgekoppelten Transistorverstärkern, wobei der eine Verstärker eingangsseitig eine Differenzverstärkerstufe mit erdfreiem Differenzeingang und einem steuernden Transistor und der andere Verstärker einen erdfreien Gegentaktausgang mit einem gesteuerten Transistor besitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eintaktmässige Schwingneigung eines solchen Gyrators zu unterdrücken.

Zur Erläuterung der Erfindung sei zunächst kurz auf die Theorie des Gyrators eingegangen, der in Fig. 1 symbolisoh dargestellt ist (vgl. beispielsweise "Punk und Ton", Nr. 8* 19*9* Seite 460, Bild 3).

Der von B.D.H. Telegen in die Vierpoitheorie eingeführte Gyrator lässt sich als ein elektrisches vierpoliges Schaltelement G definieren, das im Gegensatz zum Transformator die Eigenschaft hat, eine an seinem Eingang angelegte Primärspannung mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis in einen seinen ausgangsseitigen Abachlueawiderst&nd ZS durchmessenden Selcundärstrom und umgekehrt eine an seinem Ausgang liegend«

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Sekundärspannung in einem den Eingangsbetriebswiderstand durchfliessenden Primärstrom zu tibersetzen.

Der Gyrator wird am einfachsten durch seine Leitwertsmatrix

mit -Y12 . Y 21 > O (1)

YG =	Y11	Y12
	Y21	Y22
definiert.

Die Grossen Y11 und Y22 sind beim idealen Gyrator gleich Null. Dabei ist

ZO *

"\/-Yi2 · ΫΙΤ

(2)

der Invertierungswiderstand. Der nicht ideale Gyrator wird durch seine Güte

QG =

-Y12 · Y21

Y 11 + Y22

ZO * (Y11 + Y 22)

(3)

charakterisiert.

Bei der praktischen Ausführung von Gyratorschaltungen müssen also die Werte Y11 und Y22 möglichst klein gemacht werden.

Der Eingangsbetriebswiderstand des Gyrators ist allgemein

WB1 =

11 -

Y12 - Y21

_Y22+

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," Β;"¹!! ff" /νιϋΗ!¹·¹" ■

woraus sich für Y11 = Y22 = 0

WB1 - -^- ■ (5)

Z2

ergibt. Der Gyrator würde in diesem Falle also seine Aufgabe in idealer Weise erfüllen und seinen sekundären Abschlusswiderstand R2 winkeltreu an seiner Dualitätsinvariante ZO spiegeln.

Eine bereits bekannte transistorisierte Gyratorschaltung mit einem riäherungsweise erdfreien Klemmenpaar (vgl, W=H₀ Holmes, S, Grützmann und W.E« Heinlein "Direct coupled gyrators with floating ports", Electronics Letters 3 (I967) 2 S. 46) ist in Fig. 2 dargestellte Diese Schaltung umfasst zwei zweistufige, antxparallel geschaltete Verstärker V-] und V2

Als Eingangsstufe für den Verstärker VI dient eine Differenz vor stärkers tufe, bestehend aus den Transistoren T1 und T2 mit den Einittervorwideretänden RI und R2j, den Kollektorwiderständen R16 und RI7 und einer zugehörigen Stromquelle, bestehend aus dem Transistor T5 mit dem Emittervorwiderstand R5 und einem Basisspannungsteiler mit den Widerständen R14 und R15 Die Ausgangsstufe wird im Gegentakt betrieben; sie besteht auo den Transistoren T.4 und T5 mit den Emittervorwiderständen R4 und R5* Die Kollektor-*Emitterstrecken der als Stromquellen wirksamen Transistoren T6 und T7 dienen als

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hochohfflige Arbeitswiderstände. Ro und R7 sind die zugehörigen Emittervorwiderstände. Der für die Transistoren T6 und T7 nötige Basisspannungsteiler wird durch die Widerstände R18 und R19 gebildet.

Der zweite Verstärker V2 besitzt die gleiche Eingangsstufe wie V1, bestehend aus den Transistoren T8 bis T1O und den Widerständen R8, R9, R10, R20 und R21. Die Stromversorgung für die Basis des Transistors T1O wird dem Spannungsteiler R14, R15 entnommen. Die Ausgangsstufe besteht aus einer Emitterstufe mit dem Transistor T11, dem Emittervorwiderstand R11 und einem Arbeitswiderstand, bestehend aus der Kollektor-Emitterstrecke des als Stromquelle betriebenen Transistors Ti 2 und dem Emittervorwiderstand R12. Die Stromversorgung für die Basis des Transistors T12 wird dem Spannungsteiler R19* R18 entnommen.

Diese bekannte Schaltung kann wegen der bestehenden Gegentaktgegenkopplungsschleife zwischen den Punkten Ei und E2, die gleichzeitig die Ausgangsklemmen des Verstärkers V1 und die Eingangsklemmen des Verstärkers V2 darstellen, eine erdfreie Induktivität simulieren, wenn am Eingang A des Verstärkers V1 eine Kapazität C angeschaltet wird. Ausserdem besteht, wie man durch Abzählen der Vorzeichenumkehrungen bei den Spannungsverstärkungen der einzelnen Stufen leicht feststellen kann, eine Eintakt-Mitkopplung. Wenn der Innenwiderstand der Kollektorstrecke des Transistors T1O oder T3

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nicht genügend hochohmig ist, tritt der Fall der Selbsterregung ein.

Man könnte nun durch eine zusätzliche Emitterstufe, welche z.B. zwischen den Kollektor von T8 und die Basis von T11 anstelle der direkten Verbindung dieser Basis mit dem Kollektor von T9 einzubauen wäre, das Vorzeichen für die Gegentaktrückkopplung unverändert lassen und das für die Eintaktrückkopplung ändern, so dass sich eine Eintaktgegenkopplung ergäbe. Diese Eintaktgegenkopplung wäre dann aber bezogen auf die Klemmen E1 und E2 parallel eingeführt und würde bewirken, dass der Isolationswiderstand dieser Klemmen gegen das allgemeine Bezugspotential (Masse) herabgesetzt wird, was nachteilig wäre.

Erfindungsgemäss wird dieser Nachteil dadurch vermieden, dass bei dem Verstärker mit dem erdfreien Differenzeingang ein zusätzlicher Transistor in Emitterschaltung mit dem Spannungsverstärkungsfaktor - 1 mit seiner Basis an den Kollektor des nicht steuernden Transistors der Eingangsstufe und mit seinem Kollektor an die Basis des nicht gesteuerten Transistors der Ausgangsstufe dieses Verstärkers angeschaltet ist.

Dadurch wird erreicht, dass die beiden Endstufentransistoren T11 und T12 des Verstärkers V2 mit einem nach Betrag und Vorzeichen gleichen öegentaktsignal und einem nach Betrag gleich grossen aber im Vorzeichen verschiedenen Eintaktsignal angesteuert werden.
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•Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Schaltung zeigt Fig. 3« Die Emitterstufe mit dem Spannungsverstärkungsfaktor -i besteht aus dem Transistor ΊΊ3* dem Emittervorwiderstand R1J5 und den Kollektorarbeitswiderständen R22 und R23. Bei geringeren Ansprüchen an die Genauigkeit des Verstärkungsfaktors - 1 bzw. an die Potentialsymmetrie der Basen der Transistoren TlI und T12 kann man den Widerstand R23 auch weglassen. Die übrigen nicht erwähnten Widerstände und Transistoren entsprechen in ihrer Bezeichnung und Punktion denen der Fig. 2. ·

Die erfindungsgemässe Massnahme, welche eine echte Symmetrierung darstellt, verbessert die Eigenschaften des Gyrators noch insofern, als die Differenz der simulierten Induktivitäten für die Betriebsfälle, dass einmal die Steuerspannung an der Klemme El und das andere Mal an der Klemme E2 liegt, entsprechend dieser Symmetrierung verkleinert -wird. Ausserdem steigt durch die zusätzliche Ansteuerung von Ti2 die Gegentakfcschleifenverstärkung auf den doppelten Wert, wodurch die Güte des Gyrators etwa auf den "\/ 2-fachen Wert steigt.

Eine Verringerung des Aufwandes ergibt sich, wenn man gemäss einer Weiterbildung der Erfindung die Basen der nicht angesteuerten, nur als Stromquellen dienenden Transistoren T3* Τβ* T7 und TlO aus einem gemeinsamen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen Ri8* Ri9 und R24 versorgt»

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   l) Gyrator zur Verwendung in der Nachrichtentechnik, bestehend aus zwei zweistufigen, antiparallel geschalteten, gleichstromgekoppelten Transistorverstärkern, wobei der eine Verstärker eingangsseitig eine Differenzverstärkerstufe mit erdfreiem Differenzeingang und einem steuernden Tran-,sistor und der andere Verstärker einen erdfreien Gegentaktausgang mit einem gesteuerten Transistor besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verstärker (V2) mit dem erdfreien Differenzeingang (El, E2) ein zusätzlicher Transistor (TiJ) in Emitterschaltung mit dem Spannungsverstärkungsfaktor - i mit seiner Basis an den Kollektor des nicht steuernden Transistors (T8) der Eingangsstufe und mit seinem Kollektor an die Basis des nicht gesteuerten Transistors (T12) der Ausgangsstufe dieses Verstärkers angeschaltet ist.
2. 2)i Gyrator nach Anspruch 1, mit nicht angesteuerten, nur als Stromquellen dienenden Transistoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Basen dieser Transistoren (T3, T6, T7, TtO) beider Verstärker (Vi, V2) aus einem gemeinsamen Spannungsteiler (R18* R19# R24) versorgt werden.

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