DE1802763B2 - Gyrator zur verwendung in der nachrichtentechnik mit einem erdfreien klemmenpaar - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gyra'or zur Verwendung in der Nachrichtentechnik, bestehend aus zwei zweistufigcn, antiparallel geschalteten, gleichstromgekoppelten Transistorverstärkern, von denen der erste eine Differenzverstärker-Eingangsstufe und eine Parallelgegentakt-Endstufe mit zwei getrennten, gegen Massepotential symmetrischen Ausgängen und der zweite eine Differenzverstärker-Eingangsstufe mit zwei getrennten, gegen Massepotential symmetrischen Eingängen und eine Ausgangsstufe mit einem von einer Stufe des Differenzverstärkers angesteuerten Transistor, zu dem in Reihe ein weiterer Transistor als Stromquelle (Stromquellentransistor) geschaltet ist, enthält, und wobei die getrennten symmetrischen Ausgänge mit den getrennten symmetrischen Eingängen und ein Eingang des ersten mit dem Ausgang des zweiten Verstärkers verbunden sind. so

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 F i g. 1 «,5 symbolisch dargestellt ist (vgl. beispielsweise »Funk und Ton«, Nr. 8,1949, Seite 460, Bild 3).

Der von B. D. H. T e 1 e g e η in die Vierpoltheorie 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 Abschlußwiderstand Z₂ durchfließenden Sekundärstrom und umgekehrt eine an seinem Ausgang liegende Sekundärspannung in einem den Eingangsbetriebswiderstand durchfließenden Primärstrom zu übersetzen.

Der Gyrator wird am einfachsten durch seine Leitwertsmatrix

YG =

Y21 Y22

mit -Y₁₂- Y₂₁ >0 (1)

definiert.

Die Größen Yw und Y₂₂ sind beim idealen Gyrator gleich Null. Dabei ist

I- Yn ■ Yn

der Invertierungswiderstand. Der nicht ideale Gyrator wird durch seine Güte

QG = -

Y_n-,- Y₂₂ Z₀-(Y_n+ Y₂₂)

charakterisiert

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

Der F.ingangsbetriebswiderstand des Gyrators ist allgemein

Yi 1-

2 2

woraus sich für Y_n = Y₁₂ = 0

WB_x = ψ

ergibt. Der Gyrator würde in diesem Fall als« seine Aufgabe in idealer Weise erfüllen und seinen sekundären Abschlußwiderstand R 2 winkeltreu an seiner Dualitätsinvariante Z₀ ² spiegeln.

Eine bereits bekannte transistorisierte Gyratorschaltung mit e:nem näherungsweise erdfreien Klemmenpaar (vgl. W.H.Holmes, S.Grützmann und W. E. H e i η 1 <* i η, »Direct coupled gyrators with floating ports«, Electronics Letters, 3 [1967], 2, S. 46) ist in F i g. 2 dargestellt. Diese Schaltung umfaßt zwei zweistufige, antiparallel geschaltete Verstärker Vl und V2.

Ais Eingangsstufe für den Verstärker Vl dient eine Differenzverstärkerstufe, bestehend aus den Transistoren T\ und T2 mit den Emittervorwiderständen Ri und R 2, den Kollektorwiderständen R 16 und R17 und einer zugehörigen Stromquelle, bestehend aus dem Transistor T3 mit dem Emittervorwiderstand R 3 und einem Basisspannungsteiler mit den Widerständen R 14 und R15. Die Ausgangsstufe wird im Gegentakt betrieben; sie besteht aus den Transistoren 7*4 und T5 mit den Emittervorwiderständen R 4 und /■>' 5. Die Kollektor-Emitter-Strecken der a's Stromquellen wirksamen Transistoren 7*6 und Tl dienen als hochohmige Arbeitswiderstände. R 6 und R 7 sind die zugehörigen Emittervorwiderstände. Der für die Transistoren 76 und 7*7 nötige Basisspannungsteiler wird durch die Widerstände R18 und R 19 gebildet.

Der zweite Verstärker V2 besitzt die gleiche Eingangsstufe wie Vl, bestehend aus den Transistoren Γ8 bis Γ10 und den Widerständen RS, R9, R 10, R20 und R2i. Die Stromversorgung für die Basis des

Transistors ΓΙΟ wird dem Spannungsteiler R 14, R 15 entnommen. Die Ausgangsstufe besteht aus einer Emitterstufe mit dem Transistor 711, dem Emittervorwiderstand R 1 1 und einem Arbeitswiderstand, bestehend aus der Kollektor-Emitter-Strecki: des als Stromquelle betriebenen Transistors TYl und dem Emittervorwiderstand R12. Die Stromversorgung für die Basis des Transistors Ti2 wird dem Spannungsteiler R19, R 18 entnommen.

Diese bekannte Schaltung kann wegen der bestehenden Gegentahtgegenkopplungsschleife zwischen den Punkten El und E2, die gleichzeitig die Ausgangsklemmen des Verstärkers Vi und die Eingangsklemmen des Verstärkers V2 darsteilen, eine erdfreie Induktivität simulieren, wenn am Eingang A des Verstärkers Vl 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 710 oder 73 nicht genügend hochohmig ist, tritt der Fall der Selbsterregung ein.

Aus der Zeitschrift Funktechnik, April 1967, S. 124, ist eine aus zwei praktisch gleichen Verstärkern aufgebaute Gyratorschaltung bekannt. Beide Verstärker haben eine Seriengegentaktendstufe. Im eingangs beschriebenen Gyrator dagegen hat nur ein Verstärker eine Parallelgegentaktendstufe und der andere eine einfache Endstufe. Der vorher geschilderte Effekt tritt nur bei Schaltungen dieser Art auf.

Man könnte nun durch eine zusätzliche Emitterstufe, welche z. B. zwischen den Kollektor von 78 und die Basis von 7Ί1 anstelle der direkten Verbindung dieser Basis mit dem Kollektor von 79 einzubauen wäre, das Vorzeichen für die Gegentaktrückkopplung unverändert lassen und das für die Eintaktrückkopplung ändern, so daß sich eine Eintaktgegenkopplung ergäbe. Diese Eintaktgegenkoppljng wäre dann aber bezogen auf die Klemmen EX und E2 parallel eingeführt und würde bewirken, daß der Isolationswiderstand dieser Klemmen gegen das allgemeine Bezugspotential (Masse) herabgesetzt wird, was nachteilig wäre.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird dadurch gelöst, daß im zweiten Verstärker ein zusätzlicher Transistor in Emitterschaltung mit dem Spannungsverstärkungsfaktor — 1 mit seiner Basis an den Kollektor des nichtsteuernden Transistors der zugehörigen Differenzverstärker-Eingangsstufe und mit seinem Kollektor an die Basis des Stromquellentransistors angeschaltet ist

Dadurch wird erreicht, daß die beiden Endstufentransistoren 711 und Γ12 des Verstärkers V2 mit einem nach Betrag und Vorzeichen gleichen Gegentaktsignal und einem nach Betrag gleich großen, aber im Vorzeichen verschiedenen Eintaktsignal angesteuert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung zeigt Fig.3. Die Emitterstufe mit dem Spannungsverstärkungsfaktor -1 besteht aus dem Transistor Γ13, dem Emittervorwiderstand R 13 und den Kollektorarbeitswiderständen Ä22 und R 23. Bei geringeren Ansprüchen an die Genauigkeit des Verstärkungsfaktors -1 bzw. an die Potentialsymmetrie der Basen der Transistoren 711 und 712 kann man den Widerstand R23 auch weglassen. Die übrigen nicht erwähnten Widerstände und Transistoren entsprechen in ihrer Bezeichnung und Funktion denen der F i g. 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 £1 und das andere Mal an der Klemme E2 liegt, entsprechend dieser Symmetrierung verkleinert wird. Außerdem steigt durch die zusätzliche Ansteuerung von 712 die Gegentaktschleifenverstärkung 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 73, 76, 77 und 710 aus einem gemeinsamen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R 18, R 19 und R 24 versorgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gyrator zur Verwendung in der Nachrichtentechnik, bestehend aus zwei zweistufigen, antiparallel geschalteten, gleichstromgekoppelten Transistorverstärkern, von denen der erste eine Differenzverstärker-Eingangsstufe und eine Parallelgegentakt-Endstufe mit zwei getrennten, gegen Massepotential symmetrischen Ausgängen und der zweite eine Differenzverstärker-Eingangsstufe mit zwei getrennten, gegen Massepotential symmetrischen Eingängen und eine Ausgangsstufe mit einem von einer Stufe des Differenzverstärkers angesteuerten Transistor, zu dem in Reihe ein weiterer Transistor als Stromquelle (Stromquellentransistor) geschaltet ist, enthält und wobei die getrennten symmetrischen Ausgänge mit den getrennten symmetrischen Eingängen und ein Eingang des ersten mit dem Ausgang des zweiten Verstärkers verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Verstärker (V2) ein zusätzlicher Transistor (TiS) in Emitterschaltung mit dem Spannungsverstärkungsfaktor — 1 mit seiner Basis an den Kollektor des nichtsteuernden Transistors (TS) der zugehörigen Differenzverstärker-Eingangsstufe und mit seinem Kollektor an die Basis des Stromquellentransistors (T12) angeschaltet ist.