DE1802763C3 - Gyrator zur Verwendung in der Nachrichtentechnik mit einem erdfreien Klemmenpaar - Google Patents

Description

YG -

mit - V₁₂ ■ Y₂₁ > 0 (1)

definiert.

Die Größen Kn und Y_n sind beim idealen Gyrator gleich Null. Dabei ist

⁰ - ι ν ■ v '

I — '12 '21

der Invertier ungswiderstand. Der nicht ideale Gyrator wird durch seine Güte

QG = -Ziij-i¹- = Υ_{^-~₊Υ_ί'_ί) (3)

charakterisiert.

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

Der Eingangsbetriebswiderstand des Gyrators ist allgemein

WB₁ = y-_Ty- ,

Die Erfindung betrifft einen 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.

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

Der von B. D. H. Te 1 egen in die Vierpoltheorie eingeführte Gyrator läßt sich als ein elektrisches vierpoliges Schaltelement G definieren, das im Gegen- do satz 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.

woraus sich für Y_n = K₂₂ = 0

ergibt. Der Gyrator würde in diesem Fall also seine Aufgabe in idealer Weise erfüllen und seinen sekundären Abschlußwiderstand R 2 winkeltreu an seiner Dualitätsinvariante 2b² spiegeln.

Eine bereits bekannte transistorisierte Gyratorschaltung mit einem näherungsweise erdfreien Klemmenpaar (vgl. W. H. Holmes, S. Grützmann und W. E. H e i η 1 e 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 V 2.

Als Eingangsstufe für den Verstärker Vl dient eine Differenzverstärkerstufe, bestehend aus den Tiansistoren Ti und Tl mit den Emittervorwiderständen R 1 und R 2, den Kollektorwiderständen R 16 und R 17 und einer zugehörigen Stromquelle, bestehend aus dem Transistor Γ3 mit dem Emittervorwiderstand R 3 und einem Basisspannungsteiler mit den Widerständen R14 und R15. Die Ausgangsstufe wird im Gegentakt betrieben; sie besteht aus den Transistoren TA und T5 mit den Emittervorwiderständen R 4 und R 5. Die Kollektor· Emitter-Strecken der als Stromquellen wirksamen Transistoren Γ6 und Tl dienen als hochohmige Arbeitswiderstände. R 6 und R 7 sind die zugehörigen Emittervorwiderstände. Der für die Transistoren T6 und Tl nötige Basisspannungsteiler wird durch die Widerstände R 18 und R 19 gebildet.

Der zweite Verstärker V2 besitzt die gleiche Eingangsstufe wie Vl, bestehend aus den Transistoren Ti bis TiO und den Widerständen R 8, R 9, R 10, R 20 und R2i. Die Stromversorgung für die Basis des

Transistors 710 wird dem Spannungsteiler R 14, R 15 entnommen. Die Ausgangsstufe besteht aus z'mtr Emitterstufe mit dem Transistor 711, dem Emittervorwiderstand RW und einem Arbeitswiderstand, bestehend aus der Kollektor-Emi^er-Strecke des als Stromquelle betriebenen Transistors 7" 12 und dem Emittervorwiderstand RM. Die Stromversorgung für die Basis des Transistors 712 wird dem Spannungsteiler R 19, R 18 entnommen.

Diese bekannte Schaltung kann wegen der bestehenden Gegentaktgegenkopplungsschleife zwischen den Punkten E1 und E2, die gleichzeitig die Ausgangsklemmen des Verstärkers Vl und die Eingangsklemmen des Verstärkers V2 darstellen, 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-Mitkoppfung. Wenn der Innenwiderstand der Kollektorstrecke des Transistors TlO oder Γ3 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 triti 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 711 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 Eintaktgegenkopplung wäre dann aber bezogen auf die Klemmen Ei und £2 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 7~12 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 Allsführungsbeispiel der erfindungsgemaßen Schaltung zeigt F i g. 3. Die Emitterstufe mit dem Spannungsverslärkungsfaktor — 1 besteht aus dem Transistor 713, dem Emittervorwiderstand R 13 und den Kollektorarbeitswidersiänden R22 und R23. Bei geringeren Ansprüchen an die Genauigkeit des Verstärkungsfaktors - 1 bzw. an die Potentialsymmetrie der Basen der Transistoren 711 und 712 kann man den Widerstand Ä23 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 Blau Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gyrator zur Verwendung in der Nat ittentechnik, bestehend aus zwei zweistufige!, 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 (Vl) ein zusätzlicher Transistor (Ti3) in Emitterschaltung mit dem Spannungsverstärkungsfaktor -1 mit seiner Basis an den Kollektor des nichtsteuernden Transistors (T8) der zugehörigen Differenzverstärker-Eingangsstufe und mit seinem Kollektor an die Basis des Stromquellenlransistors (T 12) angeschaltet ist.

   Der Gyrator wird am einfachsten durch seine Leitwertsmatrix