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Aktives C-Filter Die Erfindung bezieht sich auf ein aktives C-Filter,
unter Verwendung von Gyratoren mit wenigstens einem bezugspotentialfreien Anschlußpaar
(schwinuender Gyrator).
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In dem Bemühen, zu immer kleineren und betriebsicherern elektronischen
Bauformen zu gelangen, hat die moderne Mikroelektronik mehr und mehr an Bedeutung
gewonnen. Unter diesem Begriff sind sämtliche Schaltungen zu verstehen, die in irgendeiner
Weise, und sei es auch nur im Hinblick auf einzelne Bauteile, -wie beispielsweise
Gyratoren, Impedanzinvertor oder -konverter und Ubertrager, vbn der integrierten
Technik Gebrauch machen. Es zählen hierzu demnach insbesondere Siebdruckschaltungen
(Dickfilmschaltungen), Dünnfilmschaltungen, integrierte Halbleiterschaltungen, die
sich voneinander u.a. durch die bei ihnen zur hnvlendung gelangende Isolationstechnik
mannigfaltig unterscheiden können, Hybridschaltungen allgemein und integrierte Hybridschaltungen
im besonderen.
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Bei der Herstellung von Filterschaltungen, unter Anwendung der Technik
der modernen Mikroelektronik, bereitet es erhebliche Schwierigkeiten, Induktivitäten
unmittolbar zu realisieren. Im Gegensatz zu Widerständen und Kondensatoren lassen
sich Spulen kaum in eine Schaltung hineiTtintegrieren.
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Da bei der Realisierung von Reaktanzfiltern in integrierter Technik
auf Induktivitäten nicht verzichtet werden kanne ist dazu übergegangen worden, solche
Indflktivitäten-1rnitt9ls integrierbarer Ersatzschaltungen darzustellen. Besondere
Bedeutung
hat in diesem Zusammenhand der Gyrator erlangt, der aufgrund seiner positiven Impedanzinvertereigenschaften
eine sein eines Anschlußpäar belastende Kapa zität in eine Induktivität an sein
anderes Anschlußpaar transformiert. Vierpolnetzwerke mit Gyratoreigenschaften lassen
sich mit Hilfe von Transistoren und Widerständen aufbauen. Bei vielen Anwendungen
in der Pilterteohnik verlangt die von einer solchen Gyratorschaltung ersatzweise
zu realisierende Induktivität bezugspotentialfreie Anschlüsse. Eine solche Induktivität
kann mit anderen Worten nur mit einem Gyrator verwirklicht werden, der wenigstens
über ein erdpotentialfrcies Anschlußpaar verfügt. Es wird in diesem Falle von einem
schwimmenden oder genauer gesagt hablschwimmenden Gyrator (weil nur ein Klemmenpaar
potentialmäßig "schwimmt") gesprochen. Im allgemeinen sind an die Symmetrieeigenschaften
eines bezugspotentialfreien Anschlußpaares eines schwimmenden Gyrators hohe Anfodezungen
zu stellen, da sich die Unsymmetrie störend-auf die Filtereigenschaften auswirken
kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein aktives 0-Filter
der einleitend beschriebenen Art eine vreitere Lösung anzugeben, die die im Hinblick
auf Symmetriefehler der verwendeten Gyratoren auftretenden geschilderten Schwierigkeiten
überwindet und darüber hinaus einen Weg für den Auf bau solcher Filter mit einer
minimalen Anzahl von Elementen aufzeigt.
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Ausgehend von einem aktiven C-Filter, unter Verwendung von Gyratoren
mit wenigstens einem bezugspotentialfreien Ansschlußpaur~(schrrimmender Gyrator)
wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß wenigstens ein Gyrator
hinsichtlich seiner einander paarweise zugeordneten bezugspotentialfreien
Anschlüsse
mit einer Unsymmetrie ausgeführt ist, deren Größe und Vorzeichen für eine gewünschte
zusätzliche effektive Reaktanz, die durch diese Unsymmetrie im Rahmen der Gesamtschaltung
erhalten wird, festgelegt sind.
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Der Erfindung liegt die neue wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß
die Un)aymmetrie eines in einem Filtervierpol zur Realisierung einer schwimmenden
Induktivität verwendeten schwimmenden, kapazitiv belasteten Gyrators sich in der
Übertragungsfunktion dieses Filtervierpols so auswir]cen kann, als hätte dieser
Filtervierpol noch eine -zusätzliche Reaktanz in Form eines Querzweiges. Mit Hilfe
einer bewußt eingeführten Unsymmetrie lassen sich also auf diese Welle filterschaltungen
mit einer minimalen Anzahl von Elementen angeben, zumal, wie eine noch durchzuführende
nähere Betrachtung zeigen wird, durch geeignete Wahl der Umsymmetrie diese Querzweigreaktanz
sowohl kapazitiv als auch induktiv ausbildbar ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung fur
einen Vierpol, der gegebenenfalls in beliebiger Anzahl in Kette geschaltet werden
kann, ist dieses Filtergrundglied ein Vierpol mit einem Längszweig, bestehend aus
der Parallelschaltung eines Kondensators mit einem schwimmelden, vorzugswise halbschwimmenden,
kapazitiv belasteten Gyrator, bei dem die effektive Reaktanz einen Querzweig bildet.
Im Falle der Kettenschaltung solcher Filtergrundglieder ist die Kettenschaltung
noch durch einen aus einer Induktivität oder einer Kapazität bestehenden Querzweig
zu ergänzen, und zwar unabhängig von der Anzahl der Glieder.
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An Hand einer mathematischen Betrachtung und an Hand von AusSiìhrungsbeispielen
soll im folgenden die Erfindung
noch naher erläutert erden. In der
Zeichnung bedeuten Fig. 1 das Ersatzschaltbild eines halbschwimmenden Gyrators,
Pig. 2 ein Vierpol mit Bandsperrencharakter, Fig. 3 ein gemäß der Erfindung zu einem
versteilerten Tiefpaß erweiterter Vierpol nach Fig. 2, Fig. 4 ein zu einem versteileiten
Hochpaß gemäß der Erfindung erweiterter Vierpol nach Fig. 2, Fig. 5 eine Vierpoll{ettenschaltung
aus Gliedern mit versteilerter Tiefpaßcharakteristik, Fig. 6 eine Vierpolkettenschaltung
aus Gliedern mit versteilerter Hochpaßcharakteristik, Fig. 7 eine die Vierpolkettenschaltungen
nach Fig. 5 und 6 realisierende Vierpolkettenschaltung nach der Erfindung, Fig.
8 das Prinzipschaltbild eines Gyratoreigenschaften aufweisenden Vierpolnetzwerkes,
Fig. 9 eine das Vierpolnetzwerk nach Fig. 8 realisierende Schaltung nach der Erfindung.
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Das in Fig. 1 dargestcllte Ersatzschaltbild ein halbschwimmenden Gyrators
zeigt auf der linken Seite einen Gyrator Gy mit den linken nsclllüssen 1 und 2 und
den rechten Anschlüssen 3 und 4. Die Anschlüsse 1 und 2 bilden das schwimmende Anschlußpaar
des Gyrators Gy, während die Anschlüsse 3 und 4, von denen der Anschluß 4 auf Bezugspotential
liegt, das einseitig geerdete Anschlußpaar abgeben. Die Bezugs potentialfreiheit
der Anschlüsse 1 und 2 ist besonders dadurch z': Ausdruck gebracht, daß vom Anschluß
1 die Spannung U1 und vom Anschluß 2 die Spannung U2 gegen Bezugsnotential eingezeichnet
ist und außerdem hinsichtlich dieser Anschlüsse auch jeweils ein in die betreffenden
Anschlüsse
hineinfließender Eingangsstrom I1 bzw. 12 angegeben ist.
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Zwischen den Anschlüssen 3 und 4 liegt die Spannung U3.
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Außerdem ist der in den Anschluß 3 hineinfließende Strom mit 13 angegeben.
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Ein diesem Ersatzschaltbild entsprechendes Ersatzschaltbild zeigt
Fig. 1 auf der rechten Seite. Die Anschlüsse sind in Übereinstimmung mit dem Ersatzschaltbild
auf der linken Seite mit 1, 2 und 3, 4 bezeichnet. Dic bezugspotentialfreien Anschlüsse
1 und 2 sind im Ersatzschaltbild auf der rechten Seite der Fig. 1 über zwei spannungsgesteuerte
Stromquellen SQ1 und SQ2 gegen Bezugspotential geschaltet, die den Eingang des Gyrators
auf dieser Seite darstcllen. In gleicher Weise ist der Gyrator auf seiten der Anschlüsse
3 und 4 durch eine spannungsgesteuerte Stromquelle SQ3 verwirklicht, über die der
Anschluß 3 mit Bezugspotential verbunden ist.
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Die am Anschluß 1 wirksame Stromquelle SQ1 liefert einen Strom I1
von der Größe I1 = (g1 + #1) U3 (1) Da auch die mit dem Anschluß 2 verbundene Stromguelle
SQ2 von der Spannung U3 an den Anschlüssen 3, 4 des Gyrators Gy spannungsgesteuert
ist, ergibt sich für diese Stromquelle ein Strom I2 von der Größe 12 = - (g1 -<c1)
U3 (2) Der Strom 13 wird seinerseits von den Spannungen U1 und U2 an den Anschlüssen
1 und 2 des Gyrators gesteuert und ergibt sich zu
13 = - (g2 -k2)
U1 + (g2 - £2) U2 (3) In den Gleichungen (1) bis (3) bedeutet gl der Kurzschlußrückwirkungsleitwert
des Gyrators, und zwar unter BerUcksichtigung der vorgenommenen erläuterten Aufteilung
von Spannung und Strom an den zueinander symmetrischen Anschlüssen 1 und 2 des Gyrators
Gy, und g2 den Kurzschlußübertragungsleitwert des Gyrators. Dic Größen 6,1 und #2,
im folgenden Unsymmetriefaktoren genannt, berücksichtigen den Symmetriefehler, der
zwischen den Anschlüssen 1 und 2 vorhanden ist und gemäß der Erfindung hier bewußt
eingeführt wird.
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Für den Fall, daß die Unsymmetriefaktoren #1 und 2 gegen Null gehen,
ergibt sich der Fall des idealen halbschwimmenden Gyrators entsprechend der einleitend
getroffenen Sprachregelung. In Gleichung (5) ist dann der Strom 13 lediglich von
der Differenz der Spannungen U2 und U1 nach Fig. 1 abhängig. Die die Unsymmetrie
darstellenden Unsymmetriefaktoren #1 und #2 haben eine zusätzliche Abhängigkeit
des Stromes I3 von der Summe der beiden Spannungen U1 und U2 zur Folge.
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Unter Bezugnahme auf das rechte Gyratorersatzschaltbild nach Fig.
1 ergibt sich für einen mit Unsymmetriefaktoren behafteten halbschwimmenden Gyrator
das Gleichungssystem (in Matrixschreibweise geschrieben)
| I1 0 0 g1 + #1 U1 |
| # I2 # = # 0 0 -(g1 - #1)# . # U2 # |
| I3 -(g2-#2) g2+#2 0 U3 (4) |
Der Einfluß der Unsymmetriefaktoren #1 und #2 auf die Übertragungsfunktion
eines mit einem solchen halbschwimmenden Gyrator aufgebauten Filtervierpols soll
nun an Hand der Fig. 2 bis 4 für eine bevorzugtc Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
näher betrachtet werden. Pig. 2 zeigt auf der linken Seite einen Vierpol mit einem
Längszweig, der aus der Parallelschaltung einer Kapazität C1 und einer Induktivität
L1 besteht. Dcr Vicrpol ist in Übertragungsrichtung ausgangsseitig von einem den
Verbraucher darstellenden Leitwert G abgeschlossen. Bei Ausführung dieses Vierpols
in spulenloser Technik ist die schwimmende Induktivität L1 durch einen halbschwimmenden
Gyrator Gy zu ersetzen, der auf seiten seiner Anschlüsse 3, 4 von einer Kapazität
C2, belastet ist.
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Der Gyrator Gy transformiert die Kapazität C1 an seine schwimmenden
Anschlüsse 1 und 2 in die gewünschte Induktivitat L1. Wird die Spannung auf der
Eingangsseite des Viorpols mit U1' und auf der Ausgangsseite des Yier,pols mit U2'
bezeichnet, dann ergibt sich für die Ubertragungsfunktion dieses spulenlosen Filtervierpols
U2' s².C1.C2 + (g1 - #1) . (g2 - 2) = (5) U1' s².C1.C2 + c.C2.G + (g1 - #1) . (g2
+ #2) Werden die Anschlüsse 1 und 2 des Gyrators Gy in Fig. 2 auf der rechten Seite
miteinander vertauscht, gelten also für diesc Anschlüsse die in Klammer gesetzten
Zahlen, dann ergibt sich für die Übertragungsfunktion dieses Vierpols die Beziehung
U2' s2.C1.C2 + (g1 + #1) . (g2 + #2) U1' s².C1.C2 + s.C2.G + (g1 + #1) . (g2 - #2)
Wie
die Gleichungen (5) und (6), in denen s die komplexe Frequenz bedeutet, zeigen,
lassen sich mit einem spulenlosen und damit integrierbaren Filtervierpol nach Fig.
2 beliebige biquadratische Funktionen mit Nullstellen auf der j#-Achse realisieren;
Das trifft nicht für eine Schaltung zu, bei der, wie Pig. 2, linke Seite zeigt,
der Kapazität C1 eine Induktivität L1 parallelgeschaltet ist. Hier ergibt sich die
Übertragungsfunktion zu U2" s² + #o² = (7) U1" s²+# p.s + #o² In der Gleichung (7)
bedeuten #o die Resonanzfrequenz des aus der Induktivität L1 und der Kapazität C1
bestehenden Parallelresonanzkreises und #p der Dämpfungsfaktor. Das LC-Filter nach
Fig. 3 links liefert lediglich Übertragungsfunktionen, die gleiche Pol- und Nullstellenradien
realisieren können. Die Übertragungsfunktion nach Gleichung (7) hat bei der Kreisfrequenz
#o eine Nullstelle und nimmt für s = 0 und s = # den Wert 1 an. Das gleiche Übertragungsverhalten
hätten auch die Übertragungsfunktionen nach den Gleichungen (5) und (6) für den
Pall, daß die Unsymmetriefaktoren g1 und 2 Null wären. Die Unsymmetriefaktoren Cl
und # #2 wirken sich in der Übertragungsfunktion so aus, wie wenn beim Vierpol auf
der linken Seite von Fig. 2 parallel dem den Verbraucher darstellenden Leitwert
G eine Reaktanz parallelgeschaltet wäre. In den Gleichungen (5) und (6) kommt dies
im Unterschied zur Gleichung (7) dadurch zum Ausdruck, daß die von s freien Glieder
in Nenner und im Zähler bei den Ü.bertragungsfunktionen nach den Gleichungen
(5)
und (6) unterschiedliche Werte aufweisen. Die Übertragungsfunktionen nach den Gleichungen
(5) und (6) entsprechen somit einer Filterfunktion, die je nach Bemessung der Unsymmetriefaktoren
eine versteilerte Giefpaß- oder Hochpaßcharaktelistik ergeben.
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Wie eine nähere Untersuchung zeigt, ergibt sich bei einem Filteraufbau
entsprechend einer Übertragungsfunktion nach Gleichung (5) dann eine dem leitwert
G parallelgeschaltete Kapazität (versteilerte Tiefpaßcharakteristik, wenn der Ausdruck
2 f2 2 > 1 (8) g2 + #2 gewählt ist. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 3 dargestellt.
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Fig. 3 zeigt auf der linken Seite einen Vierpol mit der Parallelschaltung
aus der Induktivität L1 und der Kapazität C1 im Längszweig und einer Kapazität C3
im Querzweig parallel zum ausgangsseitig angeschalteten Leitwert G. Dieses eine
versteilerte Tiefpaßcharakteristik aufweisende Vierpolnetzwerk läßt sich also, wie
Fig. 3 rechts zeigt, dadurch realisieren, daß unter Fortfall der Kapazität C3 die
Induktivität L1 durch einen halbschwimmenden, von der Kapazität C2 auf seiner einseitig
geerdeten Ausgangsseite belasteten Gyrator Gy ersetzt wird, dessen Unsymmetriefaktoren
für die Erfüllung der obenerwähnten Beziehung (8) bemessen sind.
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Wird anstelle der Kapazität C3 nach Fig. 3, wie Fig. 4 zeigt, eine
Induktivität B2 parallel zum Leitwert G wirksam, so läßt sich dieser eine versteilerte
Hochpaßcharakteristik
aufweisende Filtervierpol durch das gleiche
aktive C-Filter für den Pall realisieren, daß für die Übertragungsfunktion nach
Gleichung (5) gilt - ~ 2 1 (9) g2 + #2 Wie ein Vergleich der Übertragungsfunktionen
nach den Gleichungen (5) und (6) zeigt, steht der im Zähler vorhandene Ausdruck
(g2 -#2) in Gleichung (5) in Gleichung (6) im Nenner. Entsprechendes gilt für den
Ausdruck (g2 + 23.Dies bedeutet im Hinblick auf die Ausführungsbeispiele nach den
Fig. 3 und 4, daß bei Vertauschen der Anschlüsse 1 und 2 des Gyrators Gy in Fig.
3 aus dem Filtervierpol mit versteilerter Tiefpaßcharakteristik ein Piltervierpol
mit versteilerter Hochpaßcharakteristik und in Fig. 4 umgekehrt aus einem Vierpol
mit versteilerter Hochpaßcharakteristik ein Vierpol mit versteilerter Tiefpaßcharakteristik
wird.
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Ein Filtervierpol, vzie er in Fig. 3 links dargestellt ist, kann als
Grundglied zum Aufbau eines Filters höheren Grades verwendet werden. Eine Kettenschaltung
solcher Filterglieder zeigt Fig. 5. Hierbei ist das erste Glied eingangsseitig durch
einen weiteren, eine Kapazität C30 darstellenden Querzweig ergänzt. Die weiteren
Querzweige der aufeinanderfolgenden Kettenglieder sind mit C31, Co2...C3n bezeichnet.
Entsprechend sind die einander zum Längsglied eines Kettengliedes parallelgeschalteten
Zweipole, nämlich eine Induktivität und eine Kapazität, mit Lll/Cll, L12/C12...L1n/C1n
angegeben.
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Eine entsprechend« Kettenschaltung mit Filtervierpolen nach Fig. 4
links s zeigt Fig. 6. Analog zu Fig. 5 ist in Fig. 6 dem ersten Glied eingangsseitig
ein weiterer Querzweig in Form der Induktivität L20 parallelgeschaltet.
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Die weiteren Querzweige der aufeinanderfolgenden n Ketten glieder
sind mit L21, L22...L2n bezeichnet.
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Eine den Fig. 5 und 6 entsprechende Filterkette läßt sich, wie Fig.
7 zeigt, durch Kettenschaltung des in Fig. 3 rechte be. in Fig. 4 rechts dargestellten
Vierpols nach der Erfindung mit im allgemeinen verschiedenen Kapazitäten in aufeinanderfolgenden
Kettengliedern aufbauen. In Fig. 7 sind die in der Kette aufeinanderfolgenden Gyratoren
der einzelnen Kettenglieder mit Gyl, Gy2...Gyn und dic ihnen jeweils an den Anschlußpaaren
1,2 und 3,4 zugeordneten Kapazitäten mit C11,C21, C12,C22...C1n,C2n angegeben.
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Bis auf den Kondensator C3O nach Fig. 5 bzw. die Induktivität L2O
nach Fig. 6 sind also sämtliche Querzweige lediglich durch geeignete Bemessung der
Unsymmetriefaktoren der Gyratoren Gyider einzelnen Kettenglieder realisiert worden.
Es versteht sich v(:n selbst, daß in den Fig. 5 bis 7 die Anordnung des zusätzlichen
Querzweiges aus der Kapazität C30 bzw. der Induktivität L20 nur eine Ausführungsform
von vielen ist. Dieser zusätzliche Querzweig kann namlich auch an einer beliebigen
anderen Stelle der Kettenschaltung vorhanden sein.
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Ferner ist festzustellen, daß sich die Erfindung auch auf andere LC-Filter-Strukturen,
die Induktivitäten erfordern, an-ienden läßt. Das Ersetzen der schwimmenden
Induktivitäten
durch geeignet unsymmetrische, kapazitätsbelastete bzw. halbschviimmende Gyratoren
führt hierebenfalls bei geeigneter Bemessung zur Ersparnis von Bauelementen.
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Wie bereits erwähnt worden ist, lassen sich Gyratoreigenschaften aufweisende
Vierpolnetzwerke mit schwimmenden und einpolig geerdeten Anschlußpaaren mit Hilfe
von Transistoren und Widerständen realisieren. Ein besonders geeignetes Ausführungsbeispiel
für ein solches Netzwerk, das in einfacher Weise eine voneinander praktisch unabhängige
Einstellung bzw. Bemessung der Unsymmetriefaktoren 61 und 2 zuläßt, soll nunmehr
an Hand der Fig. 8 und 9 erläutert werden.
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Dem Prinzipschaltbild eines Gyrators nach Fig. 8 liegt die Erkenntnis
zugrunde, daß sich ein Gyrator aus zwei spannungsgesteucrten Stromquellen realisieren
läßt. In Fig. 8 sind zwei Vierpole I und II angegeben, von denen jeder eine spannungsgesteuerte
Stromquelle darstellt.
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Der Vicrpol I, der von links nach rechts überträgt (Pfeil), liefert
ausgangsseitig einen seiner Eingangs spannung proportionalen Strom. Der darunter
gezeichnete Vierpol II, der zum Vierpol I in entgegengesetzter Richtung überträgt
(Pfeil), liefert ebenfalls einen von seiner Eingangsspannung abhängigen ausgangsseitigen
Strom. Der Eingang des Vierpols I ist mit dem Ausgang des Vierpols II zum symmetrischen
Anschlußpaar 1, 2 und der Ausgang des Vierpels I mit dem Eingang des Vierpols II
zum Anschlußpaar 3, 4 des Gyrators parallelgeschaltet.
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Damit dieses Netzwerk Gyratoreigenschaften aufweist, ist noch darauf
zu achten, daß einer der beiden Vierpole
den Phasengang 0° und
der andere den Phasengang 180° zwischen Ein- und Ausgang aufweist. Der Phasengangunterschied
zwischen beiden Vierpolen I und II läßt sich in einfacher Weise durch Vertauschen
zweier innerer Anschlüssc eines der beiden Vierpole herbeiführen. Wie Fig. 1 ferner
erkennen läßt, ist angenommen, daß das Anschlußpaar 1, 2 bezugspotentialfrei (schv/ir.lmend)-und
der Anschluß 4 des Anschlußpaares 3, 4 mit Bezugspotential verbunden ist.
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Das in Pig. 9 dargestellte Ausführungsbeispiel eines nach Fig. 8 aufgebauten
Gyrators läßt wiederum die in unterbrochener Linie umrandeten Vierpole I und II
erkennen.
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Die Vierpole sind so gestaltet, daß der Vierpol I mit der Phase 0°
und der Vierpol II mit der Phase 1800 überträgt. Der erdfreie Eingang des Vierpols
I besteht aus zwei im Gegentakt geschalteten npn-Transistoren rl und Tr1', die emitterseitig
über nicht näher bezeichnete Vorwiderstände mit einem gemeinsamen Widerstand R1
an die negative Betriebsgleichspannung Ub angeschaltet sind.
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Im Hinblick auf den einseitig geerdeten Ausgang dieses Vierpols ist
der Transistor Xr2 kollektorseitig über einen nicht näher bezeichneten Arbeitswiderstand
an die positive Betriebsgleichspannung Ub angeschaltet. Die am Kollektor des Transistors
Trl wirksame Wechselspannung steuert den Transistor Tr2, der kollelstorseitig über
die Stromquelle Q2 mit der negativen BetriebsgleichsPannung Ub verbunden ist, und
dessen Emitter an die positive Betriebsgleichspannung Ub über einen nicht näher
bezeichneten Widerstand angeschaltet ist. Der Transistor Tr2,
ein
pnp-Transistor, transformiert in Verbindung mit der Stromquelle Q2 die zwischen
den Anschlüssen 1 und 2 anliegende Spannung in einen dieser Spannung proportionalen
Strom, der am Emitter des Transistors XR2 abgenommen wird und über den Anschluß
3 gegen den mit Bezugspotential verbundenen Anschluß 4 des einseitig geerdeten Anschlußpaares
fließt.
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Der Vierpol II, dessen einseitig geerdeter Eingang mit dem Anschlußpaar
3, 4 identisch ist, vreist ebenfalls eine aus zwei npn-Transistoren Tr3, Tt3' bestehende
Gegentaktvers,tärkerstufe auf, deren Emitter analog zu der Gegentaktspannungsstufe
des Vierpols I in Reihe mit je einem nicht näher bezeichneten Widerstand gemeinsam
über den Widerstand R6 an die negative Betriebsgleichspannung -Ub angeschaltet sind.
Der Anschluß 3 ist dabei mit der Basis des Transistors Tr3' verbunden, während die
Basis des Transistors r3 im Sinne einer Verbindung mit dem Anschluß 4 mit Bezugspotential
verbunden ist.
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Der Vierpol II verlangt einen bezugspotentialfreien Ausgang. Dies
ist dadurch erreicht, daß einerseits beide Transistoren Tr3 und Tr3' kollektorseitig
über die Arbeitswiderstände R3 und R4 an die positive Betriebsgleichspannung Ub
angschaltet sind und jeder dieser beiden Transistoren kollektroseitig auf die Basis
eines pnp-Transistors Tr4 und Tr4' arbeitet.Die Transistoren Trl und Tr4' sind ihrerseits
emitterseitig über Widerstände R2 und R5 mit der positiven Betriebsgleichspannung
Ub verbunden. Kollektorseitig sind sie dagegen über die Stromquellen Q4 und Q4'
an die negative Betriebsgleichspannung
Ub angeschaltet. Die beiden
Transistoren Tr4 und Tr4' stellen in Verbindung mit den beiden kollektorseitigen
Stromquellen Q4 und Q4' wiederum eine Gegentaktstufp dar, die die ihnen eingangsseitig
zugeführte Steuerspannung kollektorseitig in einen ihrer Eingangsspannung proportionalen
Strom transformieren.
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Entsprechend sind die bezugspotentialfreien Anschlüsse 1 und 2 jeweils
mit einem der Kollektoren der Transistoren Tr4 und Tr4' verbunden.
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Werden hohe Symmetrieanforderungen gestellt, dann ist es im Hinblick
auf den Vierpol I wichtig, daß der Widerstand R1, der dem Emitter der Transistoren
Trl und Trl' gemeinsam ist, als Stromquelle, d.h. unendlich groß gewählt wird. Im
Hinblick auf den Vierpol II bedeutet dies das gleiche für den Widerstand R6. Außerdem
müssen die Widerstände R2, R3, R4 und R5 sehr genau auf ein ander abgestimmt sein.
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Zur Einführung der gewünschten Unsymmetrie gemäß der Erfindung in
Porm der Unsyiimetriefaktoren #1 und #2 muß zumindest die Forderung hinsichtlich
der Hochohmigkeit des Widerstandes R1 fallengelassen werden. Mit Hilfe der Wahl
der Größe des Widerstandes R1 kann in einfacher Weise die Größe des Unsymmetriefaktors
#2 eingestellt werden. Für die Einstellung des Unsymmetriefaktors #1 ergeben sich
beim Vierpol II eine ganze Reihe von Möglichkeiten, und zwar kann dieser Unsymmetriefaktor
durch jeden der Widerstände R2 bis R6 einzeln oder gemeinsam geändert werden. lit
Hilfe einer Gyratorschaltung nach Pig. 9 ist es somit möglich, in relativ weiten
Grenzen die 1- und - 2-Werte praktisch
unabhängig voneinander im
Sinne der Simulierung der gewünschten zusätzlichen Rekatanz zu bemessen.
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Die in den Fig. 2, 3, 4 und 7 angegebenen erfindungsgemaßen Schaltungen
mit halbschwimmenden, mit Unsymmetriefaktoren #1 und t 2 behafteten Gyratoren lassen
sich jeweils auch durch die in Fig. 10 dargestellte Schaltung verwirklichen. Die
Schaltung in Fig. 10 besteht aus zwei Gyratoren Gy' und Gy', die beidseitig einpolig
geerdet sind, also Gyratordreipole darstellen. Die Ebi- und Ausgangsklemmen sind
beim Gyrator Gy' mit all, a21 und b11, b21 und beim Gyrator Gy" mit a21, a22 und
b21, b22 bezeichnet. Wie Fig. 10 erkennen läßt, bilden die geerdeten Anschlußklemmen
a21, b21, a22 und b22 der beiden Gyratoren den geerdeten Anschluß 4 des einseitig
geerdeten Aiischluf.3paaros 3, 4 des aus den beiden'Gyratoren resultierenden, halbschwimmenden
Gyrators. Der Anschluß 3 ist dabei durch die Parallclschaltung der Anschlußklemmen
bil und b21 der beiden Dreipolgyratoren gebildet. Das bezugspotentialfreie Anschlußpaar
1, 2 ist seinerseits von den Anschlußklemmen all und a21 der beiden Drcipolgyratoren
verwirklicht. Damit die Schaltung nach Fig. 10 den halbschwimmenden Gyratoren der
Schaltungen nach den Fig. 2, 3, 4 und 7 äquivalent ist, mit der Gyrator Gyf für
eine Leltwertsrnatrix
und der Gyrator Gy" für eine Leitwertsmatrix
bemessen sein.
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3 Patentansprüche 10 Figuren