DE1921022C - Bandfilter fur elektrische Signale - Google Patents

Description

für den Aufbau mit diskreten Bauteilen geeignet ist. renzverstärkers, die am Arbeitsv.iderstand A4 des

Die Unterdrückung unerwünschter Gleichtaktanteile Transistors Tl anliegt, ergibt sich bei hoher Strom-

im Ausgangssignal wird ferner auf einfache Weise verstärkung des Transistors Tl, wenn also dessen

durch einen einzigen, die beiden Emitter der Tran- Kollektorstrom annähernd gleich dessen Emitterstrom

sistoren des Differenzverstärkers verbindenden ohm- 5 ist, zu:·

sehen Widerstände gewährleistet. Des weiteren ist A4

durch die Wahl der in den Eingangskreisen des piffe- U_A = U3- -^j.
renzverstärkers liegenden Reaktanzen die Realisierung

beliebigen Brückenfilterdämpfungsverhaltens gewähr- F i g. 2 zeigt den Verlauf der Reaktanz Xq des leistet. So können beispielsweise auch Induktivitäten io Schwingquarzes Q und den Verlauf der Reaktanz Xc in Form von Spulen der Verwirklichung bestimmten des Kondensators C in Abhängigkeit von der Fre-Filterverhaltens dienen. Durch Verwendung eines ver- q'uenz ω. F i g. 3 zeigt die Ortskurve der an den Basisänderbaren Kondensators im einen Eingangskreis des elektroden der Transistoren Tl, Tl stehenden Span-Differenzverstärkers ist das Betriebsdämfungsverhalten nungen Ul, U2 bei gegebener Eingangsspannung Uevariierbar, so daß die Pole der Betriebsdämpfung auf 15 Beide Ortskurven, nämüch die der Spannung Ul in die gewünschte Frequenz gelegt werden können. Wkd Abhängigkeit vor» der Frequenz co, im folgenden kurz dieser Kondensator durch einen zweiten Schwingquarz mit Ul (ω) bezeichnet, um¹ die der Spannung Ul in ersetzt, so verhält sich das erfindungsgemäPe Band- . Abhängigkeit von der Frequenz ω, im folgenden kurz filter wie ein zwe'quarziges BrückenfiLer. mit Ul (ω) bezeichnet, liegen auf ein und demselben

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im ao Kreis. Da beide Ortskurven l/l (ω) und Ul (ω) in

folgenden an Hand von Zeichnungen näher beschrie- F i g. 3 im gleichen Kreis dargestellt sind, sind die für

ben. Im einzelnen zeigt r^n Schwingquarz Q geltenden Frequenzen ω im

F i g. 1 die Schaltung eines Bandfilters gemäß der Innern des Kreises eingetragen und die für den Kon-Erfindung zur Aussiebung eines in einem Über- densator C geltenden Frequenzen ω außerhalb des tragungsband enthaltenen Pilotsignals, mit einem 25 Kreises aufgeführt.

Schwingquarz im einen und einem veränderbaren Kon- Im einzelnen ergeben sich folgende Sachverhalte.

densator im anderen Eingangskreis, Bei der Frequenz ω = 0 ist die Spannung l/l (ω = 0)

F i g. 2 ein Diagramm über den Verlauf der h. den = 0, da der Schwingquarz Q, wie dies aus F i g. 2

Eingangskreisen des als Differenzverstärker aus- ersichtlich ist, die Impedanz Xq = — 00 besitzt. Bei gebildeten Bandfilters liegenden Blindwiderstände in 30 der Frequenzcu=fl>, herrscht Quarzserienresonanz.

Abhängigkeit von der Frequenz, Der Schwingquarz ghatdie Impedanz Xq = 0(Fig.2).

F 1 g. 3 die Ortskurve der an den Eingängen der Damit ist die Spannung t/l (ω,) = Ub, also gleich der

Transistoren des Differenzverstärkers liegenden Span- Eingangsspannung. Bei der Frequenz ω — ω_ρ herrscht

nungen bei gegebener Eingangsspannung, Quarzparallelresonanz, der Schwingquarz Q hat nun

Fig. 4 den Dämpf ungsvei lauf des Bandfilters in 35 die Impedanz A^ = ±00 (Fi g. 2) und die Spannung

Abhängigkeit von der Frequenz und der Größe der Ul (ω_ρ) = 0. Bei der Frequenz ω = oo besitzt der

Kapazität des im einen Eingangskreis des Differenz- Schwingquarz Q, wegen der Quarzparallelkapazität

Verstärkers liegenden Kondensators. die Impedanz Xq — 0, weswegen die Spannung Ul

Das in F i g. 1 gezeigte Bandfilter wird von der (ω = oo) wiederum gleich der Eingangsspannung Ue Batteriespannung Ub gespeist und von der Eingangs- 40 ist.

spannung Ue angesteuert. Dh Eingangsspannung Ub Der Endpunkt des Vektors der Spannung Ul (ω),

ist beispielsweise das vom Grundprimärgruppen- die an der Basis des Transistors Tl anliegt, durchläuft

verstärker gelieferte Übertragungsband, in dem sich den linken Halbkreis zwischen den Frequenzen ω = 0

das Pilotsignal befindet. Der Widerstand Al und die und ω =*= λ im Uhrzeigersinn. Bei der frequenz ω = 0 Basis des Transistors Tl werden von der Eingangs- 45 ist die Spannung Ul (ω = 0) = 0, da der Konden-

spannung Ue üb;r den Schwingquarz Q als Vorimpe- sator C die Impedanz Xc = — 00 hat (F i g. 2). Bei

danz gespeist. Die am Widerstand Al und damit an der Frequenz ω= oo ist die Impedanz Xc = 0

der Basis des Transistors 7Ί anliesende Spannung ist (F i g. 2), und damit ist die Spannung Ul (ω = oo)

mit l/l bezeichnet. Der Widerstand Rl und die Basis gleich der Eingangsspannung Ubdes Transistors Tl werden über den Kondensator C, 5° Bei der Frequenz ω = Cu₀₀ sind die impedanz Xq

der als veränderbarer Kondensator ausgebildet ist, als und Xc gleich groß (F i g. 2). Damit ergibt sich t/l

Vorimpedanz gespeist. Die am Widerstand Rl und (wj = Ul (ω^).

damit an der Basis des Transistors Tl anliegende In F i g. 3 ist außerdem die Spannung t/3 ein-

Spannung ist mit Ul bezeichnet. Ebenso können die getragen. L»a diese Spannung ebenfalls von der Fre-Widerstände RX und Rl durch weitere Widerstände 55 quenzco abhängig ist, wird sie im folgenden kurz t/3

R6 und Rl zu Basisspannungsteilern ergänzt sein. Die (ω) bezeichnet. Der Vektor der Spanaung t/3 (ro) ist,

Spannungsverstärkung des mit dem Transistor Ti, Tl wie bereits gezeigt wurde, die Differenz der Syannun-

aufgebauten Differcnzverstärkers jeweils von der gen Ul (ω) und Ul (ω). Die Spannung t/3 (to) ist der

Basis auf den Emitter der Transistoren 7Ί, Tl ist Ausgangssprnnung Ua proportional und gibt die durch die durch die Widerstände Λ3, Λ5 bedingte 60 Selektion des erfindungsgemäßen Bandfilters wieder,

starke Gegenkopp''ing fast gleich Eins. Die Wider- Bei der Frequenz ω --= 0 ist die Spannung t/3 (to =■-- 0)

stände A3, RS sind zu diesem Zweck so bemessen, = 0, und damit ist die Betriebsdämpfung ab = 00. Bei

daß sie groß gegen den Transistoreingangswiderstand der Durchlaßmitte des Bandfilters, also bei der Fre-

in Basisschaltung sr.J. Die am Widerstand Λ3, der die quenz ω₀ ist die Spannung t/3 (oj₀) gleich der Eingangs-Emitter der Transistoren Tl, Tl verbindet, auf- 65 spannung Ug, die Bctricbsdämpfung ab — 0. Bei der

tretende Spannung t/3 ist deshalb die Differenz der an Frequenz ω_ιΛ) hat das Bandfilter einen Dämpfungspol,

den Widerständen Rl und Λ2 anliegenden Spannun- die Betriebsdämpfung ao wird unendlich groß. Somit

gen l/l und 172. Die Ausgangsspannung U_A des Diffe- wird die Spannung t/3 (w._v) zu Null. Ebenso ist die

Betriebsdämpfung ob bei der Frequenz ω — cc unendlich groß, die Spannung U3 («> -■ oo) wird zu Null.

In F i g. 4 ist der Verlauf der Betriebsdämpfung «(, des Bandfilters in Abhängigkeit von der Frequenz ω und der Größe der Kapazität des Kondensators C gezeigt. Mit der Frequenzω₀ ist die Durchlaßmittc des Landfilters bezeichnet.

Durch Verändern der Größe der Kapazität C ändert sich der Verlauf der Betriebsdämpfung ai,. Die ausgezogene Kurve zeigt den Verlauf der Betriebsdämpfung fl/, bei Verwendung eines Kondensators C, die punktierte Kurve gilt für einen um die Kapazität/IC vergrößerten Kondensator C, und die strichlicrte Kurve stellt den Verlauf der Betriebsdämfung at, dar, wenn der Kondensator C um die Kapazität A C verkleinert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. schwierig zu erfüllen. Dazu ist wenigstens ein mehr-

   Patentanspruch: stufiger Transistorverstärker erforderlich, dessen Ein

   gangswiderstand durch starke, über mehrere Stufen

   Bandfilter für elektrische Signale, insbesondere reichende Gegenkopplung vermindert wird. Hieraus für die Anwendung auf dem Gebiet der Träger- 5 ergibt sich insbesondere dann ein großer Aufwand, frequenztechnik zum selektiven Empfang eines wenn der Verstärker mit diskreten Bauteilen aufgebaut sinusförmigen Meß- oder Pilotsignals, das einen werden soll.

   Differenzverstärker aufweist, in dessen Eingangs- Ferner ist es aus der Abhandlung· von R. D.

   kreisen ein Schwingquarz und ein Kondensator Middlebrook und A. D. T a y 1 ο r »Differential liegen, dadurch gekennzeichnet, daß io Amplifier With Regulator Achieves High Stability, der Differenzverstärker ein Spannungsverstärker Low Drift« der Zeitschrift »Electronics«, Vol. 34 ist und aus zwei in Emitterschaltung betriebenen (">S. Juli 1961), Nr. 30, S. 56 bis 59, insbesondere Transistoren (7Ί, Tl) gebildet ist, deren Emitter F i g. 1 auf S. 56, bekannt, bei einem Differenzdurch einen ohmschen Widerstand (RS) verbunden verstärker, der zwei Gegentaktausgänge aufweist, sind, daß der Schwingquarz (Q) und der Konden- 15 unerwünschte Gleichtaktanteile durch Emitterwidersktor (C) unmittelbar mit den Basiselektroden der stände bei den Transistoren der Eingangsstufe und Transistoren _VT1, Tl) verbunden sind und daß der durch eine für diese Transistoren als gemeinsamen Kondensator (C) in seiner Kapazität veränderbar Emitterwiderstand dienende Kollektor-Emitter-Strecke ist. eines weiteren Transistors zu unterdrücken. Die KoI-

   ao lektor-Emitter-Strecke des weiteren Transistors ist

   dabei so hochohmig, daß der über sie fließende Strom

   im wesentlichen konstant ist. Die Ansteuerung des weiteren Transistors erfolgt dabei über zusätzliche

   Die Erfindung betrifft ein Bandfilter für elektrische Transistoren und Widerstände. Diese Maßnahmen Signale, insbesondere für die Anwendung auf dem Ge- as führen jedoch dazu, daß der erforderliche Aufwand biet der Trägerfrequenztechnik zum selektiven Emp- für eine Gleichtaktunterdrückung im Ausgangssignal fang eines sinusförmigen Meß- oder Pilotsignals, das derartig groß ist, daß er nur in Sonderfällen vertretbar einen Differenzverstärker aufweist, in dessen Eingangs- ist. bzw. zwangläufig zu schaltungstechnisch aufwenkreisen ein Schwingquarz mid ein kondensator liegen. digen Differenzverstärkern führt.

   In der Trägerfrequenztechnik und vor allem bei Viel- 30 Ferner ist es aus der USA.-Patentschrift 1902 031 kanal-Trägerfrequenzsystemenwerde.isendeseitigMeß- ein auf dem Gebiet der Trägerfrequenztechnik ver- oder Pilotsignale in die Lücken zwischen bestimmte wendbares Bandfilter bekannt, das zwei Verstärker-Trägerfrequenzkanäle gelegt, deren Amplituden auf kreise aufweist, die mit den Eingangs- und Ausgangsder Empfangsseite als Kriterien für die Eigenschaften kreisen des Filters unter Verwendung von Überder Übertragungsstrecke herangezogen werden. Zu 35 tragern gekoppelt sind. Dieses Bandfilter, bei dem als diesem Zweck müssen die genannten Signale empfangs- verstärkende Elemente Elektronenröhren Verwendung seitig aus dem Übertragungsband ausgefiltert werden, finden, weist jedoch den Nachteil auf, das zusätzlich wozu steile Bandfilter kleiner Bandbreite erforderlich Übertrager erforderlich sind.

   sind, um eine scharfe frequenzmäßige Trennung der Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein

   Meßsignale von den angrenzenden Trägerfrequenz- 40 Bandfilter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei kanälen zu gewährleisten. Zur Realisierung von dem der verwendete Differenzverstärker einfach im Funktionen mit steilen Flanken und hohen Dämpfun- Aufbau ist und bei dem eine Unterdrückung von gen innerhalb schmaler Frequenzbänder hat man sich Gleichtaktanteilen im Ausgangssignal mit einfachen deshalb Bauelemente extrem hoher Güte, wie beispiels- schaltungstechnischen Mitteln erreicht wird,
   weise Quarze oder Ferritschwinger, bedient, die in Ver- 45 Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gebindung mit Brückenschaltungen, wie dem Kreuzglied, löst, daß der Differenzverstärker ein Spannungsder Differential- oder der Sparbrücke, das geforderte verstärker ist und aus zwei in Emitterschaltung be-Übcrtragungsverhalten aufweisen. Die Polstellen der triebenen Transistoren gebildet ist, deren Emitter Dämpfung werden bei derartigen Bandfiltern durch durch einen ohmschen Widerstand verbunden sind, Gleichheit der Reaktanzen in den Brückenzweigen als 50 daß der Schwingquarz und der Kondensator unmittel-Ergebnis eines Brückenabgleichs erzeugt. Bandfilter bar mit den Basiselektroden der Transistoren verbundieser Art sind jedoch aufwendig, was vor allem durch den sind und daß der Kondensator in seiner Kapazität die Verwendung von Differentialübertragern bedingt veränderbar ist.

   ist. Dazu kommt noch, daß der Raumbedarf der- Durch diese Maßnahmen erhält man ein Bandfilter,

   artiger Differentialübertrager in vielen Fällen einer 55 das wie ein Differentialfilter Briickenfilterdämpfungs-Miniaturisierung der Bandfilter entgegensteht. verhalten aufweist, wobei jedoch ein Übertrager, ins-

   Aus der Abhandlung von D. S. Humpherys besondere ein Differentialübertrager eingespart wird. »Active Crystal Filters« in de- Zeitschrift »Electro- Hierdurch ergibt sich neben Kostenersparnis auch ein Technology«, VoI 78 (Juli 1966), Nr. 1, S. 43 bis 47, wesentlich geringerer Raumbedarf. Darüber hinaus ist es bekannt, ein Bandfilter für elektrische Signale als 60 wirkt das etfindungsgemäße Bandfilter verstärkend Differenzverstärker, der ein Stromverstärker ist, aus- und bietet durch geeignete Dimensionierung des spezubilden,' wobei die Eingangskreise des Differenz- ziellen Differenzverstärkers die Möglichkeit, Eingangsverstärkers in F i g. 1 (d) auf S. 44 über ohmsche und Ausgangsscheinwiderstände dem jeweiligen An-Widerstände mit einem Schwingquarz und einem wendungsfall anzupassen. Der Differenzverstärker ist Kondensator verbunden sind. Der Eingangswider- 6j ferner als einstufiger Spannungsverstärker ausgebildet, stand des Differenz-Stromverstärkers muß dabei sehr Hierd'irch ergibt sich der Vorteil, daß der Diffenerizkic'n gegenüber diesen Widerständen sein. Diese For- verstärker sowohl für integrierte Schaltkreistechnik derung ist jedoch bei Transistorverstärkern äußerst als auch, wegen seiner Unkompliziertheit, besonders