DE1958140C - Schaltungsanordnung zur Realisierung von Allpässen erster oder zweiter Ordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Realisierung von AHpässen erster oder zweiter Ordnung mit einem aktiven, einen Differenzverstärker enthaltenden RC-Netzwerk, das einen ersten, vom Signaleingang zu einem Verstärkereingang führenden ohmschen Widerstand und ein vom Verstärkerausgang zu dessen anderen Eingang rührendes, mit dem Siignaleingang verbundenes RC Hilfsnetzwerk aufweist.

üblicherweise sind elektrische Allpässe unter Verwendung frequenzabhängiger Bauelemente, wie Kondensatoren und Spulen, ausgeführt. In neuerer Zeit versucht man Schaltungsanordnungen ohne Spulen aufzubauen, weil sich dadurch zahlreiche Vorteile erzielen lassen. Beispielsweise führen Spulen wegen ihrer Magnetfelder und ihres r.ichtlinearen Verhaltens zu Schwierigkeiten. Bei der Auslegung von Schaltungen komplizieren der Wicklungswiderstand, die parasitäre Kapazität und die Dämpfung von Spulen den Entwurf, während bei anderen Anwendungsfällen die Größe und das Gewicht von Spulen stören. Außerdem ist es derzeit praktisch unmöglich, Spulen in integrierten Schaltungen vorzusehen.

Bekannte Allpässe unter Verwendung passiver Bauelemente bewirken außerdem eine Dämpfung für die durchlaufenden Signale. Ein bekanntes Verfahren zum Eliminieren von Spulen sieht die Benutzung aktiver RC-Schaltungen vor. So weisen bekannte Allpässe zweiter Ordnung mit aktiven RC-Schaltungen zwei Differenzverstärker und eine große Anzahl von Kondensatoren und ohmschen Widerständen auf Je größer die Anzahl der Differenzverstärker und der passiven Bauelemente ist, desto größer werden die Kosten und die Kompliziertheit der Schaltung. Insbesondere stören auch die Kondensatoren, weil diese sich ebenfalls nur schwer als integrierte Schaltungen verwirklichen lassen.

Es sind auch schon Allpässe zweiter Ordnung bekannt (Proc. IEE, Vol. 114, Nr. 12, Dezember 1967, S 1871 1872), bei denen aktive, einen Differenzverstärker enthaltende RC-Netzwerke verwendet werden. Auch hierbei ist jedoch noch eine zu große, bei der praktischen Verwirklichung stprende Anzahl von passiven Bauteilen erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Realisierung von AHpässen erster und zweiter Ordnung bereitzustellen, die mit einer möglichst kleinen Zahl von Schaltungselementen, insbesondere Kondensatoren, auskommen.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß der eine Verstärkereingang über einen zweiten ohmschen Widerstand mit einem gemeinsamen Bezugspotential verbunden ist. daß das KC-Hilfsnetzwerk einen dritten Widerstand parallel /ur Reihenschaltung eines vierten und fünften Widerstandes sowie einen zwischen dem Signaleingang und dem Verbindungspunkt zwischen dem vierten und fünften Widerstand liegenden sechsten Widerstand enthält und daß von den vier Widerständen des Hilfsnetzwerkes höchstens zwei kapazitive Widerstände und die übrigen ohmschen Widerstände sind.

Der Ausdruck »Widerstand« wird hier in seinem allgemeinen Sinn gebraucht, bezeichnet also ohne nähere Definition sowohl ohmsche Widerstände als auch (kapazitive) Blind- und Scheinwiderstände.

Gegenüber den oben beschriebenen AHpässen sind nur sechs Widerstände und nur zwei kapazitive Widerstände, also Kondensatoren, erforderlich, so daß insbesondere bei einer Verwirklichung als integrierte Schaltung wesentliche Einsparungen sowohl bezüglich der Größe als auch des Aufwandes erzielt werden können.

Eine Weiterbildung der Erfindung zur Realisierung von Allpässen zweiter Ordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der vierte und fünfte Widerstand oder der dritte und sechste Widerstand kapazitive Widerstände sind.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung zur Realisierung von 180^c -AHpässen erster Ordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und vierte Widerstand kapazitive Widerstände sind.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert, es zeigt

Fig. 1 das verallgemeinerte Blockschaltbild mit einer Schaltungsanordnung zur Realisierung von AHpässen nach der Erfindung unter Verwendung nur eines Differenzverstärkers und von nur sechs Impedanzelementen,

F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Allpasses zweiter Ordnung,

F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Allpasses zweiter Ordnung,

F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel für einen 180°-Allpaß erster Ordnung.

Eine verallgemeinerte Anordnung von Schaltungselementen mit einem einzigen Differenzverstärker zur

Verwirklichung eines Allpasses ist in F ι g. 1 daxgestellt Das Eingangssignal E_e wird dem einen Ende des Scheinleitwertes Y₅ und dem einen Ende des Scheinleitwertes Y₄ zugeführt. Das andere Ende des Scheinleitwertes Y₅ ist mit dem einen Eingang eines Differenz-Operationsverstärkers 10 verbanden, ebenso über den Scheinleitwert Y₆ mit einem Bezugspotential iErde) Das andere Ende des Scheinleitwertes Y₄ ist mit einem Ende des Scheinleitwertes Y₁ und mit einem Ende des Scheinleitwertes Y₂ verbunden. Das andere Ende des Scheinleitwertes Y₁
leitwert Y₃ mit dem anderen

to

ι _ I

(D

F i g. 2 zeigt eine Ausfiihrungsform der Erfindung, wonach ein Allpaß zweiter Ordnung unter Verwendung von nur zwei Kondensatoren und nur einem Differenzverstärker erhalten wird. Das Eingangssignal E₁, wird einem Ende des Widerstandes 20 und über einen Widerstand 21 dem einen Eingang eines Differenzverstärkers 22 zugeführt. Ein Widerstand 23 liegt ζ w ischen diesem Eingang des V erstiirkers 22 und einem Bezugspotentialpunkt. Der Ausgang des Verstärkers 22 ist mit dessen anderem Eingang über den Widerstand 24 sowie über die Reihenschaltung der Kondensatoren 25 und 26 verbunden. Das andere Ende des Widerstandes 20 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 25 und 26 verbunden. Setzt man die einzelnen Impedanzen der F i g. 2 für die allgemeinen Scheinleitwcrte der Fig. 1 ein, so können die folgenden Gleichungen, die den Betrieb der Anordnung nach F i g. 2 beschrieben, erhalten werden, wobei angenommen ist, daß die Verstärkung des Differenzverstärkers 22 groß ist:

Y₃, Y₄, Y₅ und Y«,: R₂₄, R₂₀, R₂₁ bzw. R₂₃

JS¹ - 2Ui₀S +JO₀

(2) (3) (4) Hierin bedeutet / die Frequenz des Signals, das durch die Anordnung nach Fig. 2 hindurchgeht,

und /₀ = -^⁰- , und s ist der Laplace-Transformations-

20 operator.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines aktiven Allpasses zweiter Ordnung unter Verwendung zweier Kondensatoren und eines einzigen Differenzverstärkers. Das Eingangssignal E₁. wird dem einen Ende des Kondensators 30 zugeführt sowie über den Widcr-tand 31 zu einem Eingang des Differenzverstärkers 32. Der Widerstand 33 liegt zwischen diesem Eingang des Verstärkers 32 und einem Bezugspotential (Erde). Der Ausgang des Differenzverstärkers 32 ist mit seinem Eingang über einen Kondensator 34 und auch über die Reihenschaltung der Widerstände 35 und 36 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 30 ist mit dem Verbindungspunki zwischen den Widerständen 35 und 36 verbunden.

Die mit der Anordnung nach F i g. 3 erhältliche übertragungsfunktion ist die der Gleichung (S), jedoch sind die Konstanten, die in den Gleichungen (6) bis (10) angegeben sind, für die Anordnung nach F i g. 3 etwas anders. Diese Konstanten sind durch folgende Beziehungen gegeben:

mit

(5) K

45

₀ RJ0R

J0R35

O)₀ =

^b I ^R24

V R20 1

1/C₂₅C₂₆R₂₄R₂O

K =

(C₂₅ + C₂JR₂O

R₂₁ + «23

Phasenverschiebung = 2 arecot"

2 \f f

(6)

(7)

(8)

(9)

(10) b =

(H)

(12)

(13)

F i g. 4 zeigt das Schaltbild eines 180 "-Allpasses 55 erster Ordnung, der wie die Netzwerke nach F i g. und 3 eine weitere Abänderung des verallgemeinerten Allpaß-Netzwerkes nach F i g. 1 ist. Das Eingangssignal E₁, wird dem einen Ende des Widerstandes zugeführt und auch über den Widerstand 41 dem einen 60 Eingang des Differenzverstärkers 42. Dieser Verstärkereingang liegt über den Widerstand 43 an einem Bezugspotential (Erde). Der Ausgang des Verstärkers 42 ist über den Kondensator 44 mit dem anderen Eingang des Verstärkers verbunden, ebenso auch über 65 die Serienschaltung des Widerstandes 45 und des Kondensators 46. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 46 und dem Widerstand 45 ist mit dem anderen Ende des Widerstandes 40 verbunden.

Die übertragungsfunktion dieses Netzwerkes kann 1

durch folgende Gleichung beschrieben werden: ~/F~

= 1+2

R₄₅

(16)

ρ __ _c Phasenverschiebung = 2 arctan '(-τ—)· 07)

_TiL — ^ ^A "*> (14) ⁵ VJo /

E_e ¹S + ^

Diese übertragungsfunktion beschreibt den Betrieb

mit eines 180^c-Allpaß-Netzwerkes. Auch dieses ist unter

Verwendung nur eines einzigen DilTerenzverstärkers j j d

Verwendung nur eines einzigen DilTerenzverstärkers

_ ₄^(₄₅ + R₄Q) + C₄₆K₄₀ j^ _{I0 unc}j _zwej Kondensatoren aufgebaut und kann als

RRCC₄₆ integrierte Schaltung ausgeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Realisierung von Allpässen erster oder zweiter Ordnung mit einem aktiven, einen Differenzverstärker enthaltenden RC-Netzwerk, das einen ersten, vom Signaleingang zu einem Verstärkereingang führenden ohmschen Widerstand und ein vom Verstärkerausgang zu dessen anderen Eingang führendes, mit dem Signaleingang verbundenes RC-Hilfsnetzwerk aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Verstärkereingang über einen zweiten ohmschtn Widerstand (Y₆) mit einem gemeinsamen Bezugspotential (Erde) verbunden ist, daß das RC-HiUsnetzwerk einen dritten Widerstand (Y₃) parallel zur Reihenschaltung eines vierten und fünften Widerstandes (Y₁, Y₂) sowie einen zwischen dem Signaleingang und dem Verbindungspunkt zwischen dem vierten und fünften Widerstand liegenden sechsten Widerstand (Y₄) enthält und daß von den vier Widerständen (Y₁ bis Y₄) des Hilfsnetzwerkes höchstens zwei kapazitive Widerstände und die übrigen ohmsche Widerstände sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Realisierung von Allpässen zweiter Ordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte und fünfte Widerstand (Y₁, Y₂) oder der dritte und sechste Widerstand (Y₃, Y₄) kapazitive Widerstände (25, 26 b/w. 34, 30) sind (F i g. 2, 3).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zur Realisierung von 180 -Allpässen erster Ordnung, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte und vierte Widerstand (Y₃, Y₁) kapazitive Widerstände (44,46) sind (Fig. 4).