DE1961224A1

DE1961224A1 - Negative impedance converter

Info

Publication number: DE1961224A1
Application number: DE19691961224
Authority: DE
Inventors: Sigmar Dr-Ing Gruetzmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-12-05
Filing date: 1969-12-05
Publication date: 1971-06-16

Description

Negativer Impedanzkonverter Die Erfindung betrifft einen integrierbaren, mit Transistoren aufgebauten mehrstufigen, negativen Impedanzkonverter, dessen Eingangsstufe aus einem Differenzverstärker besteht, dem eine Verstärkerstufe in Darlington-Schaltung nachgeschaltet ist. Negative impedance converter The invention relates to an integrable, multi-stage, negative impedance converter built with transistors, its input stage consists of a differential amplifier to which an amplifier stage in Darlington connection is downstream.

Zur Realisierung spulenloser Filter mit Hilfe von-RC-Netzwerken werden aktive Elemente benötigt. Eine vorteilhafte Realisierungsmöglichkeit für solche aktiven Elemente stellen negative Impedanzkonverter dar. In der Literaturstelle IRE Transactions on Circuit Theory, Sept.57, T.Yanagisawa, "RC-Active Networks Using Current Inversion Type Negative Impedance Converters" wird eine zweckmäßige Methode zur Kombination derartiger aktiver RC-Netzwerke beschrieben. An die in diesen Netzwerken verwendeten negativen Impedanzkonverter werden sehr hohe Anforderungen in bezug auf die Konstanz der Konversionskonstante gestellt. Ein besonderes Problem ist die Stabilisierung dieser Konversionskonstante gegen Änderungen der angeschlossenen Lastwiderstände und gegen Temperaturänderungen der Umgebung, Bei negativen Impedanzkonvertern, die in Tiefpaß-RC-Netzwerken verwendet werden sollen, wird weiterhin gefordert, daß sie eine Verstärkung auch bei der Frequenz Null aufweisen. Als Beispiel wird in der Literaturstelle Electronics Letters, März 1965, D.P.Pranklin, Direct-Coupled Negative Impedance Converter" ein negativer Impedanzkonverter mit einer Differenzverstärkerstufe und einer nachfolgenden Verstärkerstufe in Darlington-Schaltung angegeben, die sich zur Realisierung in integrierbarer Bauweise eignet und eine Verstärkung von Gleichstrom bis zu sehr hohen Frequenzen aufweist.To be able to realize coilless filters with the help of RC networks active elements required. An advantageous implementation option for such active elements represent negative impedance converters. In the literature reference IRE Transactions on Circuit Theory, Sept. 57, T. Yanagisawa, "RC-Active Networks Using Current Inversion Type Negative Impedance Converters "becomes a convenient method for the combination of such active RC networks. To those in these networks used negative impedance converters are very high requirements with respect placed on the constancy of the conversion constant. A particular problem is that Stabilization of this conversion constant against changes in the connected Load resistances and against temperature changes of the environment, with negative impedance converters, that are to be used in low-pass RC networks is still required that they have a gain even at zero frequency. As an example is Electronics Letters, March 1965, D.P. Franklin, Direct-Coupled Negative Impedance Converter "a negative impedance converter with a differential amplifier stage and a subsequent amplifier stage in Darlington circuit specified, which suitable for implementation in an integrable design and an amplification of direct current has up to very high frequencies.

Die Stabilität der Konversionskonstante dieser Schaltung genügt jedoch noch nicht höheren Anforderungen.However, the stability of the conversion constant of this circuit is sufficient not yet higher requirements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen negativen Impedanzkonverter anzugeben, der bei relativ geringem Aufwand eine wesentliche Verbesserung der Betriebseigenschaften aufweist.The invention is based on the object of a negative impedance converter indicate that with relatively little effort a significant improvement in the operating properties having.

Ausgehend von einem integrierbaren, negativen Impedanzkonverter, dessen Eingangsstufe aus einem Differenzverstärker besteht, dem eine Verstärkerstufe in Darlington-Schaltung nachgeschaltet ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Erzielung einer Konversionskonstante hoher Stabilität einerseits in den Emitterzweigen des Differenzverstärkers eine Konstantstromquelle angeordnet ist und sich andererseits an die Verstärkerstufe in Darlington-Schaltung eine Emitterfolgerstufe anschließt.Based on an integrable, negative impedance converter, whose Input stage consists of a differential amplifier to which an amplifier stage in Darlington circuit is connected downstream, this object is according to the invention solved in that to achieve a conversion constant of high stability on the one hand A constant current source is arranged in the emitter branches of the differential amplifier and on the other hand, an emitter follower stage is connected to the amplifier stage in Darlington circuit connects.

Durch die Anordnung der Konstantstromquelle in den Emitter zweigen des Differenzverstärkers wird eine hohe Gleichtaktunterdrückung garantiert, die zusammen mit der Erniedrigung des Ausgangswiderstandes des Konverters durch die Emitterfolgerstufe die Stabilität des Konversionsfaktors wesentlich erhöht. Ein weiterer Vorteil dieses negativen Impedanzkonverters besteht darin, daß die Gegenkopplungswiderstände in den Basiszweigen des Differenzverstärkers auf Grund des niedrigen Ausgangswiderstandes des Konverters in einem großen Bereich frei gewählt werden können. Damit kann die Abhängigkeit der Konversionskonstanten von den äußeren Lastwiderständen des negativen Impedanzkonverters sehr stark Verringert werden.By arranging the constant current source in the emitter branches the differential amplifier guarantees a high level of common-mode rejection together with the lowering of the output resistance of the converter by the Emitter follower stage significantly increases the stability of the conversion factor. A Another advantage of this negative impedance converter is that the negative feedback resistances in the base branches of the differential amplifier due to the low output resistance of the converter can be freely selected over a wide range. With that, the Dependence of Conversion constants from the external load resistances of the negative impedance converter can be greatly reduced.

Eine weitere Verbesserung der Betriebseigenschaten des Konverters kann dadurch erreicht werden, daß die Darlington-Schaltung in der Verstärkerstufe durch einen Emitterwiderstand gegengekoppelt wird, und daß die Emitterfolgerstufe mit Hilfe eines zweiten Trazisistors zu einer thite-Emitterfolgerschaltung ergänzt ist.Another improvement in the operating characteristics of the converter can be achieved by having the Darlington pair in the amplifier stage is fed back through an emitter resistor, and that the emitter follower stage with the help of a second tracer to a thite emitter follower circuit is.

Durch diese Maßnahmen wird zusätzlich erreicht, daß die nichtlinearen Verzerrungen verringert werden. Es ergibt sich also eine hohe Aussteuerbarkeit bei kleinem Klirrfaktor.These measures also ensure that the non-linear Distortion can be reduced. There is therefore a high level of controllability small distortion factor.

Eine weitere Erhöhung der Stabilität des Konversionsfaktors gegenüber Temperaturänderungen läßt sich dadurch erreichen, daß die Konstantstromquelle aus einem Transistor mit einem Emitterwiderstand und einem Basisspannungsteller aus zwei Widerständen und einer oder mehreren in Durchlaßrichtung betriebenen Dioden besteht.A further increase in the stability of the conversion factor compared to Temperature changes can be achieved by turning off the constant current source a transistor with an emitter resistor and a base voltage regulator two resistors and one or more forward-biased diodes consists.

Diese Konstantstromquelle ist durch die Einschaltung der in Durchlaß betriebenen Dioden gegen Temperaturänderungen kompensiert Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfffhrungsbeispiele soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. Es zeigen: Fig.1 einen negativen Ixpedanzkontetter alt einer Emitterfolgerstufe nach der Erfindung, Fig.2 einen weiteren negativen Impedanzkonverter, dessen Aungangsstafe eine hite-Ekitterfolgerstufe ist.This constant current source is in passage by switching on the operated diodes compensated against temperature changes using the in the drawing The invention is explained in more detail below will. They show: FIG. 1 a negative Ixpedanzkontetter old an emitter follower stage according to the invention, Fig.2 a further negative impedance converter, whose Aungangsstafe is a hite e-kitter level.

Der negative Impedanzkonverter nach Fig.1 enthält als Eingangs stufe eine Differenzverstärkerstufe I mit dem Eingang E, eine nachfolgende Verstärkerstufe II in Darlington-Schaltung und als Ausgangsstufe die Emitter folgerstufe III mit den Ausgangsklemmen A.The negative impedance converter according to Fig.1 contains as an input stage a differential amplifier stage I with the input E, a subsequent amplifier stage II in Darlington circuit and as output stage the emitter follower stage III with the output terminals A.

Die Differenzverstärkerstufe I enthält die npn-Transistoren T2 und T3, deren Kollektoren direkt bzw. über den Arbeitswiderstand R6 mit der positiven Betriebsspannung +UB verbunden sind. Die Basen der Transistoren T2 und T3 sind über die Widerstände R1 und R2 mit dem Emitter der Ausgangsstufe III verbunden. Die zueinander parallelgeschalteten Emitter der Transistoren T2 und T3 sind mit dem Kollektor des npn-Transistors T1 verbunden, der zusammen mit dem Emitterwiderstand R5 und dem Basisspannungsteiler mit den Widerständen R3 und R4 und der Diode Di eine temperaturkompensierte Konstantstromquelle bildet.The differential amplifier stage I contains the npn transistors T2 and T3, their collectors directly or via the working resistance R6 with the positive Operating voltage + UB are connected. The bases of transistors T2 and T3 are across the resistors R1 and R2 connected to the emitter of the output stage III. The to each other The emitters of the transistors T2 and T3 connected in parallel are connected to the collector of the npn transistor T1 connected, which together with the emitter resistor R5 and the Base voltage divider with resistors R3 and R4 and the diode Di a temperature-compensated Forms constant current source.

An den Kollektor des Transistors T3 ist die Basis der Darlington-Schaltung der Verstärkerstufe II angeschaltet.The base of the Darlington pair is connected to the collector of transistor T3 the amplifier stage II is switched on.

Der Emitter der Darlington-Schaltung mit den pnp-Transistoren T4 und T5 ist direkt mit der positiven (+UB) und der Kollektor über den Arbeitswiderstand R7 mit der negativen Betriebsspannung -U3 verbunden. Der Kollektor der Darlington-Schaltung ist mit der Basis des npn-Transistors T6 der Ausgangsstufe III verbunden. Der Kollektor des Transistors T6 ist mit der positiven Betriebsspannung direkt verbunden, während der Emitter, der gleichzeitig den Ausgang der Verstärkerstufe 3 darstellt, über den Emitterwiderstand R8 mit der negativen Betriebsspannung verbunden ist. Die Eingangsklemme E des negativen Impedanzkonverters D ist mit der Basis des Transistors T2 verbunden, während die Ausgangsklemme A mit der Basis des Transistors T3 direkt und über den Widerstand R2 mit dem Emitter des Transistors T6 verbunden ist.The emitter of the Darlington pair with the pnp transistors T4 and T5 is directly connected to the positive (+ UB) and the collector via the working resistance R7 connected to the negative operating voltage -U3. The collector of the Darlington pair is connected to the base of the npn transistor T6 of the output stage III. The collector of the transistor T6 is directly connected to the positive operating voltage, while the emitter, which at the same time represents the output of the amplifier stage 3, over the emitter resistor R8 is connected to the negative operating voltage. The input terminal E of the negative impedance converter D is connected to the base of the transistor T2, while the output terminal A to the base of the transistor T3 directly and via the Resistor R2 is connected to the emitter of transistor T6.

Da die Schaltung des negativen Impedanzkonverters nur aus Widerständen, Dioden und Transistoren besteht, ist eine leichte Integrierbarkeit gegeben.Since the circuit of the negative impedance converter only consists of resistors, Diodes and transistors is easy to integrate.

Fig.2 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung des negativen Impedanzkonverters nach Fig.1. Die Stufen 1 und II sind gleich den Stufen I und II nach Fig.1 aufgebaut. Im Gegensatz zu Fig.1 ist aber im Emitterzweig der Darlington-Schaltung der Verstärkerstufe II noch ein Gegenkopplungswiderstand R9 angeordnet. Die Stufe III weist in Fig.2 zusätzlich noch einen pnp-Transistor T7 auf, der zusammen mit dem npn-Transistor T6 zu einer White-Emitterfolgerschaltung mit dem Widerstand R10 zusammengeschaltet ist.2 shows an advantageous development of the negative impedance converter according to Fig.1. Levels 1 and II are constructed in the same way as levels I and II according to FIG. In contrast to FIG. 1, the amplifier stage is in the emitter branch of the Darlington circuit II also arranged a negative feedback resistor R9. Stage III shows in Fig.2 additionally a pnp transistor T7, which works together with the npn transistor T6 interconnected to form a white emitter follower circuit with resistor R10 is.

Durch die Gegenkopplung der Darlington-Schaltung der Verstärkerstufe II wird eine hohe Aussteuerbarkeit bei kleinem Klirrfaktor erreicht.Due to the negative feedback of the Darlington pair of the amplifier stage II, a high level of modulation is achieved with a low distortion factor.

2 Figuren 3 Patentansprüche2 Figures 3 claims

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Can be integrated, with transistors built-up multi-stage, negative impedance converter, its input stage off a differential amplifier, which is an amplifier stage in Darlington circuit downstream is that it is not possible to achieve this a conversion constant of high stability on the one hand in the emitter branches of the Differential amplifier a constant current source is arranged and on the other hand an emitter follower stage connects to the amplifier stage in a Darlington circuit.

2. Negative impedance converter according to claim 1, characterized in that that the Darlington circuit is fed back through an emitter resistor, and that the emitter follower stage with the help of a second transistor to a white emitter follower circuit is supplemented.

3. Negative impedance converter according to claim 1 or 2, characterized in that that the constant current source consists of a transistor with an emitter resistor and a base voltage divider consisting of two resistors and one or more in the forward direction operated diodes.