DE2233770C3

DE2233770C3 - Filter for TF device

Info

Publication number: DE2233770C3
Application number: DE19722233770
Authority: DE
Inventors: Hans-Robert Dipl.-Ing. 8500 Nuernberg Schemmel
Original assignee: Te Ka De Felten & Guilleaume Fernmeldeanlagen 8500 Nuernberg GmbH
Current assignee: Felten and Guilleaume Fernmeldeanlagen GmbH
Priority date: 1972-07-08
Filing date: 1972-07-08
Publication date: 1978-04-06
Also published as: DE2233770A1; DE2233770B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung eines sehr schmalen Frequenzbandes aus einem breiibandigen Spektrum mittels eines Saugkreises.The invention relates to a circuit arrangement for suppressing a very narrow frequency band from a broad spectrum by means of a suction circuit.

In TF-Systemen tritt häufig das Problem auf, ein breitbandiges Frequenzspek«rum verzerrungsfrei zu übertragen, aber einzelne Frequenzen, z. B. die Pilotfre- vs quenz, zu unterdrücken. Hierfür ist es üblich, Quarzfilter zu verwenden, die als Sperrfilter wirken. Bekannt ist eine Schaltung (DD-PS 25 720), die einen Quarz verwendet. Die angegebene Schaltungsanordnung, die für ein breites Gesamtfrequenzband ausgelegt ist, die aber keinen definierten Eingangswiderstand hat und bei der außerhalb des Sperrbereiches der nichtkompensipcte Einfluß der Parallelkapazität des Quarzes einen starken Frequengang der übertragenen Spannung verursacht, da diese Kapazität mit dem Widerstand 4 ein RC-C\\ed bildet. Dieser Spannungsabfall bei steigender Frequenz ist besonders bei breiten Frequenzbändern völlig unzulässig.The problem often arises in TF systems that a broadband spectrum of frequencies can be transmitted without distortion, but individual frequencies, e.g. B. the pilot frequency vs frequency to suppress. For this it is common to use quartz filters that act as blocking filters. A circuit is known (DD-PS 25 720) which uses a quartz. The specified circuit arrangement, which is designed for a broad overall frequency band, but which has no defined input resistance and in which outside the blocking range the non-compensated influence of the parallel capacitance of the quartz causes a strong frequency response of the transmitted voltage, since this capacitance with resistor 4 is an RC-C \\ ed educates. This voltage drop with increasing frequency is completely inadmissible, especially with wide frequency bands.

In der Druckschrift »Proceedings of the IEEE«, Vol.55, No.9, Sept. 1967, S. 1619 und 1620 wird ein so Quarzoszillator mit veränderlicher Frequenz beschrieben, und es werden darin auf der Verwendung eines Negativ-Impedanzkonverters beruhende Maßnahmen angegeben, die es ermöglichen, die Parallelkapazität des Quarzes zu verkleinern, wodurch die Parallelresonanzfrequenz nach der hochfrequenten Seite verschoben wird. Eine Verkleinerung der Kapazität auf diese Weise ist aber aus Stabilitätsgründen nur um einen relativ kleinen Betrag möglich. Eine vollständige Kompensation der Parallelkapazität des Quarzes ist mit diesen Methoden aus Gründen der Stabilität ganz unmöglich.In the publication "Proceedings of the IEEE", Vol.55, No.9, Sept. 1967, pp. 1619 and 1620, such a Crystal oscillator with variable frequency is described, and it is based on the use of a Negative impedance converter based measures specified, which make it possible to increase the parallel capacitance of the To reduce the size of the quartz, which shifted the parallel resonance frequency towards the high-frequency side will. A reduction in capacity in this way is only relative for reasons of stability small amount possible. A complete compensation of the parallel capacitance of the quartz is with these Methods completely impossible for reasons of stability.

In der GB-PS 12 39 462 und in der Zeitschrift »IEEE Journal of Solid-State Circuits«, Vol. SC-5, No.3, Juni 1970, S. 108—118 wird die Realisierung von Bandpässen, und zwar in der erstgenannten Druckschrift unter r>s Verwendung zahlreicher Quarze behandelt, während in der letztgenannten Druckschrift auf den Aufbau von Bandpässen unter Ersatz der Induktivitäten durchIn GB-PS 12 39 462 and in the magazine »IEEE Journal of Solid-State Circuits, "Vol. SC-5, No.3, June 1970, pp. 108-118, the implementation of bandpasses, specifically in the first-mentioned publication under r> s The use of numerous quartz crystals is dealt with, while the latter document focuses on the structure of Band passes by replacing the inductors Gyratoren sowie unter Heranziehung negativer Kapazitäten eingegangen wird, die durch Negativ-Impedanzkonverter verwirklicht sind. Setzt man voraus, daß für den Bau einer Bandsperre etwa der gleiche Aufwand notwendig ist wie für einen Bandpaß und beachtet, daß die Übertragungsfunktion einen um so größeren Grad hat, je steiler die Flanken sein müssen und daß die Zahl der verwendeten Quarze gleich dem Grad der Übertragungsfunktion ist, so erkennt man, daß ein ganz beträchtlicher Aufwand betrieben werden muß.Gyrators as well as using negative capacitances is entered, which are realized by negative impedance converters. Assuming that for the construction of a bandstop filter is about the same as for a bandpass filter and note that the transfer function has a higher degree, the steeper the flanks must be and that the number of the crystals used is equal to the degree of the transfer function, one recognizes that a whole considerable effort must be made.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung mit einem definierten Eingangswiderstand anzugeben, die es mit möglichst geringem Aufwand gestattet, aus einem breitbandigen Frequenzspektrum ein sehr schmales Frequenzband zu eliminieren.The object of the invention is to specify a circuit arrangement with a defined input resistance that can be achieved with the least possible effort allows a very narrow frequency band to be eliminated from a broadband frequency spectrum.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung zur Unterdrückung eines sehr schmalen Frequenzbandes aus einem breitbandigen Spektrum mittels eines Saugkreises unter Verwendung eines Quarzes, der einem aktiven Element vorgeschaltet ist, dadurch gelöst, daß der eine Pol des Quarzes Q an die Übertragungsleitung angeschlossen ist, sein anderer Pol mit dem einen Ende eines abgleichbaren Kondensators (Cl) verbunden ist, dessen abgewandtes Ende an Masse liegt und dem Quarz (Q) ein integrierter Operationsverstärker (OP) derart nachgeschaltet ist, daß die Übertragungsleitung an den nichtinvertierenden Eingang angeschlossen ist, sein invertierender Eingang an dem Verbindungspunkt zweier Widerstände (R3, R 4) liegt, wobei das andere Ende des einen Widerstandes (R 3) an Masse und das Ende des zweiten Widerstandes (R 4) an die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers (OP) angeschlossen ist und ein abgleichbarer Kondensator (C2) zwischen dieser Ausgangsklemme und dem nicht invertierenden Eingang eingefügt ist.This object is achieved in a circuit arrangement for suppressing a very narrow frequency band from a broadband spectrum by means of a suction circuit using a crystal, which is connected upstream of an active element, in that one pole of the crystal Q is connected to the transmission line, its other pole is connected to one end of an adjustable capacitor (Cl) , the opposite end of which is connected to ground and the crystal (Q) is followed by an integrated operational amplifier (OP) in such a way that the transmission line is connected to the non-inverting input, its inverting input to the The connection point of two resistors (R3, R 4) lies, the other end of one resistor (R 3) being connected to ground and the end of the second resistor (R 4) being connected to the output terminal of the operational amplifier (OP) and an adjustable capacitor (C2 ) between this output terminal and the non-inverting input e is inserted.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung wird anhand der F i g. I erläutert.The mode of operation of the circuit according to the invention is illustrated in FIG. I explained.

Die Schaltung besteht aus der Reihenschaltung eines Quarzes Q mit einem abstimmbai-,η Kondensator Cl und eines nachgeschalteten Operationsverstärkers OP. Der freie Pol des Quarzes Q ist an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP angeschlossen; der freie Pol des abstimmbaren Kondensators Cl liegt an Masse. Der Operationsverstärker OP muß eine sehr große Verstärkung (theoretisch unendlich) und einen sehr großen Eingangswiderstand (theoretisch unendlich) besitzen, was mit integrierten Operationsverstärkern leicht zu erreichen ist. Zur Erhöhung des Eingangswiderstandes ist der Operationsverstärker OPmittels eines aus zwei Widerständen R 3, R 4 bestehenden Spannungsteilers derart gegengekoppelt, daß der invertierende Eingang über den einen Widerstand R3 mit Masse verbunden ist, während gleichzeitig von diesem Eingang über den zweiten Widerstand /?4 eine Verbindung zum Verstärkerausgang hergestellt ist. Außerdem besteht von diesem Ausgang über einen Kondensator C2 eine Verbindung mit dem nichtinvertierenden Eingang. Diese Schaltungsanordnung ist zu Anpassungszwecken noch mit zwei weiteren Widerständen Rl, R5 versehen, derart, daß der am Eingang zugeschaltete Widerstand R 1 mit einem Pol an der Übertragungsleitung und mit dem anderen Pol an Masse liegt und so groß ist wie der Innenwiderstand des eingangsseitig anzuschließenden Generators; der am Ausgang zugeschaltete Widerstand R 5 liegt zwischen der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers OP und dem Schaltungsausgang K 2; da der kleine Ausgangswiderstand des Operationsver-The circuit consists of a series connection of a quartz Q with a tuning element, η capacitor Cl and a downstream operational amplifier OP. The free pole of the crystal Q is connected to the non-inverting input of the operational amplifier OP ; the free pole of the tunable capacitor Cl is connected to ground. The operational amplifier OP must have a very large gain (theoretically infinite) and a very large input resistance (theoretically infinite), which can be easily achieved with integrated operational amplifiers. To increase the input resistance, the operational amplifier OP is fed back by means of a voltage divider consisting of two resistors R 3, R 4 in such a way that the inverting input is connected to ground via one resistor R3 , while at the same time from this input via the second resistor /? 4 Connection to the amplifier output is established. In addition, there is a connection from this output to the non-inverting input via a capacitor C2. This circuit arrangement is provided with two further resistors Rl, R5 for adaptation purposes, so that the resistor R 1 connected to the input has one pole on the transmission line and the other pole on ground and is as large as the internal resistance of the generator to be connected on the input side ; the resistor R 5 connected to the output is between the output terminal of the operational amplifier OP and the circuit output K 2; since the small output resistance of the operational

stärkers durch die Gegenkopplung noch weiter herabgesetzt wird, stellt der zugeschaltete Widerstand R 5 praktisch auch den Ausgangswiderstand der Schaltung dar. Seine Größe wird gleich der des an die Ausgangsklemme K 2 anzuschließenden Lastwiderstandes gemacht Schließlich ist zwischen dem Eingangswiderstand RI und dem Quarz Q ein Längswiderstand R 2 in die Leitung geschaltet, der erheblich größer als der Eingangswiderstand R 1 ist und den Bedämpfungswiderstand für den Quarz darstellt.is stärkers is further reduced by the negative feedback, provides the switched-resistor R 5 practically also the output resistance of the circuit. Its size is equal to that of to be connected to the output terminal K 2 load resistor made Finally, between the input resistance R I and the quartz Q a series resistor R 2 switched into the line, which is considerably greater than the input resistance R 1 and represents the damping resistance for the quartz.

Die Wirkungsweise der Schaltung wird ersichtlich, wenn man den Quarz Q durch sein Ersatzschaltbild darstellt (F i g. 2). Die Parallelkapazität Cp des Quarzes Q wirkt störend, da sie eine unerwünschte Ableitung verursacht. Ihre Wirkung ist dadurch kompensiert, daß über einen Kondensator Cl vom Ausgang des Operationsverstärkers OP ein nach Betrag und Phase gleicher Strom in den Knoten eingespeist wird, in dem die Übertragungsleitung mit der Parallelkapazität Cp zusammengeschaltet ist. Mit den in die Fig. 2 eingezeichneten Strömen und Spannungen gilt:The mode of operation of the circuit can be seen when the quartz Q is represented by its equivalent circuit diagram (FIG. 2). The parallel capacitance Cp of the crystal Q has a disruptive effect, since it causes an undesired leakage. Their effect is compensated by the fact that a current, equal in magnitude and phase, is fed from the output of the operational amplifier OP via a capacitor C1 to the node in which the transmission line is connected to the parallel capacitance Cp . With the currents and voltages shown in Fig. 2, the following applies:

= U'e-jr.Cp f (U¹C - U¹H)-Ir₁Cl = U'e-jr.Cp f (U ¹ C - U ¹ H) -Ir ₁ Cl

--—■ = I + U c --— ■ = I + U c

R4R4

erhält manyou get

/V =/ V =

- Jj. ei)- yy. egg)

/V
U⁷C / V
U ⁷ C

= J₁;= J ₁ ;

Macht man die Kapazität des Kondensators C2, der den Operationsverstärker OPüberbrückt, gleich der mit dem Widerstandsverhältnis R 31R 4 der Rückkopplungswiderstände multiplizierten Parallelkapazität Cp, wird die Differenz gleich Nuil, d. h. durch das Zusammenwirken des Quarzes mit Jem rückgekoppelten und durch einen Kondensator C2 der angegebenen Größe überbrückten Operationsverstärker Ofderoben angeführten Art wird die durch die ^pirallelkapazität Cp des Quarzes verursachte .Ableitung ?u Null. Der Quarz O wirkt jetzt als reiner Serienkreis, mit dem zur genauen Abstimmung auf die zu unterdrückende Frequenz ein relativ großer Kondensator Cl in Reihe geschaltet ist. Um auch unterschiedliche Parallelkapazitäten verschiedener Quarze ausgleichen zu können, ist es vorteilhaft, auch den Überbrückungskondensator C2 variabel zu machen.If the capacitance of the capacitor C2, which bridges the operational amplifier OP, is made equal to the parallel capacitance Cp multiplied by the resistance ratio R 31R 4 of the feedback resistances, the difference becomes equal to Nuil, i.e. through the interaction of the quartz with Jem fed back and through a capacitor C2 of the specified size bridged operational amplifier Ofderoben listed species is by the ^p irallelkapazität Cp quartz .Ableitung caused? u zero. The quartz O now acts as a pure series circuit, with which a relatively large capacitor C1 is connected in series for precise adjustment to the frequency to be suppressed. In order to also be able to compensate for different parallel capacitances of different crystals, it is advantageous to also make the bypass capacitor C2 variable.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentanspruch;Claim;

Schaltungsanordnung zur Unterdrückung eines sehr schmalen Frequenzbandes aus einem breitbandigen Spektrum mittels eines Saugkreises unter Verwendung eines Quarzes, der einem aktiven Element vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichne t, daß der eine Pol des Quarzes (Q) an die Übertragungsleitung angeschlossen, sein anderer Pol mit dem einen Ende eines abgleichbaren Kondensators (CX) verbunden ist, dessen abgewandtes Ende an Masse liegt und dem Quarz (Q) ein integrierter Operationsverstärker (OP) derart nachgeschaltet ist, daß die Übertragungsleitung an den nichtinvertierenden Eingang angeschlossen ist, sein invertierender Eingang an dem Verbindungspunkt zweier Widerstände (R 3, R 4) liegt, wobei das andere Ende des einen Widerstandes (R3) an Masse und das EmJe des zweiten Widerstandes (R A) an die Ausgangskiemme des Operationsverstärkers (OP) angeschlossen ist und ein abgleichbarer Kondensator (C2) zwischen dieser Ausgangsklemme und dem nichtinvertierenden Eingang eingefügt ist.Circuit arrangement for suppressing a very narrow frequency band from a broadband spectrum by means of a suction circuit using a crystal, which is connected upstream of an active element, characterized in that one pole of the crystal (Q) is connected to the transmission line, its other pole to the one The end of an adjustable capacitor (CX) is connected, the opposite end of which is connected to ground and the quartz (Q) is followed by an integrated operational amplifier (OP) in such a way that the transmission line is connected to the non-inverting input, its inverting input to the junction of two resistors (R 3, R 4), the other end of one resistor (R3) being connected to ground and the EmJe of the second resistor (RA) being connected to the output terminal of the operational amplifier (OP) and an adjustable capacitor (C2) between this output terminal and the non-inverting input.