DE2261853B2 - Negativ-Impedanz-Konverter mit einem einen Operationsverstärker aufweisenden Verstärker - Google Patents

Description

« ^Weitere'Einzelheiten der Erfindung werden nach-

• τ α stehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die

Die Erfindung betrifft einen Negativ-Impedanz- g^^"_z"_g"hierbei in

Konverter mit einem einen Operationsverstärker auf- ^ " , ^B _einen bekannten Operationsverstärker mit weisenden Verstärker und zwei Rückkopplungsim- ^^{1 g} _eschalteter verstärkerstufe, pedanzen, von denen je eine den Ausgang des Ver- nauigc _Auseanes-Eineangs-Keu2ilinie der Verstärkers mit einem der beiden Eingangsklemmen des 4<> ,· 1 ^™^f?f\ ™^{g 8} Operationsverstärkers verbindet. ^Sld Ausführungsbeispiel einer bekannten

^i^^^^U^ ^}^^{Ζ mit nach}-

« CÄ««nie der Ver- ^Äipdarstenung eines bekannten

ÄSiTJSS^S 3600696, insbeson- ^^^^

dere Fig. 5, eine Verstärkeranordnung mit einem ₅o ™t «nstellbaren ^^ J ^^ΓίαΓ die

Operationsverstärker und einer nachgeschalteten Ver- F1 g. 7 und » je ein m' <. ^ _nach„_e.

»tärkerstufe bekannt, die zwei komplementäre, in Ge- Verwendung des Ope at.on»ve f^^^^.^.

gentakt arbeitende Transistoren aufweist. deren mit- schalteten Verstarkcrstufe in e.nem iNeganv impt

einander verbundene Emitter den Ausgang der Ver- danz-Konvcrter. _nn._r._tionwerstä_rker OP wel-

•tärkeranoidnung bilden und über einen ohmschen 55 Fig. 1 ze.gt c.nen Operatum ve st-«*« ^ , we

Widerstand mit dem durch die beiden miteinander ch.m eine m pegentak "B-Bctr eb a, blende L

verbundenen Basen gebildeten Eingang der Gegen- slungsstufe nachgeschaltct ist die aus zw 1 komp^c

taktstufe verbunden sind. Zusätzlich besteht hierbei mentarcn Transistoren Γ1 und Tl besteht. U

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Sta-k?-B-R^böhrenverstärker mit oigentakt-Ein- 6₅ den ihre beiden

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derGuSrvors_Pannungen⁸der Mittel- Ausgang des Operationsverstärkers OP angeschlosse,

j«, Pie miteinander verbundenen Emitter der Transistoren TX und Tl bilden den Ausgang der Verstarkerstufe und gleichzeitig den Ausgang der gesamten Anordnung, welcher den Lastwiderstand R₁. speist.

Fig.2 zeigt die Kennlinie der Abhängigkeit der Ausgangsspannung V_A der Verstärkerstufe am Lastwiderstand #t ^von der Emgangsspannung U_n der in Kollektorbasisschaltung arbeitenden Verstärkerstufe. Die Emitter-Basis-Schwellenspannung der Transisto_ren von etwa 0,7 V bewirkt, daß erst ab Überschreiten dieser Schwellenspannung eine lineare Zunahme der Ausgangsspannung U_A mit dem Ansteigen der Eingangssnannung V_F erfolgt, was insbesondere bei kleineren Aussteuerungssignalen einer sehr großen Verzerrung dieses Signals entspricht.

Fig. 3 zeigt das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung des Operationsverstärkers OP und der nachgeschalteten Verstärkerstufe. Bei dieser Verstärkerstufe ist, ausgehend von der An-Ordnung nach Fig. 1, zwischen den durch die beiden Emitter gebildeten Ausgang und den durch die beiden Basen gebildeten Eingang der Widerstand R_A eingeschaltet, welcher kleiner als der am Ausgang angeschlossene Lastwiderstand R_L bemessen ist. Der Widerstand R_A bewirkt, daß bei kleinen Aussteuerungen die Ausgangsleistung des Operationsverstärkers OP am Ausgang der Verstärkerstufe zumindest teilweise zur Verfugung steht; die Wirkungsweise kann jedoch auch als eine Rückkopplung vom Ausgang zum Eingang der Verstärkerstufe gedeutet werden, welche bei Ansteuerspannungen unter 0,7 V im wesentlichen unwirksam bleibt.

F i g. 4 zeigt die Kennlinie der Abhängigkeit der Ausgangsspannung U_A am Lastwiderstand R, von der Eingangsspannung U,._: bei der Verstärkerstufe nach Fig. 3. Bei einem Zahlenbeispiel für R_L — 200Q und R,\ = 80 Ω ergibt sich für den Steigungswinkel des durch den Nullpunkt gehenden Tcilstückes der Aussteuerungsken..linie:

900

tg<P ==-~ = 0,715; _φ = 35,5°.
2oU

Außerhalb des Bereiches von G,7 V bleibt ein Steigungswinkel von 45° für die Aussteuerungskennlinie erhalten. Aus dem gesamten Vcrlcuf der Aussteuerungskennlinie folgt eine weitaus geringere Übergabeverzerrung, der Anordnung nach F i g. 3 gegenüber der Anordnung nach Fig. 1.

Durch Anwendung der enlndungsgemäßen Maßnahmen entfällt somit die Notwendigkeit, zum Zwecke der Erzielung höherer Ausgangsleistungen aufwendige Operationsverstärker in Hybridtechnik einzusetzen, und es enisteht der Vorteil, unter Verwendung eines großen Aufwandes die Funktion eines OperationsveMärkers durch einen gängigen Typ eines Operationsverstärkers mit einer nachgeschaiteten Vcrstärkerstufe realisieren zu können, welche als Gegentakt-B-Siufe hohe Ausgangsströme zu liefern Vermag und gleichzeitig die Übergabeverzerrungen göHngMlt.

Mit einer zusätzlichen Gegenkopplung der Anordnungen nach Fig. 1 und 3 kann die Kennlinie noch weiter Hnearisiiert werden. Eine solche zusätzliche Gegenkopplung kann z. B. durch eine Verbindung der MirtUs-Eiiigangsklemme des Operationsverstärkers OP mit einer Anzapfung des Lastwiderstandes Ri erreicht werden. Da nber der Spannungsanstieg über der Zeit bei Operationsveistärkern, die für den Niederfrequenzbereich kompensiert sind, bei < 0,4 V/μδ liegt, müßte zur Vermeidung von Übergabeverzerrungen bei der Anordnung nach Fiig. I die Spannung in Nullzeit um etwa 1,4 V ansteigen. Die zusätzliche Gegenkopplung ist also in diesem Fall für eine Zettspanne von > —j- = 3,5 μ& nicht wirksam und kann während dieser Zeit die Kennlinie nicht linearisieren. Aus F i g. 4 ersieht man, daß der Widerstand R_A den Spannungssprung ün Nulldurchgang stark vermindert. Damit kann also bei der erfindungsgemäßen Anordnung nach F i g. 3 die Gegenkopplung auch während des Nulldurchgangs die Kennlinie linearisieren, so daß die Übergabeverzerrungen noch weiter verkleinert werden.

F i g. 5 zeigt eine Prinzipdarstellung eines bekannten NLT-Verstärkers, welcher zum Zwecke der reflexionsarmen Dämpfungsverminderung einer Zweidrahtleitung einen negativen Längswiderstand Z₁' und einen negativen Querwiderstand Z₂' enthält. Wie bereits eingangs erwähnt, ist es bekannt diese negativen Widerstände mit Hilfe aktiver Elemente enthaltender Negativ-Impedanz-Konverter zu realisieren.

F i g. ό zeigt das Prinzipschaltbild eines NLT-Verstärkers mit einstellbaren Negativ-Impedanz-Konvertern Cl uni C 2. Zum Zweck der gleichmäßigen Verteilung des negativen Längswiderstandes auf die beiden Adern ist der Übertrager Ü1 vorgesehen, dessen mitielangezapfte Primärwicklung längs in die eine Ader 1 bis 3 und dessen weitere mittelangezqpfte Primärwicklung längs in die andere Ader 2 bis 4 der zu entdämpfenden Zweidrahtleitung eingeschaltet ist. An der Sekundärwicklung liegt sodann der durch den Negativ-Impedanz-Konverter Cl realisierte negative Längswiderstand Z₁' an.

Der negative Querwiderstand Z₂' wird durch den Negativ-Impedanz-Konverter C 2 realisiert, welcher an der Sekundärwicklung des weiteren Übertragers Ü 2 anliegt, dessen Primärwicklung quer zur Übertragungsrichtung liegt und die Mittelanzapfung der beiden Primärwicklungen des Übertragers Ü1 verbindet. Der Übertrager Ü2 hat im wesentlichen nur die Aufgabe, den negativen Widerstand Z₂' an die Leitung anzukoppeln, ohne die Leitungssymmetrie zu stören; mit ihm läßt sich aber auch Z.,' in Stufen an die Leitung anpassen.

Der Negativ-Impedanz-Konverter C1 weist den negativen Konversionsfaktor -λ, auf und ist mit der im allgemeinen komplexen Impedanz ZI abgeschlossen. Somit erzeugt dieser Konverter Cl an seinem Eingang, welcher an die Sekundärwicklung des Übertrages ül angeschlossen ist, die negative Längsimpedanz Z₁'= — \, · Z₁. Der zweite Negativ-Impedanz-Konverter C 2 weist den negativen Konversior.sfaktor — v, auf und ist mit der im allgemeinen komplexen Impedanz Z 2 abgeschlossen. Der Konverter C 2 erzeugt an seine .n Eingang, an welchen die Sekundärwicklung des Übertragers Ül angeschlossen ist, die negative Querimpedanz Z₂' = — O₂ · Z₂.

Im allgemeinen weisen die zu entdämpfenden Leitungen einen ins Gewicht fallenden Frequenzgang der Dämpfung auf, welchem sodann durch einen entsprechenden Frequenzgang der Verstärkung des NLT-Verstärkers begegnet werden soll. Mit Vorteil werden daher die Impedanzen Zl und Z 2 derart ausgestaltet und bemessen, daß sie der Charakteristik der zu entdämpfenden Leitung entsprechen.

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-· -»2SSSSSS??.

Negativ-IntpedanE-Konverter Ct und Cl wirtende als auch

lung bewirkende Rückkopplungsimpedanzen einstellen. Man kann also z. B. die Änderung der beiden je eine negative Rückkopplung bewirkenden Impedanzen Λ\₍, /?#., un* den gleichen Faktor zur Einstellung des Wellenwiderstandes Z₀ und die Änderung des Verhältnisses der eine positive Rückkopplung bewirkenden Impedanzen R/> ,//?/>., bei gleichbleibendem

Produkt Rp₁ Rp₂ zur Einstellung der Verstärkung benutzen, ohne daß eine gegenseitige Beeinflussung auftritt. Es sind daher die gleichzeitig veränderbaren Elemente der beiden Negativ-Impedanz-Konverter Cl und Cl vorteilhafterweise durch je eine Rückkopplungsimpedanz der beiden Operationsverstärker Ort bzw. OP2 realisiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Λ9 584/352

Claims (3)

1. κ ^ff rfftr Sekundärwicklung des Eingangsübertraabgriff ^d« JW¹JJi_n „iederohmigen Widerstand

   Patentansprüche: SffdSbSS»%SS»nd andererseits über einen

   ^m ·?η WidersS mit einem Minuspotential ver-

   1, Negativ-Impedanz-Konverter mit einem weiten Widerstand mn

   einen Operationsverstärker aufweisenden Verstiir- S Runden is. »UnterrichtsbJättern der

   ker und zwei Rückkoppiungsimpedanzen, von *^$ΑραΑ«. 1957, Nr. 11 bis 12, S. 149 denen je eine den Ausgang des Verstärkers mit £«"Ä_n ^öÄä (NLT-Verstärker) mit negativen einem der beiden Eingangsklemmen des Opera- «? "*·?"; ouerwiderständen bekannt, die jeweils tionsverstärkers verbindet, dadurcbgek en η - Langs- ™" ^W _{N ativ}.T_mpedanz-Konverter erzeugt zeichnet, daß dem Operationsverstärker {OP 1 »> durch einen π β

   bzw. OPT,) eine Verstärkerstufe mit zwei in Ge- sind. Eifindung ist es, einen Negativ-Inipe-

   gentakt arbeitenden, komplementären Transisto- J^^ _der eingangs genannten Art zu schaf-

   ren(Tll, TU bzw. Γ21, Γ22) nachgeschaltet dan^J™*? obiger Typ des Operationsverstärist, deren miteinander verbundene Emitter den ten, ^Dei°^c"^l _Hhar ^B _ist°dessen Ausgangsleistung durch Ausgang des Verstärkers baden und über einen _I5 kers ^JJSq ^ner'Verstärkerstufe vergrößert wer-Widerstlnd(Ä_Al bzw. R_A.) mit dem durch die Nacnschalten einer ν

   zusammengeschalteten Basen der Transistoren ge- ^de"?⁰"* _AlIf„_ahe wird erfindungsgemäß durch die bildeten Eingang der nachgeschalteten Verstar- Diese au g _kennzeichnenden Teil des Patent-

   kerstufe verbunden sind (F ι g. 7 bzw. 8). ™™_chTsI angegebenen Maßnahmen gelöst.
2. 2. Negativ-Impedanz-Konverter nach An- » ^P^^^Jßnahmen entfällt die iNotwendig-

   ddh kht daß der Wi """JJ £' li f

   2. NegativImpedanzKonverter ^^^Jßnahmen entfällt die iNotwendig spruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Wi- """JJ £' . , _höherer Ausgangsleistungen aufderstand (R_Al bzw. R_A£ kleiner als die Ruck- kert. rur ^^^^ _in Hybridtechnik einkopplungsimpedanzen (R_{P v} R_n , bzw. R_P .,, R₁₁ ·,) wendige upera^ ^^ ^ ^^.^ _{daß der Qpera}_

   bemessen ist. f-rTncwns'tarker mit der nachgeschalteten Verstärker-
3. 3. Negativ-Impedanz-Konverter nach An- 25 tionsverstarker m" _k J _{über die} gesamte spruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Yer- stufe audi ^^^gS^nvLerrtes Ausgangswendung in einem aus negativen Widerstanden Anord™g ^Jg^ _{Ausgang aufweist}. bestehenden νί_εφο1 zur reflexionsarmen Damp- signal an emem _üegenf_akt-B-Stufe hohe Ausfungsvermindemng einer Zweidrahtleitung ^Aüü"^_ml^C™%°i_em und vermeidet weitgehend (Fig· 6). ^3O ^_be ^g _rgabeverzerrungen bei kleinen Aussteuerungen,

   da hierbei die Ausgangsleistung des Operationsverstärkers am Ausgang der Verstärkerstufe zur Verfu-