DE2433298C3 - Resonanzkreis, gebildet aus einem Gyrator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Resonanzkreis, gebildet aus einem Gyrator mit einem ersten Tor und einem zweiten Tor, die mit je einem Kondensator abgeschlossen sind, wobei der genannte Gyrator eine erste Reihenschaltung enthält, die durch eine (ersic) spannungsgesteuerte Stromquelle (VCCS) mit positivem Gegenwirkleitwert und einen an dessen Ausgang angeschlossenen' ersten Strommultiplikator gebildet wird, und eine zweite Reihenschaltung, die durch eine (zweite) spannungsgesteuerte Stromquelle mit negativem Gegenwirkleitwert und einen an dessen Ausgang angeschlossenen zweiten Strommultiplikator gebildet wird, wobei der Ausgang des genannten ersten Slrommultiplikators und der Eingang der genannten zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle zur Bildung des genannten zweiten Gyratortores miteinander

verbunden sind und der Ausgang des genannten zweiten Strommultiplikators und der Eingang der genannten ersten spannungsgesteuerten Stromquelle zur Bildung des genannten ersten Gyratortores miteinander verbunden sind.

In Resonanzkreisen der obengenannten Art wandelt der Gyrator, wie bekannt, den an sein Ausgangstor angeschlossenen Kondensator in eine synthetische Induktivität um, die mit dem an das Gyratoreingangstor angeschlossenen Kondensator den Resonanzkreis bildet. Dabei wjist der Gyrator die bekannte Eigenschaft auf, daß die Größe der synthetischen Induktivität im Grunde auf einfache Weise durch eine Änderung der Gyratorkonstante G geändert werden kann, was bedeutet, daß durch Änderung der Einstellung veränderlicher Widerstände oder durch die Wahl des Quotienten der Emitteroberflächen in den in der Gyratorschaltung angewandten Stromspiegeln auf besonders einfache Weise eine Abstimmveränderung des Resonanzkreises bewerkstelligt werden kann.

Als Maßstab für die Brauchbarkeit einer derartigen Anordnung gilt im allgemeinen die Größe des Gütefaktors Q des mit Hilfe des Gyrators verwirklichten Resonanzkreises. Der vorteilhafte Gebrauch von bipolaren monolithischen Konstruktionen hat es ermöglicht, Gyratorresonan/kreise zu verwirklichen, die über mehrere Oktaven in ihrer Frequenz abstimmbar sind und die außerdem einen verhältnismäßig hohen Q-Faktor aufweisen. Nachteilig bei diesen bekannten Anordnungen sind jedoch die schweren parametrischen Anforderungen, die bei ihrem Entwurf erfüllt werden müssen und wodurch diese Anordnungen in ihren praktischen Anwendungsmöglichkeiten beschränkt sind.

Ein Resonanzkreis der eingangs genannten Art ist in der Ausführung als integrierbarer erdunsymmetrischer Gyrator aus der DE-OS 21 18 607 bekannt. In den einzelnen Zweigen dieses bekannten Gyrators sind zwar Strommultiplikatoren enthalten, aber diese sind nicht regelbar.

Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, bei einem Resonanzkreis der eingangs genannten Art durch Hinzufügung einer geringen Anzahl elementarer Bausteine eine wesentliche Flexibilität zu verwirklichen, wodurch die Anwendungsmöglichkeiten wesentlich erweitert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Resonanzkreis der eingangs genannten Art nach der Erfindung der erste und der zweite Strommultiplikator regelbar ausgebildet, und der genannte Gyrator enthält mindestens einen Kondensatorleckstromkreis, der zwischen einen der Gyratortore und dem Eingang der mit dem anderen Tor verbundenen spannungsgesteuerten Stromquelle angeordnet ist, der mindesten'- einen dritten regelbaren Strommultiplikator enthält, und die Anordnung weiter einen ersten Steuerstromkreis aufweist, der zur Einstellung des Kreisgütefaktor. Q an einen Steuereingang des genannten dritten regelbaren Strommultiplikators angeschlossen ist, sowie einen zweiten Steuerstromkreis, der zur Einstellung der Resonanzfrequenz /ö an einen dem genannten ersten und zweiten regelbaren Strommultiplikator gemeinsamen Steuereingang angeschlossen ist

Bei Anwendung der Erfindung wird der wesentliche Vorteil erhalten, daß die Resonanzfrequenz f» und der Gütefaktor ζ) gleichzeitig und unabhängig voneinander einstellbar sind. Bei Verwendung eines /weiten Steuerstromkreises, der durch den Ausgangskreis eines Phasendiskriminators gebildet wird, dem ein dem Resonanzkreis zugeführtes Eingangssignal sowie ein Ausgangssignal des genannten Resonanzkreises zugeführt werden, tritt, wenn die Frequenz des genannten Eingangssignals von der Abstimmirequenz des Resonanzkreises abweicht, am Ausgang des Phasendiskriminators ein Ausgangssignal auf, das, als Steuerstrom dem ersten und dem zweiten Strommultiplikator zugeführt, bewerkstelligt daß die Abstimmfrequenz des Resonanzkreises der Frequenz des genannten Eingangssignals folgen kann, so daß ein in seiner Frequenz mitlaufendes bzw. Frequenzfolgefilter erhalten wird. Wenn 'abei außerdem der erste Steuerstromkreis durch den Ausgangskreis einer Regelschleife für automatische Qualitätsfaktorregelung (AQC) gebildet wird, so wird nun erreicht, daß die Amplitude des Ausgangssignals des Frequenzfolgefilters konstant bleibt Eine derartige Anordnung hat viele Anwendungsmöglichkeiten. Aus dem Resonanzkreis tritt nämlich das gefilterte Signal mit einer konstanten Amplitude (AQC) auf, während das Ausgangssignal des Phasendiskriminators ein Maß für die Frequenzmodultation am Eingangssignal ist. Das dem ersten Steuerkreis zugeführte AQC-Signal ist ein Maß für die Amplitude des Eingangssignals des Resonanzkreises. Diese Anordnung kann daher unmittelbar als Detektor zum Detektieren von FM- oder FSK-Signalen verwendet werden oder zum Detektieren des Trägers eines empfangenen AM- und/oder FM-modulierten Signals, daß dem Eingang der Anordnung zugeführt wird.

Bei einer geeignet gewählten Bemessung kann der Gyratorresonanzkreis als Oszillator wirksam sein, wobei durch Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen wieder eine Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten erhalten wird. So kann die Anordnung nach der Erfindung weiter als idealer Oszillator-Modulator zum Erzeugen von beispielsweise FM-modulierten Signalen verwendet werden. Das modulierende Signal wird dabei dem Steuerstromkreis zur Frequenzregelung zugeführt, während die Amplitude des auf diese Weise frequenzmodulierten Signals durch ein dem Steuerstromkreis zur (^-Regelung zugeführtes Steuersignal konstant gehalten werden kann. Insbesondere eignet sich eine derartige Anordnung zum Erzeugen von FSK-Signalen da die Frequenzsteuerung augenblicklich erfolgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild einer Anordnung mit einem Gyratorresonanzkreis nach der Erfindung,

F i g. 2 eine mögliche Ausführungsform einer in der Anordnung nach Fig. 1 verwendbaren spannungsgesteuerten Stromquelle,

F i g. 3 eine mögliche Ausführungsforrn eines in der Anordnung nach Fig. 1 verwendbaren regelbaren Strommultiplikators,

F i g. 4 ein Schaltbild einer Anordnung nach F i g. 1 mit einer ersten Regelschleife zur Konstanthaltung der Amplitude des Ausgangssignals und mit einer zweiten Regelschleife zur automatischen Frequenzregelung des Resonanzkreises.

In F i g. 1 ist 1 ein Gyrator mn einem ersten Tor. das durcn p\-p\', und einem zweiten Tor, das durch p:-p:' bezeichnet worden ist. Das erste Tor pi-pi' ist mit einem Kondensator G und das zweite Tor p;-p:' mit einem Kondensator O abgeschlossen. Ein Gyrator besteht im Grunde aus zwei antiparallelgeschalteten Stufen mit

positivem bzw. negativem Gegenwirkleitwert C\ bzw. Ci. Es wird dabei vorausgesetzt, daß jede Stufe eine genaue Umwandlung einer Spannung in einen Strom bewerkstelligt. Der Gyrator wandelt auf diese Weise den an sein zweites Tor pi-pi angeschlossenen Kondensator Ci in eine synthetische Induktivität

. ₌ C₂
G₁ G₂

um, die zusammen rnit dem an das erste Tor p\-p\ angeschlossenen Kondensator Ci einen Resonanzkreis bildet.

Nach der Erfindung wird eine besonders flexible Anordnung mit vielen Anwendungsmöglichkeiten erhalten, wenn der Gyrator 1 eine erste Reihenschaltung 2 enthält, der durch eine erste spannungsgesteuerte Stromquelle (VCCS)3 mit positivem Gegenwirkleitwert und einen an seinen Ausgang 4 angeschlossenen ersten regelbaren Strommultiplikator 5 gebildet wird, sowie eine zweite Reihenschaltung 6, der durch eine zweite spannungsgesteuerte Stromquelle 7 mit negativem Gegenwirkleitwert und einen an seinen Ausgang 8 angeschlossenen zweiten regelbaren Strommultiplikator 9 gebildet wird, wobei der Ausging 10 des genannten ersten regelbaren Strommultiplikators 5 und der Eingang U der genannten zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle 7 miteinander verbunden sind und zwar zur Bildung des genannten zweiten Gyratoriores ρτρΐ und der Ausgang 12 des genannten zweiten regelbaren Strommultiplikators 9 und der Eingang 13 der genannten ersten spannungsgesteuerten Stromquelle 3 miteinander verbunden sind, und zwar zur Bildung des genannten ersten Gyratortores p\-p\'\ und wenn der Gyrator 1 weiter mindestens einen Kondensator-Leckstromkreis 14 enthält, der zwischen einem der genannten Gyratortore (p\-p\) und dem Eingang 11 der mit dem anderen Tor (P2-P2) gekoppelten spannungsgesteuerten Stromquelle (7) vorgesehen ist und der wenigstens einen dritten regelbaren Strommultiplikator 15 enthält, sowie einen ersten Steuerstromkreis 16, der zur Einstellung des Kreisgütefaktors C an einen Steuereingang 17 des genannten dritten regelbaren Strommultiplikators 15 angeschlossen ist und einen zweiten Steuerstromkreis 18, der zur Einstellung der Resonanzfrequenz f₀ an einen der genannten ersten und zweiten regelbaren Strommultiplikatoren 5, 9 gemeinsamen Steuereingang 19 angeschlossen ist.

Spannungsgesteuerte Stromquellen, wie diese bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung verwendet werden, sind an sich bekannt und bestehen im Grunde aus einem Transistor und einem Widerstand, während außerdem für eine richtige Gleichstromeinstellung des Transistors gesorgt werden muß.

Zur Verwirklichung der für eine genaue Spannung-Stromumwandlung erforderlichen hohen Eingangsimpedanz und großen Steilheit ist es jedoch üblich, die spannungsgesteuerten Stromquellen mit einem sogenannten Kunsttransistor auszubilden. F i g. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer derartigen mit einem Kunsttransistor ausgebildeten spannungsgesteuerten Stromquelle. Der durch eine gestrichelte Linie umrissene Teil 20 der spannungsgesteuerten Stromquelle bildet den sogenannten Kunsttransistor, wobei b die Basis, c der Emitter und cder Kollektor ist. Der Kunsttransistor enthält die Transistoren 21,22 und 23. Der Kollektor des Transistors 21 ist über eine hochohmige Stromquelle 24 mit einem Speisepunkt konstanten Potentials verbunden. Die Basis und der Emitter des Transistors 21 sind über eine Diode 26 miteinander verbunden. Der Emitter des Transistors 21 ist weiter einerseits über einen Widerstand 25 mit einem Punkt konstanten Potentials und andererseits über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 22 unmittelbar mit dem Ausgang cder Anordnung verbunden. Die Basis des Transistors 22 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 23 mit dem Kollektor des Transistors 21 verbunden. Die Basis des Transistors 23 ist mit dem Emitter des Transistors 21 verbunden. Die obenstehend beschriebene spannungsgesteuerte Stromquelle bietet den Vorteil, daß eine sehr genaue Spannung-Stromumwandlung erhalten wird, und zwäi' nahezu unabhängig von den Transistorparametern, wie in der DE-OS 22 04 419.5 detailliert erläutert worden ist.

Strommultiplikatoren, wie diese bei der Anordnung nach Fig. 1 verwendet werden, sind ebenfalls an sich bekannt.

F i g. 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines derartigen Strommultiplikators. Diese Ausführungsform enthält eint-n ersten Eingang 27, der an den Kollektor und die Basis eines als Diode geschalteten Transistors 28 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 28 ist über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Regeltransistors 29 mit einem Punkt negativen Potentials verbunden. Der Kollektor des Transistors 29 ist weiter nut dem Emitter eines als Diode geschalteten Transistors 30 verbunden, dessen Kollektor und Basis über eine hochohmige Gleichstromquelle 31 mit einem Speisepunkt konstanten Potentials verbunden sind. Der Regeltransistor 29, der an seiner Basis durch einen an die Basis und den Kollektor des Transistors 30 angeschlossenen Regelkreis mit einer darin aufgenommenen Diode 32 gesteuert wird, sorgt dafür, daß der Transistor 30 einen konstanten Strom / führt. Die Schaltungsanordnung enthält weiter einen zweiten Eingang 33, der an den Kollektor eines Transistors 34 angeschlossen ist und einen Ausgang 35, der durch den Kollektor eines Transistors 36 gebildet wird. Die Basis des Transistors 34 ist mit der Basis des Transistors 30 verbunden, während die Basis des Transistors 36 mit der des Transistors 28 verbunden ist. Die Emitter-Elektroden der Transistoren 34 und 36 sind zusammen über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Regeltransistors 37 an einen Punkt negativen Potentials angeschlossen. Der Regeltransistor 37 wird an der Basis durch einen Regelkreis gesteuert, der über eine Diode 38 mit dem Kollektor des Transistors 34 verbunden ist. Unter Verwendung des bekannten Ausdrucks für einen Transistor:

A-Γ

In

wobei

/ = Kollektorstrom,

A = Sättigungsstrom,

Vhc = Basis-Emitter-Spannung,

q = Ladung des Elektrons,

T = absolute Temperatur.

k = Konstante von Boltzman ist,

gilt für die in Fig.3 dargestellte Schaltungsanordnung

annähernd die Gleichung

In - In + In '

in ^ =0,

wobei

/ι = Eingangsstrom,

/ = konstanter Strom im Kreis mit dem Transistor 30.

/, = Steuerstrom,
/ii = Ausgangsstrom ist.

Aus der Gleichung (2) folgt, daß der am Ausgang 39 auftretende Strom /«dem folgenden Wert entspricht:

Darin ist der Faktor —j- der Multiplikationsfaktor, der

nach Bedarf durch Änderung des dem zweiten Eingang 33 zugeführten Steuerstroms /, geändert werden kann. Der beschriebene regelbare Strommultiplikator weist die Eigenschaft auf, daß Basisstromausgleich auftritt, wodurch dieser Multiplikator einen großen Regelbereich aufweist.

In der Anordnung nach F i g. 1 ist der Multiplikationsfaktor der Strommultiplikatoren 5 und 9 durch den über den gemeinsamen Steuereingang 19 diesen Multiplikatoren zugeführten Steuerstrom /₍ = /„, bestimmt, und der Multiplikationstaktor des Strommultiplikators 15 ist durch den über den Steuereingang 17 diesem Multiplikator zugeführten Steuerstrom /, = /ybestimmt.

Deutlichkeitshalber wird bei der nun folgenden Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Multiplikationsfaktor der Strommultiplikatoren 5 bis 9 wie folgt bezeichnet:

während der Strommultiplikationsfaktor des Strommultiplikators 15 zur Unterscheidung wie folgt bezeichnet wird:

¹V

Abweichend vom üblichen Gyrator, wobei der Ausgangsstrom /2 von der Eingangsspannung ιί abhängig ist, während der Eingangsstrom /Ί von der Ausgangsspannung vi abhängig ist, so daß gilt:

/₂ = - G₁ r, , (6)

/, = G₂V₂ (7)

und für den Gyratorabschluß mit einem Kondensator Q

'2

sind die Ströme /Ί und /Ί sowie die Spannung v^ bei der Anordnung nach Fig. 1 auch von den genannten Multiplikationsfaktoren mund η abhängig.

So gilt für diese Anordnung:

i\ = - »i Ci₁ rι + um G₂ v₂ ,
ι, = in G₂ V₂

und

I₂ = -I₂

pc₂ ■

(9)
(10)

(H)

Ausgehend von diesen Gleichungen kann auf mathematischem Wege dargelegt werden, daß die am Eingangstor pi-p\ auftretende Eingangsimpedanz dem "1 untenstehenden Wert entspricht:

Z -

= P

2'r.2

m²G

inG

= P

(12)

wobei G=Cy = C₂-

Diese Gleichung (12) zeigt, daß das Ersatzschaltbild der Eingangsimpedanz Zaus der Reihenschaltung einer Induktivität

C₂

und einem Widerstand

η
mG

(13)

(14)

besteht.

Diese Eingangsimpedanz bildet zusammen mit dem an das Eingangstor ρι-ρΓ angeschlossenen Kondensator Ci einen Resonanzkreis.

Wenn nun vorausgesetzt wird, daß Ci = C2=Cund wenn die bei (13) und (14) gefundenen Ausdrücke für /,«, und r in die Resonanzgleichungen substituiert werden, folgt daraus, daß

	1 r	"Ό —	I	mG
			li-c	C
!daß	c" =
Q =	mG η	C

(16)

Beim Betrachten der Gleichungen (15) und (16) geht hervor, daß von den beiden Multiplikationsfaktoren m und n, der Faktor m nur und ausschließlich in der Gleichung (15) und der Faktor η nur und ausschließlich in der Gleichung (16) auftritt. Das bedeutet, daß die in F i g. 1 dargestellte Anordnung nach der Erfindung die wichtige Eigenschaft aufweist, daß die Resonanzfrequenz und der Qualitätsfaktor des Kreises unabhängig voneinander und augenblicklich geändert werden können, und zwar einfacherweise durch Änderung der Größe des Multiplikationsfaktors /nbzw. n.

Eine für gewisse Anwendungsgebiete besonders günstige Anordnung wird erhalten, wenn diese mit einer Regelschleife zum automatischen Konstanthalten der Amplitude des Ausgangssignals versehen ist.

Eine mögliche Ausführungsform einer mit einer derartigen Regelschleife versehenen Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Fig. 1 entsprechende Teile sind in F i g. 4 mit gleichen Bezugszeichen angegeben. So enthalt die in Fig.4 dargestellte Anordnung ebenfalls einen Resonanzkreis, der durch einen Gyrator 1 mit zwei Kondensatoren C, und Cj gebildet ist, wobei der Gyrator völlig entsprechend Fig. I mit spannungsgesteuerten Stromquellen 3 und 7 und Strommultiplikatoren 5, Si und 15 ausgebildet ist.

Bei einem derartigen Gyratorresonanzkreis kann der Ki eisgütefaktor Q auf elektronische Weise besonders einfach und augenblicklich derart geregelt werden, daß die Amplitude des Ausgangssignals konstant ist.

Wenn nämlich durch den Gyratorwiderstand C der einen spannungsgesteuerten Stromquelle 3 ein Strom a sin ω t fließt, fließt in der Nähe der Resonanzfrequenz durch den Gyratorwiderstand C der anderen spannungsgesteuerten St'omquelle 7 praktisch der Strom a cosiu f, so daß eine 90°-Phasenverschiebung ohne zusätzliche Mittel erhalten wird. Das Quadrieren und Addieren der beiden Signale ergibt

welches Summensignal a² ein Maß für die Amplitude des Ausgangssignals ist.

Ein Vergleich dieses Summensignals mit einem festen Bezugssignal ergibt, daß die Abweichung gegenüber jo dem Bezugssignal als Regelsignal dazu benutzt werden kann, das Ausgangssignal automatisch und augenblicklich auf einen konstanten Wert zu regeln. Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Ströme a sin ω ί und a cos ω t zwei zusätzlichen j-, spannungsgesteuerten Stromquellen 40 und 41 entnom men, von denen die eine an den Eingang und die andere an den Ausgang des Resonanzkreises angeschlossen ist. Diese Ströme werden weiterhin in den an den Ausgang jeder der Stromquellen 40 und 41 angeschlossenen als Quadieranordnung geschalteten Strommultiplikatoren 42 und 43 quadriert und die Summe dieser Quadrate, das Signal a², wird einem Differenzverstärker 44 zum Vergleich mit einem einer Bezugsquelle 45 entnommenen Bezugssignal zugeführt Der Ausgang des Diffe- 4-, renzv2rstärkers 44 ist über die Leitung 46 an den Steuereingang 17 des in dem Kondensatorlecksiromkreis 14 liegenden Strommultiplikators 15 angeschlossen und dieser Differenzverstärker ist derart ausgebildet, daß er einen Ausgangsstrom Iq liefert, der den -₎₀ Multiplikationsfaktor

η =

(17a)

derart ändert, daß einer etwaigen Abweichung des Signals a² gegenüber dem Bezugssignal entgegengewirkt wird.

Die bisher beschriebene Anordnung kann nun nach der weiteren Erfindung mit einer zweiten Regelschleife versehen werden, die dafür sorgt, daß die Abstimmfre- _w) quenz des Resonanzkreises einem diesem Kreis zugeführten Eingangssignal automatisch und augenblicklich in der Frequenz folgt Insbesondere enthält diese zweite Regelschleife, die in Fig.4 durch 47 bezeichnet ist einen Phasendiskriminator 48 und ein _b5 Tiefpaßfilter 49. Der Phasendiskriminator 48 enthält einen ersten Eingang, an den das dem Kreis zugeführte Eingangssignal gelegt wird und einen zweiten Eingang, dem das Ausgangssignal der spannungsgesteuerten Stromquelle 41 zugeführt wird. Dieser Phasendiskriminator ist als Schalter wirksam, wobei am Ausgang des Tiefpaßfilters 49 kein Ausgangssignal auftritt, wenn die dem ersten und zweiten Eingang des genannten Phasendiskriminators zugeführten Signale einen Phasenunterschied von 90° untereinander aufweisen. Da die dem Phasendiskriminator 48 zugeführten Eingangssignale einen Phasenunterschied von 90° nur dann aufweisen, wenn der Resonanzkreis genau auf die Frequenz des Eingangssignals abgestimmt ist, liefert der Phasendiskriminator 48, wenn die Abstimmfrequenz des Kreises gegenüber der Eingangssignalfrequenz eine Abweichung aufweist, ein Ausgangssignal, das im Vorzeichen und in der Größe dem Richtungssinn und der Größe dieser Abweichung entspricht. Dieses Ausgangssignal wird über das Tiefpaßfilter 49 als Regelstrom |/_r|mit dem Strom /, der für die Ruheeinstellung (n = \) der Strommultiplikatoren 5 und 9 bestimmend ist, zusammengefügt. Die Summe / -I- |;V| = /,„ wird als Steuerstrom dem Steuereingang 19 der Strommultiplikatoren 5 und 9 zugeführt. Der Strommultiplikationsfaktor η ~γ dieser Strommultiplikatoren wird dabei derart geändert, daß der Kreis auf nahezu die Frequenz des Eingangssignals abgestimmt wird.

Die obenstehend beschriebene Frequenzrückkopplungsschleife kann als Regelsystem erster Ordnung aufgefaßt werden, da das Tiefpaßfilter 49 eine sehr geringe Bandbreite gegenüber der Bandbreite des Gyratorresonanzkreises hat und daher für die Geschwindigkeit der Regelung bestimmend ist, wie in einem Artikel in »Rundfunktechnische Mitteilungen« Band 16 (1972), H. 5, Seiten 202 - 206 detailliert erläutert wurde. Bei einem Regelsystem erster Ordnung kann die Schleifenverstärkung sehr weit gesteigert werden ohne daß eine Unstabilität die Sache beeinträchtigt. Dadurch kann diese Regelschleife sehr schnell funktionieren, so daß eine praktisch augenblickliche Regelung erhalten wird.

Bei einer Frequenz-Rückkopplungsschleife unterscheidet man im allgemeinen einen Fangbereich und einen Haltebereich Meistens fallen diese zwei Bereiche zusammen. Die Größe des Fangbereiches ist bestimmt durch die Schleifenverstärkung. Weil diese Schleifenverstärkung der Amplitude des Eingangssignals proportional ist, ist es zur Verwirklichung eines konstanten Fangbereiches üblich, das Signal bevor es in die Frequenzrückkopplungsschleife eintritt über eine automatische Verstärkungsregelanordnung (AVR) zu führen, die eine konstante Ausgangsspannung liefert Diese übliche Methode, den Fangbereich einer Frequenzrückkopplungsschleife konstant zu halten, weist schwere Nachteile auf, so soll das Signal, das die automatische Verstärkungsregelung steuert irgendwo der Frequenzrückkopplungsschleife entnommen werden, weil sich die automatische Verstärkungsregelung nur auf das einzufangende bzw. gefangene Signal beziehen muß, welches Signal erst in der Frequenzrückkopplungsschleife aus dem empfangenen Spektrum selektiert wird. Außerdem wird das Steuersignal der automatischen Verstärkungsregelung meistens noch verzögert, damit die Wirkung der Frequenzrückkopplungsschleife nicht beeinflußt wird, was das gesamte System träger mecht Durch diese verzögerte Wirkung der automatischen Verstärkungsregelung wird außerdem eine Verzerrung eingeführt Da die automatische Verstärkungsregelung vor der Frequenzrückkopplungsschleife liegen muß, da

sonst der Fangbereich nicht konstant ist, muß die Verstärkungsregelung das ganze F^:requenzspektrum unverzerrt über den ganzen dynamischen Bereich behandeln, damit eine Intermodulation vermieden wird, was eine schwierige Aufgabe ist.

Alle obenstehend beschriebenen Schwierigkeiten werden durch die in Fig.4 dargestellte Anordnung nach der Erfindung durchaus vermieden, da diese Anordnung die sehr wichtige und äußerst vorteilhafte Eigenschaften aufweist, daß die Größe des Fangbereicnes der Frequenzrückkopplungsschleife trotz der etwaigen Amplitudenänderung des Eingangssignals konstant ist. Denn die Schleifenverstärkung und folglich der Fangbereich der Frequenzrückkopplungsschleife ist der Größe des Eingangssignals und auch dem Phasenunterschied, der beim Durchgang des Kreises entsteht, proportional. Dieser Phasenunterschied ist nun wieder dem Gütefaktor Q des Kreises proportional, welcher Faktor durch die erste Regelschleife 46 der Größe des Eingangssignals umgekehrt proportional geändert wird. Das am Ausgang des Phasendiskriminators 48 auftretende Signal besteht aus einem hochfrequenten Teil und einem niederfrequenten Teil, dessen Amplitude dem Produkt der Amplitude des Eingangssignals und des Gütefaktors ζ) des Kreises proportional ist. Dieses Produkt wird durch die Q-Regelschleife 46 konstant gehalten, was bedeutet, daß die Schleifenverstärkung und folglich der Fangbereich ebenfalls konstant sind.

Die in Fig.4 dargestellte Anordnung hat viele Anwendungsmöglichkeiten. So ändert sich das am Ausgang des Tiefpaßfilters 49 auftretende Regelsignal direkt proportional mit der Frequenz des Eingangssignal, während das am Ausgang des differentiellen Verstärkers 44 auftretende Regelsignal der Anplitude des Eingangssignals umgekehrt proportional ändert. Da diese Anordnung der Frequenz des Eingangssignals augenblicklich folgt, eignet sich diese Anordnung durchaus zum Detektieren von FM- sowie FSK-Signalen und auch zum Detektieren des Trägers amplitudenmodulierter Signale und zum Filtern und/oder Detektieren von Pilotfrequenzen. Dabei sei bemerkt, daß bei diesen Anwendungen der Empfang sehr kleiner Signale dadurch vermieden werden kann, daß eine Schwelle eingebaut wird. Dies kann durch eine Begrenzung der maximal zu erreichenden Größe des Gütefaktors ζ) des Kreises erfolgen.

Weiterhin ist es möglich, die Anordnung nach der Erfindung als Oszillator zi: betreiben. Dazu ist es nur notwendig, daß für den Multiplikationsfaktor des (dritten) Strommultiplikators 15 ein Wert /7 = 0 gewählt wird, wodurch der Gütefaktor Q des Kreises unendlich wird. Überraschenderweise stellt es sich dabei heraus, daß der auf diese Weise verwirklichte Oszillator augenblicklich in der Frequenz gesteuert werden kann, so daß man damit einen idealen Oszillator-Modulator herstellen kann. Diese wichtige Eigenschaft läßt sich wie folgt erläutern. Die Gyratorgleichungen und der Zusammenhang zwischen den Strömen und Spannungen der Kondensatoren ergeben zusammen die nachfolgenden Gleichungen:

G(f)r₂ = -C

di

und

(18)

(19)

wobei die Gyratorkonstanten als die zu steuernden Elemente betrachtet werden. Eine Ausfüllung zeigt, daß

l'l =	a sin 7 (i),	(20)
ί'2 =	— a COSf/ (I)	(21)
d?	GU)	(22)
di	C

mit

eine Lösung der Gleichungen 18 und 19 ist. Daraus ist ersichtlich, daß die augenblickliche Frequenz ^trägheitslos durch Änderung der Gyratorkonstante G gesteuert werden kann. Das bedeutet, u. a., daß dieser Oszillator mit Vorteil zum zerrungsfreien Erzeugen von FSK-Signalen mit einer hohen Bitgeschwindigkeit angewandt werden kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung eigent sich insbesondere für eine in einem Halbleiterkörper integrierte Bauart, wie beispielsweise in einem Artikel »An Electronic Gyrator« in IEEE Journal of Solid State

i; Circuits, Band SC-7, Nr. 6, Dezember 1972, Seiten 469 — 474 beschrieben wurde. Die nach der Erfindung geänderte Version dieses Gyrators kann ebenfalls in Gegentaktausbiidung verwirklicht werden. Es ist auch möglich, jeden der beiden Gyrator-Reihenschaltungen

in mit einem Kondensatorleckstromkreis zu versehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Resonanzkreis, gebildet aus einem Gyrator mit einem ersten Tor und einem zweiten Tor, die mit je einem Kondensator abgeschlossen sind, wobei der genannte Gyrator eine erste Reihenschaltung enthält, die durch eine (erste) spannungsgesteuerte Stromquelle (VCCS) mit positivem Gegenwirkleitwert und einen an dessen Ausgang angeschlossenen ersten Strommultiplikator gebildet wird, und eine zweite Reihenschaltung, die durch eine (zweite) spannungsgesteuerte Stromquelle mit negativem Gegenwirkleitwert und einen an dessen Ausgang angeschlossenen zweiten Strommultiplikator gebildet wird, wobei der Ausgang des genannten ersten Strommultiplikators und der Eingang des genannten ersten Strommultiplikators und der Eingang der genannten zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle zur Bildung des genannten zweiten Gyratortores verbunden sind und der Ausgang des genannten zweiten Strommultiplikators und der Eingang der genannten ersten spannungsgesteuerten Stromquelle zur Bildung des genannten ersten Gyratortores miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Strommultiplikator regelbar sind, und daß der genannte Gyrator mindestens einen Kondensatorleckstromkreis enthält, der zwischen einem der Gyratortore und dem Eingang der mit dem anderen Tor verbundenen spannungsgesteuerten Stromquelle angeordnet ist, der mindestens einen dritten regelbaren Strommultiplikator enthält, und daß die Anordnung weiter einen ersten Sneuerstromkreis, der zur Einstellung des Kreisgütefaktors Q an einen Steuereingang des genannten dritten regelbaren Strommultiplikators angeschlossen ist, sowie einen zweiten Steuerstromkreis, der zur Einstellung der Resonanzfrequenz /ö an einen dem genannten ersten und zweiten regelbaren Strommultiplikatoren gemeinsamen Steuereingang angeschlossen ist, aufweist.

2. Resonanzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Q-Regelschleife versehen ist, die eine erste Quadriereinheit enthält zum Erzeugen des Quadrates des dem Eingang der genannten ersten spannungsgesteuerten Stromquelle zugeführten Signals eine zweite Quadriereinheit zum Erzeugen des Quadrates des am Eingang der zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle auftretenden Signals sowie eine an den Ausgang der genannten ersten und zweiten Quadriereinheit angeschlossene Summieranordnung zum Erzeugen der Summe der quadrierten Signale und einen Differenzverstärker enthält und daß das dem Steuereingang des genannten dritten regelbaren Strommultiplikators zugeführte Steuersignal dem genannten Differenzverstärker entnommen wird, dem einerseits ein Bezugssignal und andererseits das der genannten Summieranordnung entnommene Summensignal zugeführt wird.

3. Resonanzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einer Frequenz-Rückkopplungsschleife mit einem Phasendiskriminator versehen ist, dem einerseits das der Anordnung zugeführte Eingangssignal und andererseits das am Ausgang der Anordnung auftretende Ausgangssignal zugeführt wird und ein an den Ausgang des Phasendetektors angeschlossenes Tiefpaßfilter und daß das dem gemeinsamen Steuereingang der genannten ersten und zweiten regelbarer Strommultiplikatoren zugeführte Steuersignal durch die ". Summe eines die Ruheeinstellung dieser Multiplikatoren bestimmenden festen Stromes und des Ausgangsstromes des genannten Tiefpaßfilters gebildet wird.

4. Resonanzkreis nach Anspruch 2 oder 3, κι eingerichtet zum Detektieren von FM-Signalen, insbesondere FSK-Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten zu detektierenden FM-Signa-Ie einem der Gyratortore zugeführt werden, daß der an den gemeinsamen Steuereingang des genannten

ι > ersten und zweiten regelbaren Strommultiplikators angeschlossene Ausgang des in der Frequenzrückkopplungsschleife liegenden Tiefpaßfilters zugleich den Ausgang für die detektieren Signale bildet und daß der Empfang sehr kleiner Signale dadurch

2i) vermieden wird, daß in die geannte φ-Regelschleife eine derartige Begrenzung eingebaut wird, daß die maximale Größe des Gütefaktors Q des Kreises einen bestimmten endlichen Wert hat.

5. Resonanzkreis nach Anspruch 2 oder 3, 2) eingerichtet zum Detektieren des Trägers eines

AM-modulierten Signals, dadurch gekennzeichnet, daß das AM-modulierte Signal einem der Gyratortore zugeführt wird und daß das andere Gyratortor den Ausgang für den detektierten Träger bildet, der ίο mit konstanter Amplitude diesem Ausgang entnommen werden kann.

6. Resonanzkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuereingang des in den Kondensatorleckstromkreis aufgenommenen drit-

i'i ten Strommultiplikators ein Steuersignal mit einem derart festen Wert zugeführt wird, daß die Multiplikationsfaktoren dieses dritten Strommultiplikators ungefähr 0 sind, wobei der Gütefaktor Q des Kreises unendlich und die Anordnung als

■in Oszillator wirksam ist.

7. Resonanzkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein in serner Größe sich änderndes Eingangssignal als Steuersignal dem gemeinsamen Steuereingang der ersten und zweiten

·)■) Strommultiplikatoren zugeführt wird, wobei die Anordnung als idealer Oszillator-Modulator wirksam ist zum Erzeugen von FM-Signalen, insbesondere von FSK-Signalen.