DE2500538C2 - Filterschaltung mit Kapazitäten und beidseitig geerdeten Gyratoren für Geräte der Nachrichtentechnik und Elektronik - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch die Anwendung einer oder beider der folgenden Maßnahmen, daß mindestens ein Teilnetzwerk, das größere Spannungsüberhöhungen als die anderen aufweist, zwischen z.«ei Übertrager gelegt ist, die mit Gyratoren der benachbarten Teilvierpole zusammengefaßt sind,

daß die Gyrationskonstamen so bestimmt sind, daß an jedem Gyrator die vom Aufbau abhängigen Spannungsüberhöhungen gleich oder kleiner sind als die zugehörigen vom Aufbau unabhängigen Spannungsüberhöhungen.

Die Erfindung geht aus von einer Filterschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine solche Schaltung ist bekannt aus der DE-OS 20 51 061.

Bei Filterschaltungen mit Gyratoren ergeben sich im Vergleich zu passiven LC-Filtern normalerweise zusätzliche Probleme aus der Eigenrauschleistung.

Um diesem Problem zu begegnen, bietet sich als Möglichkeit die Erhöhung der Aussteuerungsgrenze der einzelnen Gyratoren an.

Einer Erhöhung der Aussteuerungsgrenze sind aber naturgemäß relativ enge Grenzen gesetzt, die bedingt sind durch die Begrenzung der Versorgungsspannung, der Verlustleistung und damit zusammenhängend der Baugröße.

Weiter wird in der Veröffentlichung von J. O. Voorman und D. Blom: »Noise in Gyrator-Capacitor-Filters« in Philips Research Rept. 26, April 1971, S. 114-133, eine Möglichkeit beschrieben, die Gyrationskonstanten so zu wählen, daß das Eigenrauschen der Gesamtschaltung ein Minimum wird und auf diese Weise das Signal-Rauschverhältnis einer Gyrator-C-Abzweigschaltung mit ungeerdeten Gyratoren zu verbessern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Filter eingangs genannter Art das Signal-Rauschverhältnis oder anders gesagt, den Rauschabstand bei fest vorgegebener Aussteuerung wesentlich zu verbessern. Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs angegeben.

Das Wesen der Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden.

Anhand der Fig. la und Ib soll zunächst die Maßnahme beschrieben werden, die Teilvierpole mit den größten Spannungsüberhöhungen zwischen je zwei Übertrager zu legen, die dann weiter mit Gyratoren der benachbarten Teilvierpole zusammengefaßt sind

Zunächst wird ein Übertragerpaar Tr ί und Tr 2 mit den Übersetzungsverhältnissen ü: 1 bzw. 1 : ü an den Eingang der Schaltung gelegt, wobei ü>l ist, wie in Fig. la gezeigt. Dabei sei UEl die in Betracht kommende größte Spannungsüberhöhung. Eine solche kann selbstverständlich auch innerhalb des Teilvierpols VPX auftreten. Danach wird der Übertrager 77? 2 über den Teilvierpol VP1 hinweggeführt (F i g. Ib/. Dabei ist natürlich das Übersetzungsverhältnis des Übertragers zu beachten, so daß aus dem Teilvierpol VP1 der neue Teilvierpol VP1 Twird, der die gleichen Frequenzeigenschaften hat In diesem neuen Teilvierpol VPI Twerden alle Knotenspannungen und damit auch alle Spannungsdifferenzen um den Faktor övermindert, wie in Fig. Ib gezeigt

Bei der hier geschilderten Einführung von Übertragern in Schaltungen, die auf alle Arten von Mehrtoren anwendbar ist, ist selbstverständlich darauf zu achten, daß die transformierten Elementewerte der neuen Mehrtore technisch realisierbar sind und daß die transformierten Gyratorklemmenströme unter dem durch den Gyrator bestimmten Grenzwert bleiben.

Die Zusammenfassung von Übertragern mit Gyratoren ist bekannt Sie wird z. B. beschrieben in Göckler: »Über Realisierungsmöglichkeiten beim Entwurf von Gyrator-C-Filtern«. AEÜ 28 (1974), 1, S. 16, Tabelle 1.4. Die Fig.2 bis 5 schildern den Entwurf eines Tiefpasses vom Grad 7 unter Anwendung der im Patentanspruch dargestelltem Maßnahmen.

Fig.2 zeigt einen Tiefpaß vom Grad 7, der in bekannter Weise entworfen wurde, wie in B. Kohlhammer: »Entwurf kanonischer Gyratorfilterschaltungen mit beliebigen Reaktanzübertragungsfunktionen«. AEÜ 25 (1971), S. 344 - 351 ,dargestellt.

An der Sekundärseite des Übertragers Tr3 trete die überhöhte Spannung U2 auf. Daher wird ein Übertragerpaar Tr6, Tr 7 mit den Übersetzungsverhältnissen 0:1 bzw. 1 : ΰ eingeführt, ü wird größer als 1 gewählt. Es entsteht die Schaltung nach F i g. 3, in der sich zwischen den genannten Übertragern alle Spannungen, also auch t/2, um den Faktor 0 verkleinern. Die Bauelemente ä.:dern ihre Werte entsprechend.

Mit Hilfe der Fig.4a und 4b soll zunächst erläutert werden, was in der vorliegenden Beschreibung und dem Patentanspruch unter abhängigen und unabhängigen Spannungsüberhöhungen verstanden wird.

In F i g. 4a ist eine L-C-Abzweigschaltung aufgezeichnet, wobei der Einfachheit halber nur die anliegenden Spannungen (Eingangsspannung UE, Ausgangsspannung UA und Spannung an der Induktivität L UL) und der Strom durch die Induktivität IL eingezeichnet sind. In F i g. 4b ist die äquivalente Schaltung gezeigt, in der die Induktivität durch einen Gyrator C ersetzt ist. Die Spannungen UE, UA und UL sind die gleichen wie in F i g. 4a. Die Spannung UL ist also von dem Aufbau des Gyrators unabhängig und deshalb wird hier die entsprechende Spannungsüberhöhung als »unabhän-

gig« bezeichnet Dagegen hängt die Spannung UG am Ausgang des Gyrators G von der Gyrationskonstanten rg ab und die entsprechende Spannungsüberhöhung wird daher »abhängig« genannt

Aus der Schaltung nach F i g. 3 wird die Schaltung nach Fig.5, wenn für die Spulen Gyratoren eingesetzt werden, wie es in Göckler: »Ober Realisierungsmöglichkeiten beim Entwurf von Gyrator-C-Filtern«, AEÜ 28 (1974), 1, S. 15 -24, beschrieben wird.

Diese Gyrator-C-Schaltung mit Kapazitäten und beidseitig geerdeten Gyratoren enthält zwei Schaltungsteile, deren Gyrationskonstanten unabhängig voneinander wählbar sind. Diese Gyrationskonstanten sind rl und r2. Die an den Gyratoren mit der Gyrationskonstanten rl anliegenden Spannungen sind i/l, i/2', i/3' und i/4', wie in Fig.5 gezeigt Die zur Bestimmung der Gyrationskonstanten erforderlichen Ströme Ii, 12, /3 und /4 werden der äquivalenten L-C-Schakung nach F i g. entnommen.

Um zum Beispiel die Gyrationskonstante rl so festzulegen, daß an den betreffenden Gyratoren die abhängigen Spannungsüberhöhungen gleich oder kleiner sind als die zugehörigen unabhängigen Spr_£nnungsüberhöhungen, wird aus den anliegenden Spannungen Ui, UI', t/3' und i/4' und den Strömen /1,12, /3 und / 4 der dem Betrag nach jeweils größte Wert bestimmt:
U= max {I i/l 1,11/2'UI i/3'U ί/4'Π

Daraus errechnet sich dann die Gyrationskonstante

rl =

Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen zur Auslegung der Schaltung führen jede für sich angewendet zu einer Verbesserung des Signal-Rauschabstandes der genannten Filter. Die gleichzeitige Anwendung beider Maßnahmen ergibt ein Optimum.

Bisher wurde der Abbau von Spannungsüberhöhungen behandelt Die im Patentanspruch beschriebenen Maßnahmen können natürlich auf duale Weise bei dualen Schaltungen zum Abbau von ütromüberhöhungen angewendet werden.

Die Maßnahmen können natürlich auch auf Teile der im Anspruch beschriebenen Filter beschränkt sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Filterschaltung mit Kapazitäten und beidseitig geerdeten Gyratoren für Geräte der Nachrichtentechnik und Elektronik mit

   a) einer Grundkette aus zwei Teilnetzwerken, die aus je einer Serienschaltung von Längskapazitäten bestehen und von denen mindestens eines am Netzwerkeingang eine Querkapazität aufweist,

   b) einem weiteren Teilnetzwerk, das die zwei Teilnetzwerke der Grundkette miteinander verbindet und mindestens einen Gyrator enthält,

   c) weiteren Gyratoren, die das weitere Teilnetzwerk überbrücken, deren nicht geerdete Anschlüsse, mit Ausnahme derjenigen des äußersten Überbrückungsgyrators, die mit der Einbzw. Ausgangsklemme der Schaltung verbunden sind, jeweils, entweder direkt oder über zusätzliche Kapazitäten zwischen zwei verschiedenen, unmittelbar benachbarten Längskapazitäten des einen und des anderen der zwei Teilnetzwerke der Grundkette liegen,