DE3200615A1

DE3200615A1 - Schaltung zur simulation eines elektrischen zweipols

Info

Publication number: DE3200615A1
Application number: DE19823200615
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.Ing. Dr. 8000 München Nossek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-01-12
Filing date: 1982-01-12
Publication date: 1983-07-21

Description

Schaltung zur Simulation eines elektrischen Zweipols
Dem Grundkonzept nach sind Schaltungen der vorgenannten Art in der Literaturstelle IDEE Transaction on Circuits and Systems, 1976, Seiten 573 bis 577 beschrieben. Es wird dort mit einem gegengekoppelten Operationsverstärker, der den Verstärkungsfaktor Eins hat, ein verlustbehafteter, geerdeter FDNR nachgebildet. Bekanntlich ist unter einem "FDNR" ein sogenannter 2'frequency dependent negative resistance" zu verstehen, eine Schaltung also, bei der aktive Schaltelemente vorhanden sein müssen, um den negativen Widerstand zu erzeugen. Bei der bekannten Schaltung ist also, wie bereits erwähnt, der FDNR als geerdete Schaltung ausgebildet und muß auch als einseitig geerdete Schaltung eingesetzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, aktive Schaltungen anzugeben, bei der einerseits ein schwebender FDNR mit nur einem Verstärker nachgebildet werden kann bzw. auch eine schwebende verlustbehaftete Induktivität nachbildbar ist.
Unter schwebender FDNR ist dabei in bekannter Weise eine Schaltung zu verstehen, die nicht zwingend in einseitig geerdete Schaltungen eingesetzt werden muß.
FUr die einleitend angegebenen Schaltungen wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einer ersten Zweipol-Klemme ein erster Kondensator an einen Schaltungsknoten führt, von dem einerseits ein zweiter Kondensator in Serie mit einer Urspannungsquelle an die zweite Zweipolklemme führt und andererseits ein Widerstand an den Ausgang des Verstärkers führt, dessen Ringang mit der ersten Zweipolklemme und dessen für 3ingang und Ausgang gemeinsamer Bezugsklemme mit der zwei- ten Zweipolklemme verbunden ist, oder daß anstelle des ersten und zweiten Kondensators ein erster und weiter Widerstand und anstelle des Widerstandes ein Kondensator geschaltet ist.
Vorteilhafte Ausfuhrungsformen sind noch in den Unteransprüchen angegeben.
Anhand zweier Ausführungsbeispiele wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.
Es zeigen in der Zeichnung Fig. 1 einen schwebenden FDNR und das zugehörige elektrische Ersatzschaltbild, Fig. 2 die Realisierung einer verlustbehafteten Induktivität und ebenfalls das zugehörige Ersatzschaltbild.
Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist zunächst zu erkennen ein Operationsverstärker 4, der im Beispiel bereits den Spannungsverstärkungsfaktor Eins (V = 1) und den Eingangsleitwert (Iv r 0) und den Ausgangswiderstand Null hat. Vorteilhaft läßt sich ein solcher Verstärker als gegengekoppelter Operationsverstärker ausbilden. Es wird also im linken Teil der Fig. 1 von einer ersten Zweipolklemme 1 ausgegangen, in die der Strom I fließt. Der vom Verstärker 4 aufgenommene Strom Iv hat praktisch den Wert Null, da der Eingangsleitwert den Wert Null annimmt. Der Eingangsklemme 1 des Zweipoles folgt ein Kondensator C2, von dem aus ein Schaltungsknoten 2 erreicht wird. Auf diesen Schaltungsknoten 2 folgt ein zweiter Kondensator C1, an dem sich eine Urspannungsquelle UO anschließt, von der aus die zweite Zweipolklemme 3 erreicht wird. Weiterhin führt vom Schaltungsknoten 2 ein Widerstand R auf den Ausgang des Verstrers 4, dessen <ur Eingang und Ausgang gemeinsame Bezugsklemme 5 mit der zweiten Zweipolklemme 3 verbunden ist.
Die Wirkung des Zweipolersatzschaltbildes ist in Fig. 1 ebenfalls mitgezeichnet. Es folgt dort auf eine Spannungsquelle mit der Urspannung UO ein Kondensator mit der Kapazität CO = C1C2/(C1 + C2) der selbst mit einem frequenzabhängigen negativen Widerstand D in Serie geschaltet ist, wobei die Beziehung gilt D = C1 C2*R.
Wie bereits erwähnt, wird im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 eine schwebende verlustbehaftete Induktivität mit nur einem Operationsverstärker nachrealisiert. Der Zweipol zwischen den Klemmen 1 und 3 ist unmittelbar mit Fig. 1 vergleichbar, jedoch tauschen Kapazitäten und Widerstände ihre Plätze. Es sind also in den Längszweigen der Schaltung von Fig. 2 die Widerstände und R2 geschaltet und (anstelle des Widerstandes R) ist ein Kondensator C in Richtung zum Ausgang des Operationsverstärkers 4 geschaltet.
In Fig. 2 ist ebenfalls das elektrische Brsatzschaltbild mitgezeichnet und es ist auch dort wiederum die Urspannungsquelle UO zu erkennen, der unmittelbar als Innenwiderstand ein Widerstand mit den Widerstandsgrößen R1 + R2 folgt, der wiederum eine Spule mit der Induktivität L = CR1 R2 nachgeschaltet ist.
Auch bei der Schaltung nach Fig. 2 ist es vorteilhaft, wenn der Verstärker den Spannungsverstärkungsfaktor Eins hat und den Eingangsleitwert und Ausgangswiderstand Null,bzw. auch wenn der Verstärker ein gegengekoppelter Operationsverstärker ist.
Im vorstehenden sind also RC-aktive Schaltungen angegeben, die schwebende verlustbehaftete Super!pazitäten (FDNR) bzw. schwebende verlustbehaftete Induktivitäten mit Hilfe von nur einem Operationsverstärker und der minimalen Zahl passiver Komponenten realisieren. Vorteilhaft lassen sich solche Schaltungen bei der RC-aktiven Simulation von beidseitig abgeschlossenen Reaktanzfiltern einsetzen, wo häufig das Problem der Realisierung von schwebenden Superkapazitäten oder schwebenden Spulen insbesondere im Zusammenhang mit der Erzeugung von Dämpfungspolen bei den Extremfrequenzen Null bzw. Unendlich auftritt.
3 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims

Psten ansprüche ( 12 Schaltung zur Simulation eines elektrischen Zweipols unter Verwendung von Widerständen, Kondensatoren und einem Verstärker, d a d u rc h g e k e n n -z e i c h n e t , daß von einer ersten Zweipol-Klemme (1) ein erster kondensator (c2) an einen Schaltungsknoten (2) führt, von dem einerseits ein zweiter Kondensator (C1) in Serie mit einer Urspannungsquelle (U) an die zweite Zweipolklemme (3) führt und andererseits ein Widerstand (R) an den Ausgang des Verstärkers (4) führt, dessen Eingang mit der ersten Zweipolklemme (1) und dessen für Eingang und Ausgang gemeinsamer Bezugsklemme (5) mit der zweiten Zweipolklemme (3) verbunden ist, oder daß anstelle des ersten und zweiten Kondensators (C2, C1) ein erster und zweiter Widerstand (R2, R1) und anstelle des Widerstandes (R) ein Kondensator (C) geschaltet ist (Fig. 1, 2).
2. Schaltung nacn Ar.spruch 1, 1 a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Verstärker (4) den Spannungsverstärkungsdetektor Eins (V = 1) und den Eingangsleitwert und Ausgangswiderstand Null hat.
3. Schaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Verstärker (4) ein gegengekoppelter Operationsverstärker ist.