DE3304136C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben. Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt aus der DE-PS 29 01 567. Ihr Zweck ist es, den Klirrfaktor eines Übertragers zu verringern. Die hierfür bisher verwendete Schaltungsanord­ nung hat den Nachteil, daß keiner der Primäranschlüsse des Übertragers mit Erdpotential verbunden sein kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, solche Schal­ tungsanordnungen dahingehend zu verbessern, daß die Primär­ wicklung des Übertragers einseitig mit Massepotential ver­ bunden werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Unter einer reaktiven Komponente ist dabei eine Blind­ komponente zu verstehen.

Durch die Verwendung nur eines Differenzverstärkers er­ gibt sich der Vorteil, daß die Schaltungsanordnung mit dem Übertrager in einem relativ kleinen Gehäuse unter­ gebracht werden kann. Die Schaltungsanordnung hat außer­ dem etwas verbessertes Rauschverhalten, einen höheren Eingangswiderstand und läßt sich leichter abgleichen als die vorbekannten Schaltungsanordnungen.

An Hand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild der Schaltungsanordnung und

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild des in Fig. 1 verwendeten Übertragers.

An dem Übertrager Ü liegt als Primärspannung die Ausgangs­ spannung Ua der restlichen Schaltungsanordnung, deren Aus­ gangsimpedanz Za ist.

Wie Fig. 2 zeigt, enthält das Ersatzschaltbild des Übertra­ gers Ü einen Kupferwiderstand Rcu auf der Primärseite und einen sekundären Kupferwiderstand Rcu′ sowie eine primäre Streuinduktivität Lstr und eine sekundäre Streuinduktivität Lstr′ sowie eine Hauptinduktivität Lh.

Es ist nun das Ziel der Erfindung, die schädlichen Wirkungen der Streuinduktivität und auch diejenige des Kupferwider­ standes des Übertragers Ü möglichst weitgehend zu beseiti­ gen. Dies kann durch die in Fig. 1 gezeigte Schaltungsan­ ordnung geschehen, deren Ausgangsimpedanz Za der Serien­ schaltung einer negativen Induktivität und eines negativen ohmschen Widerstandes entspricht. Je nach Größe dieser Komponenten der Ausgangsimpedanz Za können die Auswirkungen der Streuinduktivität und des Kupferwiderstandes teilweise, ganz oder auch mehr als ganz kompensiert werden.

Für die gezeigte Schaltungsanordnung errechnet sich die Aus­ gangsimpedanz Za folgendermaßen:

Ua/Ia = Za = -Z3 · Z1/Z2.

Wenn Za einen negativen realen und einen negativen imaginä­ ren Anteil enthalten soll, ergeben sich folgende Lösungs­ möglichkeiten, wobei mit R1, R2, R3 jeweils die ohmschen Kompo­ nenten von Z1, Z2, Z3 bezeichnet sind und j L1, j L3 die Imaginäranteile von Z1 bzw. Z3 bezeichnen, während r und C2 den Widerstand bzw. die Kapazität einer an Stelle von Z2 eingesetzten Parallelschaltung bedeuten:

• 1. Z1 = R1, Z2 = R2, Z3 = R3 + j L3 Za = -(R1/R2) (R3 + j L3) = (Ra + j La)
  = -R1 R3/R2 - j L3 R1/R2,woraus folgt:Ra = -R1 R3/R2
  La = -L3 R1/R2Daraus ergeben sich folgende Vorteile:
  La ist unabhängig R3, so daß La lediglich durch eine Variation von R1 oder R2 abgeglichen werden kann; da­ nach kann mit R3 ein Abgleich von Ra ohne Beeinflussung von La erfolgen.
  Weniger vorteilhaft für den praktischen Schaltungsaufbau ist dagegen, daß eine Induktivität L3 erforderlich ist, die vom Ausgangsstrom Ia des Differenzverstärkers V durch­ flossen wird. Unter der Annahme, daß R1 ungefähr ebenso groß wie R2 ist, muß die Induktivität L3 ungefähr die Größenordnung der Streuinduktivität des Übertragers Ü haben und damit relativ groß sein.
• 2. Z1 = R1 + j L1, Z2 = R2, Z3 = R3 Die Eingangsimpedanz Z1 weist also eine ohmsche Komponente R1 und eine induktive Komponente j L1 auf, während die Mitkopplungsimpedanz Z2 und die Zwischenimpedanz Z3 lediglich rein ohmsche Anteile R2 bzw. R3 aufweisen. Damit ergibt sich:Za = -(R1 + j L1) (R3/R2)
  Ra = -R1 R3/R2
  La = -L1 R3/R2Vorteilhaft ist dabei:
  La ist unabhängig von R1, es kann somit zunächst über eine Variation von R2 oder R3 ein Abgleich von La erfolgen. Danach kann Ra mit R1 abgeglichen werden. Außerdem kann L1 ca. um den Fakator R3/R1 kleiner als die Streuinduktivität sein. Schließlich wird L1 nicht vom Ausgangsstrom Ia durch­ flossen.
  Weniger vorteilhaft ist aber, daß noch immer eine In­ duktivität L1 erforderlich ist.
• 3. Z1 = R1, Z3 = R3, Z2 = r parallel zu C2 Z1 und Z3 sind also rein reell, während an die Stelle der Mitkopplungsimpedanz Z2 die Parallelschaltung eines Wider­ standes r und eines Kondensators C2 tritt. Damit ergibt sich:Za = -R3 R1 (1 + j rC2)/r
  Ra = -R3 R1/r
  La = -R1 R3 C2Vorteile dieser Schaltungsmodifikation:
  La ist von r unabhängig, so daß durch eine Variation von R1 oder R3 ein Abgleich von La erfolgen kann, während an­ schließend Ra mit r abgeglichen werden kann. Eine In­ duktivität ist nicht mehr erforderlich.

Allen drei Schaltungsmodifikationen ist gemeinsam, daß das Übertragungsmaß gleich 1 ist.

Die Dimensionierungsmöglichkeiten der dargestellten Schal­ tungsanordnung sind dadurch eingeschränkt, daß Stabilitäts­ kriterien eingehalten werden müssen. Es muß gelten:

Z2/Z1 Z3/Z1,Z1,

wobei Z1 die Eingangsimpedanz des (belasteten) Übertragers Ü ist. Dieses Stabilitätskriterium bedeutet, daß die Gegen­ kopplung gegenüber der Mittkopplung überwiegen muß. Dabei sind zwei Fälle zu unterscheiden:

• a) Tieffrequente Instabilität:
  Wird bei einem Übertrager mehr als der primärseitige Kupferwiderstand Rcu kompensiert, so gilt für eine gegen Null strebende Kreisfrequenz: R2/R1 < R3/Rcu;damit wird das System instabil. Dieser Instabilität kann dadurch begegnet werden, daß in Reihe zur Mitkopplungs­ impedanz Z2 eine Kapazität C2k geschaltet wird, die so zu dimensionieren ist, daß die Grenzfrequenz aus C2k und r größer ist als die Grenzfrequenz des Übertragers, die sich aus Rcu und Lh ergibt.
• b) Hochfrequente Instabilität:
  Wird der Ausgang des Übertragers belastet, so tritt insbesondere bei kapazitiver Last Instabilität auf. Dieser Instabilität ist dadurch zu begegnen, daß die kompensierenden Wirkungen der Schaltungsanordnung ins­ besondere außerhalb des Übertragungsfrequenzbereiches begrenzt werden.
  Folgende Lösungen sind bevorzugt zu empfehlen:
  Für die erste Schaltungsvariante, bei der von den drei Impedanzen Z1, Z2, Z3 nur die Zwischenimpedanz Z3 einen imaginären, nämlich einen induktiven Anteil aufweist:
  • 1.1) In Reihe zu dem rein realen Z2=R2 wird eine In­ duktivität geschaltet;
  • 1.2) Zur induktiven Komponente L3 von Z3 wird ein Wider­ stand und/oder ein Kondensator parallelgeschaltet;
  • 1.3) Parallel zur rein reellen Eingangsimpedanz Z1=R1 wird ein Kondensator oder eine Reihenschaltung aus ei­ nem Kondensator und einm Widerstand geschaltet;
  • 1.4) Parallel zur Zwischenimpedanz Z3=R3+j L3 wird ein Kondensator und/oder ein Widerstand geschaltet.
• Für die zweite Schaltungsvariante, bei der nur die Eingangs­ impedanz Z1 einen Imaginärteil j L1 aufweist:
  • 2.1) Parallel zum jetzt rein reellen Z3=R3 wird ein Kon­ densator oder die Reihenschaltung aus einem Kondensa­ tor und einem Widerstand geschaltet;
  • 2.2) In Reihe zur rein reellen Mitkopplungsimpedanz Z2=R2 wird eine Induktivität geschaltet;
  • 2.3) Parallel zu L1 wird ein ohmscher Widerstand und/oder ein Kondensator geschaltet;
  • 2.4) Parallel zur komplexen Eingangsimpedanz Z1 wird ein Widerstand und/oder ein Kondensator geschaltet.
    Kombinationen der Möglichkeiten 2.1) bis 2.4) sind mög­ lich.
• Für die dritte Schaltungsmöglichkeit, bei der die Mit­ kopplungsimpedanz Z2 aus der Parallelschaltung eines reellen Widerstandes r und eines Kondensators mit der Kapazität C2 besteht:
  • 3.1) Parallel zur rein ohmschen Zwischenimpedanz Z3=R3 wird ein Kondensator und/oder eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator geschaltet;
  • 3.2) Parallel zur komplexen Eingangsimpedanz Z1 wird ein Widerstand und/oder ein Kondensator geschaltet;
  • 3.3) In Reihe zu dem in der Mitkopplungsimpedanz Z2 ent­ haltenen Kondensator C2 wird ein Widerstand und/oder eine Induktivität geschaltet;
  • 3.4) In Reihe zu der komplexen Mitkopplungsimpedanz Z2 wird ein Widerstand und/oder eine Induktivität ge­ schaltet.
    Kombinationen der Möglichkeiten 3.1) bis 3.4) sind mög­ licht.

Die Dimensionierung der drei Schaltungsmöglichkeiten hat so zu erfolgen, daß die Stabilitätsbedingung bei vor­ kommenden Lastimpedanzen gewährleistet ist.

Eine zusätzliche Modifikationsmöglichkeit der Schaltungs­ anordnung besteht darin, daß ihr Übertragungsmaß größer als 1 gewählt wird. Hierzu wird bevorzugt die Gegenkopplung durch Zwischenschaltung eines Spannungsteilers abgeschwächt, der einerseits aus einem Widerstand besteht, der in der un­ mittelbaren Zuleitung zum negativen Eingang des Differenz­ verstärkers V liegt, und andererseits aus einem zwischen diesem Eingang und dem Massepotential liegenden Widerstand.

Claims (17)

1. Schaltungsanordnung mit Differenzverstärker (V), dem eine Eingangsimpedanz mit ohmschen Anteil vorgeschaltet und ein Übertrager (Ü) nachgeschaltet ist und der eine Mitkopplungsrückführung mit einer Mitkopplungsimpedanz (Z2) sowie eine Gegenkopplungsrückführung mit einer Zwischenimpedanz (Z3) aufweist, mit der Kombination folgender Merkmale:

• a) Der Übertrager (Ü) ist dem Differenzverstärker (V) über die Zwischenimpedanz (Z3) der Gegenkopplungsrückführung nachgeschaltet,
• b) am positiven Eingang des Differenzverstärkers (V) ist zusätzlich zur Mitkopplungsimpedanz (Z2) die Eingangsimpedanz (Z1) angeschlossen,
• c) im Übertragungsfrequenzbereich weist entweder die Eingangsimpedanz (Z1) oder die Zwischenimpedanz (Z3) oder die Admittanz (1/Z2) der Mitkopplungsimpedanz (Z2) eine positive reaktive und linear mit der Frequenz steigende Komponente auf, wobei die restlichen der genannten Impedanzen jeweils weitgehend ohmisch sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in Reihe zur Mitkopplungsimpedanz (Z2) ein Kondensator geschaltet ist, der so bemessen ist, daß die sich aus seiner Kapazität und dem ohmschen Anteil der Mitkopp­ lungsimpedanz ergebende Grenzfrequenz größer ist als die des Übertragers.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Zwischenimpedanz (Z3) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz steigende Komponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in Reihe zur Mitkopplungs­ impedanz (Z2) ein induktives Bauteil geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Zwischenimpedanz (Z3) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz steigende Komponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Komponente der Zwischenimpedanz (Z3) durch ein induktives Bauteil realisiert ist, dem ein ohmscher Widerstand und/oder ein Kondensator parallel ge­ schaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei welcher die Zwischenimpedanz (Z3) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz steigende Komponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Ein­ gangsimpedanz (Z1) ein Kondensator oder eine Reihenschal­ tung aus Widerstand und Kondensator geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Zwischenimpedanz (Z3) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz steigende Komponente aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zwischenimpedanz (Z3) ein Widerstand und/oder ein Kondensator parallelgeschaltet ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Eingangsimpedanz (Z1) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz steigende Komponente aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zwischenimpedanz (Z3) ein Kondensator oder eine Reihenschaltung aus Widerstand und Kondensator parallelgeschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 7, bei wel­ cher die Eingangsimpedanz (Z1) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz steigende Komponente aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zusätzlich in Reihe zur Mitkopplungs­ impedanz (Z2) ein induktives Bauteil geschaltet ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 8, bei welcher die Eingangsimpedanz (Z1) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz steigende Komponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Komponente der Ein­ gangsimpedanz (Z1) durch ein induktives Bauteil realisiert ist, dem ein ohmscher Widerstand und/oder ein Kondensator parallelgeschaltet ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 8, 9, bei welcher die Eingangsimpedanz (Z1) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz steigende Komponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Eingangs­ impedanz (Z1) ein ohmscher Widerstand und/oder ein Kon­ densator geschaltet ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Admittanz (1/Z2) der Mitkopplungsimpedanz (Z2) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz steigende Kompo­ nente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischen­ impedanz (Z3) ein Widerstand oder eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator parallelge­ schaltet ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 11, bei wel­ cher die Admittanz (1/Z2) der Mitkopplungsimpedanz (Z2) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz steigende Kompo­ nente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Eingangsimpedanz (Z1) ein ohmscher Widerstand oder ein Kondensator geschaltet ist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 11 oder 12, bei welcher die Admittanz (1/Z2) der Mitkopplungs­ impedanz (Z2) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz steigende Komponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu einem Kondensator, durch den diese Komponente der Admittanz (Z1/Z2) der Mitkopplungs­ impedanz (Z2) gebildet ist, ein ohmscher Widerstand und/oder ein induktives Bauteil geschaltet ist.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 11, 12 oder 13, bei welcher die Admittanz (1/Z2) der Mitkopplungsimpe­ danz (Z2) eine positiv reaktive, linear mit der Frequenz stei­ gende Komponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in Reihe zur Mitkopplungsimpedanz (Z2) ein Widerstand und/oder ein induktives Bauteil ge­ schaltet ist.

15. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie so dimensioniert ist, daß ihre Ausgangsimpedanz (Za) nicht nur eine ne­ gative induktive Komponente zur wenigstens teilweisen Kompensierung der Streuinduktivität aufweist, sondern auch eine negative ohmsche Komponente zur wenigstens teilweisen Kompensierung des Kupferwiderstandes des Übertragers.

16. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplung durch Zwischenschaltung eines Spannungsteilers abgeschwächt ist.

17. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf Verstärkungsmittel in der Mitkopplungs- und in der Gegenkopplungsrückführung verzichtet ist.