DE3427862C2

DE3427862C2 -

Info

Publication number: DE3427862C2
Application number: DE3427862A
Authority: DE
Inventors: Katsumi Shimonoseki Yamaguchi Jp Nagano
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-07-29
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1987-07-09
Also published as: DE3427862A1; JPS6030210A; US4565962A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Realisierung eines Gyrators, mit einem Eingangsnetzwerk und einem Ausgangswerk.

Ein Gyrator dient zum Umwandeln einer kapazitiven Last in eine scheinbare induktive Last.

Aus "Philips Technische Rundschau" (33), 1973/74, Nr. 10, Seiten 306 bis 321, sind ein aus zwei antiparallel geschalteten Differenzverstärkern und zwei gleichen Widerständen gebildeter Gyrator und ein monolithisch integrierter Gyrator bekannt, der im wesentlichen aus Transistoren, Widerständen und Dioden besteht.

Ein Gyrator ist beispielsweise außerdem in folgenden Arbeiten beschrieben: 1. "The Gyrator, A New Electric Network Element" von B. D. H. Tellegen, Philips Research Reports, Vol. 3, S. 81-101, 1948; und 2. "An Electronic Gyrator" von H. O. Voorman u. a., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. SC-7, S. 469-474, Dez. 1972.

Der in der zweitgenannten Art beschriebene Gyrator ist in Fig. 1 in Form eines Äquivalentschaltkreises dargestellt. Wie dargestellt, sind im Gyrator zwei Spannungs/Strom-Wandler enthalten. Zwei PNP-Transistoren Q 1 und Q 2 sowie ein Widerstand R 1 bilden einen ersten Spannungs/Strom-Wandler. Zwei NPN-Transistoren Q 3 und Q 4 sowie ein Widerstand R 2 bilden einen zweiten Spannungs/Strom-Wandler. Die Basis-Elektroden der PNP-Transistoren Q 1 und Q 2 sind dabei an Eingangs- bzw. Ausgangsklemmen 11 bzw. 12 angeschlossen. Der Widerstand R 1 verbindet die Emitter der Transistoren Q 1 und Q 2. Die Kollektoren der Transistoren Q 1 und Q 2 sind mit den Basis-Elektroden der NPN-Transistoren Q 4 bzw. Q 3 verbunden. Der Widerstand R 2 verbindet die Emitter der Transistoren Q 3 und Q 4. Zwischen die Basis-Elektroden der Transistoren Q 3 und Q 4 ist ein Kondensator C 1 geschaltet.

Im Betrieb erscheint infolge eines Potentialunterschieds v zwischen den Basis-Elektroden der Transistoren Q 1 und Q 2 eine Spannung v′ über den Widerstand R 1. Wenn die Basis-Emitterspannung V _BE dieser Transistoren vernachlässigbar ist, entspricht v nahezu v′. Der aufgrund der Spannung v′ über den Widerstand R 1 fließende Strom i besitzt die durch einen Pfeil angedeutete Fließrichtung. Durch diesen Strom i wird der Kondensator C 1 auf die Spannung Vc aufgeladen, welche die Transistoren Q 3 und Q 4 durchschalten läßt und einen Stromfluß über den Widerstand R 2 in Pfeilrichtung hervorruft. Diese Schaltung wirkt mithin als Gyrator (oder Impedanz- oder Lastwandler) zur Umwandlung einer kapazitiven Last in eine induktive Last.

Der beschriebene Gyrator ist bezüglich seiner Wirkungsweise und mithin seiner Verwendbarkeit einigen Einschränkungen unterworfen. Beispielsweise müssen die an Eingangs- und Ausgangsklemmen liegenden Spannungen in Phase bzw. phasengleich sein. Die Eingangsspannung muß eine Wechselspannung sein. Eine Erweiterung des möglichen Eingangsspannungsbereichs ist mit erhöhter Komplexität der Schaltung verbunden. Eine der Möglichkeiten zur Erweiterung des Eingangsspannungsbereichs besteht darin, eine Stromspiegelschaltung an die Kollektoren der Transistoren Q 1 und Q 2 anzuschalten. Dieses Vorgehen ist jedoch mit noch zu lösenden Problemen behaftet. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, daß der Arbeitsbereich der Stromspiegelschaltung innerhalb des Bereichs der Stromquellenspannung begrenzt wird.

Die beschriebene Gyrator-Art ist einer attraktiven Anwendung dahingehend zugänglich, daß durch eine Kaskadenschaltung zweier Gyratoren ein Äquivalent-Transformator (Transformator-Ersatzschaltung) geschaffen wird. Diese Anwendungsmöglichkeit ist aber auch deswegen unzufriedenstellend, weil Eingangs- und Ausgangskreise der kombinierten Gyratoren voneinander untrennbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Schaltung zur Realisierung eines Gyrators, der sich vorteilhaft dadurch auszeichnet, daß die Eingangsspannung in einem weiten Bereich änderbar ist, seine Eingangs- und Ausgangskreise trennbar sind und der Schaltungsaufbau nicht mit dem Problem der Komplexität behaftet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gelöst mittels der Merkmale im kennzeichnenden Teil. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Äquivalentschaltbild eines bisherigen Gyrators,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Gyrators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3A und 3B ein Äquivalentschaltbild der Schaltung nach Fig. 2 bzw. ein Äquivalentschaltbild der Last bei der Schaltung nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 ein Schaltbild eines Versuchsaufbaus des Gyrators nach Fig. 4,

Fig. 6A ein Diagramm mit dem Verlauf einer an der Schaltung nach Fig. 5 anliegenden Spannung,

Fig. 6B ein Diagramm mit dem Verlauf eines Signals an der Eingangsklemme der Schaltung nach Fig. 5 für den Fall, daß an dieser Schaltung eine Spannung eines Verlaufs nach Fig. 6A anliegt, und

Fig. 7 und 8 Schaltbilder weiterer Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung bilden ein NPN-Transistor Q 5 und ein Widerstand R 3 einen ersten Spannungs/Strom-Wandler. Ein NPN-Transistor Q 6 und ein Widerstand R 4 bilden auf ähnliche Weise einen Spannungs/Strom-Wandler. Eine Eingangsklemme der (Gyrator-)Schaltung ist mit der Basis des Transistors Q 5 verbunden, während eine Ausgangsklemme an die Basis des Transistors Q 6 angeschlossen ist. Die Kollektoren der Transistoren Q 5 und Q 6 sind jeweils über erste bzw. zweite Leuchtdioden LED 1 bzw. LED 2 als elektrooptische Umsetzer an eine positive Stromquelle (+) angeschlossen. Die Emitter der Transistoren Q 5 undd Q 6 sind über Widerstände R 3 bzw. R 4 mit einer negativen Stromquelle (-) verbunden. Ein Phototransistor Q 7 als erster optoelektrischer Umetzer ist zwischen die Ausgangsklemme 14 und die positive Stromquelle geschaltet. Der Phototransistor bzw. die Photodiode Q 7 ist optisch mit der Leuchtdiode LED 1 gekoppelt, die zusammen mit dem Phototransistor Q 7 einen ersten Optokoppler PC 1 bildet. Ein zwischen die Eingangsklemme 13 und die negative Stromquelle geschalteter Phototransistor Q 8 ist optisch mit der Leuchtdiode LED 2 gekoppelt. Der Phototransistor Q 8 und die Leuchtdiode LED 2 bilden einen zweiten Optokoppler PC 2. Ein Kondensator als Last mit einer Lastimpedanz Z _L ist zwischen die Ausgangsklemme und die negative Stromquelle geschaltet.

Die Schaltung mit dem beschriebenen Aufbau arbeitet wie folgt:

Die Kollektorströme Ic 1 und Ic 2 der Transistoren Q 5 bzw. Q 6 bestimmen sich wie folgt:

Ic 1 = (V 1-V _BE )/R 3 = V 1/R 3 (1)
Ic 2 = (V 2-V _BE )/R 4 = V 2/R 4 (2)

Darin bedeuten: V 1 und V 2 = Spannungen an Eingangsklemme 13 bzw. Ausgangsklemme 14. Wenn in den obigen Gleichungen die Basis-Emitterspannung V _BE jedes der Transistoren vernachlässigt wird, ist deutlich zu erkennen, daß die Kollektorströme Ic 1 und Ic 2 den Spannungen V 1 bzw. V 2 proportional sind. Diese Tatsache deutet darauf hin, daß die Schaltung gemäß Fig. 2 als Spannungs/Strom-Wandler arbeitet.

Wenn die Stromübertragungsverhältnisse der Optokoppler PC 1 und PC 2 mit K 1 bzw. K 2 bezeichnet werden, lassen sich der Emitterstrom Ie 7 des Transistors Q 7 und der Kollektorstrom Ic 8 des Transistors Q 8 wie folgt ausdrücken:

Ie 7 = K 1 × Ic 1
IC 8 = K 2 × Ic 2

Die Ströme I 1 und I 2 von Eingangs- und Ausgangsklemme 13 bzw. 14 lassen sich wie folgt ausdrücken:

I 1 = K 2 × Ic 2 = K 2 (V 2/R 4 (3)
I 2 = K 1 × Ic 1 = K 1 (V 1/R 3 (4)

In obigen Gleichungen sind die Basisströme der Transistoren Q 5 und Q 6 vernachlässigt.

Die Spannung V 2 an der Ausgangsklemme entspricht:

V 2 = Z _L × I 2 (5)

Ein Eingangsimpedanz Zin des beschriebenen Gyrators beträgt:

Zin = V 1/I 1

Durch Einsetzen der Eingangsimpedanz in Gleichungen (3) und (4) ergibt sich:

Unter Heranziehung von Gleichung (5) ergibt sich somit:

Gleichung (6) zeigt, daß die Eingangsimpedanz Zin der Ausgangsimpedanz Z _L umgekehrt proportional ist. Diese Charakteristik deutet auf eine grundsätzliche Arbeitsweise des Gyrators hin. Im Hinblick hierauf kann der Gyrator auch als Impedanzwandler bezeichnet werden.

Wenn die Last nur den Kondensator, z. B. C 2, enthält, entspricht die Lastimpedanz:

Durch Einsetzen von Gleichung (7) in Gleichung (6) ergibt sich:

Darin bedeutet als induktive Impedanz. Gleichung (8) zeigt, daß die Eingangsimpedanz Zin der induktiven Impedanz Leg gleich ist. Diese Tatsache ist in den Fig. 3A und 3B dargestellt. Aus Fig. 3A geht hervor, daß die Schaltung gemäß Fig. 2 als Gyrator wirkt. Fig. 3B ist ein Äquivalentschaltbild der Last bei der Schaltung gemäß Fig. 2. Aus wirtschaftlichen Gründen und vom Standpunkt der Raumeinsparung ist es praktisch ungünstig, eine große Spule für ein großes induktives Element herzustellen. Der Gyrator mit einem Kondensator als Lastelement kann anstelle einer solchen großen Spule verwendet werden.

Fig. 4 veranschaulicht eine Weiterbildung der Erfindung. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 fließt der Strom in einer Richtung, d. h. von der Eingangsklemme zur Ausgangsklemme. Bei der Schaltung gemäß Fig. 4 ist dagegen der Stromfluß bidirektional. Die Schaltung nach Fig. 4 ist so aufgebaut, daß zwei Schaltungen der Art gemäß Fig. 2 in bezug auf Masse symmetrisch zusammengeschaltet sind. Ersichtlicherweise ist das Bezugspotential nicht auf Massepotential begrenzt, vielmehr kann es auch auf ein anderes geeignetes Potential eingestellt sein. Bei der Schaltung nach Fig. 4 ist die negative Stromquelle gemäß Fig. 2 durch Masse ersetzt, während eine zusätzliche Gyratorschaltung zwischen die negative Stromquelle und Masse geschaltet ist. Bei der zusätzlichen Schaltung fließt der Strom von Masse zur negativen Stromquelle. Im Schaltbild gemäß Fig. 4 sind den Teilen von Fig. 2 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet, während die betreffenden Teile der zusätzlichen Schaltung mit entsprechenden Bezugszeichen, jedoch mit angehängtem Indexstrich bezeichnet sind. Im folgenden sind lediglich die zusätzlichen oder modifizierten Teile erläutert.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 4 liegt der Emitter des Transistors Q 8 an Masse. Die Emitter der Transistoren Q 5 und Q 6 liegen ebenfalls über die Widerstände R 3 bzw. R 4 an Masse. Der Kondensator C 2 ist zwischen die Ausgangsklemme 14 und Masse geschaltet.

Ein Transistor Q 8′ entspricht dem Transistor Q 8; der Widerstand R 3′ entspricht dem Widerstand R 3; die Leuchtdiode LED 1′ entspricht der Leuchtdiode LED 1; der Transistor Q 7′ ist das Gegenstück zum Transistor Q 7; der Widerstand R 4′ entspricht dem Widerstand R 4; und die Leuchtdiode LED 2′ entspricht der Leuchtdiode LED 2. Die Leuchtdiode LED 1′ und der Transistor Q 7′ bilden einen Optokoppler PC 1′, während die Leuchtdiode LED 2′ und der Transistor Q 8′ einen weiteren Optokoppler PC 2′ bilden. Während der negativen Halbperioden der Spannung V 1 arbeitet die Schaltung 102, wobei Ströme I 1′ und I 2′ in Richtung der gestrichelten Pfeile durch die Schaltung fließen. Der Strom I 2 fließt von der Ausgangsklemme 14 an die Schaltung, und der Strom I 1′ fließt über die Eingangsklemme 13 aus der Schaltung heraus. Während der positiven Halbperioden der Spannung V 1 fließen die Ströme I 1 und I 2 in Richtung der ausgezogen eingezeichneten Pfeile.

Auf diese Weise wird ein bidirektionaler bzw. zweiseitig gerichteter Stromfluß in der Schaltung ermöglicht. Dies bedeutet, daß die Schaltung nach Fig. 4 mit einer Wechselspannung betriebsfähig ist. Der Lastkondensator kann daher in nahezu vollkommener Weise aufgeladen und entladen werden.

Fig. 5 veranschaulicht eine Versuchsschaltung eines Gyrators. Diese Versuchsschaltung ist einer RL-Differentialschaltung äquivalent, bei welcher ein Widerstand R 5 an die Eingangsklemme 13 bei der Schaltung gemäß Fig. 4 angeschlossen ist. Eine Wechselstromquelle PS _AC ist zwischen den Widerstand R 5 und Masse eingeschaltet. Eine an der Eingangsklemme 13 anliegende Eingangsspannung Vin ist eine pulsierende Spannung, die gemäß Fig. 6A zwischen +10 V und -10 V pulsiert. Mit V _CC ist die positive Stromquelle, mit V _EE die negative Stromquelle bezeichnet.

Bei dieser Schaltung gilt V _CC = 15 V; V _EE = -15 V; R 3, R 3′, R 4, R 4′ und R 5 besitzen jeweils die Größe von 1 kΩ, und C 2 = 0,1 µF. Die Spannung V 1 an der Eingangsklemme besitzt den Verlauf gemäß Fig. 6B, wenn die Spannung gemäß Fig. 6A an der Schaltung anliegt.

Es sei angenommen, daß die Impulsbreiten an den Mittelpunkten der positiven und negativen Amplituden der Eingangsspannung V 1 jeweils Tw 1 bzw. Tw 2 betragen; die induktive Impedanz Leg kann dann theoretisch nach Gleichung (8) abgeleitet werden. Durch Einsetzen der oben angegebenen Größen oder Werte der Widerstände R 3 undd R 3′ sowie des Kondensators C 2 in Gleichung (8) ergibt sich:

Die Zeitkonstante τ dieser Schaltung beträgt:

τ = Leg/R 5 = 0,1/(1 × 1000) = 0,1 ms

Die positiven und negativen Amplituden Vp 1 bzw. Vp 2 der Eingangsspannung V 1 betragen Vp 1 = 7,5 V und Vp 2 = -8,0 V. Die Amplituden Vs 1 und Vs 2 der positiven und negativen stationären Abschnitte der Spannung V 1 betragen 0,9 V bzw. -1,0 V. Die Impulsbreiten Pw 1 und Pw 2 an den Mittelpunkten der Amplituden Vp 1 bzw. Vp 2 betragen 0,1 ms bzw. 0,15 ms.

Die theoretisch erhaltene oder abgeleitete Zeitkonstante τ = 0,1 ms entspricht genau der Impulsbreite Tw 1 = 0,1 ms und Tw 2 = 0,15 ms, die experimentell ermittelt worden sind. Diese Versuchsergebnisse zeigen somit, daß die Versuchsschaltung mit einer Kapazität von 0,1 µF als induktives Element von 0,1 H arbeitet.

In Fig. 7 ist noch eine Weiterbildung der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform kennzeichnet sich durch eine Linearisierung der Stromübertragungscharakteristik des Optokopplers. Die Ausführungsformen nach Fig. 2, 4 und 5 sind unter der Voraussetzung beschrieben worden, daß die Stromübertragungsverhältnisse K 1 undd K 2 der Optokoppler PC 1, PC 1′, PC 2 und PC 2′ jeweils K 1 = 1 und K 2 = 1 betragen, d. h. daß diese Optokoppler jeweils ein lineares Stromübertragungsverhältnis besitzen. Tatsächlich besitzt der Optokoppler jedoch nicht über einen vollen Strombereich hinweg eine stabile und lineare Stromübertragungscharakteristik bzw. -kennlinie. Vielmehr zeigt er in einem schmalen Strombereich eine quadratische Charakteristik und in einem breiten Strombereich eine lineare Charakteristik.

Zur Verbesserung der nicht-linearen Stromübertragungscharakteristik verwendet die Ausführungsform nach Fig. 7 zusätzlich Leuchtdioden LED 3 und LED 4, an letztere optisch angekoppelte Phototransistoren Q 9 bzw. Q 10, Widerstände R 4 und R 5 sowie PNP-Transistoren Q 11 und 12. Außerdem benutzt diese Ausführungsform Operationsverstärker A 1 und A 2, um die Emitterspannungen der Transistoren Q 5 bzw. Q 6 den Eingangsspannungen V 1 bzw. V 2 gleichzumachen. Durch Anordnung dieser Operationsverstärker wird die Umwandlungsgenauigkeit des Spannungs/Strom-Wandlers verbessert.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Eingangsklemme 13 mit der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers A 1 verbunden. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers A 1 liegt an der Basis des Transistors Q 5. Der Kollektor des Transistors Q 5 ist an die Basis des Transistors Q 11 und an die positive Stromquelle über die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors Q 9 angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q 5 ist mit der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers A 1 und über den Widerstand R 3 mit der negativen Stromquelle verbunden. Der Emitter des Transistors Q 11 liegt über den Widerstand R 5 und die in Reihe geschalteten Leuchtdioden LED 3 und LED 1 an der positiven Stromquelle. Der Kollektor des Transistors Q 11 ist an die negative Stromquelle angeschlossen. Die Leuchtdiode LED 3 ist mit ihrer Anode über die Leuchtdiode LED 1 mit der positiven Stromquelle und an ihrer Kathode über den Widerstand R 5 mit dem Emitter des Transistors Q 11 verbunden. Die Leuchtdiode LED 3 und der Transistor Q 9 bilden gemeinsam einen Optokoppler PC 12.

Die Ausgangsklemme 14 ist an die nicht-invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers A 2 angeschlossen. Dessen Ausgangsklemme liegt an der Basis des Transistors Q 6. Der Kollektor des Transistors Q 6 ist mit der Basis des Transistors Q 12 und mit der positiven Stromquelle über die Emitter-Kollektorstrecke des Phototransistors Q 10 verbunden. Der Emitter des Transistors Q 6 ist an die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers A 2 und über den Widerstand R 4 an die negative Stromquelle angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q 12 ist über den Widerstand R 6 sowie die Leuchtdioden LED 4 und LED 2 in dieser Reihenfolge mit der positiven Stromquelle verbunden. Der Kollektor des Transistors Q 12 liegt an der negativen Stromquelle. Die Leuchtdiode LED 4 ist an ihrer Anode über die Leuchtdiode LED 2 mit der positiven Stromquelle und an ihrer Kathode mit dem Emitter des Transistors Q 12 verbunden. Die Leuchtdiode LED 4 und der Phototransistor Q 10 bilden einen Optokoppler PC 12.

Zwischen die Eingangsklemme 13 und die negative Stromquelle ist ein optisch mit der Leuchtdiode LED 2 gekoppelter Phototransistor Q 8 geschaltet, der zusammen mit der Leuchtdiode LED 2 einen Optokoppler PC 20 bildet. Zwischen die Ausgangsklemme 14 und die positive Stromquelle ist ein optisch mit der Leuchtdiode LED 1 gekoppelter Phototransistor Q 7 geschaltet, der zusammen mit der Leuchtdiode LED 1 einen Optokoppler PC 10 bildet. Ein Lastimpedanzelement Z _L ist zwischen die Ausgangsklemme 14 und die negative Stromquelle geschaltet.

Um bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 eine lineare Stromübertragungscharakteristik über praktisch den gesamten Strombereich zu erzielen, ist es nötig, den Stromübertragungskoeffizienten K 1 des Optokopplers PC 10 dem Stromübertragungskoeffizienten K 2 des Optokopplers PC 12 und den Stromübertragungskoeffizienten K 2 des Optokopplers PC 20 dem Koeffizienten K 22 des Optokopplers PC 2 gleichzumachen. Unter dieser Voraussetzung sind die über die Transistoren Q 7 und Q 9 fließenden Ströme jeweils einander gleich.

Fig. 8 veranschaulicht noch eine Weiterbildung der Erfindung. Während die vorher beschriebene Ausführungsform vom an Masse liegenden Impedanztyp ist, ist die Ausführungsform nach Fig. 8 vom erdfreien Typ, wodurch die Einschränkungen bezüglich der Einsatzmöglichkeiten gemildert werden. Zu diesem Zweck verwendet diese Ausführungsform differentielle Eingangsanordnungen. Gemäß Fig. 8 umfaßt diese Ausführungsform zwei Spannungs/Strom-Wandler 15 und 16 sowie vier Optokoppler PC 1, , PC 2 und . In Fig. 8 sind den Teilen von Fig. 2 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet. In jeder differentiellen Anordnung sind die Bauteile jedes Paars jeweils mit gleichen Symbolen bezeichnet, jedoch im einen Fall mit Überstreichung. Beispielsweise entsprechen die Leuchtdiode LED 1 und der Transistor Q 5 der Leuchtdiode bzw. dem Transistor , der Transistor Q 8 dem Transistor , die Leuchtdiode LED 2 und der Transistor Q 6 der Leuchtdiode bzw. dem Transistor , der Transistor Q 7 dem Transistor , die Eingangsklemme 13 der Eingangsklemme und der Ausgangsklemme 14 der Ausgangsklemme . Die Leuchtdiode LED 1 und der Transistor Q 7 bilden einen Optokoppler PC 1. Die Leuchtdiode LED 2 und der Transistor Q 8 bilden einen weiteren Optokoppler PC 2.

Bei der dargestellten Anordnung ist der Widerstand R 3 zwischen die Emitter der NPN-Transistoren Q 5 und geschaltet. Der Transistor Q 5 bildet zusammen mit dem Transistor und dem Widerstand R 3 einen Differential- Spannungs/Strom-Wandler. Der Widerstand R 4 ist zwischen die Emitter der NPN-Transistoren Q 6 und geschaltet. Der Transistor Q 6 bildet zusammen mit dem Transistor und dem Widerstand R 4 einen Spannungs/Strom-Wandler. Stromquellen I₀′ sind jeweils in den Reihenschaltungen angeordnet, die jeweils zwischen die positiven und negativen Stromquellen eingeschaltet sind. Die Stromquelle dient zur Lösung oder Unterdrückung des Vorspannungsstroms im Spannungs/Strom-Wandler. Der Lastkondensator C 2 ist zwischen die Ausgangsklemmen 14 und eingeschaltet. Die restliche Schaltungsanordnung bei der Ausführungsform nach Fig. 8 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 2. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 gewährleistet der Lastkondensator C 2 eine äquivalente induktive Impedanz Leg zwischen den Eingangsklemmen 13 und .

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist eine Eingangsspannung über einen weiten Bereich änderbar bzw. variabel. Da weiterhin Eingang und Ausgang voneinander trennbar sind, ist der Gyrator einer Vielfalt von Anwendungsfällen zugänglich.

Ersichtlicherweise können die Leitfähigkeitstypen (NPN und PNP) der Transistoren jeweils umgekehrt sein. Die positiven und negativen Polaritäten der Stromquellen sind ebenfalls gegeneinander austauschbar.

Claims

1. Schaltung zur Realisierung eines Gyrators, mit einem Eingangsnetzwerk und einem Ausgangsnetzwerk, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Eingangsnetzwerk aufweist:
einen Eingang (13), an den eine Eingangsspannung anlegbar ist,
einen ersten Spannungs/Strom-Wandler (Q 5) zum Umsetzen der Eingangsspannung in einen elektrischen Strom,
einen ersten elektrooptischen Umsetzer (LED 1) zum Umsetzen des elektrischen Stroms vom ersten Spannungs/Strom-Wandler in ein Photosignal, und
eine erste Rückkopplungsstufe aus einem ersten optoelektrischen Umsetzer (Q 8), der ein Photosignal von einem zweiten elektrooptischen Umsetzer (LED 2) im Ausgangsnetzwerk empfängt und dieses in einen elektrischen Strom umwandelt,
- der erste Spannungs/Strom-Wandler (Q 5) einen Eingangsanschluß und eine Ausgangsstromstrecke aufweist, von denen der Eingangsanschluß mit dem Eingang (13) und ein Anschluß der Ausgangsstromstrecke über einen Widerstand (R 3) mit einem Bezugspotential verbunden sind,
- der erste elektrooptische Umsetzer (LED 1) zwischen dem anderen Anschluß der Ausgangsstromstrecke des ersten Spannungs/Strom-Wandlers (Q 5) und einem ersten Spannungsquellenpotential liegt,
- der erste optoelektrische Umsetzer (Q 8) zwischen dem Eingang (13) und dem Bezugspotential liegt,
- das Ausgangsnetzwerk aufweist:
einen Ausgang (14) zum Abgeben einer Ausgangsspannung,
eine Last (ZL) zwischen dem Ausgang (14) und dem Bezugspotential,
einen zweiten optoelektrischen Umsetzer (Q 7), der das Photosignal vom ersten elektrooptischen Umsetzer (LED 1) empfängt und dieses in einen elektrischen Strom umsetzt,
einen zweiten Spannungs/Strom-Wandler (Q 6) zum Umsetzen der Ausgangsspannung in einen elektrischen Strom, und
den zweiten elektrooptischen Umsetzer (LED 2) zum Umsetzen des elektrischen Stroms vom zweiten Spannungs/Strom-Wandler (Q 6) in das vom ersten optoelektrischen Umsetzer (Q 8) zu empfangende Photosignal,
- der zweite optoelektrische Umsetzer (Q 7) zwischen dem ersten Spannungsquellenpotential und dem Ausgang (14), liegt,
der zweite Spannungs/Strom-Wandler (Q 6) einen Eingangsanschluß und eine Ausgangsstromstrecke aufweist, von denen der Eingangsanschluß mit dem Ausgang (14) und ein Anschluß der Ausgangsstromstrecke über einen Widerstand (R 4) mit dem Bezugspotential verbunden sind, und
- der zweite elektrooptische Umsetzer (LED 2) zwischen dem ersten Spannungsquellenpotential und dem anderen Anschluß der Ausgangsstromstrecke des zweiten Spannungs/Strom-Wandlers (Q 6) liegt (Fig. 2).

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Eingangsnetzwerk außerdem aufweist:
einen dritten Spannungs/Strom-Wandler (Q 5′) zum Umsetzen der Eingangsspannung in einen elektrischen Strom,
einen dritten elektrooptischen Umsetzer (LED 1′) zum Umsetzen des elektrischen Stroms vom dritten Spannungs/Strom-Wandler (Q 5′) in ein Photosignal,
eine zweite Rückkopplungsstufe aus einem dritten optoelektrischen Umsetzer (Q 8′), der ein Photosignal von einem vierten elektrooptischen Umsetzer (LED 2′) im Ausgangsnetzwerk empfängt und dieses in einen elektrischen Strom umwandelt,

- der dritte Spannungs/Strom-Wandler (Q 5′) einen Eingangsanschluß und eine Ausgangsstromstrecke aufweist, von denen der Eingangsanschluß mit dem Eingang (13) und ein Anschluß der Ausgangsstrecke über einen Widerstand (R 3′) mit dem Bezugspotential verbunden sind,
- der dritte elektrooptische Umsetzer (LED 1′) zwischen dem anderen Anschluß der Ausgangsstromstrecke des dritten Spannungs/Strom-Wandlers (Q 5′) und einem zweiten Spannungsquellenpotential liegt,
- der dritte optoelektrische Umsetzer (Q 8′) zwischen dem Eingang (13) und dem Bezugspotential liegt,
- das Ausgangsnetzwerk außerdem aufweist:
einen vierten optoelektrischen Umsetzer (Q 7′), der das Photosignal vom dritten elektrooptischen Umsetzer (LED 1′) empfängt und dieses in einen elektrischen Strom umsetzt,
einen vierten Spannungs/Strom-Wandler (Q 6′) zum Umsetzen der Ausgangsspannung in einen elektrischen Strom, und
den vierten elektrooptischen Umsetzer (LED 2′) zum Umsetzen des elektrischen Stroms vom vierten Spannungs/Strom-Wandler (Q 6′) in das vom dritten optoelektrischen Umsetzer (Q 8′) zu empfangende Photosignal,
- der vierte optoelektrische Umsetzer (Q 7′) zwischen dem zweiten Spannungsquellenpotential und dem Ausgang (14) liegt,
- der vierte Spannungs/Strom-Wandler (Q 6′) einen Eingangsanschluß und eine Ausgangsstromstrecke aufweist, von denen der Eingangsanschluß mit dem Ausgang (14) und ein Anschluß der Ausgangsstromstrecke über einen Widerstand (R 4′) mit dem Bezugspotential verbunden sind, und
- der vierte elektrooptische Umsetzer (LED 2′) zwischen dem zweiten Spannungsquellenpotential und dem anderen Anschluß der Ausgangsstromstrecke des vierten Spannungs/Strom-Wandlers (Q 6′) liegt (Fig. 4).

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsnetzwerk weiterhin einen Optokoppler (LED 3, Q 9) zwischen dem anderen Anschluß der Ausgangsstromstrecke des ersten Spannungs/Strom-Wandlers (Q 5) und dem ersten Spannungsquellenpotential mit einem Stromübertragungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen gleich dem Stromübertragungskoeffizienten des aus dem ersten elektrooptischen Umsetzer (LED 1) und dem zweiten optoelektrischen Umsetzer (Q 7) gebildeten Optokopplers (LED 1, Q 7) ist, und daß das Ausgangsnetzwerk weiterhin einen Optokoppler (LED 4, Q 10) zwischen dem anderen Anschluß der Ausgangsstromstrecke des zweiten Spannungs/ Strom-Wandlers (Q 6) und dem ersten Spannungsquellenpotential mit einem Stromübertragungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen gleich dem Stromübertragungskoeffizienten des aus dem zweiten elektrooptischen Umsetzer (LED 2) und dem ersten optoelektrischen Umsetzer (Q 8) gebildeten Optokopplers (LED 2, Q 8) ist (Fig. 7).

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Spannungs/Strom-Wandler (Q 5, Q 6) jeweils vom Differentialtyp sind.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite elektrooptische Umsetzer (LED 1, LED 2) jeweils Leuchtdioden sind.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite optoelektrische Umsetzer (Q 8, Q 7) jeweils Phototransistoren sind.