DE69735742T2

DE69735742T2 - Frequenzabhängiger widerstand

Info

Publication number: DE69735742T2
Application number: DE69735742T
Authority: DE
Inventors: Yoichi Morita
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: CN1096145C; WO1997032396A1; CN1180458A; EP0827275B1; KR100298090B1; KR19990008229A; EP0827275A1; JP3304359B2; EP0827275A4; US6008691A; DE69735742D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Analogfilter bzw. mehr im Einzelnen einen frequenzabhängigen Widerstand zur Verwendung in einem Bandpassfilter zur Erzeugung eines Chrominanzsignals aus einem Kompositvideosignal, in einem Tiefpassfilter zur Entfernung hoher Obertöne nach Demodulieren des Chrominanzsignals in einem TV oder VTR, in einem Equalizer zum Steuern der Frequenz und Amplitude in einer Audioschaltung, in einem Filter zum Ermitteln eines IQ-Signals in bestimmten B.S.-Tunern, in einem Filter zum Entfernen der Rauschkomponente bestimmter Impulssignale in einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung.
Stand der Technik
Beim Konstruieren eines Filterschaltkreises führt eine geeignete Kombination aus Widerständen, Kondensatoren, Spulen und Operationsverstärkern zu einem passiven Filter oder einem aktiven Filter. Bestimmte Beispiele sind einfach abgestimmte Schaltkreise unter Nutzung von Widerständen, Kondensatoren und Spulen, und außerdem Butterworth, Chebyshev-, Bessel- oder elliptische Funktionsfilter unter Kombination eines Operationsverstärkers mit den Elementen. Diese Filter besitzen eine Kennlinie, demnach sich die Phase des Ausgangssignal frequenzabhängig ändert. Der Grund hierfür ist, dass das Verhältnis zwischen der Imaginärzahlkomponente und der Realzahlkomponente der Impedanz dieser Filter sich frequenzabhängig ändert. Wenn bei der Signalverarbeitung die Phasenänderung in Bezug auf die Frequenz zumindest eine lineare Charakteristik aufweist, verläuft die Gruppenverzögerungskennlinie flach. Dadurch kann die Verzerrung des Ausgangssignals relativ zur Eingangssignalwellenform unterbunden werden. Mit dem Bessel- Filter führt eine Begrenzung der Frequenz zu einer Einebnung der Gruppenverzögerungskennlinie soweit wie möglich.
Ein einfach abgestimmter Schaltkreis als ein Beispiel herkömmlicher Filtereinheiten ist in 30 gezeigt. Dieser einfach abgestimmte Schaltkreis umfasst einen Widerstand 130 mit einem Widerstandswert von 10 kΩ, eine Spule 50 mit einem Induktanzwert von 0,01 H und einen Kondensator 52 mit einem Kapazitätswert von 10 pF, der in Reihe geschaltet ist, sowie eine Signalquelle 140 mit einer Phase von null Grad und einer Einheitsamplitude, die über die Reihenschaltung in Verbindung gebracht ist. Die Amplituden- und Phasenkennlinie des Ausgangssignals in Bezug auf das Eingangssignal dieses einfach abgestimmten Schaltkreises ist in 31 bis 33 gezeigt. 31 zeigt die Tiefpassfilterkennlinie, die an einem Anschluss 13 erhalten wird. 32 zeigt die Bandunterdrückungsfilterkennlinie, die an einem Anschluss 14 erhalten wird, und 33 zeigt die Bandpassfilterkennlinie, die zwischen den Anschlüssen 14 und 15 erhalten wird. 31 und 32 zeigen, dass die Phase sich ungeachtet der Eckfrequenz von etwa 500 kHz bereits bei 10 kHz in einem Signalpassfrequenzbereich zu ändern beginnt. 33 zeigt, dass sich die Phase beiderseits der Mittenfrequenz des Signalpassfrequenzbereichs scharf ändert.
In dem Fall, dass das Chrominanzsignal dem Kompositvideosignal eines TV-Signals unter Nutzung dieser herkömmlichen Bandpassfilter entnommen wird, entwickelt sich eine Ungleichmäßigkeit der Gruppenverzögerung bezüglich der Frequenz im Bereich der Trägerfrequenz. Eine Verzerrung tritt in der Wellenform nach Demodulation deshalb auf, was mitunter zu einer ungünstigen Auswirkung auf eine farbgetreue Wiedergabe führt. Um die hohen Obertöne aus dem demodulierten Chrominanzsignal zu entfernen, wird ein Tiefpassfilter genutzt, so dass eine vergleichsweise große Phasenverzögerung für das Signal entwickelt wird. Um die Zeitverzögerung auf Grund der Phasenverzögerung zu korrigieren, ist die Einfügung einer Verzögerungsleitung in eine Luminanzsignalverarbeitungsschaltung ohne Zeitverzögerung erforderlich.
Der FDNR (frequenzabhängiger negativer Wandler) ist zum Wandeln der Impedanz vorgeschlagen worden (auch als GIC bezeichnet), und er umfasst eine Kombination aus zwei Operationsverstärkern und fünf Elementen, wobei zwei Elemente aus Kondensatoren bestehen, während der Rest Widerstände sind.
Dieser FDNR hat die Eigenschaft, dass die Phasenkennlinie abhängig von der Frequenz ungeändert bleibt, während sich der Widerstandswert frequenzabhängig ändert. Dessen ungeachtet ist die Frequenzkennlinie des FDNR negativ und auf das Quadrat der Frequenz beschränkt. Da das Ersetzen des Werts jedes Komponentenelements durch einen anderen Wert erforderlich ist, um den Widerstandswert zu ändern, ist das Gebiet, auf das der FDNR anwendbar ist, beschränkt.
Wenn Rauschen von dem Impulssignal unter Nutzung dieser herkömmlichen Tiefpassfilter entfernt wird, veranlasst die starke Phasenänderung mitunter eine beträchtliche Differenz zwischen der Phase des Eingangsimpulses und derjenigen des Impulsausgangssignals. In diesem Zusammenhang trat insbesondere ein Problem auf bezüglich einer synchronen Verarbeitung erfordernden Schaltung.
Ein frequenzabhängiger Widerstand mit mehreren Phasenschieberschaltkreisen ist aus der Druckschrift WO 95/31036 bekannt.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen frequenzabhängigen Widerstand zu schaffen, dessen Impedanz sich frequenzabhängig ändert. Die Erfindung zielt darauf ab, eine Filtereinheit zu schaffen, aufweisend eine Kombination aus einem frequenzabhängigen Widerstand mit einem weiteren Widerstand zur Erzeugung eines Signals mit einer sehr gering unterdrückten Phasenänderung in Bezug auf die Frequenz. Widerstand bedeutet vorliegend ein Widerstandelement, ein Schaltkreis, der äquivalent ein Widerstandelement bereitstellt, oder eine Schaltung, enthaltend eine Kombination hieraus.
In Übereinstimmung mit der Erfindung umfasst ein frequenzabhängiger Widerstand die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen des frequenzabhängigen Widerstands sind in den Ansprüchen 2 bis 19 festgelegt.
Ein frequenzabhängiger Widerstand kann eine kaskadenartig verbundene bzw. kaskadierte Schaltung umfassen, bei der mehrere Phasenrotatoren in Kaskade geschalten bzw. kaskadiert sind, wobei jeder der Phasenrotatoren einen Spannung/Stromwandler zum Ausgeben eines Stroms aus einem Eingangsanschluss in Reaktion auf eine Spannung aufweist, die an den Eingangsanschluss angelegt ist, und eine reaktive Last, die mit dem Ausgangsanschluss des Spannung/Stromwandlers verbunden ist, wobei jeder Phasenrotator eine Spannung ausgibt, die in der reaktiven Last erzeugt wird, in Reaktion auf die Spannung, die an den Eingangsanschluss angelegt ist, einen Signalanschluss, der mit dem Eingangsanschluss des Spannung/Stromwandlers des Phasenrotators der kaskadierten Schaltung verbunden ist, und zumindest einen Spannung/Stromwandler, der einen Strom an den Signalanschluss ausgibt in Reaktion auf die Ausgangsspannung von Phasenrota toren ungeradzahliger Stufe bzw. ungeradzahligen Phasenrotatoren, gezählt ausgehend vom ersten Phasenrotator bzw. dem Phasenrotator erster Stufe der kaskadierten Schaltung.
Reaktive Last bedeutet eine Last mit einer Eigenschaft, die durch den Imaginärteil der Impedanz gesteuert ist.
Wenn an den Signalanschluss des frequenzabhängigen Widerstands eine Wechselspannung angelegt wird, erzeugt die reaktive Last des Phasenrotators der ersten Stufe eine Spannung. Die Spannung ist um 90 Grad außer Phase zur Spannung, die an den Eingangsanschluss des Phasenrotators der ersten Stufe angelegt ist, das heißt, zu der Spannung, die an den Signalanschlüssen angelegt ist. Diese Spannung wird an den Phasenrotator der zweiten Stufe angelegt und die reaktive Last des Phasenrotators der zweiten Stufe eine Spannung erzeugt. Die Spannung ist um 90 Grad außer Phase zur Spannung, die an den Eingangsanschluss des Phasenrotators der zweiten Stufe angelegt ist. Die reaktive Last des Phasenrotators der zweiten Stufe erzeugt eine Spannung, die um 180 Grad außer Phase zu der Spannung ist, die an den Signalanschluss angelegt ist. Auf diese Weise erzeugt die reaktive Last des Phasenrotators der vierten Stufe eine Spannung, die um 360 Grad außer Phase zu der Spannung ist, die an den Signalanschluss angelegt ist. Die reaktiven Lasten des Phasenrotators der sechsten Stufe und des Phasenrotators der achten Stufe erzeugen Spannungen, die um 540 Grad und 720 Grad außer Phase zu der Spannung sind, die an den Signalanschluss angelegt ist. Außerdem wird die in der reaktiven Last der Phasenrotatoren ungeradzahliger Stufe erzeugte Spannung in einen Strom einer Phase identisch oder entgegengesetzt zu der Phase dieser Spannung erzeugt und an den Signalanschluss angelegt. Ein Strom einer Phase identisch oder entgegengesetzt zu derjenigen der Spannung, die an den Signalanschluss angelegt ist, wird an den Signalanschluss rückgekoppelt.
Insbesondere dann, wenn ein Rückkopplungsstrom der Phase, die im Gegensatz zu der Phase der Spannung ist, die an den Signalanschluss ist, an den Signalanschluss angelegt wird, fließt ein Strom in den frequenzabhängigen Widerstand aus dem Signalanschluss, und der Strom hat dieselbe Phase wie die Spannung, die an Signalanschluss angelegt ist, so dass eine positive Widerstandskennlinie in dem Signalanschluss erhalten wird.
In dem Fall, dass die reaktive Last aus einem Kondenstor und einer Spule zusammengesetzt ist, ändert sich der Widerstandswert des frequenzabhängigen Widerstands in unterschiedlicher Weise in Reaktion auf die Frequenz, wie nachfolgend erläutert.
Ein frequenzabhängiger Widerstand kann eine kaskadenartig geschaltete Schaltung umfassen, in der mehrere Phasenrotatoren kaskadiert sind, wobei jeder der Phasenrotatoren einen Spannung/Stromwandler zum Ausgeben eines bidirektionalen Wechselstroms aus einem Ausgangsanschlusspaar in Reaktion auf eine Wechselspannung aufweist, die an einem Eingangsanschlusspaar von ihm angelegt ist, und eine reaktive Last, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers verbunden ist, wobei jeder der Phasenrotatoren eine Spannung ausgibt, die in der reaktiven Last in Reaktion auf die Spannung erzeugt wird, die an das Eingangsanschlusspaar angelegt ist, wobei ein Signalanschlusspaar mit dem Eingangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers des Phasenrotators der ersten Stufe der kaskadenartig geschalteten Schaltung verbunden ist, und wobei zumindest ein Spannung/Stromwandler einen bidirek tionalen Wechselstrom an das Signalanschlusspaar von dem Ausgangsanschlusspaar in Reaktion auf die Ausgangsspannung von Phasenrotatoren ungradzahliger Stufe anlegt, gezählt ausgehend vom Phasenrotator der ersten Stufe der kaskadierten Schaltung.
Eine Spannung wird über der reaktiven Last des Phasenrotators der ersten Stufe angelegt. Die Spannung ist um 90 Grad außer Phase zu der Spannung, die an das Eingangsanschlusspaar des Phasenrotators der ersten Stufe angelegt ist, das heißt, zu der Spannung, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist. Diese Spannung wird an den Phasenrotator der zweiten Stufe derart angelegt, dass eine Spannung, die um 90 Grad außer Phase zu der Spannung ist, die an den Eingangsanschlusspaaar des Phasenrotators der zweiten Stufe angelegt ist, über der reaktiven Last des Phasenrotators der zweiten Stufe erzeugt wird. Hierdurch wird eine Spannung, die um 180 Grad außer Phase zu der Spannung ist, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, über der reaktiven Last des Phasenrotators der zweiten Stufe angelegt. Auf diese Weise wird eine Spannung, die um 360 Grad außer Phase zu der Spannung ist, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, über der reaktiven Lasten des Phasenrotators der vierten Stufe angelegt. Spannungen, die um 540 Grad und 720 Grad außer Phase zu der Spannung sind, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, werden außerdem über den reaktiven Lasten des Phasenrotators der sechsten Stufe bzw. des Phasenrotators der achten Stufe angelegt. Eine über der reaktiven Last der Phasenrotatoren ungeradzahliger Stufe erzeugte Spannung wird in einen Strom identischer Phase und einen Strom entgegengesetzter Phase in Bezug auf die spezielle Spannung gewandelt, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist. Hierdurch wird ein bidirektionaler Strom, bei dem es sich um einen Strom mit identischer Phase und einen Strom mit entgegengesetzter Phase in Bezug auf die Spannung handelt, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, in das Signalanschlusspaar rückgekoppelt.
Ein erster Signalanschluss, bei dem es sich um einen Anschluss des Signalanschlusspaars handelt, wird in Bezug auf einen zweiten Signalanschluss in Betracht gezogen, bei dem es sich um den anderen Anschluss handelt. In dem Fall, dass ein Strom in Phase zu der Spannung, die an den ersten Signalanschluss angelegt ist, von dem ersten Signalanschluss in den frequenzabhängigen Widerstand fließt, und dass ein Strom in Phase aus dem zweiten Signalanschluss fließt, wird zwischen dem Signalanschlusspaar eine positive Widerstandskennlinie erhalten.
In dem Fall, dass die reaktive Last aus einem Kondenstor und einer Spule zusammengesetzt ist, ändert sich der Widerstandswert des frequenzabhängigen Widerstands in unterschiedlicher Weise in Reaktion auf die Frequenz, wie nachfolgend erläutert.
Ein frequenzabhängiger Widerstand kann ferner eine kaskadenartig verbundene bzw. kaskadierte Schaltung aufweisen, in der mehrere Phasenrotatoren kaskadiert bzw. kaskadenartig verbunden sind, wobei jeder der Phasenrotatoren aus einer Differenzverstärkerschaltung mit einem Ausgangsanschlusspaar zum Ausgeben eines Stroms in Reaktion auf die Spannung aufweist, die an einem Ausgangsanschlusspaar von ihm angelegt ist, und eine reaktive Last, die mit dem Ausgangsanschlusspaar verbunden ist, ein Signalanschlusspaar, das mit dem Eingangsanschlusspaar der Differenzverstärkerschaltung der ersten Stufe der kaskadierten Schaltung verbunden ist, und zumindest eine Differenzverstärkerschaltung, die Ströme von dem Ausgangsan schlusspaar ausgibt, und zwar in Reaktion auf die Spannung, die zwischen dem Eingangsanschlusspaar angelegt ist, wenn die über der reaktiven Last der Phasenrotatoren ungeradzahliger Stufe, gezählt ausgehend vom Phasenrotator der ersten Stufe der kaskadierten Schaltung, an seinem Eingangsanschlusspaar angelegt ist.
Eine Spannung ist an das Eingangsanschlusspaar der Differenzverstärkerschaltung des Phasenrotators der ersten Stufe angelegt. Ein bidirektionaler Strom, der von dem Ausgangsanschlusspaar des Differenzverstärkers in Reaktion auf die angelegte Spannung ausgegeben wird, wird der reaktiven Last zugeführt. Eine Spannung, die 90 Grad außer Phase zu der Spannung, die an das Eingangsanschlusspaar der Differenzverstärkerschaltung des Phasenrotators der ersten Stufe angelegt ist, das heißt, zu der Spannung, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, wird über der reaktiven Last erzeugt. Diese Spannung wird an das Eingangsanschlusspaar der Differenzverstärkerschaltung das Phasenrotators der zweiten Stufe angelegt. Ein bidirektionaler Strom, der von dem Ausgangsanschlusspaar des Differenzverstärkers in Reaktion auf diese Spannung ausgegeben wird, wird der reaktiven Last des Phasenrotators der zweiten Stufe zugeführt. Eine Spannung, die 90 Grad außer Phase zu der Spannung ist, die an das Eingangsanschlusspaar der Differenzverstärkerschaltung des Phasenrotators der zweiten Stufe angelegt ist, wird über der reaktiven Last des Phasenrotators der zweiten Stufe erzeugt. Hierdurch wird eine Spannung, die um 180 Grad außer Phase zu der Spannung ist, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, über der reaktiven Last des Phasenrotators der zweiten Stufe erzeugt. Eine Spannung, die um 360 Grad außer Phase zu der Spannung ist, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, wird dadurch über der reaktiven Lasten des Phasenrotators der vierten Stufe erzeugt. Spannungen, die um 540 Grad und 720 Grad außer Phase zu der Spannung sind, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, werden über den reaktiven Lasten des Phasenrotators der sechsten Stufe bzw. des Phasenrotators der achten Stufe angelegt. Die über der reaktiven Last der Phasenrotatoren der ungeradzahligen Stufe erzeugte Spannung wird in einen bidirektionalen Strom gewandelt, der dem Signalanschlusspaar zugeführt wird, wodurch eine Widerstandskennlinie an dem Signalanschlusspaar erhalten wird. Eine positive oder negative Widerstandeigenschaft bzw. -kennlinie wird erhalten durch Wählen der Richtung des bidirektionalen Stroms, der dem Signalanschlusspaar zugeführt wird.
Da die Impedanz der reaktiven Last als Funktion der Frequenz variiert, unterscheidet sich eine über der jeweiligen reaktiven Last erzeugte Spannung als Funktion der Frequenz, so dass der Wert des bidirektionalen Stroms, der dem Signalanschlusspaar zugeführt wird, sich in Reaktion auf die Frequenz ändert. Der Widerstandswert des Signalanschlusspaars ändert sich deshalb als Funktion der Frequenz.
Mit dem Differenzverstärkerschaltungen der Phasenrotatoren im Unterschied zu dem Phasenrotator der ersten Stufe wird ein feststehendes Potential bevorzugt an ein Einganganschlusspaar zur Stabilisierung des Betriebs angelegt. Zu bemerken ist, dass in dem Fall, in dem eine Gleichspannung an einen des Eingangsanschlusspaars von einer Gleichstromquelle angelegt wird, ein Strompfad in Richtung auf diesen Anschluss durch die Gleichstromquelle gebildet wird.
Ein frequenzabhängiger Widerstand kann zumindest einen Strom/Stromwandler aufweisen, in dem sich der Differenzstrom übertragungskoeffizient in Reaktion auf ein Steuersignal ändert, das von einer externen Quelle an ihn angelegt ist.
Der Wert des Stroms, der zum Signalanschluss oder zu dem Signalanschlusspaar des frequenzabhängigen Widerstands rückgekoppelt wird wird geändert durch Verstärken des Stroms durch ein Signal, das von einer externen Quelle zugeführt wird. Der Widerstandswert des frequenzabhängigen Widerstands kann durch dieses Signal geändert werden. Der Vorteil liegt dabei in der Tatsache, dass die Widerstandskennlinie des frequenzabhängigen Widerstands geändert werden kann, ohne dass die Bestandteile des frequenzabhängigen Widerstands geändert werden müssen. Das von der externen Quelle zugeführte Signal umfasst ein elektrisches Wechselstromsignal, das von einer Signalquelle oder dergleichen zugeführt wird, ein elektrisches Signal, das durch eine Ermittlungsschaltung ermittelt wird, eine Gleichspannung, die durch einen D/A-Wandler aus den digitalen Daten eines Mikrocomputers oder Speichers erzeugt wird, und außerdem einen Gleichstrom, der aus diesen Bestandteilen gewonnen wird.
Es kann der Fall auftreten, dass der Strom, der zu dem Signalanschluss oder dem Signalanschlusspaar gekoppelt wird, entgegengesetzte Phase zu der Spannung aufweist, die an den Signalanschluss oder das Signalanschlusspaar angelegt ist.
Diese Form verursacht einen Strom in Phase zu der Spannung, die an den Signalanschluss oder das Signalanschlusspaar angelegt ist, in den frequenzabhängigen Widerstand zu fließen. Der frequenzabhängige Widerstand hat deshalb die Funktion eines Widerstandselements mit positiver Widerstandskennlinie.
Im anderen Fall weist der Strom, der zu dem Signalanschluss oder dem Signalanschlusspaar gekoppelt wird, dieselbe Phase auf wie die Spannung, die an den Signalanschluss oder das Signalanschlusspaar angelegt ist.
Diese Form veranlasst einen Strom in Phase zu der Spannung, die an den Signalanschluss oder das Signalanschlusspaar angelegt ist, aus dem frequenzabhängigen Widerstand heraus zu fließen. Der frequenzabhängige Widerstand hat deshalb die Funktion eines Widerstandselements mit negativer Widerstandskennlinie.
In dem frequenzabhängigen Widerstand kann die reaktive Last ein kapazitives Element sein.
In dem Fall, dass die reaktive Last ein kapazitives Element ist, ist die Impedanz der reaktiven Last invers proportional zu dem Produkt aus der Frequenz und dem Kapazitätswert. Eine in der reaktiven Last der [2 × n]-ten Stufe (wobei n eine positive ganze Zahl ist) erzeugte Spannung besitzt deshalb eine Amplitude invers proportional zu dem Produkt aus der [2 × n]-ten Potenz der Frequenz mit dem Kapazitätswert der jeweiligen reaktiven Last, die in dem Phasenrotator der ersten Stufe vorliegt zu dem Phasenrotator der zweiten Stufe. Diese Spannung wird in einen Strom gewandelt, der dem Signalanschluss oder dem Signalanschlusspaar zugeführt wird. Die Amplitude dieses Stroms ist außerdem invers proportional zu dem Produkt aus der [2 × n]-ten Potenz der Frequenz und dem Kapazitätswert jeder reaktiven Last des Phasenrotators der ersten Stufe zu dem Phasenrotator der [2 × n]-ten Stufe. Der frequenzabhängige Widerstand ist folglich direkt proportional zu dem Produkt aus der [2 × n]-ten Potenz der Frequenz und dem Kapazitätswert jeder reaktiven Last, die in dem Phasenrotator der ersten Stufe zu dem Phasenrotator der [2 × n]-ten Stufe vorliegt.
Die reaktive Last des frequenzabhängigen Widerstands kann ein Induktanzelement sein.
In dem Fall, dass die reaktive Last ein Induktanzelement ist, ist die Impedanz der reaktiven Last direkt proportional zu dem Produkt aus der Frequenz und dem Induktanzwert. Eine in der reaktiven Last des [2 × n]-ten Phasenrotators besitzt eine Amplitude direkt proportional zu dem Produkt aus der [2 × n]-ten Potenz der Frequenz und dem Induktanzwert von jeder reaktiven Last, die in dem Phasenrotator der ersten Stufe zu dem Phasenrotator der [2 × n]-ten Stufe vorliegt. Diese Spannung wird in einen Strom gewandelt, der dem Signalanschluss oder dem Signalanschlusspaar zugeführt wird. Die Amplitude dieses Stroms ist außerdem direkt proportional zu dem Produkt aus der [2 × n]-ten Potenz der Frequenz und dem Induktanzwert von jeder reaktiven Last, die in dem Phasenrotator der ersten Stufe zu dem Phasenrotator der [2 × n]-ten Stufe vorliegt. Der frequenzabhängige Widerstand ist direkt proportional zu dem Produkt aus der [2 × n]-ten Potenz der Frequenz und dem Induktanzwert jeder reaktiven Last, die in dem Phasenrotator der ersten Stufe zu dem Phasenrotator der [2 × n]-ten Stufe vorliegt.
Die reaktive Last des frequenzabhängigen Widerstands kann eine Parallelschaltung sein, die ein kapazitives Element und ein Induktanzelement enthält.
In dem Fall, dass die reaktive Last als Parallelschaltung konfiguriert ist, die ein kapazitives Element oder ein Induktanzelement enthält, ist die Impedanz der reaktiven Last als das Reziproke eines Wert gegeben, der durch Ableiten eines Werts invers proportional zu dem Produkt aus der Frequenz und dem Induktanzwert des Induktanzelements aus einem Wert proportional zu dem Produkt der Frequenz und dem Kapazitätswert des kapazitiven Elements abgeleitet wird. Über der reaktiven Last des Phasenrotators der [2 × n]-ten Stufe wird deshalb eine Spannung erzeugt mit einer Amplitude proportional zu einem Wert, der gewonnen wird durch Multiplizieren des Reziproken eines Werts, der durch Ableitung gewonnen wird, mit einem Wert invers proportional zu dem Produkt der Frequenz und dem Induktanzwert des Induktanzelements, aus einem Wert proportional zu dem Produkt der Frequenz mit dem Kapazitätswert des kapazitiven Elements, bei dem es sich um einen Wert zum Ermitteln der Impedanz jeweiliger reaktiver Lasten des Phasenrotators der ersten Stufe durch den Phasenrotator der [2 × n]-ten Stufe handelt. Diese Spannung wird in einen Strom gewandelt, der an den Signalanschluss oder das Signalanschlusspaar angelegt wird. Die Amplitude dieses Stroms ist direkt proportional zu der Spannung, die in der reaktiven Last des Phasenrotators der [2 × n]-ten Stufe erzeugt wird. Der Widerstandswert der Impedanz des frequenzabhängigen Widerstands ist deshalb direkt proportional zu einem Wert, der gewonnen wird durch Multiplizieren eines Werts, der durch Ableiten gewonnen wird, mit einem Wert invers proportional zu dem Produkt der Frequenz und mit dem Induktanzwert des Induktanzelements ausgehend von einem Wert proportional zu dem Produkt der Frequenz und des Kapazitätswerts des kapazitiven Elements, bei dem es sich um einen Wert zum Ermitteln der Impedanz der jeweiligen reaktiven Lasten des Phasenrotators der ersten Stufe durch den Phasenrotator der [2 × n]-ten Stufe handelt.
Die reaktive Last des frequenzabhängigen Widerstands kann eine Reihenschaltung sein, die kapazitive Elemente und induktive Elemente enthält.
In dem Fall, dass die reaktive Last aus einer Reihenschaltung erstellt ist, die ein kapazitives Element und ein Induktanzelement enthält, ist der Wert zum Ermitteln der Impedanz der reaktiven Last als Wert gegeben, der gewonnen wird durch Ableiten eines Werts invers proportional zu dem Produkt aus der Frequenz und dem Kapazitätswert des kapazitiven Elements aus einem Wert direkt proportional zu dem Produkt aus der Frequenz und dem Induktanzwert des Induktanzelements. Über der reaktiven Last des Phasenrotators der [2 × n]-ten Stufe wird deshalb ein Wert invers proportional zu dem Produkt aus der Frequenz und dem Kapazitätswert des kapazitiven Elements erzeugt, aus einem Wert direkt proportional zu dem Produkt aus der Frequenz und dem Induktanzwert des Induktanzelements, bei dem es sich um einen Wert zum Ermitteln der Impedanz der jeweiligen reaktiven Lasten des Phasenrotators der ersten Stufe durch den bzw. bis zu dem Phasenrotator der [2 × n]-ten Stufe handelt. Diese Spannung wird in einen Strom gewandelt, der dem Signalanschluss oder dem Signalanschlusspaar zugeführt wird. Die Amplitude dieses Stroms ist direkt proportional zu der Spannung, die in der reaktiven Last des Phasenrotators der [2 × n]-ten Stufe erzeugt wird. Der Widerstandswert der Impedanz des frequenzabhängigen Widerstands ist deshalb invers proportional zu einem Wert, der gewonnen wird durch miteinander Multiplizieren eines Werts, der gewonnen wird durch Ableiten, mit einem Wert invers proportional zu dem Produkt der Frequenz und dem Kapazitätswert des kapazitiven Elements, aus einem Wert direkt proportional zu dem Produkt aus der Frequenz und dem Induktanzwert des Induktanzelements, bei dem es sich um einen Wert zum Ermitteln der Impedanz der jeweili gen reaktiven Lasten des Phasenrotators der ersten Stufe durch den bzw. bis zu dem Phasenrotator der [2 × n]-ten Stufe handelt.
Die Differenzverstärkerschaltung bzw. der Spannung/Stromwandler des frequenzabhängigen Widerstands kann aus mehreren MOS-Transistoren erstellt sein.
Der Widerstandswert des frequenzabhängigen Widerstands kann theoretisch einen hohen Wert in Reaktion auf die Frequenz aufweisen. In dem Fall, dass der Eingangsimpedanzwert des Phasenrotators niedrig ist im Vergleich zu dem berechneten Widerstandswert des frequenzabhängigen Widerstands, kann die Phase des Stromausgangssignals aus dem Phasenrotator jedoch nicht orthogonal zu der Spannung sein, die an den Phasenrotator angelegt ist. Die Gate-Eingangsimpedanz des MOS-Transistors ist festgelegt durch einen winzigen parasitären Kapazitätswert in dem Gate-Abschnitt, und er ist groß im Vergleich zu der Basiseingangsimpedanz des bipolaren Transistors. Aus diesem Grund trägt die Verwendung des MOS-Transistors vorteilhafterweise zum Betrieb in einem Bereich bei, in dem die berechnete Impedanz bzw. Berechnungsimpedanz zwischen den Signalanschlüssen hoch ist.
Die reaktive Last des frequenzabhängigen Widerstands kann aus einer Gyratorschaltung erstellt sein.
In einer integrierten Halbleiterschaltung ist es schwierig, einen hohen Induktanzwert mittels der Abmessungen oder Form des Leiters zu verwirklichen. Die Verwendung einer Gyratorschaltung als reaktive Last vermag jedoch den Induktanzwert von ihr durch Auswählen einer Schaltungskonstante zu erhöhen, wodurch ein frequenzabhängiger Widerstand mit großem Induk tanzwert der jeweiligen reaktiven Last verwirklicht werden kann.
Eine Spannung, die über der reaktiven Last des Phasenrotators der dritten Stufe oder eines nachfolgenden Phasenrotators einer ungradzahligen Stufe einer kaskadierten Schaltung des frequenzabhängigen Widerstands erzeugt wird, wird in einen Strom umgesetzt. Der Strom wird dem Signalanschluss oder dem Signalanschlusspaar zugeführt, der bzw. das mit dem Eingangsabschnitt des Phasenrotators der ersten Stufe verbunden ist. Dadurch ist eine reaktive Last mit einer Frequenzkennlinie unterschiedlich von derjenigen der Gyratorschaltung verwirklichbar.
In einem frequenzabhängigen Widerstand kann ein Signal an die Basis der bipolaren Transistoren angelegt werden, die wesentliche Teile der Differenzverstärker als Schaltung bilden, und zwar durch eine Pufferschaltung, die mit jedem Anschluss des Eingangsanschlusspaars der Differenzverstärkerschaltung verbunden ist.
Die Pufferschaltung besitzt eine hohe Eingangsimpedanz, weshalb die Eingangsimpedanz der Differenzverstärkerschaltung, enthaltend die bipolaren Transistoren, durch Hinzufügen der Pufferschaltung erhöht werden kann. Hierdurch kann eine zufrieden stellende Orthogonalität zwischen der Phase der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung eines Phasenrotators beibehalten werden, ohne den Lade-/Entladevorgang des Phasenrotators in der vorausgehenden Stufe zu beeinträchtigen. Selbst dann, wenn der berechnete, erforderliche Eingangsimpedanzwert der Differenzverstärkerschaltung hoch ist, kann unter Verwendung der Pufferschaltung der Betrieb einer physika lischen Schaltung erfolgen und hierdurch ist ein Betrieb über einen weiten Frequenzbereich möglich.
Ferner kann ein frequenzabhängiger Widerstand einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand umfassen, wobei ein Ende des zweiten Widerstands mit einem Anschluss des Signalanschlusspaars des ersten Widerstands verbunden ist, wobei ein Signal zwischen dem anderen Signalanschluss des ersten Widerstands und dem anderen Ende des zweiten Widerstands eingegeben wird, und wobei ein Ausgangssignal über dem Signalanschlusspaar des ersten Widerstands oder einem Ende des zweiten Widerstands erzeugt wird, und wobei der erste Widerstand eine Kaskadenschaltung enthält, in der mehrere Phasenrotatoren in Kaskade geschaltet sind, ein Signalanschlusspaar, das mit dem Eingangsanschlusspaar des Phasenrotators der ersten Stufe der kaskadierten Schaltung verbunden ist, und zumindest einen Spannung/Stromwandler, der einen bidirektionalen Wechselstrom an ein Signalanschlusspaar von dem Ausgangsanschlusspaar ausgibt, und zwar in Reaktion auf die Spannung, die an einen der Eingangsanschlüsse von den Phasenrotatoren der ungeraden Stufe angelegt wird, gezählt ausgehend von dem Phasenrotator der ersten Stufe der kaskadierten Schaltung, wobei jeder der Phasenrotatoren einen Spannung/Stromwandler zum Ausgeben eines bidirektionalen Wechselstroms von einem Ausgangsanschlusspaar von ihm in Reaktion auf eine Wechselspannung aufweist, die an ein Eingangsanschlusspaar von ihm angelegt wird, und eine reaktive Last, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers verbunden ist, wobei jeder der Phasenrotatoren eine Spannung ausgibt, die in der reaktiven Last erzeugt wird, und zwar in Reaktion auf die Spannung, die an das Eingangsanschlusspaar angelegt ist.
Diese Form gibt ein Ausgangssignal in Reaktion auf das Verhältnis des ersten Widerstandswerts zum zweiten Widerstandwert aus. In dem Fall, dass der zweite Widerstand ein Widerstandselement mit festem Wert ist, ändert sich die Amplitude des Ausgangssignalwerts mit der Frequenz, da sich der Widerstandswert des ersten Widerstands mit der Frequenz ändert. Der erste Widerstand besitzt eine Widerstandskennlinie innerhalb seines Betriebsbereichs, durch die sich die Phase des Ausgangssignals nicht ändert.
Der zweite Widerstand kann dieser frequenzabhängige Widerstand gemäß der vorliegenden Erfindung sein. Der erste Widerstand und der zweite Widerstand müssen üblicherweise eine positive Widerstandskennlinie oder eine negative Widerstandskennlinie aufweisen.
Ein frequenzabhängiger Widerstand in Übereinstimmung mit dieser Erfindung kann ferner einen dritten Widerstand aufweisen, der mit dem Signalanschlusspaar verbunden ist.
Ein Ausgangssignal in Reaktion auf das Verhältnis des Widerstandswerts eines kombinierten Widerstands aus einer Parallelschaltung, enthaltend den ersten und den dritten Widerstand, mit dem Widerstandwerts des zweiten Widerstands kann erzeugt werden. Es wird angenommen, dass der Fall vorliegt, demnach der zweite und dritte Widerstand Widerstände mit festem Wert sind und dass sich der erste Widerstandswert frequenzabhängig ändert und einen unendlich großen Wert annimmt. Das erzeugte Ausgangssignal wird durch das Verhältnis zwischen dem Widerstandswert des zweiten Widerstands und dem Widerstandswert des dritten Widerstands ermittelt. Wenn der Widerstandswert des ersten Widerstands sich null nähert, wird das erzeugte Signal durch das Verhältnis zwischen dem Wider standswert des ersten Widerstands und dem Widerstandswert des zweiten Widerstands ermittelt.
Ein frequenzabhängiger Widerstand kann ferner eine Impulswellenformformgebungsschaltung aufweisen, die mit einem Ende des vorstehend genannten Signalanschlusspaars verbunden ist.
In dem Fall, dass ein Impulssignal, enthaltend Hochfrequenzrauschen, an den Signalanschluss angelegt ist, kann deshalb ein binäres Signal frei von Rauschen am Ausgangsanschluss der Impulswellenformformgebungsschaltung erzeugt werden.
Ferner kann ein frequenzabhängiger Widerstand eine kaskadenartig verbundene bzw. kaskadierte Schaltung aufweisen, in der mehrere Phasenrotatoren kaskadiert bzw. in Phase verbunden sind, wobei jeder der Phasenrotatoren einen Spannung/Stromwandler aufweist, der einen reaktiven Strom aus einem Ausgangsanschlusspaar in Redaktion auf eine angelegte Spannung an ein Eingangsanschlusspaar ausgibt, und eine Widerstandslast, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers verbunden ist, wobei jeder Phasenrotator eine Spannung, die in der Widerstandslast erzeugt wird, in Reaktion auf die Spannung ausgibt, die an das Eingangsanschlusspaar angeschlossen ist, ein Signalanschlusspaar, das mit dem Eingangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers eines Phasenrotators der ersten Stufe der kaskadierten Schaltung verbunden ist, und zumindest einen Spannung/Stromwandler, der einen Strom an das Signalanschlusspaar in Reaktion auf die Ausgangsspannung von Phasenrotatoren einer ungeradzahligen Stufe ausgibt, gezählt ausgehend von dem Phasenrotator der ersten Stufe der kaskadierten Schaltung.
Der reaktive Strom ist ein Strom mit einer Eigenschaft bzw. Kennlinie, die durch den Wert des Imaginärteils gesteuert ist. Die Widerstandslast ist eine Last mit einer Eigenschaft bzw. Kennlinie, die durch den Wert des Realteils der Impedanz gesteuert wird.
Eine Differenzverstärkerschaltung mit einer reaktiven Last ist zwischen die Emitter eines Paars von Transistoren geschaltet, wodurch es möglich ist, einen reaktiven Strom von den Kollektoren der Transistoren in Reaktion auf die Spannung zu erzeugen, die zwischen den Basen des Transistorpaars angelegt ist. Ein Spannung/Stromwandler kann dadurch verwirklicht werden zum Wandeln der Spannung, die an das Eingangsanschlusspaar angelegt ist, in einen reaktiven Strom.
In der reaktiven Last des Phasenrotators der ersten Stufe wird eine Spannung erzeugt, und diese Spannung ist um 90 Grad außer Phase in Bezug auf die Spannung, die an das Eingangsanschlusspaar des Phasenrotators der ersten Stufe angelegt ist, das heißt, gegenüber der Spannung, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist. Wenn diese Spannung an den Phasenrotator der zweiten Stufe angelegt wird, wird eine Spannung in der Widerstandslast des Phasenrotators der zweiten Stufe erzeugt und die Spannung ist um 90 Grad außer Phase zur Spannung, die an das Eingangsanschlusspaar des Phasenrotators der zweiten Stufe angelegt ist. Hierdurch wird eine Spannung in der Widerstandslast des Phasenrotators der zweiten Stufe erzeugt, und diese Spannung ist um 180 Grad außer Phase zur die Spannung, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist. Auf diese Weise wird eine Spannung in der Widerstandslast des Phasenrotators der vierten Stufe erzeugt, und die Spannung ist um 360 Grad außer Phase zur Spannung, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist. Außerdem werden Spannungen in den Widerstandslasten des Phasenrotators der sechsten Stufe und des Phasenrotators der achten Stufe erzeugt, und die Spannungen sind um 540 Grad bzw. 720 Grad außer Phase zur Spannung, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist. Die in den Phasenrotatoren der ungeradzahligen Stufe erzeugte Spannung wird in einen Strom gewandelt und dieser Strom besitzt identische oder entgegengesetzte Phase zu der Phase der speziellen Spannung und wird an das Signalanschlusspaar angelegt. Hierdurch wird ein Strom in das Signalanschlusspaar zugeführt, und eine Phase dieses Stroms ist identisch oder entgegengesetzt zu derjenigen der Spannung, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist.
Insbesondere in dem Fall, dass eine Spannung an dem ersten Signalanschluss unter Bezug auf den zweiten Signalanschluss angelegt ist, wird ein Strom entgegengesetzter Phase an den ersten Signalanschluss rückgekoppelt, der Strom mit der Spannung in dem frequenzabhängigen Widerstand ausgehend vom ersten Signalanschluss fließt, und es wird eine positive Widerstandskennlinie am Signalanschluss gewonnen.
Ein frequenzabhängiger Widerstand kann ferner eine Kaskadenschaltung aufweisen, in der mehrere Phasenrotatoren kaskadiert bzw. kaskadenartig verbunden sind, wobei jeder Phasenrotator einen Spannung/Stromwandler zum Ausgeben eines reaktiven Stroms aus einem Ausgangsanschlusspaar von ihm in Reaktion auf eine Spannung ausgibt, die an ein Eingangsanschlusspaar von ihm angelegt ist, und eine Widerstandslast, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers verbunden ist, wobei jeder der Phasenrotatoren eine Spannung ausgibt, die in der Widerstandslast erzeugt wird, und zwar in Reaktion auf die Spannung, die an das Eingangsanschlusspaar angelegt ist, und ein Signalanschlusspaar, das mit dem Ein gangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers des Phasenrotators der ersten Stufe der kaskadierten Schaltung verbunden ist, und der Ausgangsstrom des Spannung/Stromwandlers der Phasenrotatoren der ungeradzahligen Stufe, gezählt ausgehend vom Phasenrotator der ersten Stufe der kaskadierten Schaltung, wird dem Signalanschlusspaar zugeführt.
Wenn in dieser Ausführungsform bidirektionale Ströme in das Signalanschlusspaar rückgekoppelt werden, besitzen die Ströme identische und entgegengesetzte Phasen in Bezug auf die Phase der Spannung, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, wodurch ein frequenzabhängiger Widerstand mit Widerstandskennlinie verwirklicht ist.
Die vorstehend genannten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile erschließen sich aus der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
2 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
3 zeigt eine Schaltungskonfiguration eines erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstands.
4 zeigt noch einen weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
5 zeigt eine Schaltungskonfiguration des in 4 gezeigten, frequenzabhängigen Widerstands.
6 zeigt eine Schaltungskonfiguration eines weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstands.
7 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
8 zeigt noch einen weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
9 zeigt noch einen weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
10 zeigt eine Schaltungskonfiguration eines weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstands.
11 eine Schaltungskonfiguration eines weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstands.
12 eine Schaltungskonfiguration eines weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstands.
13 zeigt ein Blockdiagramm des in 12 gezeigten, frequenzabhängigen Widerstands.
14 zeigt ein Diagramm des Simulationsergebnisses des frequenzabhängigen Widerstands von 12 und 13.
15 zeigt noch einen weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
16 zeigt ein Diagramm des Simulationsergebnisses des frequenzabhängigen Widerstands von 15.
17 zeigt einen noch weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
18 zeigt ein Diagramm des Simulationsergebnisses des frequenzabhängigen Widerstands von 17.
19 zeigt noch einen weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
20 zeigt ein Diagramm des Simulationsergebnisses des frequenzabhängigen Widerstands von 19.
21 zeigt noch einen weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
22 zeigt ein Diagramm des Simulationsergebnisses des frequenzabhängigen Widerstands von 21.
23 zeigt noch einen weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
24 zeigt ein Diagramm des Simulationsergebnisses des frequenzabhängigen Widerstands von 23.
25 zeigt eine Schaltungskonfiguration von noch einem weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
26 zeigt eine Schaltungskonfiguration von noch einem weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
27 zeigt ein Diagramm des Simulationsergebnisses des frequenzabhängigen Widerstands von 26.
28 zeigt eine Schaltungskonfiguration von noch einem weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
29 zeigt eine Schaltungskonfiguration von noch einem weiteren erfindungsgemäßen, frequenzabhängigen Widerstand.
30 zeigt ein Diagramm einer herkömmlichen Filtereinheit.
31 zeigt ein Diagramm des Simulationsergebnisses der Filtereinheit von 30.
32 zeigt ein Diagramm des Simulationsergebnisses der Filtereinheit von 30.
33 zeigt ein Diagramm des Simulationsergebnisses der Filtereinheit von 30.
Beste Art und Weise, die Erfindung auszuführen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend anhand von 1 bis 29 erläutert.
<<Ausführungsform 1>>
Ein erfindungsgemäßer, frequenzabhängiger Widerstand wird anhand von 1 erläutert
Der in 1 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Spannung/Stromwandler 1, 2, 3, 4, 5, 6, Kondensatoren 7, 8, 9, 10 und einen Signalanschluss 11. Der Spannung/Stromwandler 1 und der Kondensator 7, der bzw. die mit dem Ausgangsanschluss des Spannung/Stromwandlers 1 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe; der Spannung/Stromwandler 2 und der Kondensator 8, der bzw. die mit dem Ausgangsanschluss des Spannung/Stromwandlers 2 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe; der Spannung/Stromwandler 3 und der Kondensator 9, der bzw. die mit dem Ausgangsanschluss des Spannung/Stromwandlers 3 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer dritten Stufe; und der Spannung/Stromwandler 4 und der Kondensator 10, der bzw. die mit dem Ausgangsanschluss des Spannung/Stromwandlers 4 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer vierten Stufe.
Die Spannung/Stromwandler 1, 2, 3, 4, 5, 6 wandeln eine Differenzspannung zwischen einer Spannung, die an dem positiven Anschluss angelegt ist, und einer Spannung, die an dem negativen Anschluss angelegt ist, in einen Strom, wobei die an dem negativen Anschluss angelegte Spannung als Referenz dient, und diese wird an einen Ausgang angelegt. Die Spannung/Stromwandler 1, 2, 3, 4, 5, 6 erlauben es, dass ein Strom in Phase mit der Differenzspannung aus dem Ausgangsanschluss heraus fließt, wenn die Differenzspannung positiv ist; und sie erlauben es, dass ein Strom in Phase mit der Differenzspannung in den Ausgangsanschluss fließt, wenn die Differenzspannung negativ ist. Andererseits erlaubt es der Spannung/Stromwandler 6, dass ein Strom in Phase mit der Differenzspannung in den Ausgangsanschluss fließt, wenn die Differenzspannung positiv ist; und er erlaubt es, dass ein Strom in Phase mit der Differenzspannung aus dem Ausgangsanschluss fließt, wenn die Differenzspannung negativ ist. Das Verhältnis des Ausgangsstroms zu der Differenzspannung des Spannung/Stromwandlers kommt als Stromwandlungsrate gm zum Aus druck; und die Werte der Stromwandlungsraten der Spannung/Stromwandler 1, 2, 3, 4, 5, 6 sind definiert als gm1, gm2, gm3, gm4, gm10, gm11.
Die Kondensatoren 7, 8, 9, 10 bilden eine Art reaktive Last und haben Kapazitätswerte, die definiert sind als C1, C2, C3, C4. Die Impedanz der reaktiven Last ist allgemein gegeben als [+j × X] oder [–j × X]. Wenn Zc die Impedanz des Kondensators ist, ist die Impedanz Zc gegeben durch folgende Gleichung: Zc = 1/(j × ϖ × C) = –j/(ϖ × C) (1)wobei j eine Imaginärzahl, wobei X eine Reaktanz ist, wobei ϖ eine Winkelfrequenz des betreffenden Signals ist, und wobei C ein Kapazitätswert des Kondensators ist. Die reaktive Last umfasst einen Kondensator, eine Spule, eine Kombinationsschaltung aus einem Kondensator und einer Spule oder dergleichen, wie nachfolgend erläutert.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des in 1 gezeigten, frequenzabhängigen Widerstands erläutert. Von der nachfolgend angesprochenen Spannung und dem nachfolgend angesprochenem Strom wird angenommen, dass es sich um solche vom Wechselstromtyp handelt, solange nichts anderes ausgeführt ist.
Es wird angenommen, dass Strom von dem Spannung/Stromwandler 5 rückgeführt bzw. rückgekoppelt wird, während kein Strom von dem Spannung/Stromwandler 6 rückgeführt bzw. rückgekoppelt wird.
Bei Anlegung einer Spannung v an den Signalanschluss 11 wird die Spannung v an den Spannung/Stromwandler 1 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 1 wandelt die angelegte Spannung v in einen Strom mit der Stromwandlungsrate gm1 und gibt ihn aus. Dieser Strom wird dem Kondensator 7 zugeführt. Der Kondensator 7 wird geladen und erzeugt eine Spannung v1, die nachfolgend ausgedrückt ist. v1 = v × gm1/(j × ϖ × C1) (2)
Diese Spannung v1 wird den Spannung/Stromwandler 2 des Phasenrotators der zweiten Stufe angelegt. Der Spannung/Stromwandler 2 wandelt die angelegte Spannung v1 in einen Strom mit der Stromwandlungsrate gm2 und gibt ihn aus. Dieser Strom wird dem Kondensator 8 zugeführt. Der Kondensator 8 wird geladen und erzeugt eine Spannung v1, wie im Folgenden ausgedrückt. v2 = v1 × gm2/(j × ϖ × C2) (3)
Diese Spannung v2 wird an den Spannung/Stromwandler 5 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 5 wandelt die angelegte Spannung v2 in einen Strom, der durch den nachfolgenden Ausdruck ausgedrückt ist, und zwar mit der Stromwandlungsrate gm10, und gibt ihn von seinem Ausgangsanschluss aus. Die Bezugsziffer i10 bezeichnet einen Strom, der vom Signalanschluss 11 zum Ausgangsanschluss des Spannung/Stromwandlers 5 fließt. –i10 = gm10 × v2 (4)
Bei der Impedanz Zin2 handelt es sich um eine Impedanz, gesehen einwärts vom Signalanschluss 11, und sie entspricht dem Verhältnis zwischen der Spannung, die an den Signalanschluss 11 angelegt ist, und dem Strom i10, der vom Signalanschluss 11 einwärts fließt, und sie ist ausgedrückt durch die folgende Gleichung: Zin2 = ϖ2 × C1 × C2/(gm1 × gm2 × gm10) (5)
Wie aus dieser Gleichung hervorgeht, besitzt die Impedanz Zin2 keine Imaginärzahl. Mit anderen Worten ist sie festgelegt als Widerstand mit einem Wert, der durch das Quadrat von ϖ festgelegt ist, die Kapazitätswerte C1, C2, und die Stromwandlungsraten gm1, gm2, gm10.
Nunmehr wird angenommen, dass ein Strom von dem Spannung/Stromwandler 6 rückgeführt bzw. rückgekoppelt wird, und dass kein Strom von dem Spannung/Stromwandler 5 rückgeführt bzw. rückgekoppelt wird.
Wie in dem angenommenen Fall, demnach ein Strom von dem Spannung/Stromwandler 5 rückgeführt wird und kein Strom von dem Spannung/Stromwandler 6 rückgeführt wird, wird die durch die Gleichung (3) festgelegte Spannung v2 über dem Kondensator 8 erzeugt.
Diese Spannung v2 wird an den Spannung/Stromwandler 3 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 3 wandelt die angelegte Spannung v2 in einen Strom mit der Stromwandlungsrate gm3. Dieser Strom wird dem Kondensator 9 zugeführt. Der Kondensator 9 wird dadurch geladen und eine Spannung v3, festgelegt durch den nachfolgenden Ausdruck, wird über dem Kondensator 9 erzeugt. v3 = gm3 × v2/(j × ϖ × C3) (6)
Diese Spannung v3 wird den Spannung/Stromwandler 5 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 5 wandelt die angelegte Spannung v3 in einen Strom mit der Stromwandlungsrate gm4 und gibt ihn aus. Dieser Strom wird dem Kondensator 10 zugeführt. Hierdurch wird der Kondensator 10 geladen und eine Spannung v4, ausgedrückt durch den nachfolgenden Ausdruck, wird über dem Kondensator 10 erzeugt. v4 = gm4 × v3/(j × ϖ × C4) (7)
Diese Spannung v4 wird an den Spannung/Stromwandler 6 angelegt. Die angelegte Spannung v4 wird in einen Strom gewandelt, der durch den nachfolgenden Ausdruck ausgedrückt ist, und zwar mit der Stromwandlungsrate gm11, und der Strom wird seinem Ausgangsanschluss ausgegeben. Die Bezugsziffer i11 bezeichnet einen Strom, der von dem Signalanschluss 11 zum Ausgangsanschluss des Spannung/Stromwandlers 6 fließt. –i11 = gm11 × v4 (8)
Bei der Impedanz Zin4 handelt es sich um eine Impedanz, die ausgehend vom Signalanschluss 11 einwärts gesehen ist und gegeben ist durch das Verhältnis zwischen der Spannung, die an den Signalanschluss 11 angelegt ist, zu dem Strom i11, der vom Signalanschluss 11 einwärts fließt, und sie ist durch nachfolgende Gleichung ausgedrückt: Zin4 = ϖ4 × C1 × C2 × C3 × C4 (9)
Wie aus dieser Gleichung hervorgeht, ist die Impedanz Zin4 als Widerstand gegeben, und der Wert von ihr ist durch die vierte Potenz von ϖ festgelegt, die Kapazitätswerte C1, C2, C3, C4 und die Stromwandlungsraten gm1, gm2, gm3, gm4, gm11.
Ferner wird angenommen, dass ein Strom von den Spannung/Stromwandlern 5 und 6 rückgekoppelt wird, wodurch der den Signalanschluss 11 durchfließende Strom durch die Summe aus i10 und i11 gegeben ist. Die Impedanz Zin, das heißt die Impedanz, einwärts ausgehend vom Signalanschluss 11 gesehen, ist als Parallelschaltung von Zin2 und Zin4 gegeben und durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt: Zin = {(Zin2)–1 + (Zin4)–1}–1 (10)
Die Impedanz Zin ändert sich deshalb mit dem Quadrat und der vierten Potenz der Frequenz. Normalerweise wird eine positive Impedanz (Zin > 0) verwendet.
<<Ausführungsform 2>>
Ein weiterer erfindungsgemäßer, frequenzabhängiger Widerstand wird nunmehr unter Bezug auf 2 erläutert
Der in 2 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Spannung/Stromwandler 1, 2, 3, 4, 5, 6, Kondensatoren 7, 8, 9, 10 und Signalanschlüsse 11, 12. Der Spannung/Stromwandler 1 und der Kondensator 7 sind über ein Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 1 geschaltet und bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe; der Spannung/Stromwandler 2 und der Kondensator 8 sind über ein Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 2 geschaltet und bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe; der Spannung/Stromwandler 3 und der Kondensator 9 sind über ein Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 3 geschaltet und bilden einen Phasenrotator einer dritten Stufe; schließlich sind der Spannung/Stromwandler 4 und der Kondensator 10 über ein Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 4 geschaltet und bilden einen Phasenrotator einer vierten Stufe. Die Spannung/Stromwandler 1, 2, 3, 4, 5, 6 und die Kondensatoren 7, 8, 9, 10, die bereits in Bezug auf 1 erläutert worden sind, werden nicht erneut erläutert.
Die Arbeitsweise des in 2 gezeigten, frequenzabhängigen Widerstands wird nunmehr erläutert. In der nachfolgenden Erläuterung wird angenommen, dass die Spannung und der Strom solche vom Wechselstromtyp sind.
Außerdem wird angenommen, dass ein Strom von dem Spannung/Stromwandler 7 rückgeführt bzw. rückgekoppelt wird, und dass kein Strom von dem Spannung/Stromwandler 6 rückgeführt bzw. rückgekoppelt wird.
Wenn eine Spannung v an den Signalanschluss 11 unter Bezug auf den Signalanschluss 11 angelegt ist, wird die Spannung v zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 1 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 1 wandelt diese Spannung v in einen Strom mit der Stromwandlungsrate gm1 und gibt den bidirektionalen von dem Ausgangsanschlusspaar aus. Dieser Strom wird dem Kondensator 7 derart zugeführt, dass eine Spannung v1, ausgedrückt durch nachfolgenden Ausdruck, über dem Kondensator 7 erzeugt wird. v1 = v × gm1/(j × ϖ × C1) (11)
Diese Spannung v1 wird zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 2 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 2 wandelt die Spannung v1 in einen bidirektionalen Strom mit der Stromwandlungsrate gm2 und gibt ihn aus. Dieser Strom wird dem Kondensator 8 zugeführt und eine Spannung v2, die durch nachfolgenden Ausdruck gegeben ist, wird über dem Kondensator 8 erzeugt. v2 = v × gm2/(j × ϖ × C2) (12)
Diese Spannung v2 wird zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 5 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 5 wandelt die angelegte Spannung v2 in einen Strom, der durch den nachfolgenden Ausdruck ausgedrückt ist, mit der Stromwandlungsrate gm10 und gibt ihn von seinem Ausgangsanschluss aus. Die Bezugsziffer i10 bezeichnet einen Strom, der von dem Signalanschluss 11 zu einem Ausgangsanschluss des Spannung/Stromwandlers 5 fließt, und er ist als Strom definiert, der von dem anderen Ausgangsanschluss zu dem Signalanschluss 12 fließt. –i10 = gm10 × v2 (13)
Die Impedanz Zin22, das heißt, die Impedanz, gesehen einwärts ausgehend von den Signalanschlüssen 11, 12, ist aus dem Verhältnis zwischen der Spannung gegeben, die an den Signalanschluss 11 in Bezug auf den Signalanschluss 12 angelegt ist, und dem Strom i10, der einwärts von dem Signalanschluss 11 fließt, und außerdem zu dem Signalanschluss 12, und sie ist durch folgende Gleichung ausgedrückt: Zin22 = ϖ2 × C1 × C2/(gm1 × gm2 × gm10) (14)
Wie aus dieser Gleichung hervorgeht, ist die Impedanz Zin22 als Widerstand gegeben, der keine Imaginärzahl aufweist und festgelegt ist als Quadrat von ϖ, die Kapazitätswerte C1, C2, und die Stromwandlungsraten gm1, gm2, gm10.
Als nächstes wird angenommen, dass ein Strom von dem Spannung/Stromwandler 6 rückgeführt bzw. rückgekoppelt wird, und dass kein Strom von dem Spannung/Stromwandler 5 rückgeführt bzw. rückgekoppelt wird.
Wie in dem angenommenen Fall, demnach ein Strom von dem Spannung/Stromwandler 5 rückgeführt wird und kein Strom von dem Spannung/Stromwandler 6 rückgeführt wird, wird die durch die Gleichung (12) gegebene Spannung v2 über dem Kondensator 8 erzeugt.
Diese Spannung v2 wird an die Eingangsanschlüsse des Spannung/Stromwandlers 3 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 3 wandelt die angelegte Spannung v2 in einen bidirektionalen Strom mit der Stromwandlungsrate gm3 und gibt ihn aus. Dieser Strom wird dem Kondensator 9 zugeführt und eine Spannung v3, ausgedrückt durch den nachfolgenden Ausdruck, wird über dem Kondensator 9 erzeugt. v3 = gm3 × v2/(j × ϖ × C3) (15)
Diese Spannung v3 wird zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 4 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 4 wandelt die angelegte Spannung v3 in einen bidirektionalen Strom mit der Stromwandlungsrate gm4 und gibt ihn aus. Dieser Strom wird dem Kondensator 10 zugeführt und eine Spannung v4, gegeben durch den nachfolgenden Ausdruck, wird über dem Kondensator 10 erzeugt. v4 = gm4 × v3/(j × ϖ × C4) (16)
Diese Spannung v4 wird zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 6 angelegt und in einen Strom i11 gewandelt, der durch den nachfolgenden Ausdruck ausgedrückt ist, und zwar mit der Stromwandlungsrate gm11. Dieser Strom wird in einem Ausgangsanschluss ausgehend vom Signalanschluss 11 gesaugt bzw. gezogen und dem Signalanschluss 12 von dem anderen Ausgangsanschluss zugeführt. –i11 = gm11 × v4 (17)
Die Impedanz Zin24, das heißt, eine Impedanz, gesehen einwärts ausgehend von Signalanschlüssen 11, 12, ist als Verhältnis zwischen der Spannung gegeben, die an dem Signalanschluss 11 in Bezug auf den Signalanschluss 12 angelegt ist, zu dem Strom, der einwärts ausgehend von dem Signalanschluss 11 und zu dem Signalanschluss 12 fließt, und er ist durch folgende Gleichung ausgedrückt: Zin24 = ϖ4 × C1 × C2 × C3 × C4/ (gm1 × gm2 × gm3 × gm4 × gm11) (18)
Ausgehend von dieser Gleichung, ist die Impedanz Zin24 als Widerstand gegeben, der keine Imaginärzahl aufweist. Die Impedanz ist durch die vierte Potenz von ϖ festgelegt, die Kapazitätswerte C1, C2, C3, C4 und die Stromwandlungsraten gm1, gm2, gm3, gm4, gm11.
Unter der Annahme, dass ein Strom von den Spannung/Stromwandlern 5 und 6 rückgeführt bzw. rückgekoppelt wird, handelt es sich bei dem Strom, der zu dem Signalanschluss 11 rückgekoppelt wird, um die Summe aus den beiden Strömen i10 und i11. Die Impedanz Zin, das heißt, die Impedanz einwärts aus gehend von den Signalanschlüssen 11, 12 gesehen, ist durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt: Zin = {(Zin22)–1 + (Zin24)–1}–1 (19)
Die Impedanz Zin ändert sich deshalb mit dem Quadrat und der vierten Potenz der Frequenz.
<<Ausführungsform 3>>
Einer weiterer erfindungsgemäßer, frequenzabhängiger Widerstand wird nunmehr unter Bezug auf 3 erläutert.
Der in 3 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Transistoren 21, 22, 23, 24, 25, 26; Kondensatoren 7, 8; Widerstände 27, 28, 29; Stromquellen 301, 302, 303, 304, 305, 306, 331, 332, 333, 334, 335, 336; Spannungsquellen 142, 143; und Signalanschlüsse 11, 12.
Der Spannung/Stromwandler 1 besteht aus einer Differenzverstärkerschaltung, die die Transistoren 21, 22 umfasst; den Widerstand 28, der zwischen die Emitter der Transistoren 21 und 22 geschaltet ist; die Stromquelle 301, die zwischen den Emitter des Transistors 21 und Masse geschaltet ist; die Stromquelle 302, die zwischen den Emitter des Transistors 22 und Masse geschaltet ist; die Stromquelle 331, die zwischen den Kollektor des Transistors 21 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist; und die Stromquelle 332, die zwischen den Kollektor des Transistors 22 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist. Dieser Spannung/Stromwandler 1 und den Kondensator 7 sind zwischen die Kollektoren der Transistoren 21 und 22 geschaltet und bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe. Die Basis des Transistors 21 des Phasenrotators der ersten Stufe ist mit dem Signalanschluss 11 verbunden, und die Basis des Transistors 22 ist mit dem Signalanschluss 12 verbunden. Der Spannung/Stromwandler 2 besteht aus einer Differenzverstärkerschaltung, die die Transistoren 23, 24 aufweist; den Widerstand 28, der zwischen die Emitter der Transistoren 23 und 24 geschaltet sind; die Stromquelle 303, die zwischen den Emitter des Transistors 23 und Masse geschaltet ist; die Stromquelle 304, die zwischen den Emitter des Transistors 24 und Masse geschaltet ist; die Stromquelle 333, die zwischen den Kollektor des Transistors 23 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist; und die Stromquelle 334, die zwischen den Kollektor des Transistors 24 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist. Der Spannung/Stromwandler 2 und den Kondensator 8 sind zwischen die Kollektoren der Transistoren 23 und 24 geschaltet und bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe. Der Spannung/Stromwandler 5 besteht aus einer Differenzverstärkerschaltung, die die Transistoren 25, 26 aufweist; den Widerstand 29, der zwischen die Emitter der Transistoren 25 und 26 geschaltet sind; die Stromquelle 305, die zwischen den Emitter des Transistors 25 und Masse geschaltet ist; die Stromquelle 306, die zwischen den Emitter des Transistors 26 und Masse geschaltet ist; die Stromquelle 335, die zwischen den Kollektor des Transistors 25 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist; und die Stromquelle 336, die zwischen den Kollektor des Transistors 26 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist.
Die Stromwandlungsrate des Spannung/Stromwandlers ist gegeben als Reziprokes der Summe aus dem Emitterwiderstand des Paars der Transistoren der Differenzverstärkerschaltung, die den jeweiligen Spannung/Stromwandler bildet, und dem Widerstandswerts des Widerstands, der zwischen die Emitter des Transistorpaars der Differenzverstärkerschaltung geschaltet ist.
Wenn ein Strom von 1 mA in jedem Transistor der Differenzverstärkerschaltung fließt, beträgt der Wert von jedem Emitterwiderstand etwa 26 Ω; dieser ist ausreichend klein im Vergleich zu den Widerstandswerten der Widerstände 27, 28, 29. Die Stromwandlungsrate von jedem Spannung/Stromwandler ist deshalb in etwa gegeben durch das Reziprokes des Widerstandswerts des Widerstands, der zwischen jedes Paar von Emitter geschaltet ist. Die Widerstandswerte der Widerstände 27, 28 und 29 sind definiert als R1, R2 und R3. Wenn der Wert der Spannung/Stromwandlungsrate gm des Spannung/Stromwandlers 1 des Phasenrotators der ersten Stufe als gm1 definiert ist, wenn der Wert der Spannung/Stromwandlungsrate gm des Spannung/Stromwandlers 2 des Phasenrotators der zweiten Stufe als gm2 definiert ist, und wenn der Wert der Spannung/Stromwandlungsrate gm des Spannung/Stromwandlers 5 als gm10 definiert ist, sind gm1, gm2 und gm10 durch folgende Gleichungen festgelegt. gm1 = 1/R1 (20) gm2 = 1/R2 (21) gm10 = 1/R3 (22)
Durch Verringern des Stroms, der in den Transistoren fließt, ist eine Erhöhung des Emitterwiderstandswerts in umgekehrt proportionaler Weise möglich. Hierdurch können die Stromwandlungsraten der jeweiligen Spannung/Stromwandler in einem Bereich differenziert werden, der für den Widerstand 27, 28 oder 29 nicht vernachlässigbar ist.
Die Bedingungen, die zum Verwirklichen eines idealen Spannung/Stromwandlers erforderlich sind, sind der Stromverstärkungsfaktor h_FE, bei dem es sich um das Verhältnis des Kollektorstroms zum Basisstrom zu jedem Transistor handelt, der unendlich groß ist, und der Early-Effekt zum Ermitteln der Werte der Kollektorspannung und des Kollektorstroms des Transistors ist im Betrieb deshalb nicht vernachlässigbar klein. Wenn der Stromverstärkungsfaktor h_FE eines Transistors endlich ist, muss die Summe aus beiden Stromwerten von der Stromquelle, die mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist, und von dem Basisstrom desselben Transistors mit einem Stromwert der Stromquelle gewählt werden, die mit dem Emitter eben dieses Transistors verbunden ist. In dem Fall, der der Einfluss des Early-Effekts vorliegt, kann der Early-Effekt reduziert werden durch Verarbeiten eines vergleichsweise kleinen Signals. Ein idealer Spannung/Stromwandler kann jedoch häufig nicht verwirklicht werden auf Grund der Schwankung der Kennlinie als Funktion der Temperatur und dergleichen. In einem derartigen Fall kann das Vorsehen einer Rückkopplungsschleife unter Berücksichtigung der Gleichspannung und des Gleichstroms die Schwingungsneigung vermeiden. Insbesondere dann, wenn eine Signalquelle mit einer Impedanz einer positiven Kennlinie extern mit den Signalanschlüssen 11 oder 12 verbunden ist, wird eine negative Rückkopplungsschleife gebildet; dies führt dazu, dass ein Gleichstrom in den frequenzabhängigen Widerstand ausgehend von einem Signalanschluss in Reaktion auf die Gleichspannung fließt, die daran angelegt ist, betreffend den anderen Signalanschluss. Hierdurch kann ein stabiler Betrieb für die Gleichspannung und den Gleichstrom selbst in dem Fall erzielt werden, dass die Betriebsspannung einer Schwankung unterliegt. Wenn ein frequenzabhängiger Widerstand mit einem Widerstand derselben positiven Kennlinie erhalten wird wie der Kennlinie einer externen Signalquelle, wie nachfolgend in 25 gezeigt, muss die Anzahl der Phasenrotatoren mit einem ganzzahligen Vielfachen von vier gewählt werden. Wenn eine Signalquelle mit einer Impedanz negativer Kennlinie mit den Signalanschlüssen 11 oder 12 verbunden ist, muss hingegen die Anzahl der Phasenrotatoren mit einem ganzzahligen Vielfachen von vier kleiner zwei gewählt werden.
Wenn der Gleichstromwert der Stromquelle zum Laden/Entladen des Kondensators im Vergleich zu dem Kapazitätswert klein ist, entwickelt sich eine neue Phasenverzögerung auf Grund der Zeit, die für die Ladung/Entladung erforderlich ist. Die Schwingungsbedingungen bzw. Oszillationsbedingungen können beeinträchtigt sein, wenn diese Phasenverzögerung dem Rückkopplungsstrom hinzugefügt wird. Die Oszillationsfrequenz tritt mit vergleichsweise niedriger Frequenz bei Erhöhung der Anzahl von Phasenrotatoren auf, die kaskadiert sind. Das Wählen des Gleichstromwerts von jeder Stromquelle mit hohem Pegel ist deshalb erwünscht.
Wenn eine feststehende Spannung an ein Ende von jedem der Kondensatoren 7, 8 angelegt wird sowie an die Basen der Transistoren 24 und 26, wird den Kollektoren der Transistoren 21 und 23 ein Strom von der Spannungsquelle 142 zugeführt. Der zugeführte Strom bzw. Versorgungsstrom von den Stromquellen 331, 333 ist deshalb nicht erforderlich.
Die Arbeitsweise der in 3 gezeigten Schaltung wird nunmehr erläutert.
Bei Anlegung einer Spannung zwischen den Signalanschlüssen 11, 12 wird ein Strom dem Kondensator 7 derart zugeführt, dass eine Spannung, um 90 Grad außer Phase zu der Spannung, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, über dem Kondensator 7 erzeugt wird. Die über dem Kondensator 7 erzeugte Spannung wird an die Basen der Transistoren 23, 24 angelegt, und ein Strom wird dem Kondensator 8 zugeführt. Eine Span nung, 90 Grad außer Phase zu der Spannung, die über dem Kondensator 7 erzeugt wird, wird deshalb über dem Kondensator 8 erzeugt. Folglich wird eine Spannung, 180 Grad außer Phase zu der Spannung, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, über dem Kondensator 8 erzeugt. Die über dem Kondensator 8 erzeugte Spannung wird an die Basen der Transistoren 25 und 26 angelegt, so dass den Signalanschlüssen 11, 12 von den Kollektoren der Transistoren 25, 26 ein Strom zugeführt wird. In Reaktion auf die Spannung, die an den Signalanschluss 11 in Bezug auf den Signalanschluss 12 angelegt ist, fließt ein Strom derselben Phase in den frequenzabhängigen Widerstand von dem Signalanschluss 11. Der Strom fließt zu dem Signalanschluss 12 heraus. Eine positive Widerstandskennlinie wird dadurch für das Signalanschlusspaar gewonnen.
Ein Gleichgewicht für den Betrieb wird gewonnen durch Wählen des Gleichstrompotentials oder des mittleren Potentials der Spannungen, die an die Signalanschlüsse 11 und 12 angelegt sind, aus im Wesentlichen gleichmäßigen Pegel. Hierdurch ist die Verwirklichung eines frequenzabhängigen Widerstands möglich, der in einem weiten Dynamikbereich arbeitet.
<<Ausführungsform 4>>
Noch ein weiterer erfindungsgemäßer, frequenzabhängiger Widerstand wird unter Bezug auf 4 und 5 erläutert Der in 4 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand weist Spannung/Stromwandler 1, 2, 5 auf, Kondensatoren 7, 8, einen Stromverstärker 34, eine Spannungsquelle 142 und Signalanschlüsse 11, 36. Der Spannung/Stromwandler 1 und der Kondensator 7, der bzw. die an das Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 1 angelegt sind, bilden einen Phasenrota tor einer ersten Stufe; und der Spannung/Stromwandler 2 und der Kondensator 8, der bzw. die an das Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 2 angelegt sind, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe.
Der Stromverstärker 34 verstärkt den Strom, der von dem Spannung/Stromwandler 5 zugeführt wird, in Reaktion auf das Signal, das von dem Signalanschluss 36 eingegeben wird, und er legt das verstärkte Signal an den Signalanschluss 11 an. Der Stromverstärkungsfaktor des Stromverstärkers 34 ändert sich abhängig von dem Signal, das von einer externen Signalquelle 37 an den Signalanschluss 36 angelegt wird. Als von der externen Quelle an den Signalanschluss 36 anzulegendes Signal wird ein elektrisches Wechselstromsignal, ein elektrisches Ermittlungssignal, eine Gleichspannung oder ein Gleichstrom bereitgestellt. Wenn ein elektrisches Wechselstromsignal an den Signalanschluss 36 beispielsweise angelegt wird, ist der Stromverstärkungsfaktor festgelegt durch die Phase oder Amplitude des elektrischen Wechselstromsignals. Die übrigen Bestandteile sind identisch zu denjenigen, die beispielsweise anhand von 1 erläutert wurden, weshalb sich eine Erläuterung hiervon erübrigt.
Die Impedanz, bei der es sich um eine Impedanz handelt, gesehen einwärts von dem Signalanschluss 11, ist festgelegt durch das Verhältnis zwischen der Spannung, die an den Signalanschluss 11 angelegt wird, und dem Strom, der einwärts ausgehend vom Signalanschluss 11 fließt. Dieser Strom kann durch das Signal geändert werden, das an den Signalanschluss 36 angelegt wird, weshalb die Impedanz, bei der es sich um eine Impedanz handelt, einwärts gesehen ausgehend vom Signalanschluss 11, kann dementsprechend geändert werden.
Wenn ein frequenzabhängiger Widerstand in integrierten Halbleiterschaltungen hergestellt wird, entstehen Schwankungen bezüglich der Widerstands- und Kapazitätswerte auf Grund des Fehlers beim Wählen der Bedingungen des Diffusionsprozesses. Die Widerstandsschwankungen als Funktion der Temperatur verursachen eine Abweichung des Widerstandswerts des frequenzabhängigen Widerstands von einem vorbestimmen Wert. Ein Signal muss mitunter von einer externen Quelle zum Ausgleich dieses Fehlers zugeführt werden. Der Widerstand kann vorliegend auf einen vorbestimmten Wert stabilisiert werden durch ein Verfahren, demnach eine Gleichspannung oder dergleichen an den Signalanschluss 36 in Reaktion auf den gemessenen Widerstandswert angelegt wird. Dabei kann automatisch das Produkt aus dem Widerstandswert und dem Kapazitätswert elektrisch ermittelt werden und eine Gleichspannung oder dergleichen wird an den Signalanschluss 36 in Reaktion auf den derart ermittelten Wert angelegt. In dem zuerst genannten Verfahren werden die Funktionen des Vergleichs und der Beurteilung durch einen Computer bereitgestellt. Das zuletzt genannte Verfahren wird verwirklicht durch eine Rückkopplungsschaltung, in die ein Phasenkomparatorschaltkreis eingebaut ist. In Bezug auf diese Techniken wird Bezug genommen auf das japanische Patent Nr. 2517048 mit dem Titel "Filtered frequency control apparatus". Insbesondere umfasst es die ersten und zweiten Serienresonanzschaltkreise, die einen Widerstand umfassen mit einem Ende, dem ein Videosignal zugeführt wird, eine induktive Last und eine kapazitive Last, die in Reihe zu dem Widerstand geschaltet sind, eine Ermittlungsschaltung zum Vergleichen der Phase des Videosignals mit derjenigen des Verbindungspunktsignals der induktiven Last mit der kapazitiven Serienresonanzschaltkreislast in Reaktion auf die Impulssignalseingabe entsprechend der Periode des Burst-Signals, das in dem Videosignal enthalten ist, wobei die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen ermittelt wird; eine Glättungsschaltung, die das Fehlerausgangssignal der Ermittlungsschaltung glättet; und eine Steuerschaltung zum Ändern der induktiven Last bzw. der kapazitiven Last für sowohl den ersten wie den zweiten Serienresonanzschaltkreis in Reaktion auf das Ausgangssignal der Glättungsschaltung, und zum Steuern der Phasendifferenz, die durch die Ermittlungsschaltung ermittelt wird, durch Annäherung an eine vorbestimmte Phasendifferenz. Das Ausgangssignal, das von der Glättungsschaltung erzeugt wird, kann ausgedrückt werden unter Verwendung eines Widerstandswerts und einer kapazitiven Last durch Konfigurieren der induktiven Last einer Gyratorschaltung. Ein Anlegen dieses Ausgangssignals an den Signalanschluss 36 anstatt an den zweiten Serienresonanzschaltkreis führt zu einer Annäherung des Widerstandswerts des frequenzabhängigen Widerstands an einen vorbestimmten Wert in Reaktion auf die Frequenz des Burst-Signals.
Nunmehr wird ein spezieller Schaltkreis zur Bildung des frequenzabhängigen Widerstands, der in 4 gezeigt ist, unter Bezug auf 5 erläutert.
Der frequenzabhängige Widerstand weist Transistoren 21, 22, 25, 26, 38, 29, 40, 41, 42, 43, 46, 47; Kondensatoren 7, 8; Widerstände 27, 28, 29, 48, 49; Stromquellen 301, 302, 303, 304, 305, 306, 321, 322, 331, 334; Spannungsquellen 32, 33, 143; und Signalanschlüsse 11, 36 auf.
Der Spannung/Stromwandler 1 besteht aus einer Differenzverstärkerschaltung, die die Transistoren 21, 22 umfasst; den Widerstand 27, der zwischen die Emitter der Transistoren 21 und 22 geschaltet ist; die Stromquelle 301, die zwischen den Emitter des Transistors 21 und Masse geschaltet ist; die Stromquelle 302, die zwischen den Emitter des Transistors 22 und Masse geschaltet ist; und die Stromquelle 331, die zwischen den Kollektor des Transistors 22 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist. Der Spannung/Stromwandler 1 und den Kondensator 7, der bzw. die mit dem Kollektor des Transistors 22 verbunden ist bzw. sind, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe. Die Basis des Transistors 21 des Phasenrotators der ersten Stufe ist mit dem Signalanschluss 11 verbunden. Der Spannung/Stromwandler 2 besteht aus einer Differenzverstärkerschaltung, die die Transistoren 46, 47 aufweist; den Widerstand 28, der zwischen die Emitter der Transistoren 46 und 47 geschaltet sind; die Stromquelle 303, die zwischen den Emitter des Transistors 46 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist; die Stromquelle 304, die zwischen den Emitter des Transistors 47 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist; die Stromquelle 334, die zwischen den Kollektor des Transistors 47 und Masse geschaltet ist; und die Spannungsquelle 33, die mit der Basis des Transistors 47 verbunden ist. Der Spannung/Stromwandler 2 und den Kondensator 8, die mit dem Kollektor des Transistors 47 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe. Ein Spannung/Stromwandler 5 besteht aus einer Differenzverstärkerschaltung, die die Transistoren 25, 26 aufweist; den Widerstand 29, der zwischen die Emitter der Transistoren 25 und 26 geschaltet sind; die Stromquelle 305, die zwischen den Emitter des Transistors 25 und Masse geschaltet ist; und die Stromquelle 306, die zwischen den Emitter des Transistors 26 und Masse geschaltet ist. Die Transistoren 38, 39, 40, 41, 42, 43 bilden einen Stromverstärker 34. Die Emitter der Transistoren 38, 39 sind gemeinsam mit dem Kollektor des Transistors 26 verbunden, und die Emitter der Transistoren 40 und 41 sind gemeinsam mit einem Ende der Stromquelle 321 verbunden. Das andere Ende der Stromquelle 321 ist auf Masse gelegt.
Eine Spannung wird an den Signalanschluss 36 angelegt, der mit den Basen der Transistoren 39, 40 verbunden ist, und zwar mit den Basisspannungen der Transistoren 38, 41 als Referenz. In Reaktion auf die Spannung, die an den Signalanschluss 36 angelegt ist, ändert sich das Mischungsverhältnis zwischen dem Strom, der von dem Kollektor des Transistors 26 des Spannung/Stromwandlers 5 zugeführt wird, und dem Strom, der von der Stromquelle 321 zugeführt wird, in Reaktion auf die Spannung, die an den Signalanschluss 36 angelegt wird. Die Kollektorströme der Transistoren 39, 40 werden zu dem Signalanschluss 11 durch die Transistoren 43, 42 übertragen. Das an den Signalanschluss 36 angelegte Signal erlaubt es deshalb, dass die Impedanz des frequenzabhängigen Widerstands gesteuert wird. Von den Stromquellen 305, 306, 321, 322 wird angenommen, dass sie einen Strom in etwa gleichen Werts zuführen.
<<Ausführungsform 5>>
Ein frequenzabhängiger Widerstand mit positiver Widerstandskennlinie wurde unter Bezug auf 1 bis 5 vorstehend erläutert. Ein frequenzabhängiger Widerstand besitzt jedoch eine positive Widerstandskennlinie in einigen und eine negative Widerstandskennlinie in anderen Fällen. Ein frequenzabhängiger Widerstand mit positiver Widerstandskennlinie und ein frequenzabhängiger Widerstand mit negativer Widerstandskennlinie wird deshalb nachfolgend in dieser Reihenfolge erläutert.
Der frequenzabhängige Widerstand mit positiver Widerstandskennlinie ist in 1 bis 5 gezeigt. Dieser frequenzabhängige Widerstand ist bereits in Bezug auf die Spannungsphasen änderung in der dritten Ausführungsform in 3 erläutert worden. Eine Erläuterung erübrigt sich deshalb vorliegend.
Ein frequenzabhängiger Widerstand mit negativer Widerstandskennlinie wird nunmehr unter Bezug auf 6 erläutert.
Der in 6 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Kondensatoren 7, 8; Transistoren 21, 22, 23, 24, 25, 26; Widerstände 27, 28, 29; Stromquellen 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310; Spannungsquellen 142, 143; und Signalanschlüsse 11, 12.
Der Unterschied in der Konfiguration zwischen 3 und 6 besteht darin, dass die Kollektoren der Transistoren 25, 26 mit den Signalanschlüssen 11, 12 entgegengesetzt in Bezug aufeinander verbunden sind.
Der Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 24 und dem Kondensator 8 bildet eine Spannung aus, die um 180 Grad außer Phase zu der Spannung ist, die über den Signalanschlüssen 11, 12 angelegt ist, wenn eine Spannung an den Signalanschluss 11 mit dem Signalanschluss 12 als Referenz angelegt wird. Wenn diese Spannung an die Basis des Transistors 25 angelegt wurde, wird ein Strom entgegengesetzter Phase zu der Spannung, die an die Basis des Transistors 25 angelegt ist, das heißt, ein Strom in Phase mit der Spannung, die an die Signalanschlüsse 11, 12 angelegt ist, dem Signalanschluss 11 vom Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors 25 und der Stromquelle 309 zugeführt. Andererseits wird ein Strom in Phase zu der Spannung an die Basis des Transistors 25 angelegt, das heißt, ein Strom einer Phase entgegengesetzt zu der Spannung, die an das Signalanschlusspaar angelegt ist, wird dem Signalanschluss 12 von dem Verbindungs punkt zwischen dem Kollektor des Transistors 26 und der Stromquelle 310 zugeführt. Eine negative Widerstandskennlinie wird dadurch an den Signalanschlüssen 11, 12 erhalten.
<<Ausführungsform 6>>
Die vorstehend angeführte Erläuterung betrifft den Fall, dass ein Kondensator als reaktive Last verwendet wird. Die reaktive Last besteht neben dem Kondensator jedoch aus einer Spule, einer Parallelschaltung, enthaltend einen Kondensator und eine Spule, einer Serienschaltung, enthaltend einen Kondensator und eine Spule, und außerdem aus einer ähnlichen Kombination. Ein frequenzabhängiger Widerstand unter Nutzung dieser Bestandteile ist nachfolgend erläutert.
Ein Fall, demnach ein Kondensator als reaktive Last genutzt wird, ist zunächst in 1 bis 6 gezeigt. Die Beschreibung dieses Falls erfolgt unter Bezug auf 1. Da die Konfiguration und die Arbeitsweise von 1 bereits erläutert wurden, wird die Erläuterung auf einen angenommenen Fall beschränkt, demnach ein Strom von dem Spannung/Stromwandler 5 rückgeführt bzw. rückgekoppelt wird, und demnach kein Strom von dem Spannung/Stromwandler 6 rückgeführt bzw. rückgekoppelt wird.
Wenn die Kapazitätswerte der Kondensatoren 7 und 8 als C1 und C2 festgelegt sind, sind die Impedanzen ZC1 und ZC2 der Kondensatoren 7 und 8 durch die folgende Gleichung gegeben. ZC1 = 1/(j × ϖ × C1) (23) ZC2 = 1/(j × ϖ × C2) (24)
Bei der Impedanz Zin handelt es sich um eine Impedanz, gesehen einwärts ausgehend von dem Signalanschluss 11, und sie ist durch folgende Gleichung gegeben: Zin = ϖ2 × C1 × C2/(gm1 × gm2 × gm10) (25)
Der frequenzabhängige Widerstand besitzt dadurch eine Widerstandskennlinie, die direkt proportional zum Produkt aus dem Quadrat von ϖ mit dem Kapazitätswert C1 und dem Kapazitätswert C2 ist, und umgekehrt proportional zu dem Produkt aus den Stromwandlungsraten gm1, gm2, gm10.
Die Kondensatoren 7 und 8 bilden eine Art kapazitive Last; neben dem Kondensator umfassen die kapazitive Lasten Dioden variabler Kapazität, eine Kapazitätsschaltung, enthaltend eine Kombination aus einem Transistor und einem Kondensator zum Erhöhen und Vermindern des Kapazitätswerts in äquivalenter Weise, und eine variable Impedanzschaltung. Der Kapazitätswert über der variablen Kapazitätsdiode kann in Reaktion auf die Gleichspannung geändert werden, die über der Diode angelegt ist. Die Kapazitätsschaltung vermag andererseits einen hohen Kapazitätswert zu erzielen, wie im japanischen Patent Nr. 2039606 dargestellt. Wie im US-Patent Nr. 5012201 gezeigt, kann der Kapazitätswert der variablen Impedanzschaltung geändert werden durch eine Spannung, die von außen angelegt wird.
Die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2039606 offenbarte Kapazitätsschaltung wird nunmehr erläutert. Gyratorschaltkreise bzw. -schaltungen sind direkt in zwei Stufen in Verbindung gebracht und der Ausgangsanschluss der zweiten Stufe ist mit einem kapazitiven Element verbunden. Diese Ausführungsform erlaubt die Erzeugung einer Kapazitätskennlinie zwischen den Eingangsanschlüssen der Gyratorschaltung in der ersten Stufe. Jede Gyratorschaltung besteht aus zwei Differenzverstärkerschaltungen. Ein Kapazitätswert proportional zu dem Verhältnis wird gewonnen; das heißt, ein Verhältnis zwischen den Produkten der Stromverstärkungsfaktoren, die beiden von den jeweiligen Differenzverstärkerschaltungen der ersten Stufe und der Gyratorschaltung der zweiten Stufe herrühren, proportional zu dem Kapazitätswert des kapazitiven Elements, das mit dem Ausgangsanschluss der zweiten Stufe verbunden ist. Da jeder Stromverstärkungsfaktor invers proportional zu dem Wert des Widerstands ist, der zwischen die Emitter der Differenzverstärkerschaltungen geschaltet ist, kann der neu gewonnene Kapazitätswert durch Wählen dieses Widerstandswerts erhöht und vermindert werden.
Die variable Impedanzschaltung, die in dem US-Patent Nr. 5012201 offenbart ist, wird nunmehr erläutert. Diese variable Impedanzschaltung weist eine erste Differenzverstärkerschaltung auf, enthaltend ein Paar von Eingangsanschlüssen, ein Paar von Ausgangsanschlüssen und ein kapazitives Element, das zwischen ein Paar von Widerständen geschaltet ist; eine Widerstandslast, die zwischen die Ausgangsanschlüsse der ersten Differenzverstärkerschaltung geschaltet ist; und eine zweite Differenzverstärkerschaltung, enthaltend ein Paar von Eingangsanschlüssen und ein Paar von Ausgangsanschlüssen. Das Ausgangsanschlusspaar der ersten Differenzverstärkerschaltung ist mit dem Eisgangsanschlusspaar der zweiten Differenzverstärkerschaltung verbunden. Das Ausgangsanschlusspaar der zweiten Differenzverstärkerschaltung ist mit dem Eingangsanschlusspaar der ersten Differenzverstärkerschaltung verbunden. Auf diese Weise wird eine Kapazitätskennlinie direkt proportional zu dem Kapazitätswert dieses kapazitiven Ele ments zwischen den Eingangsanschlüssen der ersten Differenzverstärkerschaltung gewonnen.
Als nächstes wird der frequenzabhängige Widerstand unter Nutzung einer Spule als reaktiver Last unter Bezug auf 7 erläutert.
Der in 7 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Spannung/Stromwandler 1, 2, 5, Spulen 50, 51 und Signalanschlüsse 11, 12. Der Spannung/Stromwandler 1 und die Spule 50, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 1 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe, und der Spannung/Stromwandler 2 und die Spule 51, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 2 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe.
Wenn die Induktanzwerte der Spulen 50 und 51 mit L1 und L2 bezeichnet sind, ergeben sich die Induktanzen ZL1 und ZL2 der Spulen 50 und 51 jeweils durch nachfolgenden Gleichungen: ZL1 = j × ϖ × L1 (26) ZL2 = j × ϖ × L2 (27)
Was die weiteren Bestandteile betrifft, treffen die Ausführungen zu 1 zu, weshalb sich eine zusätzliche Erläuterung erübrigt.
Unter der Annahme, dass eine Spannung v an den Signalanschluss 11 in Bezug auf den Signalanschluss 12 angelegt ist, wird die Spannung v zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 1 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 1 wandelt die Spannung v in einen Strom mit der Stromwand lungsrate gm1. Dieser Strom wird der Spule 50 zugeführt. Eine Spannung v1, ausgedrückt durch den nachfolgenden Ausdruck, wird deshalb über der Spule 50 erzeugt. v1 = v × gm1 × j × ϖ × L1 (28)
Diese Spannung v1 wird zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 2 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 2 wandelt die Spannung v1 in einen Strom mit einer Stromwandlungsrate gm2. Dieser Strom wird der Spule 51 zugeführt. Hierdurch wird eine Spannung v2, gegeben durch den nachfolgenden Ausdruck, über der Spule 51 erzeugt. v2 = v1 × gm2 × j × ϖ × L2 (29)
Diese Spannung v2 wird zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 5 angelegt, der die angelegte Spannung v2 in einen Strom wandelt, der durch den nachfolgenden Ausdruck mit der Stromwandlungsrate gm10 ausgedrückt ist, und gibt ihn an seine Ausgangsanschlüsse aus. Die Bezugsziffer i10 bezeichnet einen Strom, der von dem Signalanschluss 11 zu einem Ausgangsanschluss des Spannung/Stromwandlers 5 fließt, und der von dem anderen Ausgangsanschluss zu dem Signalanschluss 12 fließt. –i10 = gm10 × v2 (30)
In dem, in 7 gezeigten, frequenzabhängigen Widerstand ist deshalb die Impedanz Zin, das heißt eine Impedanz, gesehen einwärts von den Signalanschlüssen 11, 12, durch die folgende Gleichung gegeben: Zin = 1/(ϖ2 × gm1 × gm2 × gm10 × L1 × L2) (31)
Aus dieser Gleichung geht hervorgeht, dass der frequenzabhängige Widerstand eine Frequenzkennlinie in das proportional zu dem Produkt aus dem Quadrat ϖ mit den Kapazitätswerten L1, L2 und den Stromwandlungsraten gm1, gm2, gm10 aufweist.
Als nächstes wird ein frequenzabhängiger Widerstand unter Nutzung einer Parallelschaltung, enthaltend einen Kondensator und eine Spule als reaktive Last unter Bezug auf 8 erläutert.
Der in 8 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Spannung/Stromwandler 1, 2, 5, Kondensatoren 7, 8, Spulen 50, 51 und Signalanschlüsse 11, 12. Der Spannung/Stromwandler 1 und die Spule 50 und der Kondensator 7, die beide mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 1 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe, und der Spannung/Stromwandler 2 und die Spule 51 sowie der Kondensator 8, die beide mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 2 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe.
Die Kapazitätswerte der Kondensatoren 7 und 8 sind mit C1 und C2 bezeichnet, und die Induktanzwerte der Spulen 50 und 51 sind mit L1 und L2 bezeichnet. Die Impedanzen ZLC1 und ZLC2 der Schaltung, enthaltend den Kondensator 7 und die Spule 50, und der Schaltung, enthaltend den Kondensator 8 und die Spule 51, sind durch die nachfolgende Gleichung gegeben: ZLC1 = j × {ϖ × C1 – 1/(ϖ × L1)}–1 (32) ZLC2 = j × {ϖ × C2 – 1/(ϖ × L2)}–1 (33)
Wenn eine Spannung v an den Signalanschluss 11 unter Bezug auf den Signalanschluss 12 angelegt ist, wird die Spannung v zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 1 angelegt. Dieser Spannung/Stromwandler 1 wandelt diese Spannung v in einen Strom mit der Stromwandlungsrate gm1. Dieser Strom wird der Parallelschaltung, enthaltend den Kondensator 7 und die Spule 50, zugeführt. Die Spannung v1, ausgedrückt durch nachfolgende Gleichung, wird deshalb über der Parallelschaltung erzeugt. v1 = –v × gm1 × j × {ϖ × C1 – 1/(ϖ × L1)}–1 (34)
Diese Spannung v1 wird zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 2 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 2 wandelt die Spannung v1 in einen Strom mit einer Stromwandlungsrate gm2. Dieser Strom wird der Parallelschaltung, enthaltend den Kondensator 8 und die Spule 51, zugeführt. Eine Spannung v2, gegeben durch den nachfolgenden Ausdruck, wird deshalb über der Parallelschaltung erzeugt. v2 = –v × gm2 × j × {ϖ × C2 – 1/(ϖ × L2)}–1 (35)
Diese Spannung v2 wird zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 5 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 5 wandelt die angelegte Spannung v2 in den Strom, der durch den nachfolgenden Ausdruck ausgedrückt ist, mit der Stromwandlungsrate gm10, und gibt ihn von seinen Ausgangsanschlüssen aus. Die Bezugsziffer i10 bezeichnet einen Strom, der von dem Signalanschluss 11 zu einem Ausgangsanschluss des Spannung/Stromwandlers 5 fließt, und der von dem anderen Ausgangsanschluss zu dem Signalanschluss 12 fließt. –i10 = gm10 × v2 (36)
Für den in 8 gezeigten, frequenzabhängigen Widerstand ist die Impedanz Zin, bei der es sich um eine Impedanz handelt, gesehen einwärts von den Signalanschlüssen 11, 12, durch die folgende Gleichung gegeben: Zin = {ϖ × C1 – 1/(ϖ × L1)} × {ϖ × C2 – 1/ (ϖ × L2)}/(gm1 × gm2 × gm10) (37)
Aus dieser Gleichung geht hervorgeht, dass die Impedanz Zin sich null nähert, wenn sich die Winkelfrequenz ϖ (L1 × C1)^–1/2 oder (L2 × C2)^–1/2 nähert.
Ein frequenzabhängiger Widerstand unter Nutzung der Reihenschaltung, enthaltend einen Kondensator und eine Spule als reaktive Last, wird nunmehr unter Bezug auf 9 erläutert.
Der in 9 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Spannung/Stromwandler 1, 2, 5, Kondensatoren 7, 8, Spulen 50, 51 und Signalanschlüsse 11, 12. Der Spannung/Stromwandler 1 und eine Reihenschaltung, enthaltend die Spule 50 und den Kondensator 7, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 1 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe, und der Spannung/Stromwandler 2 und eine Reihenschaltung, enthaltend die Spule 51 und den Kondensator 8, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 2 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe.
Die Kapazitätswerte der Kondensatoren 7 und 8 sind mit C1 und C2 bezeichnet, und die Induktanzwerte der Spule 50 und des Kondensators 8 sind mit L1 und L2 bezeichnet. Die Impedanz ZLC3 der Schaltung, die aus dem Kondensator 7 und der Spule 50 konfiguriert ist, und die Impedanz ZLC4 der Schaltung, die aus dem Kondensator 8 und der Spule 51 konfigurier ist, sind durch die nachfolgende Gleichung gegeben: ZLC3 = j × {ϖ × L1 – 1/(ϖ × C1)}–1 (38) ZLC4 = j × {ϖ × L2 – 1/(ϖ × C2)}–1 (39)
Wenn eine Spannung v an den Signalanschluss 11 unter Bezug auf den Signalanschluss 12 angelegt ist, wird die Spannung v zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 1 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 1 wandelt die Spannung v in einen Strom mit der Stromwandlungsrate gm1. Dieser Strom wird der Reihenschaltung, enthaltend den Kondensator 7 und die Spule 50, zugeführt. Eine Spannung v1, ausgedrückt durch den nachfolgenden Ausdruck, wird über der Reihenschaltung erzeugt. v1 = v × gm1 × j × {ϖ × L1 – (1/ϖ × C1)} (40)
Diese Spannung v1 wird zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 2 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 2 wandelt die Spannung v1 in einen Strom mit der Stromwandlungsrate gm2. Dieser Strom wird der Reihenschaltung, enthaltend den Kondensator 8 und die Spule 51, zugeführt. Eine Spannung v2, gegeben durch den nachfolgenden Ausdruck, wird über der Reihenschaltung erzeugt. v2 = v1 × gm2 × j × {ϖ × L2 – (1/ϖ × C2)} (41)
Diese Spannung v2 wird zwischen den Eingangsanschlüssen des Spannung/Stromwandlers 5 angelegt. Der Spannung/Stromwandler 5 wandelt die angelegte Spannung v2 in einen Strom, der durch den nachfolgende Gleichung ausgedrückt ist, mit der Stromwandlungsrate gm10, und gibt ihn von seinen Ausgangsanschlüssen aus. Die Bezugsziffer i10 bezeichnet einen Strom, der von dem Signalanschluss 11 zu einem Ausgangsanschluss des Spannung/Stromwandlers 5 fließt, und der von dem anderen Ausgangsanschluss zu dem Signalanschluss 12 fließt. –i10 = gm10 × v2 (42)
Für den in 9 gezeigten, frequenzabhängigen Widerstand ist deshalb die Impedanz Zin, bei der es sich um die Impedanz handelt, gesehen einwärts von den Signalanschlüssen 11, 12, durch folgende Gleichung gegeben: Zin = 1/[gm1 × gm2 × gm10 × {ϖ × L1 – 1/ (ϖ × L1)} × {ϖ × L2 – 1/(ϖ × C2)}] (43)
Wie aus dieser Gleichung hervorgeht, nähert sich die Impedanz Zin einem Maximalwert, wenn sich die Winkelfrequenz ϖ (L1 × C1)^–1/2 und (L2 × C2)^–1/2 nähert.
<<Ausführungsform 7>>
Ein weiterer frequenzabhängiger Widerstand in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 10 erläutert.
Der in 10 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst MOS-Transistoren 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79; Widerstände 27, 28, 29; Kondensatoren 7, 8; eine Stromquelle 80; Spannungsquellen 142, 143 und Signalanschlüsse 11, 12.
Die MOS-Transistoren 61, 62, 63, 64, 65, 66 und der Widerstand 27, die zwischen die Quellen der MOS-Transistoren 63 und 64 geschaltet sind, bilden einen Spannung/Stromwandler 1. Der Spannung/Stromwandler 1 und der Kondensator 7, die mit dem Drain des MOS-Transistors 64 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe. Die MOS-Transistoren 67, 68, 69, 70, 71, 72 und der Widerstand 28, die zwischen die Quellen der MOS-Transistoren 69 und 70 geschaltet sind, bilden einen Spannung/Stromwandler 2. Der Spannung/Stromwandler 1 und der Kondensator 8, die mit dem Drain des MOS-Transistors 70 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe. Die MOS-Transistoren 73, 74, 75, 76, 77, 78 und der Widerstand 29, die zwischen die Quellen der MOS-Transistoren 75 und 76 geschaltet sind, bilden einen Spannung/Stromwandler 5. Die MOS-Transistoren 63, 64 und der Widerstand 27 bilden eine Differenzverstärkerschaltung; die MOS-Transistoren 69, 70 und der Widerstand 28 bilden eine Differenzverstärkerschaltung, und die MOS-Transistoren 75, 76 und der Widerstand 29 bilden eine Differenzverstärkerschaltung. Der MOS-Transistor 61 und der MOS-Transistor 62 bilden eine Stromspiegelschaltung; der MOS-Transistor 67 und der MOS-Transistor 68 bilden eine Stromspiegelschaltung; und der MOS-Transistor 73 und der MOS-Transistor 74 bilden eine Stromspiegelschaltung.
Der Strom von der Stromquelle 80 wird den Phasenrotatoren und dem Spannung/Stromwandler 5 mittels der MOS-Transistoren 65, 66, 71, 72, 77, 78, 79 gleichmäßig zugeführt.
Der Vorteil einer Nutzung der MOS-Transistoren besteht darin, dass das Gate von ihnen eine hohe Eingangsimpedanz aufweist, so dass der den Phasenrotatoren zugeführte Strom auf einen Minimalwert gesenkt bzw. gedrückt werden kann, wodurch sich die Konstruktion der Vorrichtung einfach gestaltet. Die Verwendung der MOS-Transistoren ermöglicht es außerdem, den Analogfilterverarbeitungsabschnitt als Teil des digitalen Signalverarbeitungsvorgangs auf einer integrierten Halbleiterschaltung zu ermöglichen, die auf demselben Pellet angebracht ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der erfindungsgemäße frequenzabhängige Widerstand nicht die Verwendung eines Taktsignals erfordert, weshalb ein Filter frei von Taktinterferenz realisiert werden kann.
<<Ausführungsform 8>>
Nunmehr wird 11 für den Fall erläutert, dass eine induktive Last, das heißt eine der reaktiven Lasten, durch eine Gyratorschaltung gebildet ist.
In dem in 11 gezeigten, frequenzabhängigen Widerstand ist eine Gyratorschaltung, die eine induktive Last für einen Phasenrotator einer ersten Stufe enthält, aus Transistoren 81, 82 erstellt, aus einem Transistor 83, der mit seiner Basis mit dem Kollektor des Transistors 81 und mit seinem Kollektor mit der Basis des Transistors 82 verbunden ist, aus einem Transistor 84, der mit seiner Basis mit dem Kollektor des Transistors 82 verbunden ist, und der mit seinem Kollektor mit der Basis des Transistors 81 verbunden ist, aus einem Widerstand 91, der zwischen die Emitter der Transistoren 81 und 82 geschaltet ist, aus einem Widerstand 92, der zwischen die Emitter der Transistoren 83 und 84 geschaltet ist, aus einem Kondensator 97, der zwischen die Basis des Transistors 83 und die Spannungsquelle 141 geschaltet ist, aus einer Stromquelle 101, die zwischen den Emitter des Transistors 81 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist, aus einer Spannungsquelle 102, die zwischen den Emitter des Transistors 82 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist, aus einer Stromquelle 103, die zwischen die Basis des Transistors 83 und Masse geschaltet ist, aus einer Stromquelle 104, die zwischen den Emitter des Transistors 83 und Masse geschaltet ist, und aus einer Stromquelle 105, die zwischen den Emitter des Transistors 84 und Masse geschaltet ist. Eine Gyratorschaltung zur Erzielung einer induktiven Last für einen Phasenrotatoren einer zweiten Stufe ist aus Transistoren 85, 86 erstellt, aus einem Transistor 87, der mit seiner Basis mit dem Kollektor des Transistors 86 und mit seinem Kollektor mit der Basis des Transistors 85 verbunden ist, aus einem Transistor 88, der mit seiner Basis mit dem Kollektor des Transistors 85 und mit seinem Kollektor mit der Basis des Transistors 86 verbunden ist, aus einem Widerstand 93, der zwischen die Emitter der Transistoren 85 und 86 geschaltet ist, aus einem Widerstand 94, der zwischen die Emitter der Transistoren 87 und 88 geschaltet ist, aus einem Kondensator 98, der zwischen die Basis des Transistors 85 und die Spannungsquelle 142 geschaltet ist, aus einer Stromquelle 109, die zwischen die Basis des Transistors 85 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist, aus einer Spannungsquelle 110, die zwischen den Emitter des Transistors 85 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist, aus einer Stromquelle 111, die zwischen den Emitter des Transistors 86 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist, aus einer Stromquelle 106, die zwischen die Basis des Transistors 87 und Masse geschaltet ist, aus einer Stromquelle 107, die zwischen den Emitter des Transistors 87 und Masse geschaltet ist, und aus einer Stromquelle 108, die zwischen den Emitter des Transistors 88 und Masse geschaltet ist.
Der Phasenrotator der ersten Stufe ist parallel zu dem Kondensator 7 geschaltet, um hierdurch eine Induktanz zwischen den Basen der Transistoren 81 und 82 zu erhalten, und der Phasenrotator der zweiten Stufe ist parallel zu dem Kondensator 8 geschaltet, um dadurch eine Induktanz zwischen den Basen der Transistoren 87 und 88 zu erhalten.
Auf diese Weise wird eine induktive Last auf bzw. bezüglich einer integrierten Halbleiterschaltung mittels Kondensatoren, Widerständen und Transistoren verwirklicht.
<<Ausführungsform 9>>
Noch ein weiterer erfindungsgemäßer, frequenzabhängiger Widerstand wird anhand von 12 erläutert.
Der in 12 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Transistoren 21, 22, 23, 24, 25, 26, 121, 122, 123, 124, 125, 126; Kondensatoren 7, 8; Widerstände 27, 28, 29; Stromquellen 301, 302, 303, 304, 305, 306, 311, 312, 313, 314, 314, 316, 331, 332, 333, 334, 335, 336; Spannungsquellen 141, 143 und Signalanschlüsse 11, 12.
Der Spannung/Stromwandler 1 mit einer Differenzverstärkerschaltung ist aus Transistoren 21, 22 erstellt, aus dem Widerstand 27, der zwischen die Emitter der Transistoren 21 und 22 geschaltet ist, aus der Stromquelle 301, die zwischen den Emitter der Transistoren 21 und Masse geschaltet ist, aus der Stromquelle 302, die zwischen den Emitter des Transistors 22 und Masse geschaltet ist, aus der Stromquelle 331, die zwischen den Kollektor des Transistors 21 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist, aus der Stromquelle 332, die zwischen den Kollektor des Transistors 22 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist, aus dem Transistor 121, der mit seinem Emitter mit der Basis des Transistors 21 verbunden ist, aus dem Transistor 122, der mit seinem Emitter mit der Basis des Transistors 22 verbunden ist, aus der Stromquelle 311, die zwischen den Emitter des Transistors 121 und Masse geschaltet ist, und aus der Stromquelle 312, die zwischen den Emitter des Transistors 122 und Masse geschaltet ist. Der Spannung/Stromwandler 1 und der Kondensator 7, die zwischen die Kollektoren der Transistoren 21 und 22 geschaltet sind, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe. Die Basis des Transistors 21 des Phasenrotators der ersten Stufe ist mit dem Signalanschluss 11 verbunden, und die Basis des Transistors 22 ist mit dem Signalanschluss 12 verbunden. Ein Spannung/Stromwandler 2 mit einer Differenzverstärkerschaltung ist aus den Transistoren 23, 24 erstellt, aus dem Widerstand 28, der zwischen die Emitter der Transistoren 23 und 24 geschaltet ist, aus der Stromquelle 303, die zwischen den Emitter der Transistoren 23 und Masse geschaltet ist, aus der Stromquelle 304, die zwischen den Emitter des Transistors 24 und Masse geschaltet ist, aus der Stromquelle 333, die zwischen den Kollektor des Transistors 23 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist, aus der Stromquelle 334, die zwischen den Kollektor des Transistors 24 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist, aus dem Transistor 123, der mit seinem Emitter mit der Basis des Transistors 23 verbunden ist, aus dem Transistor 124, der mit seinem Emitter mit der Basis des Transistors 24 verbunden ist, aus der Stromquelle 313, die zwischen den Emitter des Transistors 123 und Masse geschaltet ist, und aus der Stromquelle 314, die zwischen den Emitter des Transistors 124 und Masse geschaltet ist. Der Spannung/Stromwandler 2 und der Kondensator 7, die zwischen die Kollektoren der Transistoren 21 und 22 geschaltet sind, bil den einen Phasenrotator einer ersten Stufe. Der Spannung/Stromwandler 5 mit einer Differenzverstärkerschaltung besteht aus den Transistoren 25, 26, aus dem Widerstand 29, der zwischen die Emitter der Transistoren 25 und 26 geschaltet ist, aus der Stromquelle 305, die zwischen den Emitter der Transistoren 25 und Masse geschaltet ist, aus der Stromquelle 306, die zwischen den Emitter des Transistors 26 und Masse geschaltet ist, aus der Stromquelle 335, die zwischen den Kollektor des Transistors 25 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist, aus der Stromquelle 336, die zwischen den Kollektor des Transistors 26 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist, aus dem Transistor 125, der mit seinem Emitter mit der Basis des Transistors 25 verbunden ist, aus dem Transistor 126, der mit seinem Emitter mit der Basis des Transistors 26 verbunden ist, aus der Stromquelle 315, die zwischen den Emitter des Transistors 125 und Masse geschaltet ist, und aus der Stromquelle 316, die zwischen den Emitter des Transistors 126 und Masse geschaltet ist. Die Basen der Transistoren 124 und 126 sind mit der Spannungsquelle 141 verbunden.
Jede Emitterfolgerschaltung, die aus dem Transistor 121 und der Stromquelle 311 oder aus dem Transistor 122 und der Stromquelle 312 gebildet ist, ist mit den Basen der Transistoren 21 und 22 verbunden. Hierdurch kann die Eingangsimpedanz des Phasenrotators der ersten Stufe erhöht werden. Die Impedanz des Emitters jeder Emitterfolgerschaltung ist klein. Beispielsweise verhindert sie eine Kopplung des Signals, das in dem Kollektor des Transistors 21 erzeugt wird, an die Basis des Transistors 21, das in dem Kollektor des Transistors 22 erzeugt wird, an die Basis des Transistors 22. Ein ähnlicher Effekt wird gewonnen durch die Emitterfolgerschaltung, die aus dem Transistor 123 und der Stromquelle 313 des Transistors 124 und der Stromquelle 314 gebildet ist, und die au ßerdem gebildet ist aus dem Transistor 125 und der Stromquelle 315 des Transistors 126 und der Stromquelle 316.
<<Ausführungsform 10
Noch ein weiterer frequenzabhängiger Widerstand in Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird unter Bezug auf 12, 13 und 14 erläutert.
Ein Ende des Widerstands 130 ist mit dem Signalanschluss 11 des in 12 gezeigten frequenzabhängigen Widerstands verbunden. Spannungsquellen 140 und 141 sind zwischen das andere Ende des Widerstand 130 und den Signalanschluss 12 geschaltet. 13 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltungskonfiguration des frequenzabhängigen Widerstands von 12.
14 zeigt das Ergebnis einer Simulation der Hochpassfilterkennlinie, gewonnen am Signalanschluss 11 des frequenzabhängigen Widerstands von 12. Die Simulation von 12 bis 26 beruht auf folgender Definition und auf folgenden Konstanten.
Jeder Gleichstromwert der Stromquellen 301, 302, 303, 304, 305, 306, 331, 332, 333, 334, 335, 336 beträgt 100 μA; jeder Gleichstromwert der Stromquellen 311, 312, 313, 314, 315, 316 beträgt 20 μA; jeder Kapazitätswert der Kondensatoren 7, 8 beträgt 100 pF; jeder Widerstandswert der Widerstände 27, 28, 29, 130 beträgt 10 kΩ; Der Spannungswert des Stromversorgers 143 beträgt 5 V; und jeder Gleichspannungswert der Spannungsquellen 140, 141 beträgt 2,5 V. Die Spannungsquelle 140 ist eine Wechselstromsignaleingangsquelle. Das Eingangssignal ist ein Einheitssignal mit einer Phase von null Grad und einer Amplitude, von der angenommen wird, dass sie einen Wert un endlich nahe an null besitzt. Die Ausgangsamplitude des Simulationsergebnisses hat einen Wert, der um einen Faktor 20 größer ist als der logarithmische Wert der Amplitude des Ausgangssignals mit dem Eingangssignal als Referenz. Ein negativer Wert von ihr bedeutet eine Abschwächung, während ein positiver Wert von ihr eine Verstärkung bedeutet. Die Ausgangsphase in jedem Diagramm beruht auf dem Eingangssignal und ein negativer Wert von ihm bedeutet eine Phasenverzögerung, während ein positiver Wert von ihm eine Phasenvorauseilung bedeutet. In der Simulation wird das Gunmel-Poon-Transistormodell genutzt. Die Betriebstemperatur ist mit 300 K gewählt; der Stromverstärkungsfaktor h_FE beträgt 150; die parasitäre Kollektor/Masse-Kapazität beträgt 0,1 pF; die parasitäre Kollektor/Basis-Kapazität beträgt 0,02 pF; und die Early-Spannung beträgt 92 V.
Der Signalanschluss 11 von 12 und 13 ist mit einer Hochpassfilterkennlinie versehen, demnach sich die Amplitude mit dem Quadrat der Frequenz ändert. Wie aus 14 hervorgeht, ist die Phasenänderung des Ausgangssignals nicht größer als zwei Grad innerhalb des Frequenzbands von 10 kHz bis 10 MHz. Auf diese Weise wird ein Hochpassfilter mit überlegener Phasenkennlinie vom Signalanschluss 11 gewonnen.
Die parasitäre Kapazität des Kollektors des Transistors 26 und des Widerstands 130 verursacht einen Tiefpassfilter einer hohen Frequenz in dem Signalanschluss 11. Die Phase des Tiefpassfilters unterliegt einer Änderung zwischen der Frequenz von einem Zehntel der Eckfrequenz bis in den Hochfrequenzbereich. Als präventive Maßnahme kann die die Phasenänderung erzeugende Frequenz in einen höheren Frequenzbereich übertragen werden durch Wählen des Werts des Widerstands 130 erneut mit niedrigem Pegel.
<<Ausführungsform 11>>
Ein weiterer erfindungsgemäßer, frequenzabhängiger Widerstand wird unter Bezug auf 15 und 16 erläutert.
Der in 15 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Spannung/Stromwandler 1, 2, 5, Kondensatoren 52, 53, Spulen 50, 51 und Signalanschlüsse 11, 12. Der Spannung/Stromwandler 1 und die Spule 50 sowie der Kondensator 52, die beide mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 1 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe, und der Spannung/Stromwandler 2 und die Spule 51 und der Kondensator 53, die beide mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 2 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe. Eine Parallelschaltung aus der Spule 50 und dem Kondensator 52 bildet eine reaktive Last, und eine Parallelschaltung aus der Spule 51 und dem Kondensator 53 bildet eine reaktive Last. Der Signalanschluss 11 des frequenzabhängigen Widerstands ist mit einem Ende des Widerstands 130 verbunden und das andere Ende des Widerstands 130 ist mit der Spannungsquelle 140 verbunden, die eine Wechselstromsignalquelle aufweist. Der Signalanschluss 12 ist mit der Spannungsquelle 141 verbunden.
Diese Konfiguration erlaubt die Erzeugung einer Bandunterdrückungsfilterkennlinie am Signalanschluss 11. Die Resonanzfrequenz der reaktiven Last stellt die Mittenfrequenz der Bandunterdrückungsfrequenz dar. Hierdurch kann eine Bandunterdrückungsfilterkennlinie mit mehreren Bandunterdrückungsfrequenzen durch Differenzieren der Resonanzfrequenz von jeder reaktiven Last verwirklicht werden.
16 zeigt das Simulationsergebnis der Bandunterdrückungsfilterkennlinie, gewonnen am Signalanschluss 11 des in 15 gezeigten frequenzabhängigen Widerstands. Diese Simulation wird ausgeführt unter Nutzung der nachfolgend erläuterten Werte zusätzlich zu den vorstehend genannten Werten. Jeder Kapazitätswert der Kondensatoren 52, 53 beträgt 10 pF und jeder Wert der Spulen 50, 51 beträgt 0,01 H. Diese Werte teilen sich die jeweiligen, nachfolgend erläuterten Simulationen.
Wie aus 16 hervorgeht, beträgt die Phasenänderung etwa null Grad für die Frequenz von etwa 2 MHz oder weniger, bis auf die Mittenfrequenz und das Frequenzband im Bereich der Mittenfrequenz. Ein Bandunterdrückungsfilter mit überlegener Phasenkennlinie kann dadurch gewonnen werden, bis auf die Mittenfrequenz und den Bereich in ihrer Nähe.
<<Ausführungsform 12>>
Ein weiterer erfindungsgemäßer, frequenzabhängiger Widerstand wird unter Bezug auf 17 und 18 erläutert.
Der in 17 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Spannung/Stromwandler 1, 2, 5, Kondensatoren 7, 8, Spulen 50, 51 und Signalanschlüsse 11, 12. Der Spannung/Stromwandler 1 sowie eine Reihenschaltung aus der Spule 50 und dem Kondensator 7 sind mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 1 verbunden und bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe; sowohl der Spannung/Stromwandler 2 wie die Reihenschaltung aus der Spule 51 und dem Kondensator 8 sind mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 2 verbunden und bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe. Die Reihenschaltung aus der Spule 50 und dem Kondensator 7 bildet eine reaktive Last, und die Reihenschaltung aus der Spule 51 und dem Kondensator 8 bildet eine reaktive Last. Der Signalanschluss 11 des frequenzabhängigen Widerstands ist mit einem Ende des Widerstands 130 verbunden, und das andere Ende des Widerstands 130 ist mit der Spannungsquelle 140 verbunden, die eine Wechselstromsignalquelle aufweist. Der Signalanschluss 12 ist mit der Spannungsquelle 141 verbunden.
Diese Konfiguration ist geeignet, eine Hochpassfilterkennlinie am Signalanschluss 11 zu erzeugen. Die Resonanzfrequenz der reaktiven Last stellt die Mittenfrequenz des Bandpassfilters bereit. Durch Differenzieren der Resonanzfrequenz jeder reaktiven Last kann deshalb ein Bandpassfilter mit mehreren Bandpassfrequenzen verwirklicht werden.
16 zeigt das Ergebnis einer Simulation der Bandpassfilterkennlinie, gewonnen am Signalanschluss 11 des frequenzabhängigen Widerstands von 17.
Wie aus 18 hervorgeht, beträgt die Phasenänderung im Wesentlichen Null in der Mittenfrequenz der Bandpassfrequenz und im Frequenzband im Bereich hiervon. Ein überlegene Phasenkennlinie wird dadurch in der Mittenfrequenz und im Frequenzband im Bereich der Mittenfrequenz erhalten.
Eine scharfe bzw. steile Bandunterdrückungsfilterkennlinie wird im Bereich von 9 MHz beobachtet, wodurch die Bandpassfilterkennlinie steiler wird. Diese Kennlinie ist jedoch das Ergebnis einer Addition der parasitären Kapazität des Transistors parallel zu jeder reaktiven Last. Ein Wert der Bandunterdrückungsfrequenz, die stabil ist in Bezug auf Schwankungen der parasitären Kapazität, kann gewonnen werden durch Hinzufügen des Kondensators 52, 53, der einen Kapazitätswert aufweist, der vergleichsweise groß ist im Vergleich zu der parasitären Kapazität des Transistors, wie nachfolgend unter Bezug auf die dreizehnte Ausführungsform erläutert.
<<Ausführungsform 13>>
Ein erfindungsgemäßer, frequenzabhängiger Widerstand wird unter Bezug auf 19 und 20 erläutert.
Der in 19 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Spannung/Stromwandler 1, 2, 5, Kondensatoren 7, 8, 52, 53, Spulen 50, 51 und Signalanschlüsse 11, 12. Ein Phasenrotator einer ersten Stufe ist mit dem Spannung/Stromwandler 1 gebildet, eine Reihenschaltung aus Spule 50 und Kondensator 7, und verbunden mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 1 sowie dem Kondensator 52, der parallel zur Reihenschaltung geschaltet ist. Ein Phasenrotator einer zweiten Stufe ist mit dem Spannung/Stromwandler 2 gebildet, eine Reihenschaltung aus Spule 51 und Kondensator 8, und mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 2 verbunden, und dem Kondensator 53, der parallel zur Reihenschaltung geschaltet ist. Der Signalanschluss 11 des frequenzabhängigen Widerstands ist mit einem Ende des Widerstands 130 verbunden. Das andere Ende des Widerstands 130 ist mit der Spannungsquelle 140 verbunden, die eine Wechselstromsignalquelle aufweist. Der Signalanschluss 12 ist mit der Spannungsquelle 141 verbunden.
Diese Konfiguration eignet sich zur Erzeugung einer Bandpassfilterkennlinie am Signalanschluss 11. Die Reihenresonanzfrequenz der reaktiven Last stellt die Mittenfrequenz der Bandpassfilters dar und seine Parallelresonanzfrequenz stellt die Mittenfrequenz des Bandunterdrückungsfilters dar. Durch Differenzieren der Resonanzfrequenz von jeder reaktiven Last kann dadurch eine Bandpassfilterkennlinie mit mehreren Bandpassfrequenzen verwirklicht werden. Insbesondere die nacheilende Kante des Hochfrequenzbereichs der Bandpassfilterkennlinie kann differenziert werden mit unterschiedlichen Kapazitätswerten der Kondensatoren 52, 53. Die nacheilende Kante des Hochfrequenzbereichs der Bandpassfilterkennlinie kann steiler gemacht werden durch Vergrößern des Kapazitätswerts des Kondensators 52 oder 53. Dies ist besonders wirksam bei der Erzeugung einer symmetrischen Frequenzkennlinie auf linearem Maßstab. Der Ausgangsabschnitt der Spannung/Stromwandler 1 und 2 ist mit einer parasitären Kapazität belastet. Hierdurch ergibt sich eine Bandunterdrückungsfrequenz, festgelegt in Übereinstimmung mit dieser Kapazität, von selbst für den Fall, dass der Wert der Kondensatoren 52, 53 null beträgt, wie unter Bezug auf die zwölfte Ausführungsform erläutert.
20 zeigt das Ergebnis einer Simulation der Bandpassfilterkennlinie, gewonnen am Signalanschluss 11 des frequenzabhängigen Widerstands von 19.
Wie aus 20 hervorgeht, beträgt die Phasenänderung im Wesentlichen Null in der Mittenfrequenz der Bandpassfrequenz sowie im benachbarten Frequenzbereich. Auf diese Weise wird ein Bandpassfilter mit überlegener Phasenkennlinie in der Mittenfrequenz und im Frequenzband benachbart hierzu gewonnen.
<<Ausführungsform 14>>
Ein erfindungsgemäßer, frequenzabhängiger Widerstand wird unter Bezug auf 21 und 22 erläutert.
Der in 21 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Spannung/Stromwandler 1, 2, 5, Kondensatoren 7, 8 und Signalanschlüsse 11, 12. Der Spannung/Stromwandler 1 und der Kondensator 7, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 1 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe. Der Spannung/Stromwandler 2 und der Kondensator 8, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 2 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe. Der Signalanschluss 12 des frequenzabhängigen Widerstands ist mit einem Ende des Widerstands 130 verbunden. Das andere Ende des Widerstands 130 ist mit der Spannungsquelle 141 verbunden. Der Signalanschluss 11 ist mit der Spannungsquelle 140 verbunden, die eine Wechselstromsignalquelle aufweist. Die Spannungsquelle 14 ist mit dem negativen Anschluss der Spannung/Stromwandler 2, 5 und einem Ende von jedem der Kondensatoren 7, 8 verbunden.
Diese Konfiguration eignet sich zur Erzeugung einer Tiefpassfilterkennlinie am Signalanschluss 12.
22 zeigt das Ergebnis einer Simulation der Tiefpassfilterkennlinie, gewonnen am Signalanschluss 12 des frequenzabhängigen Widerstands von 21.
Wie aus 22 hervorgeht, beträgt die Phasenänderung im Wesentlichen null Grad im Frequenzband von 1 kHz bis 1 MHz. Auf diese Weise wird ein Tiefpassfilter mit überlegener Phasenkennlinie im Frequenzband von 1 kHz bis 1 MHz gewonnen.
In der vierzehnten Ausführungsform ist die Phasenänderung für Frequenzen höher als 1 MHz jedoch größer. Dieses Phänomen von Phasenschwankungen kann verringert werden durch Hinzufügen des Widerstands 131 zwischen den Signalanschlüssen 11, 12, wie in der nachfolgend erläuterten fünfzehnten Ausführungsform.
<<Ausführungsform 15>>
Ein weiterer erfindungsgemäßer, frequenzabhängiger Widerstand wird unter Bezug auf 23, 24 und 25 erläutert.
Dieser, in 23 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Spannung/Stromwandler 1, 2, 5, Kondensatoren 7, 8 und Signalanschlüsse 11, 12. Der Spannung/Stromwandler 1 und der Kondensator 7, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 1 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe, und der Spannung/Stromwandler 2 und der Kondensator 8, die mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 2 verbunden sind, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe. Der Signalanschluss 12 des frequenzabhängigen Widerstands ist mit einem Ende von jedem der Widerstände 131 und 132 verbunden. Das andere Ende des Widerstands 132 ist mit der Spannungsquelle 141 verbunden. Das andere Ende des Widerstands 131 und der Signalanschluss 11 sind mit der Spannungsquelle 140 verbunden, die eine Wechselspannungsquelle aufweist. Jeder negative Anschluss der Spannung/Stromwandler 2, 5 und ein Ende von jedem der Kondensatoren 7, 8 sind mit der Spannungsquelle 142 verbunden.
Diese Konfiguration eignet sich zur Erzeugung einer Tiefpassfilterkennlinie am Signalanschluss 12. Der Widerstandswert des frequenzabhängigen Widerstands ändert sich mit der Frequenz, und in dem Fall, dass der Widerstandswert des frequenzabhängigen Widerstands klein ist im Vergleich zu dem Widerstandswert des Widerstands 131, wird der Widerstandswert der Kombination aus dem Widerstand der Parallelschaltung aus Widerstand 131 und frequenzabhängigem Widerstand unter der Steuerung des Widerstandswert des frequenzabhängigen Widerstands festgelegt. In dem Fall, dass der Widerstandswert des frequenzabhängigen Widerstands groß ist, wird hingegen der Widerstandswert des kombinierten Widerstands der Parallelschaltung unter Steuerung des Werts des Widerstands 131 festgelegt. Der Spannung der Spannungsquellen 140, 141, aufweisend eine Wechselstromsignalquelle, wird durch den Widerstandswert des kombinierten Widerstands geteilt, der festgelegt ist in dieser Weise und den Widerstandswert des Widerstands 132. Üblicherweise werden die Gleichspannungen der Spannungsquellen 140, 141 mit gleichem Wert gewählt. Das Spannungsausgangssignal, das von dem Signalanschluss 12 erzeugt wird, zeigt die Tiefpassfilterkennlinie, und eine Amplitudenabschwächung hiervon wird ermittelt in Reaktion auf das Verhältnis zwischen den Widerständen 132 und 131 im Hochfrequenzbereich.
24 zeigt das Ergebnis einer Simulation der Tiefpassfilterkennlinie, gewonnen am Signalanschluss 12 des frequenzabhängigen Widerstands von 23. Der Widerstandswert des Widerstands 131 ist mit 10 kΩ gewählt, und der Widerstandswert des Widerstands 132 ist mit 1 kΩ gewählt.
Wie aus 24 hervorgeht, beträgt die Phasenänderung im Wesentlichen null Grad innerhalb eines weiten Frequenzbereichs von 1 kHz bis 100 MHz. Auf diese Weise wird der Tiefpassfilter mit zufrieden stellender Phasenkennlinie innerhalb eines weiten Frequenzbands von 1 kHz bis 100 MHz gewonnen.
25 zeigt eine Konfiguration eines frequenzabhängigen Widerstands, der vier Phasenrotatoren und eine Wellenform-Formgebungsschaltung aufweist, die dem Signalanschluss 12 hinzugefügt ist bzw. sind, im Vergleich zu dem in 23 gezeigten, frequenzabhängigen Widerstand. Außerdem sind die Spannungsquellen 141, 142 in 23 durch eine Spannungsquelle 144 in 25 ersetzt. Die Emitterfolgerschaltung ist nicht gezeigt.
Der in 25 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Transistoren 21, 22, 23, 24, 25, 26, 521, 522, 631, 631, 632, 634; Kondensatoren 7, 8, 9, 10; Widerstände 27, 28, 29, 527, 528, 635, 636; Stromquellen 301, 302, 303, 304, 305, 306, 331, 333, 335, 336, 501, 502, 503, 504, 531, 533; Spannungsquellen 143, 144, 145; und Signalanschlüsse 11, 12, 16, 17.
Ein Komparator besteht aus Transistoren 631, 632; aus dem Transistor 633, dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors 631 verbunden ist; aus dem Transistor 634, dessen Basis mit der Basis des Transistors 633 verbunden ist; aus dem Widerstand 635, der zwischen die Emitter der Transistoren 631 und 632 geschaltet ist; und aus dem Widerstand 636, der mit dem Kollektor des Transistors 634 verbunden ist. Dieser Komparator und die Spannungsquelle 145 bilden eine Wellenform-Formgebungsschaltung mit einer Referenzspannung, die durch eine Spannung von der Spannungsquelle 145 gegeben ist.
In dem Fall, dass ein Impulssignal, das Rauschen vergleichsweise hoher Frequenz enthält, an den Signalanschluss 11 angelegt wird, wird ein Ausgangssignal des Tiefpassfilters frei von Rauschen am Signalanschluss 16 ausgegeben. Ein Signal, das in Rechteckwellenform geformt ist, aus einem Signal am Signalanschluss 16 wird von dem Signalanschluss 17 ausgegeben. Ein Ausgangssignal mit sehr geringen Phasenschwankungen unter Bezug auf das Eingangsimpulssignal am Signalanschluss 11 kann an den Signalanschlüssen 16, 17 abgegriffen werden.
Die Hochfrequenzkomponente des Signals am Signalanschluss 11 wird abgeschwächt in Reaktion auf das Teilungsverhältnis der Widerstände 131 und 132. Das von dem Signalanschluss 16 ausgegebene Signal kann eine Hochfrequenzkomponente halten, die das Eingangssignal für den Signalanschluss 11 bildet.
Obwohl der in 25 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand gebildet ist unter Nutzung eines bipolaren Transistors, kann er auch erstellt werden unter Nutzung eines MOS-Transistors als frequenzabhängiger Widerstand, wie in 10 gezeigt.
<<Ausführungsform 16>>
Ein weiterer frequenzabhängiger Widerstand wird unter Bezug auf 26 und 27 erläutert.
Der in 26 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Spannung/Stromwandler 1, 2, 5, Kondensatoren 7, 8 und Signalanschlüsse 11, 12. Der Spannung/Stromwandler 1 und der Kondensator 7, der mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 1 verbunden ist, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe, und der Spannung/Stromwandler 2 und der Kondensator 8, der mit dem Ausgangsanschlusspaar des Spannung/Stromwandlers 2 verbunden ist, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe. Der Signalanschluss 12 des frequenzabhängigen Widerstands ist mit einem Ende des Widerstands 132 verbunden, und das andere Ende des Widerstands 132 ist mit der Spannungsquelle 141 verbunden. Der Signalanschluss 11 ist mit einem Ende des Widerstands 130 verbunden, und das andere Ende des Widerstands 130 ist mit der Spannungsquelle 140 verbunden, die eine Signalquelle aufweist. Der negative Anschluss von jedem der Spannung/Stromwandler 2, 5 und ein Ende von jedem der Kondensatoren 7, 8 sind mit der Spannungsquelle 142 verbunden.
Diese Konfiguration ist geeignet, eine Hochpassfilterkennlinie am Signalanschluss 11 zu erzeugen.
Der Widerstandswert des frequenzabhängigen Widerstands wird größer bei Zunahme der Frequenz, so dass sich das Signal, das am Signalanschluss 11 ausgegeben wird, dem Spannungswert der Spannungsquelle 140 nähert. Wenn die Frequenz kleiner wird, nähert sich hingegen der Widerstandswert des frequenzabhängigen Widerstands null, so dass sich das Signal, das am Signalanschluss 11 ausgegeben wird, dem Spannungswert der Spannungsquelle 140 nähert, geteilt durch das Verhältnis des Widerstandswert zwischen den Widerständen 130 und 132.
27 zeigt das Ergebnis einer Simulation der Hochpassfilterkennlinie, gewonnen am Signalanschluss 11 des in 26 gezeigten, frequenzabhängigen Widerstands.
Wie aus 27 hervorgeht, ist die Phasenänderung nicht größer als zwei Grad innerhalb des Frequenzbands von 1 kHz bis 10 MHz. Auf diese Weise wird ein Hochpassfilter mit zufrieden stellender Phasenkennlinie im Frequenzbereich von 1 kHz bis 10 MHz gewonnen.
<<Ausführungsform 17>>
Ein erfindungsgemäßer, frequenzabhängiger Widerstand wird unter Bezug auf 28 erläutert.
Der in 28 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Transistoren 21, 22, 23, 24, 25, 26; Kondensatoren 7, 8; Wi derstände 27, 28, 29; Stromquellen 301, 302, 303, 304, 305, 306, 331, 332, 333, 334, 335, 336; Spannungsquellen 142, 143; und Signalanschlüsse 11, 12.
In dieser Ausführungsform wird ein frequenzabhängiger Widerstand konfiguriert durch Erzeugen eines reaktiven Stroms. Insbesondere besteht ein Spannung/Stromwandler 1 zum Erzeugen eines reaktiven Stroms aus den Transistoren 21, 22; aus dem Kondensator 7, die zwischen die Emitter der Transistoren 21 und 22 geschaltet ist; aus der Stromquelle 301, die zwischen den Emitter des Transistors 21 und Masse geschaltet ist; aus der Stromquelle 302, die zwischen den Emitter des Transistors 22 und Masse geschaltet ist; aus der Stromquelle 331, die zwischen den Kollektor des Transistors 21 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist; und aus der Stromquelle 332, die zwischen den Kollektor des Transistors 22 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist. Der Spannung/Stromwandler 1 und der Widerstand 27, der zwischen die Kollektoren der Transistoren 21 und 22 geschaltet ist, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe. Die Basis des Transistors 21 des Phasenrotators der ersten Stufe ist mit dem Signalanschluss 11 verbunden, und die Basis des Transistors 22 ist mit dem Signalanschluss 12 verbunden. Ein Spannung/Stromwandler 2 zum Erzeugen eines reaktiven Strom besteht aus den Transistoren 23, 24; aus dem Kondensator 8, der zwischen die Emitter der Transistoren 23 und 24 geschaltet ist; aus der Stromquelle 303, die zwischen den Emitter des Transistors 23 und Masse geschaltet ist; aus der Stromquelle 304, die zwischen den Emitter des Transistors 24 und Masse geschaltet ist; aus der Stromquelle 33, die zwischen den Kollektor des Transistors 23 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist; und aus der Stromquelle 334, die zwischen den Kollektor des Transistors 24 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist. Der Span nung/Stromwandler 2 und der Widerstand 28, der zwischen die Kollektoren der Transistoren 23 und 24 geschaltet ist, bilden einen Phasenrotator einer zweiten Stufe. Der Spannung/Stromwandler 5 besteht aus den Transistoren 25, 26; aus dem Widerstand 28, der zwischen die Emitter der Transistoren 25 und 26 geschaltet ist; aus der Stromquelle 305, die zwischen den Emitter des Transistors 26 und Masse geschaltet ist; aus der Stromquelle 306, die zwischen den Emitter des Transistors 26 und Masse geschaltet ist; aus der Stromquelle 335, die zwischen den Kollektor des Transistors 25 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist; und aus der Stromquelle 336, die zwischen den Kollektor des Transistors 26 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist.
Jede Stromwandlungsrate der Spannung/Stromwandler 1, 2 ist gegeben als Reziprokes der Summe, das heißt, der Summe aus dem Emitterwiderstandswert der Transistoren und dem Impedanzwert der Kondensatoren 7, 8, die zwischen die Emitter der Transistoren geschaltet sind. Wenn ein Strom von 1 mA in den Transistoren fließt, beträgt der Emitterwiderstandswert etwa 26 Ω und ist damit normalerweise ausreichend klein im Vergleich zu dem Impedanzwert des Kondensators, der zwischen die Emitter der Transistoren geschaltet ist. Auf diese Weise kann die Stromwandlungsrate approximiert werden durch das Reziproke des Impedanzwerts des Kondensators, der zwischen die Emitter geschaltet ist. Wenn eine Differenzverstärkerschaltung vorgesehen ist und die Spannung am nicht invertierenden Ausgangsanschluss der Differenzverstärkerschaltung an den invertierenden Eingangsanschluss über eine Emitterfolgerschaltung angelegt ist, kann der Emitterwiderstand verkleinert werden, wobei jeder Transistor von jeder Differenzverstärkerschaltung in jedem Spannung/Stromwandler durch eine Transistorschaltung ersetzt ist. Die Basis hiervon bildet einen nicht invertie renden Eingangsanschluss; der Emitter hiervon bildet einen invertierenden Eingangsanschluss, und der Kollektor hiervon bildet den Kollektor der Emitterfolgerschaltung. Durch Definieren der Kapazitätswerte der Kondensatoren 7 und 8 mit C1 und C2 und der Stromwandlungsraten der Spannung/Stromwandler 1, 2 mit gm1 und gm2 sind gm1 gm2 durch die folgende Gleichung gegeben: gm1 = j × ϖ × C1 (44) gm2 = j × ϖ × C2 (45)
Die Stromwandlungsrate des Spannung/Stromwandlers 5 ist außerdem als gm10 definiert.
Wenn die an den Signalanschluss 11 unter Bezug auf den Signalanschluss 12 angelegte Spannung v beträgt, wird die Spannung v1, ausgedrückt durch den nachfolgenden Ausdruck, über dem Widerstand 27 erzeugt. v1 = v × gm1 × R1 (46)
Diese Spannung v1 wird an den Phasenrotator der zweiten Stufe angelegt, und die Spannung v2, die durch den nachfolgenden Ausdruck gegeben ist, wird über dem Widerstand 28 erzeugt. v2 = v1 × gm2 × R2 (47)
Diese Spannung v2 wird an den Spannung/Stromwandler 5 angelegt, der die angelegte Spannung v2 in einen Strom mit einer Stromwandlungsrate gm10 wandelt und ihn ausgibt. –i10 = gm10 × v2 (48)
Die Impedanz Zin, das heißt, die Impedanz gesehen einwärts von den Signalanschlüssen 11, 12, ist durch nachfolgende Gleichung gegeben: Zin = 1/(ϖ2 × gm10 × C1 × C2 × R1 × R2) (49)
In dem frequenzabhängigen Widerstand kann eine Widerstandskennlinie invers proportional zu dem Produkt aus dem Quadrat von ϖ, den Kapazitätswerten C1, C2, den Widerstandswerten R1, R2 und mit der Stromwandlungsrate gm10 gewonnen werden.
<<Ausführungsform 18>>
Ein weiterer frequenzabhängiger Widerstand in Übereinstimmung mit der Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 29 erläutert.
Der in 29 gezeigte, frequenzabhängige Widerstand umfasst Transistoren 21, 22, 23, 24; Kondensatoren 7, 8; einen Widerstand 27; Stromquellen 301, 302, 303, 304, 331, 332, 333, 334; Spannungsquellen 142, 143; und Signalanschlüsse 11, 12.
Ein Spannung/Stromwandler 1 zum Erzeugen eines reaktiven Stroms weist die Transistoren 21, 22 auf; den Kondensator 7, der zwischen die Emitter der Transistoren 21 und 22 geschaltet ist; die Stromquelle 301, die zwischen den Emitter des Transistors 21 und Masse geschaltet ist; die Stromquelle 302, die zwischen den Emitter des Transistors 22 und Masse geschaltet ist; die Stromquelle 331, die zwischen den Kollektor des Transistors 21 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist; und die Stromquelle 333, die zwischen den Kollektor des Transistors 22 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist. Dieser Spannung/Stromwandler 1 und der Widerstand 27, der zwischen die Kollektoren der Transistoren 21 und 22 geschaltet ist, bilden einen Phasenrotator einer ersten Stufe. Die Basis des Transistors 21 des Phasenrotators der ersten Stufe ist mit dem Signalanschluss 11 verbunden, und die Basis des Transistors 22 ist mit dem Signalanschluss 12 verbunden. Ein Spannung/Stromwandler 2 zum Erzeugen eines reaktiven Stroms weist die Transistoren 23, 24 auf; den Kondensator 8, der zwischen die Emitter der Transistoren 23 und 24 geschaltet ist; die Stromquelle 303, die zwischen den Emitter des Transistors 23 und Masse geschaltet ist; die Stromquelle 304, die zwischen den Emitter des Transistors 24 und Masse geschaltet ist; die Stromquelle 333, die zwischen den Kollektor des Transistors 23 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist; und die Stromquelle 334, die zwischen den Kollektor des Transistors 24 und die Spannungsquelle 143 geschaltet ist.
Die Stromwandlungsraten gm1 und gm2 der Spannung/Stromwandler 1, 2 sind wie im Fall von 28 durch die Gleichungen (44) und (45) gegeben.
Wenn eine an den Signalanschluss 11 unter Bezug auf den Signalanschluss 12 angelegte Spannung v beträgt, wird eine Spannung v1, ausgedrückt durch den nachfolgenden Ausdruck, über dem Widerstand 27 erzeugt. v1 = v × gm1 × R1 (50)
Diese Spannung v1 wird an den Spannung/Stromwandler 2 angelegt. Die angelegte Spannung v1 wird in einen Strom mit der Stromwandlungsrate gm2 gewandelt, und dieser Strom wird ausgegeben: –i10 = gm2 × v1 (51)
Die Impedanz Zin, das heißt, die Impedanz gesehen einwärts von den Signalanschlüssen 11, 12, ist durch die folgende Gleichung gegeben: Zin = 1/(ϖ2 × C1 × C2 × R1) (52)
Dieser frequenzabhängige Widerstand ist geeignet für eine Widerstandskennlinie invers proportional zu dem Produkt aus dem Quadrat von ϖ, den Kapazitätswerten C1, C2 und dem Widerstandswert R1.
Industrielle Anwendbarkeit
Der erfindungsgemäße frequenzabhängige Widerstand zeichnet sich durch eine Widerstandskennlinie aus, die keinen Imaginärteil bezüglich der Impedanz aufweist und sich mit der ungeradzahligen Potenz der Frequenz ändert. Hierdurch kann ein Filter mit geringer Phasenänderung hergestellt werden. Folglich besitzt die vorliegende Erfindung große technische Vorteile beim Einsatz für Videosignalverarbeitungsfilter in TV- oder VTR-Anwendungen. Ein Beispiel ist ein Bandpassfilter, der ein Chrominanzsignal aus dem Kompositvideosignal erzeugt. Ein weiteres Beispiel ist ein Tiefpassfilter, der einige hohe Harmonische nach Demodulation des Chrominanzsignals entfernt; die Verwendung für einen Equalizerverstärker, der die Frequenz und Amplitude in Audioschaltungen steuert; die Verwendung für einen Filter, der das IQ-Signal in B.S.-Tuneranwendungen detektiert, und die Verwendung für einen Filter, der einige Rauschkomponenten im Impulssignal in digitalen Signalverarbeitungsschaltungen entfernt.

Claims

Frequenzabhängiger Widerstand, umfassend mehrere Phasenrotatoren (1,7; 2,8; 3,9; 4,10), die kaskadenartig verbunden sind, und einen Signaleingangsanschluss (11), der mit einem Eingangsanschluss der Phasenrotators der ersten Stufe in der kaskadenartig verbundenen Schaltung verbunden ist, wobei der frequenzabhängige Widerstand dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anzahl der Phasenrotatoren gleich einer geraden Zahl ist; dass jeder Phasenrotator an einem Ausgangsanschluss hiervon über ein vorab festgelegtes Frequenzband eine Ausgangsspannung bezüglich eines Wertes einer Eingangsspannung, die an einem Eingangsanschluss hiervon angelegt ist, mit einer Phase der Ausgangsspannung erzeugt, die orthogonal zu einer Phase der an dem Eingangsanschluss hiervon angelegten Eingangsspannung ist; und dass mindestens ein Spannung/Strom-Wandler (5; 6) zwischen einem geradzahligen Phasenrotator und dem Signaleingangsanschluss verbunden ist, um einen Ausgangsstroms des Spannung/Strom-Wandlers an dem Signaleingangsanschluss bezüglich der Ausgangsspannung des geradzahligen Phasenrotators bereitzustellen.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Phasenrotator umfasst: einen Spannung/Strom-Wandler (1; 2; 3; 4), der einen Ausgangsstrom an dem Ausgangsanschluss bezüglich der an dem Eingangsanschluss angelegten Eingangsspannung erzeugt; und eine reaktive Last (7; 8; 9; 10), die mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist; und dass jeder Phasenrotator die Ausgangsspannung erzeugt, die von dem Ausgangsstrom erzeugt wird, die in die reaktive Last einfließt.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsanschluss von einem Paar von Eingangsanschlüssen gebildet ist, der Ausgangsanschluss von einem Paar von Ausgangsanschlüssen gebildet ist und der Signaleingangsanschluss von einem Paar von Signaleingangsanschlüssen (11, 12) gebildet ist.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenrotator eine Differenzverstärkerschaltung ist oder der Spannung/Strom-Wandler eine Differenzverstärkerschaltung ist.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Strom/Strom-Wandler (34) vorgesehen ist, in dem ein Stromtransmissionskoeffizient bezüglich eines hieran von einer externen Quelle (37) angelegten Steuersignals schwankt.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom, der dem Signaleingangsanschluss oder dem Paar von Signaleingangsanschlüssen zurückgemeldet wird, gegenüber der Spannung, die an dem Signaleingangsan schluss bzw. dem Paar von Signaleingangsanschlüssen angelegt ist, eine entgegengesetzte Phase hat.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom, der dem Signaleingangsanschluss oder dem Paar von Signaleingangsanschlüssen zurückgemeldet wird, in Phase mit der Spannung ist, die an dem Signaleingangsanschluss bzw. dem Paar von Signaleingangsanschlüssen angelegt ist.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Last ein kapazitives Element (7; 8; 9; 10) ist.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Last ein induktives Element (50; 51) ist.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Last eine parallele Schaltung eines kapazitiven Elements und eines induktiven Elements ist.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Last eine serielle Schaltung eines kapazitiven Elements und eins induktiven Elements ist.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzverstärkerschaltung mehrere MOS-Transistoren umfasst oder der Spannungs-/Strom-Wandler mehrere MOS-Transistoren umfasst.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Last eine Gyrator-Schaltung ist.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Widerstand vorgesehen ist, von dem ein Ende mit einem Anschluss des Paars von Signaleingangsanschlüssen verbunden ist; und dass eine Eingangsspannung zwischen dem anderen Anschluss des Paars von Signaleingangsanschlüssen und dem anderen Ende des ersten Widerstands angelegt ist, und Strom von zumindest einem Anschluss des Paars an Signaleingangsanschlüssen oder zumindest einem Ende des ersten Widerstands erzeugt wird.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Widerstand mit dem Paar von Signaleingangsanschlüssen verbunden ist.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine eine Impulswellenform formende Schaltung mit einem Ende des Paars von Signaleingangsanschlüssen verbunden ist.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Phasenrotator umfasst: einen Spannung/Strom-Wandler, der einen Ausgangsstrom für den Ausgangsanschluss bezüglich eines Werts der an dem Eingangsanschluss angelegten Spannung erzeugt, und eine Phase hat, die orthogonal zu einer Phase der an dem Eingangsanschluss angelegten Spannung ist; und eine reaktive Last (27; 28), die mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist; und dass jeder Phasenrotator die Ausgangsspannung erzeugt, die mittels des Ausgangsstroms erzeugt wird, der in die reaktive Last fließt.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Widerstand vorgesehen ist, von dem ein Ende mit einem Anschluss des Paars von Signaleingangsanschlüssen verbunden ist; und dass eine Eingangsspannung zwischen dem anderen Anschluss des Paars von Signaleingangsanschlüssen und dem anderen Ende des ersten Widerstands angelegt wird, und dass der Ausgangsstrom an mindestens einem Anschluss des Paars von Signaleingangsanschlüssen oder mindestens einem Ende des ersten Widerstands erzeugt wird.
Frequenzabhängiger Widerstand nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Widerstand mit dem Paar von Signaleingangsanschlüssen verbunden ist.