DE975754C - Anordnung zur Entdaempfung von UEbertragungsleitungen mittels negativer Widerstaendeunter Verwendung von Halbleiterverstaerkern - Google Patents

Description

Es ist bekannt, mittels Röhren oder Transistoren Schaltungen herzustellen, die zwischen zwei Klemmen einen negativen Widerstand aufweisen. Bei allen derartigen Schaltungen handelt es sich im Prinzip um eine Rückkopplungsschaltung, wobei die Rückkopplung als Mitkopplung so stark gemacht wird, daß die Schaltung zwischen den in Betracht gezogenen beiden Klemmen entweder kurzschluß- oder leerlaufinstabil wird, d. h., daß die Schaltung, wenn sie in einen Leitungszug als Reihenwiderstand eingeschaltet wird, bei Verbindung der beiden Klemmen durch einen hinreichend kleinen Widerstand, im Grenzfall bei Kurzschluß, und wenn sie als Parallelwiderstand zwischen Hin- und Rückleitung eingeschaltet wird, bei Verbindung der beiden Klemmen durch einen hinreichend großen Widerstand, im Grenzfall bei Leerlauf, selbsterregte Schwingungen ausführen kann. Schaltet man einen solchen negativen Widerstand in Reihe bzw. parallel mit einem Dämpfungswiderstand, so wird die resultierende Dämpfung herabgesetzt, insbesondere kann ein derartiger negativer Widerstand an eine Leitung angeschaltet werden, um dadurch die Leitungsdämpfung zu vermindern.

Die bisher bekanntgewordenen Schaltungsanordnungen zur Erzielung negativer Widerstände haben den Nachteil, daß sie, wie alle als Verstärker

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verwendeten aktiven Schaltungen oder Vierpole, gesonderte Zuführungsleitungen für die Stromversorgung benötigen, z. B. bei Verwendung von Röhren für die Heizung und die Anodenspannung, bei Verwendung von Transistoren für die Kollektorspannung. Führt man die Stromversorgung über die Leitung selbst durch, so erfordert die Trennung der Gleichstrompfade für die Stromversorgung von den Wechselstrompfaden für das über die Leitung ίο zu übertragende Signal die Anordnung von Weichen bzw. Filtern.

Es ist ferner eine Schaltungsanordnung bekanntgeworden, die einen einzelnen Spitzenkontakttransistor zur Erzeugung eines negativen Wider-Standes zwischen zweien seiner Anschlüsse, beispielsweise zwischen Basis und Emitter, verwendet und einen über die Leitung zugeführten Gleichstrom für die Stromversorgung benutzt, ohne daß Weichen oder Filter erforderlich sind. Die Verwendung' eines Spitzentransistors ist dadurch nahegelegt, daß der Spitzentransistor wegen seiner besonderen Übertragungseigenschaften, insbesondere wegen des in Basisschaltung großen, den Wert 1 übertreffenden Stromverstärkungsfaktors und wegen der dem Transistor innewohnenden Rückkopplung in bestimmten Schaltungen, z. B. bei Verwendung von Emitter oder Kollektor als gemeinsamer Anschluß für Ein- und Ausgang, bereits ohne äußere Schaltmittel instabil wird, d. h. an einem bestimmten Klemmenpaar einen negativen Widerstand zeigt. Der Nachteil aller Schaltungen mit Spitzenkontakttransistoren besteht darin, daß die Widerstandswerte, insbesondere auch der erwünschte negative Widerstand, stark vom Arbeitspunkt, d. h. von der Größe des Speisegleichstromes abhängen und das relativ stark gekrümmte und ungleichmäßige Kennlinienfeld des Spitzenkontakttransistors nur kleine Aussteuerungen durch das Signal erlaubt. Bei größerer Aussteuerung treten starke Verzerrungen des Signals auf, da der negative Widerstand der Transistorschaltung sich mit der Aussteuerung rasch ändert und schließlich sogar in einen positiven Wert umschlagen kann, so daß der Zweck der Anordnung, nämlich die Entdämpfung der Übertragungsleitung, verfehlt ist.

Es sind auch Signal Übertragungseinrichtungen bekannt, bei denen zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps einen zweifach stabilen Kreis bilden. Ferner sind bereits Impedanzwandler zur Erzeugung eines negativen Widerstandes bekanntgeworden, die aus zwei Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps aufgebaut sind.

Die Erfindung zeigt eine Lösung, die unter Zuhilfenahme zweier in der Polarität der anzulegenden Spannungen in an sich bekannter Weise komplementärer Halbleiterverstärker die Realisierung eines in weiten Grenzen der Gleichstromversorgung konstanten negativen Widerstandes bei relativ großer Aussteuerung bei gleichzeitiger Gleichstrom-Versorgung über die Leitung ohne Weichen oder Filter ermöglicht.

Bei einer Anordnung zur Entdämpfung von Übertragungsleitungen mittels negativer Widerstände, bei der zwei Halbleiterverstärker als negativer Reihenwiderstand derart in eine Leitungsader geschaltet sind, daß die Emitterelektroden der Halbleiterelemente unmittelbar an der Ader liegen, während die Basiselektroden über einen Widerstand miteinander und die Kollektorelektroden miteinander und mit den Basiselektroden über ein zur Dämpfungsverminderung erforderliches Netzwerk verbunden sind, werden gemäß der Erfindung zwei hinsichtlich ihrer Polarität komplementäre Halbleiterverstärker verwendet und derart geschaltet, daß ihre Emitter-Kollektor-Strecken bezüglich der Speisespannung in Serie liegen.

Ferner werden bei einer Anordnung zur Entdämpfung von Übertragungsleitungen mittels negativer Widerstände unter Verwendung zweier Halbleiterverstärker als negativer Parallelwiderstand, die derart zwischen Hin- und Rückleitungsader geschaltet sind, daß jeweils die Kollektorelektrode des einen Halbleiterelementes unmittelbar und die Basiselektrode des anderen Halbleiterelementes über einen Kondensator an einer Ader liegen, während die Basiselektroden über einen Widerstand miteinander und die Emitterelektroden miteinander und mit den Basiselektroden über ein zur Dämpfungsverminderung erforderliches Netzwerk verbunden sind, gemäß der Erfindung zwei hinsieht-Hch ihrer Polarität komplementäre Halbleiterverstärker verwendet und derart geschaltet, daß ihre Emitter-Kollektor-Strecken bezüglich der Speisespannung in Serie liegen.

Die Kopplung zwischen den beiden Halbleiterverstärkern kann auch mittels eines Netzwerkes erfolgen, das an den Klemmen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung außer einem negativen reellen Widerstand einen gewünschten Blindwiderstand erzeugt. Fernerhin kann ein zwischen den Halbleiterverstärkern angeschaltetes Rückkopplungsnetzwerk so ausgebildet sein, daß der negative Widerstand und/oder der Blindwiderstand einen gewünschten Frequenzgang aufweisen.

Für die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung sind in erster Linie komplementäreFlächentransistoren vorgesehen, doch lassen sich bei der Einschaltung als Parallelwiderstand zwischen Hin- und Rückleitung als Halbleiterverstärker auch Fieldistoren verwenden.

Die Erfindung wird an Hand von vier in den Fig. ι bis 4 dargestellten, als Ausführungsbeispiele zu wertenden Schaltschemata näher erläutert.

Fig. ι zeigt die Schaltung eines negativen Widerstandes gemäß der Erfindung, der in den Zug einer "5 Leitung eingeschaltet werden kann. Die Leitungsader i, 1' ist an den Punkten 2 und 2' unterbrochen, zwischen die die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung eingefügt ist. 3 und 3' bezeichnen zwei Transistoren, die bezüglich der Porlarität der anzulegenden Vorspannung komplementär sind. Die komplementären Eigenschaften der Transistoren 3 und 3' sind durch die bei den Emittern 4 und 4' gewählten Pfeilrichtungen symbolisch dargestellt. Für den Transistor 3 ist beispielsweise ein PNP-Flächentransistor gewählt, dessen Emitter positiv

und dessen Kollektor 5 negativ gegen die Basis 6 vorgespannt ist, während 3' einen NPN-Flächentransistor darstellt, dessen Emitter 4' negativ und dessen Kollektor 5' positiv gegen die Basis 6' vorgespannt ist. Im übrigen sind die Kennlinien und die Kennwerte beider Transistoren gleich oder angenähert gleich.

Der Widerstand 7 ist als Außenwiderstand zwischen die beiden Kollektoren geschaltet, während die Basen 6 und 6' durch den Widerstand 8 verbunden sind. Die Kondensatoren 9 und 10 bewirken in an sich bekannter Weise zwischen den beiden Transistoren eine wechselseitige Rückkopplung, die so stark ist, daß zwischen den Klemmen 2 und 2' ein negativer Widerstand resultiert. Erfindungsgetnäß fließt nun der Speisestrom, der beispielsweise von der Leitungsader 1 ankommt, zum Emitterkontakt 4 des Transistors 3 und von da praktisch unverändert über den Kollektorkontakt 5 wieder ab; nur ein kleiner Teil fließt als Basisstrom über den Widerstand 8 zum komplementären Transistor 3'. Der über den Kollektor 5 austretende Strom durchfließt den Außenwiderstand 7, tritt über den Kollektorkontakt 5' des Transistors 3' in diesen ein und hat, da 3 und 3' komplementäre Transistoren sind, auch in 3' die erforderliche Polarität. Zusammen mit dem kleinen Basisstrom, der über den Basiskontakt 6' zufließt, verläßt der Strom über den Emitter 4' die Schaltung und tritt in genau derselben Stärke wie beim Eintritt in die Klemmen 2 aus der Klemme 2' in die Leitungsfortsetzung 1' ein.

Gegenüber den bekannten Schaltungen hat die Anordnung nach der Erfindung den Vorteil, daß der über die Leitung fließende Gleichstrom ohne Weichen und Filter beide Transistoren mit der richtigen Polarität speist und in derselben Stärke noch beliebig viele weitere im Leitungszug angeordnete Schaltungen der beschriebenen Art speisen kann. Ferner reduziert sich die Zahl der Widerstände gegenüber den bekannten Schaltungen mit zwei gleichen Transistoren annähernd auf die Hälfte. Bei weitgehend gleichen Kennlinien der beiden Transistoren sind beispielsweise als zusätzliche Schaltelemente nur zwei Widerstände und zwei Kopplungskondensatoren erforderlich.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 zeigt eine Fortbildung der Anordnung nach Fig. 1. Die in Fig. 2 verwendete Bezeichnungsweise stimmt daher mit derjenigen nach Fig. 1 völlig überein. Es ist lediglich ein Zusatzwiderstand 11 angeordnet, der den Arbeitspunkt eines der beiden Transistoren dem des anderen anzugleichen gestattet. Der Widerstand 11 kann sinngemäß auch im Kreis des Transistors 3' oder es können je ein solcher Widerstand in den beiden Transistorkreisen angeordnet werden. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das einen zwischen die beiden Leitungsadern 20 und 20' geschalteten, an den Klemmen 21 und 21' erscheinenden negativen Parallelwiderstand darstellt. Der Widerstand 22 ist zwischen die beiden Emitter 4 und 4' geschaltet, während die Leitungsklemmen 21 und 21' mit den Kollektoranschlüssen 5 und 5' der beiden komplementären Transistoren 3 und 3' verbunden sind. Die Widerstände 23, 24, 25 und 26 dienen zum Angleichen der Arbeitspunkte der beiden Transistoren aneinander. In vielen Fällen genügen einer oder einige diese Widerstände allein.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Die Koppelkondensatoren 9 und 10 sowie die Widerstände 7 und 8 der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sind in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 zu einem Netzwerk 12 zusammengefaßt. Dieses Netzwerk kann gemäß der Erfindung mit an sich bekannten Schaltmitteln so ausgeführt sein, daß die zwischen den Klemmen 2 und 2' erscheinende Impedanz außer einem negativen Realteil den erwünschten negativen Widerstand, einen Imaginärteil, also einen induktiven oder kapazitiven Blindwiderstand aufweist, derart, daß die Blindwiderstände der Leitung kompensiert oder verändert werden können. Ferner kann durch eine derartige Anordnung nach der Erfindung auch dem negativen Widerstand sowie dem zusätzlichen Blindwiderstand ein gewünschter Frequenzgang gegeben werden.

Sinngemäß kann auch in den Schaltungen, nach Fig. 3 zwischen den Basisanschlüssen 6 und 6' sowie den Emitteranschlüssen 4 und 4' ein Netzwerk beschriebener Art eingeschaltet werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Anordnung zur Entdämpfung von Übertragungsleitungen mittels negativer Widerstände, bei der zwei Halbleiterverstärker als negativer Reihenwiderstand derart in eine Leitungsader geschaltet sind, daß die Emitterelektroden der Halbleiterelemente unmittelbar an der Ader liegen, während die Basiselektroden über einen Widerstand miteinander und die Kollektorelektroden miteinander und mit den Basiselektroden über ein zur Dämpfungsverminderung erforderliches Netzwerk verbunden sind (leerlaufstabiler Impedanzkonverter), dadurch gekennzeichnet, daß zwei hinsichtlich ihrer Polarität komplementäre Halbleiterverstärker (3, 3') verwendet und derart ge- no schaltet sind, daß ihre Emitter-Kollektor-Strecken bezüglich der Speisespannung in Serie liegen (Fig. 1).
2. 2. Anordnung zur Entdämpfung von Übertragungsleitungen mittels negativer Widerstände, bei der zwei Halbleiterverstärker als negativer Parallelwiderstand derart zwischen Hin- und Rückleitungsader geschaltet sind, daß jeweils die Kollektorelektrode des einen Halbleiterverstärkers unmittelbar und die Basiselektrode des anderen Halbleiterverstärkers über einen Kondensator an einer Ader liegen, während die Basiselektroden über einen Widerstand miteinander und die Emitterelektroden über einen weiteren Widerstand miteinander verbunden sind (kurzschlußstabiler

   Impedanzkonverter), dadurch gekennzeichnet, daß zwei hinsichtlich ihrer Polarität komplementäre Halbleiterverstärker (3, 3') verwendet und derart geschaltet sind, daß ihre Emitter-Kollektor-Strecken bezüglich der Speisespannung in Serie liegen (Fig. 3).

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 919 125; australische Patentschrift Nr. 18293/53; Proc. of IRE, 1953/VI, S. 726; 1952/XI, S. 1361 bis 1364, 1541 bis 1558;

   Electronics, 1953, 26, S. 140 bis 143.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen