JPS604615B2 - 非可逆回路網 - Google Patents

非可逆回路網

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JPS604615B2
JPS604615B2 JP9862180A JP9862180A JPS604615B2 JP S604615 B2 JPS604615 B2 JP S604615B2 JP 9862180 A JP9862180 A JP 9862180A JP 9862180 A JP9862180 A JP 9862180A JP S604615 B2 JPS604615 B2 JP S604615B2
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transistor
gate
resistor
gates
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JP9862180A
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ヨハネス・オツト−・フオ−ルマン
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Koninklijke Philips NV
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
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Publication of JPS604615B2 publication Critical patent/JPS604615B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00Networks using active elements
    • H03H11/02Multiple-port networks
    • H03H11/40Impedance converters
    • H03H11/42Gyrators

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  • Networks Using Active Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、閉ル−プ内に設けられる各々2個の端子を有
している少なくとも2個の第1ゲートおよび第2ゲ−ト
と、少なくとも3個のインピーダンス素子と、前記2個
のゲートに結合される2個の増幅器も具えている非可逆
回路網、特に入力および出力の方向が複数のゲート間で
循環的に定まるサーキュレータタイブの非可逆回路網に
関するものである。
ここに云う2個のゲートを有する非可逆回路網とは、一
方のゲートをインピーダンスZで終端した場合に、他方
のゲートが十K/Z(K>0)のインピーダンスを呈す
る回路網のことを意味するものとする。
この種の回路網はジャィレータと称されている。既知の
如く、ジャィレータは、一方のゲートに接続されたキャ
パシタンスを合成ィンダクタンスに変換し、このィンダ
クタンスは方のゲートに接続されたキャパシタンスと共
に共振回路を構成する。このジャィレータは、そのジャ
ィレータ定数kを変えることによって合成ィンダクタン
スの大きさを原則として変化させることができるという
既知の特性を有しており、このことは、抵抗の設定値を
変えることにより非常に簡単な方法でジャィレータ共振
回路を離調しうろことを意味している。このような装置
の有用性に対する一般的な基準となるものは、ジャィレ
−外こよって実現される共振回路の特性係数であるQの
大きさである。
バイポーラモノリシック構造を有効に用いることによっ
て、周波数を数オクターブにわたって同調でき、しかも
比較的高いQを有するジャィレータ共振回路の実現が可
能となった。上述した種類の非可逆回路網は、 ”Proceedings・1.E.E.’’(第11
5巻、No.11、1969年11月)の1桝2ページ
第9d図から既知である。
この従来のジャィレータタィプの非可逆回路網では、増
幅器を演算増幅器によって構成している。閉ループは、
第1ゲートの第1端子と、第1インピーダンス素子と、
第2インピーダンス素子と、第3インピーダンス素子と
、第2ゲートの第1端子および第2端子と、第4インピ
ーダンス素子と、第1ゲートの第2端子とをこの順序で
具えている。第1ゲートの第1端子と第2ゲートの第1
端子との間には増幅器を設けている。第2ゲートの第2
端子と、第1インピーダンス素子および第2インピーダ
ンス素子の接続点との間には、第2増幅器を設けている
。上述した従来のジャィレータは、2個の演算増幅器を
具えている。
既知のように、これらの演算増幅器は数個縦続接続しト
ランジスタ増幅段で構成することが多い。処理すべき信
号はこれら増幅段のすべてに通過させなければならない
ので、それらの信号は、使用する増幅段の数に応じた遅
延を受けるようになる。この結果、斯かる遅延に関係す
る増幅器の総合遮断周波数も使用する増幅段の数に依存
するようになる。増幅段を多く用いるほど、総合遮断周
波数は低くなる。既知のように、1個のトランジスタあ
たりの遮断周波数、従って増幅器の遮断周波数は、トラ
ンジスタの零入力電流を増加させることにより高めるこ
とができる。しかし、このようにすると増幅器の消費電
力が実質上増大することになり、これは特に上記増幅器
をチップ上に集積化する場合には不都合である。さらに
、トランジスタ増幅器がループ内に設けられているため
、高周波発振を防止するために、これらの増幅器は&旧
/オクターブ以下のロールオフを呈するようにしなけれ
ばならない。このことからして、或る特定の周波数範囲
では、ただ1つの時定数しか有効にならない。このこと
は、種々の増幅段の時定数を互いに十分相違させる必要
があることを意味している。総合遮断周波数は、最も低
い遮断周波数を有するトランジスタ増幅段により決定さ
れる。要約するに、従来のジャィレータは演算増幅器を
増幅器として用いること、および演算増幅器をループ内
に設けることからして、高周波数および規定の最大許容
消費電力において比較的大きいQを必要とする特殊な用
途にはあまり適していない。
さらに、演算増幅器が複雑のために、ジャィレータをチ
ップ上に集積化する場合に、それがチップの大半の面積
を占めるという欠点がある。本発明の目的は、上述した
ジャィレータの欠点を除去し、これから入力および出力
の方向が複数のゲート間で循環的に定まるサーキュレー
タタイプの非可逆回路網を提供することにある。本発明
非可逆回路網は、各増幅器をトランジスタで構成し、前
記閉ループを、第1ゲートの第1端子と、第1インピー
ダンス素子と、第3ゲートの第1および第2端子と、第
2インピーダンス素子と、第2ゲートの第1端子および
第2端子と、第3インピーダンス素子と、第1ゲートの
第2端子とをこの順序で接続して形成し、第1トランジ
スタのベースーコレク夕通路を第2ゲートの第2端子と
第1ゲートの第1端子との間に設け、第2トランジスタ
のコレクターェミッ夕通路を第2ゲートの第1端子と第
1ゲートの第2端子との間に設け、第2トランジスタの
ベースを第1インピーダンス素子の前記第1ゲートの第
1端子への接続側とは反対側の端子に接続し、第3ゲー
トの第2端子と、第2インピーダンス素子の前記第2ゲ
−トの第1端子への接続側とは反対側の端子とを軍源端
子に結合させ、第1トランジスタのェミッタを定電位点
に結合させたことを特徴とするものである。
本発明は、4個の抵抗と2個の増幅器とによって、12
通りの異なる非可逆回路網を実現できるも、これらの非
可逆回路網のうちの11個の非可逆回路網は、電流源の
ような追加の電源装置および多くの追加の抵抗を必要と
するのに対し、本発明による非可逆回路網は斯様な追加
の素子を必要としないで形成することができる唯一のも
のであるという認識に基づいてなしたものである。
以下、図面に基づいて本発明を説明する。
第1図は、ゲート1,2,3,4,5,6を具える3ゲ
ート非可逆回路網を示す。
この非可逆回路網はサーキュレータタィプのものである
。サーキュレータは、各2つのゲート間で一方向にのみ
信号伝達が可能であるという特性を有している。ゲート
3,4に入力信号を供給すると、ゲート1,2だけに出
力信号が現われる。この場合、ゲート5,6には信号は
現われない。このことを矢印aで示す。ゲートー,2に
入力信号を供給すると、ゲート5,6だけに出力信号が
現われる。この場合、ゲート3,4には信号は現われな
い。これを矢印bで示す。ゲート5,6には入信号を供
給すると、ゲート3,4だけに出力信号が現われ、ゲー
ト1,2には信号は現われない。このサーキュレータは
、例,えば、いわゆるハイブリッド回路網として電話回
路に用いることができる。ゲート1,2,3,4,6,
6の1つを抵抗で終端すると、この非可逆回路網はジャ
ィレータとなる。このジャィレータは、前述したように
、一方のゲートに接続されたキャパシタンスを合成ィン
ダクタンスに変換し、この合成ィンダクタンスは他方の
ゲートに接続したキャパシタンスと共に共振回路を構成
する。第2および5図に示す回路は第3ゲートを抵抗に
よって終端させた3つのゲートを有する非可逆回路網で
あり、従ってこれらの回路網はジャィレータであるが、
3つのゲートを有する本発明サーキュレータタィプの非
可逆回路網の動作を説明するに当っては、2つのゲート
を有するジャイレータタィプの非可逆回路網について説
明するのが最善と思われるため、以下先ず第2図のジャ
ィレータタィプのものにつき説明する。
この第2図は、第1トランジスタ10と第2トランジス
タ11とを具えているジャィレータタィプの非可逆回路
網を示す。閉ループは、第1ゲート1.2の第1端子2
と、抵抗15と、抵抗14と、抵抗12と、第2ゲート
3,4と、抵抗13と、第1ゲート1,2の第2端子1
とをこの順序で具えている。抵抗12と抵抗14との接
続点を定電位点(十)に接続する。トランジスタ11の
ベースを抵抗14と抵抗15との接続点に接続する。ト
ランジスタ11のコレク夕を、第2ゲート3,4の端子
3に接続する。トランジスタ11のェミツタを、第1ゲ
ート1,2の端子1と、抵抗13を介して第2ゲートの
端子4との双方に接続する。第2ゲートの端子4を、抵
抗16を介して定電位点(一)と、トランジスタ10の
ベースとの双方に接続する。トランジスタ10のェミッ
タを定電位点(一)に接続し、トランジスタ10のコレ
クタを、第1ゲート1,2の第1端子2に接続する。こ
のジャィレータの動作は次の通りである。なお、ここで
はジャイレータの交流動作、つまり定電位層点十および
−を相互に接続する場合につき詳細に説明するものとす
る。トランジスタ10のベースーェミッタ信号電圧が無
視できるものとすれば、抵抗12にかかる電圧はV,ボ
ルトに等しくなる。したがって、V,/R(12)アン
ペアに等しい電流が抵抗12を流れる。ここにR(12
)は抵抗12の抵抗値である。この電流は、トランジス
タ11のコレクタから定電位点十へと流れる。端子3か
らは電流i,がトランジスタ11のコレクタへと流れる
。トランジスタ10のベース電流を無視すると、端子4
に流れる電流i.は抵抗13にも矢印の方向に流れる。
したがって、トランジスタ11を流れる電流は、i,一
j2ii,一V./R(12) に等しい。
これにより次式が成立する。. V, ‘1’ 12=R雨■ 抵抗15を流れる電流は、V2/R(15)に等しい。
ここに、R(15)は抵抗15の抵抗値である。トラン
ジスタ11のベース電流を無視すると、抵抗15を流れ
る電流は抵抗14にも流れるため、抵抗14にかかる電
圧は、v2.昼鰐机ト に等しい。
これと同じ電圧が抵抗13間に現われる。このような電
圧が抵抗13にかかることからして、この抵抗13には
前記電圧をR(13)で割った値に等しい電流が流れる
。ここに、R(13)は抵抗13の抵抗値である。この
電流は「i,に等しく方向が反対であるため、次の関係
が得られる。. V2 R(14) ‘2, ll=−剛・廟 前記【1}式および■式による簡単な計算によって、次
のことが明らかとなる。
すなわち、一方のゲートをインピーダンスZで終端する
と、他方のゲートには次式で示すインピーダンスZpが
測定される。Zp=R(12)R(13)R(15)I
K 【3,R(14) ・夏= Z上式か‘3め
)ら、キャパシタンスをゲートー,2に援続する場合に
は「ゲート3,4にィンダクタンスが測定されることは
明らかである。
また、キヤパシタンスをゲート3,4に接続する場合に
は「ジャィレータ共振回路が得られる。R(12)=R
(15)=Rとし、且つR(13):R(14):二恋
とする場合には、この共振回路に対し次の関係式が成立
する。■。
=宏・(1−泰)‘41亨;夫十寿R+SR手.6)‘
51 ここに、のoは共振周波数であり、Qは共振曲線の鋭さ
を示す特性係数であり、Cは2つのゲートに接続した2
個のキャパシタンスの容量値であり、Sはトランジスタ
ー0および11の相互コンダクタンスであり、8はベー
スーコレクタ電流増幅率であり、R(16)は抵抗16
の抵抗値である。
トランジスタ11のベースとコレクタとの間にキャパシ
タンス17を設けることによって、Qを実質上周波数に
無関係とすることができる。関係式【4)から、共振周
波数がトランジスタの8に無関係であることは明らかで
ある。さらにまた、抵抗14にいくつかのダイオードを
直列に設けることによって、共振周波数をトランジスタ
の相互コンダクタンスSに無関係とすることもできる。
第2図にはこれらのダイオードを20,21,22で示
してある。ダイオードを設けるという手段によって、共
振周波数はすべてのトランジスタパラメ−外こ無関係と
なる。第2図に示すジャィレータは構成が非常に簡単で
あり、したがって集積化するには非常に適している。さ
らに、或る特定の周波数に対する比較的高いQでの消費
電力が極めて低くなる。第2図において、抵抗14を除
去し、トランジスタ11のベースと定電位点(十)との
間にゲート5,6を設けると、サーキュレータタィプの
本発明非可逆回路網が得られる(第3図参照)。
このサーキュレータにおいては、第2図のジヤイレー夕
に対すると同じような計算によって次の関係式が得られ
る。i,=R竜 i2=十R意 . V, 13=一R(13) この計算では、トランジスター0と11のベースェミッ
タ電圧並びにこれらトランジスタのベース電流を無視し
た。
単一のトランジスター0と11の代りに、等価トランジ
スタを用いることもできる。
第4図は、このような等価トランジスタの例を示す。等
価トランジスタは、トランジスタ30と31とを具えて
いる。PNPトランジスタ31のエミツターコレク夕通
路を、等価トランジスタのコレクタ端子Cとェミッタ端
子Bとの間に設ける。トランジスタ30のコレクターェ
ミツタ通路を、トランジスタ31のベースとコレクタと
の間に設ける。トランジスタ31のベースとェミツタと
の間に、抵抗32を設ける。トランジスタ30のベース
Bは等価トランジスタのベースも構成する。さらに、抵
抗の代りに、抵抗とコンデンサとから成るさらに複雑な
インピーダンス素子を用いることが必要になることも有
り得る。
これは例えば、トランジスタでの移相を補償する必要が
あるような場合である。第5図は、ジャィレータタィプ
の非可逆回路網の他の実施例を示す。
このジャィレータは、第1トランジスター0と第2トラ
ンジスタ11とを具えている。開ループは、第1ゲート
1,2の第1端子2と、抵抗15と、抵抗14と、抵抗
12と、第2ゲート3,4と、抵抗13と、第1ゲート
1,2の第2端子1とをこの順序で具えている。抵抗1
2と抵抗14との接続点を定電位点(十)に接続する。
トランジスタ11のベースを、抵抗14と15との接続
点に接続する。トランジスタ11のコレクタを、第2ゲ
ート3,4の端子3に接続する。トランジスタ11のェ
ミッタを、第1ゲートー,2の第2端子1と、抵抗13
を介して第2ゲートの端子4との双方に接続する。第2
ゲートの端子4を、トランジスタ10のベースと、トラ
ンジスタ23のコレクターエミツタ路を経て定電位点(
一)とに接続する。トランジスタ10のヱミッタを定電
位点(一)に接続し、トランジスター0のコレクタを第
1ゲート1,2の第1端子2に接続する。トランジスタ
23のベースを、ダイオード28を介して定電位点(一
)に、ダイオード27と抵抗18との直列回路を介して
別の定電位点(十)にそれぞれ接続する。第1ゲートの
第1端子2と、第2ゲートの第1端子3との間に、トラ
ンジスタ24のベースーコレクタ路を設ける。トランジ
スタ24のェミツを、抵抗19を介して定電位点(一)
に接続する。第1ゲートー,2をキャパシタンス25で
終端し、第2ゲート3,4をキヤパシタンス26で終端
する。第5図のジャィレータの動作は次の通りである。
ここでは、ジャィレータの交流動作、つまり定電位点+
および−を相互に接続する場合につき詳細に説明する。
トランジスタ10のベースーェミッタ信号電圧が無視で
きるものとすれば、抵抗12にかかる電圧はV,ボルト
に等しくなる。したがって、V,/R(12)アンペア
に等しい電流が抵抗12を流れる。ここにR(12)は
抵抗12の抵抗値である。この電流は、トランジスタ1
1のコレクタから定電位点十へと流れる。端子3から
は電流i,がトランジスタ11のコレクタへと流れる。
トランジスタ10のベース電流を無視すると、端子4に
流れる電流i,は抵抗13にも矢印の方向に流れる。し
たがって、トランジスタ11を流れる電流は、i,一i
2=i,一V,/R(12) に等しい。
これにより次式が成立する。i2=R縞 側 抵抗15を流れる電流は、V2/R(15)に等しい。
ここに、R(15)は抵抗15の抵抗値である。トラン
ジスタ11のベース電流を無視すると、抵抗15を流れ
る電流は抵抗14にも流れるため、抵抗14にかかる電
圧は、v2・葦鰐机ト に等しい。
これと同じ電圧が抵抗13間に現われる。このような電
圧が抵抗13にかかることからして、この抵抗13には
、前記電圧をR(13)で割った値に等しい電流が流れ
る。ここに、R(13)には抵抗13の抵抗値である。
この電流は、電流i,に等しく方向が反対であるため、
次の関係が得られる。i,=‐R縞・旨鰐 【71 前記【61式および‘71式による簡単な計算によって
、次のことが明らかとなる。
すなわち、一方のゲートをインピーダンスZで終端する
と、他方のゲートには次式で示すインピーダンスZpが
測定される。Zp=R(12婆≦器R(19‐参=菱
【8’上式脚から、キヤパシタンス25をゲート1,2
に接続する場合には、ゲート3,4にィンダクタンスが
測定されることは明らかである。
また、キャパシタンス26をゲート3,4に接続する場
合には、ジャィレータ共振回路が得られる。R(12)
=R(15)=Rとし、且つR(13)=R(14)=
狐とする場合には、この共振回路に対し次の関係式が成
立する。Q。
=毒・(1−黍) ■毒=毒+寿R十SR≧.6)oQ ここに、3。
は共振周波数であり、Qは共振曲線の鋭さを示す特性係
数であり、Cは2つのゲートに接続したキャパシタンス
の容量値であり、Sはトランジスタ10および11の相
互コンダクタンスであり、8はベースーコレクタ電流増
幅率であり、、R(16)は電率源23のインピーダン
ス値である。‘1■式より、使用するトランジスタが理
想的なものでない場合には、Qの大きさが制限されるこ
とは明らかである。
肌式には、相互コンダクタンスSとべ‐スーコレクタ電
流増幅率8が含まれており、これらの大きさは無限であ
る。
簡単な計算によって、トランジスタ24のェミッターコ
レクタ通路を流れる電流i3が次式に等しくなることが
立証される。. V2{1十R(山VR(1弧13=
R(19) .V,.j (11) R(12)QC ここに、Cはキャパシタンス25と26の容量値であり
、R(19)は抵抗19の抵抗値であり、のは角周波数
である。
さらに、簡単な計算によって、電流i3をトランジスタ
ー1のコレクタに供給することにより、Qが改善される
ことが立証される。トランジスタ24を設けることによ
り、Qが次の関係式にて表わされることを確めた。即ち
、すぎ十tg6 (12)tg6=−{1十R肌R(1
5)}.点のcR(19)ここにQ′はトランジスタ2
4を設けることにより得られたQの値であり、Qは1G
対こ基づくQの値である。
トランジスタ24がない場合の非可逆回路網のQは10
によって表わされるのに対し、トランジスタ24を有す
る場合のQは式12によって表わされ、これらの式から
電流i3を供給するトランジスタ24の追加によりQが
改善されることは明らかである。トランジスタ23の代
りに、普通の抵抗を用いることができる。
この場合、この抵抗は、トランジスタ10のベースと負
の定電位点との闇に接続する。抵抗18の抵抗値を、抵
抗13と14の抵抗値の和に等しくなるように選ぶこと
により、種々の電源電圧が選択される場合に、ジャィレ
ータの2つの枝路に流れる電流は自動的に同一電流値の
ままとなる。
前記2つの枝路の内の第1枝路は抵抗12と、トランジ
スタ11のコレクターヱミツタ通路と、抵抗13と、ト
ランジスタ23のコレクターェミッ夕通路との直列接続
回路により形成され、第2枝路は抵抗14と、抵抗15
と、トランジスタ10のコレクターェミツタ通路との直
列接続によって形成される。さらに、トランジスタI1
のベースとコレクタとの間にキヤパシタンス33を設け
ることによって、Qを周波数にほとんど無関係とするこ
とができる。【91式から、共振周波数がトランジスタ
の8に無関係であることは明らかである。さらに、抵抗
14に直列にいくつかのダイオードを設けることによっ
て、共振周波数をトランジスタの相互コンダクタンスS
に無関係とすることができる。第5図には、これらのダ
イオードを40,41,42にて示してある。このよう
にダィオ−ドを設けることによって、共振周波数は、す
べてのトランジスタパラメー外こ無関係となる。第5図
に示すジヤィレ−外ま構成が非常に簡単であり、したが
って集積比するのに非常に適している。さらに、或る特
定の周波数に対する比較的高いQでの消費電力が極めて
低くなる。第5図において、抵抗14を除去し、トラン
ジスター1のベースと定電位点(十)との間にゲートを
設けると、サーキュレータタィプの本発明非可逆回路網
が得られる。単一のトランジスタ10と11の代りに、
第4図に示す種類の等価トランジスタを用いることもで
きる。
さらに、抵抗の代わりに、抵抗とコンデンサとから成る
より複雑なインピーダンス素子を用いることが必要にな
ることも有り得る。
これは例えばトランジス外こよって生じる移相を補償す
る必要があるような場合である。
【図面の簡単な説明】
第1図は3ゲート非可逆回路網を示すブロック図、第2
図はジャィレータタィプの非可逆回路網を示す回路図、
第3図は本発明によるサーキュレータタィプの非可逆回
路網を示す回路図、第4図は第2図および第3図の回路
網に用いる等価トランジスタを示す回路図、第5図はジ
ヤィレータタィプの他の非可逆回路網を示す回路図であ
る。 1,2,3,4,5,6…ゲート、10…第1トランジ
スタ、11…第2トランジスタ、12,13,14,1
5,16,18,19・・・抵抗、17,25,26,
33…キヤパシタンス、20,21,22,27,28
,40,41,42・・・ダイオード、23,24,3
0,31…トランジスタ。 Fig.l Fig.2 Fi9.3 Fig.4 Fi9.5

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 閉ループ内に設けられる各々2つの端子を有してい
    る少なくとも2個の第1および第2ゲートと、少なくと
    も3個のインピーダンス素子と、前記2個のゲートに結
    合される2個の増幅器も具えている非可逆回路網におい
    て、前記各増幅器をトランジスタで構成し、前記閉ルー
    プを、第1ゲートの第1端子2と、第1インピーダンス
    素子15と、第3ゲートの第1および第2端子と、第2
    インピーダンス素子12と、第2ゲートの第1端子8お
    よび第2端子4と、第3インピーダンス素子13と、第
    1ゲートの第2端子1とをこの順序で接続して形成し、
    第1トランジスタ10のベース−コレクタ通路を前記第
    2ゲートの第2端子4と前記第1ゲートの第1端子2と
    の間に設け、第2トランジスタ11のコレクタ−エミツ
    タ通路を前記第2ゲートの第1端子と前記第1ゲートの
    第2端子との間に設け、該第2トランジスタのベースを
    前記第1インピーダンス素子15の前記第1ゲートの第
    1端子2への接続側とは反対側の端子に接続し、前記第
    3ゲートの第2端子と、前記第2インピーダンス素子1
    2の前記第2ゲートの第1端子3への接続側とは反対側
    の端子とを電源端子に結合させ、前記第1トランジスタ
    10のエミツタを定電位点に結合させたことを特徴とす
    る非可逆回路網。 2 特許請求の範囲1記載の非可逆回路網において、前
    記第1ゲートの第1端子と前記第2ゲートの第1端子と
    の間に第3トランジスタ24のベース−コレクタ通路を
    設け、該第3トランジスタ24のエミツタをインピーダ
    ンス素子19を介して定電位点に接続したことを特徴と
    する非可逆回路網。
JP9862180A 1974-11-14 1980-07-18 非可逆回路網 Expired JPS604615B2 (ja)

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NL7414850 1974-11-14
NL7416482 1974-12-18

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JPS5650616A (en) 1981-05-07

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