NL7906897A - Uit schakelaars, condensatoren en versterkers bestaand filter voor electrische trillingen. - Google Patents

Description

·'· - <

Uit schakelaars, condensatoren en versterkers bestaand filter voor electrische trillingen.

De uitvinding heeft betrekking op een uit schakelaars, condensatoren en versterkers bestaand filter voor electrische 5 trillingen, waarbij ten minste één schakelaar als spannings-omkeerschakelaar is uitgevoerd, zodanig dat de spanning op de schakelaarklemmen na bediening van de schakelaar qua bedrag even groot maar tegengesteld is gericht aan de spanning voor bediening van de schakelaar.

10 Schakelaarfliters van de in de aanhef genoemde soort zijn op zichzelf reeds bekend. Een bijzondere vorm van zulke schakelaarfilters zijn de zogenaamde resonantie-overdracht-filters, die bijvoorbeeld zijn beschreven in het tijdschrift "AEU", volume 24, 1970, blz. 506 t/m 512, alsmede volume 25, 15 1971, blz. 295 t/m 303 en vooral in het boek "Network and

Switching Theory" (opnieuw uitgegeven door G. Biorci) onder de titel "Theory of Resonant-Transfer-Circuits", blz. 382 t/m 446, Academie Press, New York, 1968. De praktische realisatie van zulke filters is echter in aanzienlijke mate afhan-20 kei ijk van de ter beschikking staande technologie, in het bijzonder wanneer het erop aankomt zulke filters met goede reproduceerbare eigenschappen in grote omvang fabricage-technisch te vervaardigen.

De uitvinding heeft ten doel te voorzien in filter-25 schakelingen van de in de aanhef genoemde soort, waarbij naar verhouding eenvoudige electronische bouwelementen kunnen worden toegepast en waarbij tegelijkertijd de afzonderlijke f’il-terschakeling reeds bij het theoretische ontwerp daarvan aan geen beperking ten aanzien van het bedrijfsgedrag of de posi-30 tie van de dempingspolen is onderworpen.

Dit doel wordt volgens de uitvinding daardoor bereikt, dat de op de schakelaarklemmen aanwezige spanning in een eerste klokfase via een eerste versterker in een condensator voorlopig wordt opgeslagen en dat in een tweede klokfase via 35 een tweede versterker deze spanning in geïnverteerde vorm aan de schakelaarklemmen weer wordt-toegevoerd.

Een voordelige oplossing is volgens de uitvinding daarin te zien, dat in een eerste klokfase de schakelaarklemmen op dezelfde potentiaal worden gebracht en de daarbij over 40 deze klemmen vloeiende lading in een condensator voorlopig 7906897 . 2 - ƒ wordt opgeslagen en dat de condensator daarna in een tweede klokfase wordt ontladen en deze lading in dezelfde richting als in de eerste klokfase over de schakelaarklemmen wordt geleid.

5 De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: fig. 1 een eerste mogelijkheid voor de realisatie van een spanningsomkeerschakelaar toont; fig. 2 een andere mogelijkheid voor de realisatie 10 van een spanningsomkeerschakelaar met slechts een versterker-element illustreert; fig. 3 het hierna gebruikte electrische vervangings-schema van een spanningsomkeerschakelaar in de vorm van een schakel symbool voorstelt; 15 fig. 4 een mogelijk tijddiagram voor de benodigde klokfasen voor schakelingen volgens de fig. 1 en 2 en schakelingen voor de no-g volgende figuren; fig. 5 een mogelijke realiseringsvorm voor electro-nische schakelaars toont, zoals deze bij de uitvinding wor-20 den toegepast; fig. 6 een mogelijkheid voor de nabootsing van een zelfinductie onder toepassing van een condensator en electro-nische schakelaar illustreert; fig. 7 een mogelijkheid voor de nabootsing van een 25 ohmse weerstand voorstelt; fig. 8 een mogelijkheid voor de nabootsing van ee-ji ... -signaalbron met inwendige weerstand weergeeft; fig. 9 een mogelijkheid voor de realisatie van een hoogdoorlaatschakel ing en het electrische vervangingsschetna 30 daarvan toont; fig. 10 een schakelingssectie illustreert, met behulp waarvan schakelingen volgens de soort van fig. 9 weer op referentiepotentiaal kunnen worden gelegd; fig. 11 een schakelingsmogelijkheid voorstelt voor 35 de nabootsing van een eenheidsleiding (eenheidselement); fig. 12 het bij de schakeling volgens fig. 11 behorende electrische vervangingsschema is; fig. 13 een schakelingsmogelijkheid weergeeft voor de nabootsing van een gyrator-eenheidsleiding (gyrator-40 eenheidselement); 7906897 • ' · 1 - 3 - fig. 14 het bij fig. 13 behorende electrische ver-vangingsschema illustreert; fig. 15 een mogelijke uitvoering voor een banddoor-1aatschakeling en het bijbehorende electrische vervangings-5 schema toont; fig. 16 een andere mogelijkheid voor de realisatie van een spanningsomkeerschakelaar voorstelt, waarvoor weer het in fig. 3 getoonde electrische vervangingsschema geldt; fig. 17 een mogelijkheid voor het nabootsen van een 10 circulator illustreert; fig. 18 het bij de schakeling volgens fig. 17 behorende electrische vervangingsschema toont; fig. 19 een ander klokschema voor schakelingen volgens de fig. 17 en 20 illustreert; 15 fig. 20 een alle frequenties doorlatende schakeling en het bijbehorende electrische vervangingsschema voorstelt; fig. 21 t/m 23 condensator-schakelaarnetwerken met een driepolige spanningsomkeerschakelaar tonen.

Filters van de in de aanhef genoemde soort zijn zo-20 als bekend filters die niet analoge signalen in de eigenlijke zin verwerken, maar signalen die in de vorm van aftastmonsters aanwezig zijn, waarbij de aftastmonsters in het ritme van een klokfrequentie F worden opgewekt en volgens de betrekking T=l/F wordt dienovereenkomstig T de klokperiode genoemd. Scha-25 kelingen voor het opwekken van zulke aftastmonsters zijn op zichzelf bekend, zodat deze op deze plaats niet in detail . behoeven te worden toegelicht, echter moet in het volgende ervan worden uitgegaan, dat voor respectievelijk achter de afzonderlijke schakelingen zulke aftastschakelingen telkens 30 kunnen zijn geschakeld, zodat het dus enerzijds mogelijk is uit een analoog signaal afgeleide aftastmonsters aan de getoonde schakelingen toe te voeren en anderzijds op de uitgang van de fi1terschakeling de ter beschikking staande signalen weer in analoge signalen om te zetten. Bij de uitvinding wordt 35 uitgegaan van de kennis, dat een wezenlijk element van zulke filters zogenaamde spanningsomkeerschakelaars zijn, bij realisatie waarvan van de thans ter beschikking staande technologische mogelijkheden gebruik wordt gemaakt. Daarbij zullen slechts relatief weinig kritische electronische bouwstenen 40 790 6 8 97 K -* - 4 - nodig zijn, zoals bijvoorbeeld rekenversterkers. Bovendien is gebleken, dat ten aanzien van de theoretische principes het filterontwerp op zichzelf is afgesloten en aan geen beperkingen ten aanzien van de bedrijfssnelheid (aftastfrequentie) 5 of de positie van de dempingspolen wordt onderworpen en slechts rekening moet worden· gehouden met het theorema van Nyquist.

Bij de in fig. 1 getoonde spanningsomkeerschakelaar is het mogelijk om één van de beide schakelaarklemmen 11 en 12, namelijk de schakelaarklèm 12 op referentiepotentiaal 13 te 10 leggen, zoals dit kenbaar is gemaakt door het ingetekende aardesymbool. De schakeling bevat twee rekenversterkers VI en V2 die als versterkers met een versterkingsfactor +1 werken, omdat hun inverterende ingang - in de schakeling met aangegeven - direct met de uitgang is verbonden. In de 15 schakeling is voorts te zien, dat de niet-inverterende ingangen met "+" zijn aangeduid, zoals dit ook voor latere uitvoeringen geldt. De niet op referentiepotentiaal aangesloten ingangsklem 11 is thans via een eerste schakelaar SI met de niet-inverterende ingang van de versterker VI verbonden. Op 20 de uitgang van de versterker volgt een schakelaar S3, via welke een schakelingsknooppunt 14 kan worden bereikt. Van dit knooppunt af voert een condensator Cs naar een ander schake-1ingsknooppunt 15, van waar af via een schakelaar S6 de niet-inverterende ingang van de versterker V2 kan worden bereikt.

25 In dwarstakken van de schakeling zijn de schakelaars S4 respectievelijk S5 te onderscheiden, die van de schakel ings- ... - knooppunten 14 resp. 15 af naar referentiepotentiaal 13 voeren. In de schakeling is thans te zien, dat de uitgang van de tweede versterker V2 via de schakelaar S2 met de ingangs-30 klem 11 is verbonden.

De in fig. 2 getoonde schakeling maakt het mogelijk de spanningsomkeerschakel aar met slechts één versterkerel e-ment VI met een versterking +1 te realiseren. Elementen met dezelfde functie zijn met dezelfde referentienummers als in 35 fig. 1 aangegeven, zodat een onmiddellijke vergelijking tussen de figuren 1 en 2 mogelijk is. Ook in de schakeling van fig. 2 voert de ingangsklem 11 via de schakelaar SI naar de niet-inverterende ingang van de versterker VI. De uitgang van de versterker is via de schakelaar S3 met het schakelings- 40 790 6 8 97 - 5 - s’, < knooppunt 14 verbonden, vanwaar af het schakelingsknooppunt 15 via de condensator Cg kan worden bereikt. Van het schake-1ingsknooppunt 14 af voert weer de schakelaar S4 naar refe-rentiepotentiaal en van het schakelingsknooppunt 15 af de 5 schakelaar S5 eveneens naar referentiepotentiaal. In afwijking van fig. 1 wordt thans in de schakeling van fig. 2 het schakelingsknooppunt 15 via de schakelaar S6 met de niet-inverterende ingang van de versterker VI verbonden; ook is de uitgang van de versterker VI via de schakelaar S2 met de in-10 gangsklem 11 verbonden. De tweede ingangsklem 12 van de span-ningsomkeerschakelaar is weer op referentiepotentiaal 13 aangesloten. In beide schakelingen is te onderscheiden, dat over de condensator Cs de spanning V$ optreedt, wanneer op de ingang de spanning V aanwezig is.

15 In fig. 3 is de in de fig. 1 en 2 getoonde spannings- omkeerschakelaar Su symbolisch getekend en zijn dienovereenkomstig zijn klemmen met de referentienummers 11 en 12 aangeduid. Voorts zijn de klokfasen 1 en 2 onmiddellijk in de span-ningsomkeerschakelaar Su aangegeven, die betrekking hebben 20 op de aan de hand van fig. 4 nog te bespreken positie van de klokfasen.

In fig. 4 is het tijddiagram voor acht noodzakelijke klokfasen 1 t/m 8 getoond, waarvan voor de fig. 1 en 2 aanvankelijk slechts de klokfasen 1 en 2 van belang zijn. Verge-25 lijkt men bovendien de fig. 1 en 2, dan blijkt, dat de schakelaars SI, S3 en S5 bij een eerste klokfase 1 worden bestuurd, . -terwijl de schakelaars S2, S4 en S6 bij een tweede klokfase 2 worden bestuurd. Deze klokfasen zijn overeenkomstig het klok-pulsdiagram van fig. 4 onmiddellijk bij de afzonderlijke scha-30 kelaars door de referentienummers 1 resp. 2 aangegeven en ook uit de symbolische voorstelling van fig. 3 blijkt bovendien, dat de spanningsomkeerschakelaar Sy door de klokfasen 1 en 2 wordt bestuurd. Uit fig. 4 blijkt, dat uitgaande van een willekeurig tijdstip tQ de klokfasen 1 en 2 in tijd ten opzichte 35 van elkaar zijn verschoven, zodat schakelaars bij de klokfase 1 reeds zijn geopend, wanneer schakelaars bij de klokfase 2 worden gesloten. In fig. 4 zijn voorts de zich herhalende omstandigheden op een afstand van een klokperiode T te onderscheiden en de bijbehorende schakelaars zijn telkens in de 40 7 9 0 6 8 9 7 - 6 - tijdintervallen gesloten, dus electrisch geleidend, waarin volgens klokpulsschema de horizontale sectie over de referentielijn komt.Op analoge wijze geldt dit ook wanneer van fig. 4 afwijkende klokpulsschema1s worden toegepast.

5 In de schakelingen volgens fig. 1 en 2 behoeven niet beslist rekenversterkers te worden toegepast, wanneer maar ervoor wordt gezorgd,dat versterkers van een andere soort een versterking +1 hebben. In het algemeen kan worden gezegd, dat de aldaar getoonde schakelingen uitvoeringsvormen voor zulke 10 schakelingen zijn, waarbij een op de schakelaarklemmen 11 en 12 voorkomende spanning in een eerste klokfase 1 via een eerste versterker VI in een condensator C$ voorlopig wordt opgeslagen. Daarna wordt deze spanning in een tweede klokfase die in tijd ten opzichte van de eerste klokfase is verschoven, 15 via een tweede versterker V2 in geïnverteerde vorm weer aan de schakelaarklemmen 11 en 12 van deze schakelaar toegevoerd. Bij voorkeur zal men de eigenschappen van rekenversterkers gebruiken, waardoor het volgens fig. 2 mogelijk is de afzonderlijke spanningsomkeerschakelaar met slechts één versterker-20 element te realiseren.

Een andere mogelijkheid voor de realisatie van een spanningsomkeerschakelaar is een ladingsverdubbeling overeenkomstig het principe van de omgekeerde herlading. In detail wordt hiervoor gewezen op de figuren 3, 4 en 16. Hiervoor 25 worden in een eerste klokfase 1 de schakel aarklemmen 11 en 12 op eenzelfde potentiaal gebracht en de daarbij over deze klemmen vloeiende lading wordt in een condensator Cg voorlopig opgeslagen. In de daaropvolgende in tijd verschoven klokfase 2 wordt de condensator ontladen en deze lading wordt in de-30 zelfde richting als bij de eerste klokfase over de schakelaar-klemmen 11, 12 geleid. Een mogelijke realisatievorm is in fig. 16 onder toepassing van een rekenversterker V3 getoond. Overigens zijn in fig. 16 elementen met dezelfde functie aangegeven met dezelfde referentienummers als in de fig. 1 en 2 35 en ook zijn in de schakelaars weer de besturende klokfasen 1 en 2 onmiddellijk getekend. Zoals verder uit fig. 16 blijkt, is de niet-inverterende ingang 21 van de versterker V3 via de schakelaar SI op referentiepotentiaal 13 aangesloten en dus op de aansluitklem 12 van de schakelaar. Van de eerste 40 790 6 8 97

' * J

- 7 - aansluitklem 11 af wordt via de schakelaar S2 de niet-inver-terende ingang 21 van de versterker V3 bereikt. Het met het referentienummer 15 aangeduide tweede schakelingsknooppunt is via de schakelaar S5 met de uitgang van de rekenversterker V3 5 verbonden. Het eerste schakelingsknooppunt 14 is via de schakelaar S4 eveneens met de uitgang van de versterker V3 verbonden. Ook is het schakelingsknooppunt 14 via de schakelaar S3 vanaf de eerste klem 11 bereikbaar. Tenslotte is het schakel ingsknooppunt 14 ook rechtstreeks verbonden met de inver-10 terende ingang van de versterker V3. Zoals bij de schakelingen volgens de fig. 1 en 2 worden overeenkomstig het klokpulssche-ma van fig. 4 ook bij de schakeling van fig. 16 de schakelaars SI, S3 en S5 door de eerste klokfase bestuurd, terwijl de schakelaars $2, S4 en S6 door de tweede klokfase 2 worden be-15 stuurd.

Wat betreft de werking blijkt uit fig. 16, dat tijdens de klokfase 1 de schakelaarklem 11 op referent!epotenti-aal 13 wordt gebracht, aangezien de rekenversterker V3 een verschilingangsspanning afdwingt die naar nul gaat. Vanwege 20 de extreem hoge ingangsweerstand van de rekenversterker kan de daarbij over de schakelaarklem 11 afvloeiende lading slechts in de condensator C worden opgeslagen. Tijdens de klokfase 2 d wordt door de verdwijnende verschilingangsspanning van de rekenversterker V3 de ontlading van de condensator C$ afge-25 dwongen en door de extreem hoge ingangsweerstand van V3 wordt daarbij zekergesteld, dat de daarbij wegvloeiende lading via ... _ de schakelaarklem 11 wordt geleid naar het de uitwendige schakeling vormende condensatornetwerk.

Aldus kan ook voor de schakeling van fig. 16 het in 30 fig. 3 getekende schakelingssymbool worden gebruikt, dat wil zeggen een spanningsomkeerschakelaar met de aansluitklemmen 11 en 12, waarvan de afzonderlijke schakelaars worden bestuurd door de klokfasen 1 en 2.

In fig. 5 is voor de door de klokfase 1 bestuurde 35 schakelaar SI met de aansluitingen K en K' een mogelijke rea-1iseringsvorm met inbegrip van het bijbehorende impulsschema getoond. Er kan hiervoor een zogenaamde MOS-transistor ET van het verrijkingstype worden gebruikt, die tussen zijn aansluitingen K en K' electrisch geleidend wordt, wanneer op zijn 40 790 6 8 97 - 8 - stuurelectrode (gate) een potentiaal van bijvoorbeeld +5V aanwezig is. De opbouw en de werking van zulke MOS-transisto-ren is op zichzelf bekend, zodat hier niet in detail daarop behoeft te worden ingegaan. Overeenkomstig dit voorbeeld kun-5 nen vanzelfsprekend ook de overige in de schakeling toegepaste schakelaars via geschikte klokfasen 1 t/.m 8 worden bestuurd.

Bij de realisering van f11terschakelingen verschijnen ook condensatoren weer als condensatoren, die slechts worden onderworpen aan een gewijzigde theoretische beschouwingswijze.

10 Van de eigenlijke condensatorstructuur afwijkende schakelings-structuren, bijvoorbeeld spoelen, signaal bronnen en dergelijke moeten bij de realisatie van zulke schakelaarfi1ters door geschikte hulpmaatregelen worden nagebootst. Hierna worden principevoorbeelden gegeven, dus voorbeelden die geschikt zijn 15 om de opbouw van omvangrijke fi1terconstructies volgens de theorie van de LC-netwerken mogelijk te maken.

Fig. 6 toont als electrisch vervangingsschema een zelfinductie met de aansluitklemmen 16 en 17, waardoorheen een stroom I vloeit, waarover de spanningsval li optreedt en 20 waarvan de impedantie met ^.R is aangegeven, waarbij geldt R=T/2C. De in fig. 6 eveneens getekende realisatiemogelijkheid is geschikt om de condensator C periodiek om te polen. Hiervoor wordt weer gewezen op het klokpulsschema van fig. 4 en overeenkomstig de hierboven beschreven uitvoeringen moeten op 25 de schakelaars S7, S8, $9 en S10 onmiddellijk de in fig. 4 getekende klokfasen worden aangesloten. Wanneer aan de daar- ·· -bij getoonde voorwaarden is voldaan, dan functioneert de tussen de klemmen 16 en 17 geschakelde tweepool als zelfinductie. Uit fig. 6 blijkt, dat in zekere mate parallel aan 30 de condensator C een schakel netwerk met enerzijds de schakelaar S7 en S8 en anderzijds de schakelaars S9 en S10 is aangesloten. De aansluitklemmen 16 en 17 zijn daarbij tussen de schakelaars S7 en S8 respectievelijk tussen de schakelaars S9 en S10 geschakeld. Voorts blijkt, dat de schakelaars $7 en S9 35 door de klokfase 3 respectievelijk door de klokfase 4 worden bestuurd. De schakelaars S8 en S10 worden door de klokfase 7 respectievelijk door de klokfase 8 bestuurd. De positie van de klokfasen 3,4 en 7,8 behoeft aanvankelijk slechts relatief ten opzichte van elkaar worden beschouwd, wanneer een schake- 40 7 9 0 6 8 97 ί * - 9 - ling volgens fig. 6 uitsluitend op zichzelf moet worden bedreven. Zoals ui t het tijdschema van fig. 4 blijkt, zijn ook de klokfasen 3,4, 7,8 ten opzichte van elkaar zodanig verschoven, dat hun schakel tijden elkaar niet overlappen. Wordt de schake-5 ling volgens fig. 6 in een filter toegepast, dan moet bovendien erop worden gelet, dat de met de klokfase 3 bestuurde schakelaars gesloten zijn, wanneer tegelijkertijd ook de door de klokfase 1 en 2 bestuurde schakelaars zijn gesloten. Dit proces herhaalt zich periodiek met de afstand T. Op het tijd-10 stip tQ+T zijn schakelaars die door de klokfase 7 worden bestuurd, reeds gesloten en hun sluitingsduur strekt zich weer uit over de sluitingsduur van de schakelaars 1 en 2, hetgeen eveneens periodiek wordt herhaald met de afstand T. Hetzelfde geldt voor de klokfasen 4 en 8 met de reeds genoemde tijdsver-15 schuiving.

De schakelaars S7 t/m S10 zijn dus geen spanningsom-keerschakelaars in de zin van de fig. 1, 2 en 16 maar eenvoudige schakelaars die eveneens met de in fig. 5 getoonde tran-sistorschakeling kunnen worden gerealiseerd. Andere voor toe-20 passing in schakelaarfi1ters geschikte schakel elementen zijn in de fig. 7 en 8 in verband met fig. 4 getoond.

Fig. 7 toont een condensator CR die via een hulpscha-kelaar Sll tussen twee opeenvolgende impulsen i(t) wordt kortgesloten. In het eveneens getekende daaraan equivalente ver-25 vangingsschema is een weerstand R aanwezig, waarover de spanning U voorkomt en waardoor de stroom I vloeit. Bij de schakelaar Sll is weer de klokfase 6 aangegeven, die volgens het klokpulsschema van fig. 4 zodanig moet liggen, dat de schakeling van fig. 6 bij de toepassing in een omvangrijke filter-30 schakeling zodanig moet worden bestuurd, dat de schakelaar Sll slechts in het tijdinterval tussen de klokfase 2 en de daaropvolgende klokfase 1 op het tijdstip tQ+T is gesloten. Dit proces herhaalt zich periodiek met een afstand T. Schakelingen volgens fig. 7 kunnen bijvoorbeeld als afsluitweerstand wor-35 den toegepast in omvangrijke filterschakelingen.

De schakeling volgens fig. 8 is volgens het equivalente vervangingsschema daarvan geschikt voor het nabootsen van een spanningsbron E met de inwendige weerstand R., die bij het optreden van de stroom I een spanning U aan de uitgang 40 790 6 8 97 - 10 - afgeeft. Er wordt daarbij een ideale signaal bron eQ(t) via een schakelaar S12 op een condensator Cq geschakeld. Op de uitgang van de schakeling treedt een spanning v(t) op en er vloeit de stroom i(t). De schakelaar S12 wordt door de zesde 5 klokfase bestuurd, waarvan de positie ten opzichte van de overige klokfasen eveneens in fig. 4 is getoond. Ook voor de besturing van de schakelaar S12, dus voor de klokfase 6 is van belang, dat de tijdspositie daarvan zodanig is, dat de schakelaar S12 slechts in het tijdinterval tussen de tweede 10 en de daaropvolgende eerste klokfase is gesloten, wanneer de schakeling van fig. 8 eventueel tezamen met reeds beschreven schakelingen moet worden toegepast in een omvangrijke filter-schakeling die een LC-fi1terschakeling nabootst.

In fig. 9 is een combinatie van verscheidene afzon-15 derlijke schakelingssecties tot een hoogdoorlaatfi1 ter van de vijfde graad getoond. Fig. 9a toont de bij fig. 9b behorende electrische vervangingsschakel ing in het •'fr-^vlak (>|r=tanh met p=6'+jc*j als complexe frequentie, vergelijk AEU, volume 24, 1970, blz. 506 t/m 512 en volume 25, 1971, blz. 295 t/m 20 303) wanneer daarbij eerst de door de klokfase 5 bestuurde schakelaar S21 en de bijbehorende gestippeld getekende aansluiting buiten beschouwing blijft. In de schakeling volgens fig.

9b kan de serieschakeling van verscheidene schakelingssecties worden onderscheiden. Aldus is bijvoorbeeld de signaalbron 25 die reeds aan de hand van fig. 8 is besproken, tezamen met de bron i(t), de condensator Cq en de door de klokfase 6 b$- ... .

stuurde schakelaar S12 te onderscheiden. Ook is op de uitgang van de schakeling de de afsluitweerstand nabootsende condensator CD tezamen met de schakelaar Sll volgens fig. 7 gescha-30 K

keld. De binnenste schakelingssecties bestaan uit dwarstakken, waarvan de werking reeds aan de hand van fig. 6 is besproken. Slechts ter onderscheiding zijn de condensatoren in het scha-kelaarnetwerk met C5 en Cg aangeduid. De koppeling vindt plaats via condensatoren C, en C7 en opeenvolgende afzonder- 35 t lijke secties zijn via de condensatoren Cg, Cg en Cg met elkaar verbonden. Karakteristiek voor de schakeling is thans dat alle zogenaamde critische onafhankelijke lussen slechts zijn gesloten over de door de klokfasen 1 en 2 bestuurde spanningsomkeerschakelaars S„. Er zijn hier met "onafhankelijke 40 u 7906897 t « - 11 -

Tussen" resp. met "critische onafhankelijke Tussen" die Tussen bedoeld, waarbij als gevolg van de schakel bewerkingen tussen de spanningsomkeer- resp. omlaadbewerkingen de som van de spanningen over de de afzonderlijke schakel elementen 5 realiserende condensatoren zich kan wijzigen.

Het uitgangssignaal wordt in de uitgangstak via een door de klokfase 5 bestuurde schakelaar S15 ter beschikking gesteld, waarbij de positie van de klokfase weer onmiddellijk uit fig. 4 kan worden afgeleid. Daarna moet het uitgangssig-10 naai in het· tijdinterval tussen de tweede en de zesde klokfase ter beschikking worden gesteld.

Wanneer men van de condensator Cq overeenkomstig de gestippeld getekende lijn in fig. 9b het gereflecteerde signaal via de schakelaar S21 die door de klokfase 5 wordt be-15 stuurd, afneemt, dan krijgt men de aan het hoogdoorlaatfilter complementaire filterfunctie, namelijk een laagdoorlaatfilter-functie, zodat dus schakelingen volgens fig. 9b op deze wijze het karakter van wisselfilters aannemen.

Zoals uit fig. 9b blijkt, ligt de rechts van de 20 gestippelde lijn getekende tak die de uitgangsspanning ter beschikking stelt, via de spanningsomkeerschakelaar Su op referentiepotentiaal 13. Op grond hiervan is de eigenlijke fi1teruitgang aan één zijde niet geaard, en dus niet met de referentiepotentiaal te verbinden. Voor toepassingsgevallen 25 waarbij dit niet gewenst is kan de rechts van de gestippelde lijn gelegen sectie worden vervangen door een schakeling volgens fig. 10.

Hiervoor wordt een extra schakelaar S13 in de lengte-tak aangebracht, die door de reeds besproken klokfasen 3 en 7 30 wordt bestuurd. Voorts wordt het verbindingspunt 18 dat tussen de condensator en de spanningsomkeerschakelaar Su ligt, via een andere schakelaar S14 die door de klokfase 5 wordt bestuurd, op referentiepotentiaal 13 aangesloten. Op deze wijze staat het uitgangssignaal over de door de klokfase 35 5 bestuurde schakelaar S15 in geaarde vorm ter beschikking.

Door de hierboven beschreven basisbouwstenen zal het ook mogelijk zijn andere voor het ontwerp van filterscha-kelingen benodigde basisschakel elementen te realiseren. Overeenkomstige uitvoeringsvormen zijn getoond in de fig.11 t/ra 14.

40 790 6 8 97 - 12 -

De schakeling van fig. 11 is geschikt om een zogenaamde eenheids!eiding te realiseren, waarvoor ook de uitdrukking "Unit Element" in de vaktaal zich heeft ingeburgerd. De schakeling 19 heeft daarbij het karakter van een tweepoort-5 netwerk, in de dwarstak waarvan een condensator en een spanningsomkeerschakelaar S'u in serie geschakeld zijn. De spanningsomkeerschakelaar S'u bestaat daarbij uit de aan de hand van de fig. 1, 2 en 16 reeds toegelichte, schakelaars SI t/m S6, waarbij in elk geval de schakelaars SI, S3 en S5 10 door de klokfasen 1 en 5 volgens fig. 4 worden bestuurd, terwijl de schakelaars S2, S4 en S6 door de klokfasen 2 en 6 worden bestuurd. Aldus zijn de oneven schakelaars in de eerste en vijfde klokfase gesloten, terwijl de even schakelaars in de tweede en zesde klokfase zijn gesloten. Het electrische 15 vervangingsschema van een schakeling 19 volgens fig. 11 is in fig. 12 getoond. Het heeft overeenkomstig het karakter van de eenheids!ei ding voor signalen met aftastkarakter de lengte T/2 en de go 1 fweerstand R=T/2C^·.

De in fig. 13 getoonde schakeling levert de- mogelijk-20 heid een zogenaamde gyrator-eenheidsleiding te realiseren. De schakeling 20 heeft eveneens het karakter van een tweepoort, in de dwarstak waarvan een spanningsomkeerschakelaar S' aanwezig is, die qua werking overeenkomt met die van fig. 11.

In fig. 13 is voor de spanningsomkeerschakelaar S' een scha-25 keiaarnetwerk 20' geschakeld, dat uit vier schakelaars S17 t/m S20 bestaat, waarvan de schakelaars S17 en S18 in zekere· ' mate in serie zijn geschakeld, evenals de schakelaars S19 en S20, waarbij telkens twee van de in serie geschakelde schakelaars parallel zijn geschakeld.· In de verbindingspunten tus-30 sen de schakelaars S17 en S18 resp. de schakelaars S19 en S20 is een condensator Cg geschakeld. Zoals voorts onmiddellijk uit fig. 13 kan worden afgeleid moeten de schakelaars SI7 en S19 volgens het ritme van de klokfasen3 en 4 worden geschakeld, terwijl de schakelaars S18 en S20 volgens het ritme van de 35 klokfasen 7 en 8 moeten worden geschakeld. Het electrische vervangingsschema van de schakeling volgens fig. 13 is in fig. 14 als gyrator-eenheidsleiding met de lengte T/2 en de gyrator-weerstand R =T/2Cg te beschouwen. Hieraan equivalent is een vervangingsschema dat uit een niet-gyrerende eenheids-40 leiding met de lengte T/2 en de golfweerstand R=T/2Cg bestaat, 790 6 8 97 I f · * - 13 - waarachter een gyrator met de gyrator-weerstand R=T/2Cg is geschakeld.

In het schema van fig. 13 kan de schakelaar S'u ook worden vervangen door een schakelaar, die in de hierboven be-5 schreven uitvoeringsvormen met Su is aangeduid. Men zal steeds van deze mogelijkheid gebruik maken, wanneer dit voor de telkens te realiseren fi1tereigenschap noodzakelijk is.

Als mogelijke toepassing is in fig. 15 een banddoor-laatschakeling van de achtste graad getoond, die telkens een 10 dubbele dempingspool voor de frequenties co =0 encj —» oo levert. Ook deze schakeling is zodanig opgebouwd, dat alle critische onafhankelijke lussen slechts via spanningsomkeer-schakelaars worden gesloten, in de uitvoeringsvorm dus via de spanningsomkeerschakelaarsS'u. De afzonderlijke schakelings-15 secties zijn zoals ook uit een vergelijking met de voorafgaande figuren onmiddellijk blijkt, reeds in detail besproken.

In de lengtetakken van de schakeling liggen nog schakelings-secties die onmiddellijk uit fig. 6 kunnen worden afgeleid.

De koppeling van op elkaar volgende lengtetakken vindt tel-20 kens plaats via de condensatoren C^, Cg en CU. In de middelste dwarstak is via een condensator Cy eveneens een schakeling volgens fig. 6 gekoppeld. De overeenkomstige besturing door de klokfasen 1 t/m 8 is onmiddellijk bij de schakelaars aangegeven. Het electrische vervangingsschema is in fig. 15 even-25 eens getekend.

Overeenkomstig fig. 9 heeft ook de in fig. 15 ge—, toonde schakeling de eigenschap de complementaire filterfunc-tie te leveren, wanneer over de condensator Cq, zoals gestippeld is getekend, via een schakelaar S21 die door de klokfase 30 5 wordt bestuurd, de spanning wordt afgenomen, die het gere flecteerde signaal voorstelt. In het betreffende geval heeft dus de op de schakelaar S21 volgende uitgang het karakter van een bandsperfilter en er kan van deze wisseleigenschap steeds gebruik worden gemaakt, wanneer dit noodzakelijk is in het 35 speciale toepassingsgeval.

Aan de hand van de fig. 17 t/m 20 zal nog worden aangetoond, dat met behulp van de in de fig. 1, 2 en 16 beschreven spanningsomkeerschakelaars ook circulatoren en dus alle frequenties doorlatende schakelingen kunnen worden gere- 40 790 6 8 97 - 14 - aliseerd.

In fig. 17 is de met het verwijzingsnummer 30 aangeduide schakeling een driepoort, waarbij de leiding 13 op re-ferentiepotentiaal ligt, zodat telkens de poorten 31,13 resp.

5 32,13 resp. 33,13 ontstaan. De spanningsomkeerschakelaar Su met de aansluitklemmen 11 en 12 ligt in zekere mate tussen de vertakkingspunten en daarvoor is er een condensator geschakeld. In de naar de aansluitklemmen voerende lengte-takken 31, 32 en 33 liggen de schakelaars S23, S24 en S25, 10 waarvan de schakelaar S23 met de klokfasen 23 en 26 wordt bestuurd, de schakelaar S24 met de klokfase 24 en de schakelaar S25 dienovereenkomstig met de klokfase 25. De spannings-omkeerschakelaar Su op zichzelf wordt door de beide klokfasen 21 en 22 bestuurde In fig. 19 is het bijbehorende klokpuls-15 schema getekend en wel voor het tijdsinterval 0 t/m 2T, terwijl het tijdschema periodiek met de afstand 2T zich herhaalt. Zoals uit fig. 19 blijkt, hebben de klokfasen 23 en 26 telkens een zodanige lengte, dat zij de klokfasen 21 en 22 overlappen.

In het tijdinterval 0 t/m T worden de door de klokfasen 23, 20 24, 25 bestuurde schakelaars gesloten en in het tijdinterval T t/m 2T worden de door de klokfasen· 26 , 24 en 25 bestuurde schakelaars gesloten.

Het electrische vervangingsschema van de schakeling volgens fig. 17 is in fig. 18 getoond, waarbij kan worden 25 onderscheiden, dat de circulator de weerstand R=T/2C2 heeft.

Op de poorten 31,13 resp. 32,13 resp. 33,13 treden de resp-., ... -spanningen U^, U2 en U3 op en er vloeien in deze poorten telkens de resp. stromen I-p I2 en I3, waarbij op de poort 31,13 een eenheidselement met de golfweerstand R en de leidings-.30 lengte T/2 volgt. De in fig. 17 getoonde schakeling heeft dus ook de eigenschap dat electrische signalen die aan een willekeurige poort worden toegevoerd, telkens slechts aan de daaropvolgende poort worden afgegeven.

In fig. 20 is nog een alle frequenties doorlatende 35 schakeling getoond, die weer bestaat uit de serieschakeling van op zichzelf besproken schakelingssecties en die weer spanningsomkeerschakelaars Su en eenvoudige schakelaars bevat.

In de lengtetakken van de schakeling zijn weer schakelaars opgenomen, waarvan de sluitingsduur wordt bepaald door de 40 790 6 8 97 I : ,, - 15 - klokfasen 23 t/m 26. In de eerste dwarstak is een spannings-omkeerschakelaar Su opgenomen, die voor de condensator CQ is geschakeld. Parallel hieraan is een eenvoudige schakelaar S24 geschakeld, die door de klokfase 24 wordt bestuurd en die in 5 serie is geschakeld met een condensator C^. In de daaropvolgende dwarstak is eveneens een andere spanningsomkeerschake-laar Su te onderscheiden, waaraan echter een eenvoudige schakelaar parallel is geschakeld, die door de klokfase 25 wordt * bestuurd. Tenslotte ligt in een andere dwarstak een via de 10 condensator gekoppeld netwerk, waarvan de werking qua principe reeds aan de hand van fig. 6 is beschreven. De in-gangs- en uitgangsnetwerken zijn aan de hand van de fig. 7 en 8 toegelicht. Slechts moet erop worden gelet, dat voor de schakeling van fig. 20 het in fig. 19 getoonde klokpulsschema 15 wordt aangehouden.

Het in fig. 20 getoonde electrische vervangingsschema is ten aanzien van zijn essentiële delen eveneens reeds toegelicht. Bij de eerste circulator komt de met R3 aangeduide condensator overeen met de via de schakelaar S24 bestuurde 20 condensator C3 en bij de tweede circulator komt de met R^ resp. Rg aangeduide serieschakeling van spoel en capaciteit overeen met het via de condensator gekoppelde schakelnet-werk tezamen met de capaciteit Cg.

In de schakeling van fig. 16 kan worden onderschei-25 den, dat aldaar de rekenversterker V3 steeds van referentie- potentiaal 13 wordt gescheiden, wanneer de met de klokfase-1 ... .

bestuurde schakelaar SI wordt geopend. Wanneer het erop aankomt - hetgeen bijvoorbeeld het geval kan zijn wanneer parasitaire aardcapaciteiten storen - de versterker steeds aan 30 één zijde op aardpotentiaal te houden, dan kan dit worden bereikt door invoering van andere schakelaars die tijdens opeenvolgende klokfasen 1 en 2 beurtelings worden gesloten. Mogelijke uitvoeringsvormen van zulke schakelaars zijn in de fig.

21 en 22 getoond, waarbij de rechts van de gestippelde lijn 35 getekende schakeling weer als inverterende heroplaadschakeling is te beschouwen. Zoals aldaar kan worden onderscheiden, worden de afzonderlijke schakelaars eveneens bestuurd door klokfasen 1 en 2 die weer onmiddel1 ijk bij de schakelaars zijn aangegeven. Er moet daarbij voor worden gezorgd, dat ook hier 40 790 6 8 97 - 16 - \ de klokfasen elkaar niet overlappen, zodat corresponderende schakelaargroepen (bijv. klokfase 2) steeds eerst dan worden gesloten, wanneer de schakelaars van de andere groep (bijv. klokfase 1) reeds zijn geopend. Ook in deze beide schake-5 lingen is weer de als voorlopig geheugen werkende condensator Cg aan te treffen, die hetzij rechtstreeks (fig. 22) op de inverterende ingang van de rekenversterker V3 is aangesloten, of wordt dè inverterende ingang via de door de klokfase 1 bestuurde schakelaar (fig. 21) bereikt. In elk geval ligt de 10 niet-inverterende ingang van de versterker V3 op referentie-potentiaal 13.

Voor de schakelingen volgens de fig. 21 en 22 kan in het algemeen een schakel symbool worden aangegeven, zoals dit in fig. 23 is getoond. Daaruit blijkt, dat de in de fig. 21 15 en 22 getekende schakelaars als driepölige schakelaars werken, waardoor bijvoorbeeld in de klokfase 1 steeds aardpotentiaal kan worden aangesloten, terwijl in de klokfase 2 andere capa-citeitsnetwerken van geheel algemene soort, in fig. 23 symbolisch door C' aangeduid, kunnen worden aangeschakeld. Schake-20 laars volgens de fig. 21 t/m 23 kunnen ook worden toegepast in overeenkomstige schakelingstypen van de hierboven beschreven uitvoeringsvormen, waarbij in elk geval erop moet worden gelet, dat eventueel de toevoeging van de klokfasen van de schakelaars voor de inverterende heroplaadschakelaars aan de 25 klokfasen waardoor de overige basisbouwstenen van de betreffende fi 1 terschakel ing worden bestuurd, zodanig plaatsvindt, · -dat aan de aan de hand van de beschreven uitvoeringsvormen gewenste functies ook dan worden voldaan, wanneer schakelaars volgens de fig. 21 t/m 23 worden toegepast.

30 Bij toepassing van verscheidene spanningsomkeerscha- kelaars volgens het heroplaadprincipe volgens de fig. 21 t/m 23 in een geheel filter moet de heroplaadbewerking in verscheidene klokfasen, die telkens aan de afzonderlijke schakelaars zijn toegevoegd, sequentieel worden uitgevoerd door invoering 35 van extra klokfasen.

Voor de hierboven beschreven uitvoeringsvormen wordt op het volgende gewezen.

De aan de uitvinding ten grondslag gelegen onderzoekingen hebben aangetoond, dat de in de aanhef genoemde 40 790 6 8 97 - 17 - publicaties beschreven resonantie-overdrachtfilters zodanig kunnen worden gewijzigd, dat zij bruikbaar zijn voor thans ter beschikking staande technologische middelen. De essenti-ele schakel elementen die nodig zijn zijn hiervoor spannings-5 omkeerschakelaars genoemd. Een spanningsomkeerschakelaar kan naar verhouding eenvoudig worden opgebouwd met behulp van rekenversterkers en gewone schakelaars. Hierna zullen nog de basisprincipes van deze schakelaar-capaciteitsfilters met spanningsomkeerschakelaars worden toegelicht.

10 De aangegeven methode opent een reeks eenvoudige mogelijkheden om verliesvrije aftakschakelingen na te bootsen, die tussen ohmse afsluitweerstanden worden bedreven. De overeenkomstige filters vertonen dus de uitstekende eigenschappen ten aanzien van de dempingsmogelijkheid, die filters van zulke 15 constructies hebben. De ontwerptheorie heeft geen aannamen ten aanzien van de aftast-(werk-)frequentie, d.w.z. de aftast-frequentie kan zo laag zijn zoals dit verenigbaar is met het theorema van Nyquist. Overdrachtsnulpunten (dempingspolen) kunnen op willekeurige frequenties in het blokkeergebied wor-20 den gelegd. Deze eigenschappen tezamen met het feit dat slechts capaciteiteigenschappen van belang zijn, dat het aantal van de critische electronische elementen (bijv. rekenversterkers) wezenlijk lager is dan voor andere ontwerpmethoden en dat voorts de gehele schakeling naar verhouding eenvoudig is, 25 maken de hier beschreven filters ook voor de opbouw met behulp van geïntegreerde schakelingen in het algemeen mogeli-jk. . . Bij de praktische realisatie is het mogelijk om de spanningsomkeerschakelaars steeds aan ëén zijde op referentiepotentiaal, bijvoorbeeld aardpotentiaal te leggen.

30 Voor de geaarde spanningsomkeerschakelaars geldt het volgende. Er wordt een (n‘ + l')-netwerk van bijy. fig. 22 beschouwd, waarvan wordt aangenomen dat het uitsluitend bestaat uit capaciteiten (samengevoegd met C' aangeduid). Zijn klemmen zijn met de nummers V = 0,1' ...... , n' aangeduid 35 en de referentieklem is V = 0, terwijl de klemmen 2' t/m n' - 1 gestippeld zijn aangegeven. Aangenomen wordt, dat op een voorafbepaald tijdstip ladingen op de condensatoren aan -wezig zijn; de resulterende waarden van de spanningen vv zullen met v^^ (b=vooraf=before) worden aangeduid. Aan elke 7906897 - 18 - klem V , τ) -= 1' t/m n', wordt een lading toegevoerd; de daaruit resulterende nieuwe waarden van de spanningen v^ zullen met Vya (a=achteraf=after) worden aangeduid. In het bijzonder is men geïnteresseerd het volgende te verkrijgen.

5 v)} a = "v V b * v = 11 t/m n' . (1)

Inrichtingen die aan deze voorwaarden voldoen worden spannings-omkeerschakelaars genoemd.

Een naar verhouding eenvoudige snelle methode voor t het realiseren van een geaarde spanningsomkeerschakelaar is 10 in fig. 1 getoond. Daarbij worden twee rekenversterkers VI, V2 toegepast die als spanningsvolgers zijn geschakeld. Tijdens een eerste tijdinterval zijn de met 1 aangeduide schakelaars gesloten, terwijl de met 2 aangeduide schakelaars open zijn.

De spanning V$ over de geheugencapaciteit C$ wordt dan gelijk 15 aan de spanning op de klem 11 ten opzichte van aardpotentiaal, d.w.z. klem 12. Nadat de schakelaars 1 weer zijn geopend, worden de schakelaars 2 gesloten. Dientengevolge is de spanning die dan tussen de klemmen 11 en 12 verschijnt, de negatieve spanning ten opzichte van de oorspronkelijk tussen deze 20 klemmen aanwezige spanning.

Het is essentieel, dat tussen de tijdintervallen waarin de schakelaars 1 en 2 telkens gesloten zijn, geen overlapping optreedt, d.w.z. dat de schakelaars 1 zijn geopend alvorens de schakelaars 2 beginnen te sluiten en omgekeerd.

25 Daaruit volgt in het bijzonder dat de beide rekenversterkers in de schakeling volgens fig. 1 nooit tegelijkertijd actief zijn. Derhalve kan het spanningsomkeereffeet ook met een schakeling volgens fig. 2 worden bereikt, die slechts éên rekenversterker nodig heeft en waarbij de schakel aars op de 30 juist beschreven wijze werken.

De schakelingen volgens de fig. 1 en 2 zijn niet de enige voorbeelden voor de realisatie van geaarde spanningsomkeerschakel aars . In het bijzonder is het niet nodig steeds alle details aan te geven en men kan derhalve een spannings-35 omkeerschakelaar door het in fig. 3 getoonde symbool voorstellen (de aardverbinding is kenbaar gemaakt en de getallen 1 en 2 hebben dezelfde betekenis als in fig. 1 en 2). Er wordt vastgelegd, dat de schakelaar werkt wanneer deze het proces van de spanningsomkering uitvoert. De werkperiode strekt zich 7906897 - 19 - dus uit vanaf het tijdstip waarop de schakelaars 1 beginnen te sluiten tot aan het tijdstip waarop de schakelaars 2 volledig zijn geopend. Andere capaciteitsnetwerken met verscheidene klemmen, waarbij spanningsomkeerschakelaars gelijktijdig 5 werken, zijn hierboven voor andere voorbeelden getoond.

De met resonantie-overdrachtschakel ingen vertrouwde lezer herkent daaruit, dat een spanningsomkeerschakelaar hetzelfde totale effect heeft als een resonantie-overdracht-schakelaar. Derhalve kunnen de schakelingen volgens de fig.

10 1 en 2 als electronische realisaties van een geaarde resonan- tie-overdrachtschakelaar worden opgevat.

In detail hebben de aangegeven schakelingen de volgende eigenschappen.

De betreffende schakelingen kunnen door geschikte 15 interpretatie als schakelingen worden beschouwd, waarin als aftastmonsters optredende signalen worden verwerkt. Een essentieel punt in de betreffende theorie is daarin gelegen, dat voor deze schakelingen geschikte equivalente schakelingen worden gevonden, die op zichzelf bekend zijn. Om deze te ver-20 krijgen moet eerst een geschikte frequentie worden vastgelegd.

Aangenomen wordt dat F de werkfrequentie van de beschouwde schakeling is, T de overeenkomstige werkperiode, d.w.z.

F = 1/T , /1 = 2 K F = 2 JX/T (2) 25 en p de complexe frequentie van het signaal. Een geschikte, equivalente complexe frequentie is dan de grootheid γ , die wordt gedefinieerd door Ψ = tanh(pT/2) = (z-l)/(z+l) , z = epT (3) die ook vroeger bijvoorbeeld voor resonantie-overdracht-30 schakelaars in de in de aanhef genoemde publicaties als basis is genomen.

De voordelen van de transformatie (2) zijn bekend.

Er wordt eraan herinnerd, dat de volgende betrekkingen gelden Re p > 0 <===> Re γ > 0 35 Re p = 0 Re Y = 0 (4)

Re p < 0 <r==> Re γ < 0 , dat voor p=jω wordt verkregen Y = 3 jp = tan (ujT/2) , (5) en dat het Nyquist-interval 0<u><iI/2 (waarbij il door (2) is 40 790 6 8 97 - 20 - gedefinieerd) in het gehele gebied 0<jö < oo wordt getransformeerd. Een belangrijke conclusie die uit (4) kan worden getrokken is dat stabiliteit in het γ-vlak de stabiliteit in het p-vlak waarborgt.

5 Men moet hierna zich bezighouden met impulsstromen, d.w.z. met stromen i-i(t), die uit een pulsreeks bestaan.

Van de afzonderlijke impulsen moet worden aangenomen dat zij tijdens periodiek zich herhalende intervallen optreden, echter behoeven er geen aannamen ten aanzien van de pulsbreedte 10 te worden gemaakt, met uitzondering daarvan dat de impulsen ε elkaar niet mogen overlappen; vooral behoeft de pulsbreedte « in geen geval kort te zijn in verhouding tot T.

De'n-de puls moet op een tijdstip tn vallen en binnen de pulsbreedte liggen en wordt door 15 tR = tQ + nT , n = .. .-1,0,1,2,... , (6) gegeven, waarbij tQ een constante (fig.4) is. De totale lading die door de n-de puls wordt getransporteerd wordt met q(tn) aangeduid.

Er wordt erop gewezen, dat voor de volgende toelich-20 ting het in het algemeen voldoende zou zijn tQ=0 te kiezen, echter zullen de resultaten niet worden beïnvloed wanneer tQ Φ 0 is.

Voor de basiselementen gelden de volgende overwegingen^ Een capaciteit C wordt beschouwd, waarin de pulsstroom i = i(t) 25 vloeit, die de hierboven beschreven vorm heeft. Daarbij is v=?v(t) de spanning over deze capaciteit C.

In het bijzonder is men geïnteresseerd in de spanningen vb en va , die als de waarden van v juist voor het begin van de puls en juist na het einde van de puls worden ge-30 definieerd. Deze spanningen worden betrokken op het tijdstip tn , dat overeenkomt met de betreffende beschouwde impuls.

. Derhalve kan' nauwkeuriger vb=vb(tn) en va=va^to^ worden geschreven. De vergelijkingen W - W - k*»>'c . <7> 35 en VW = va (V (8) zijn klaarblijkelijk geldig. Voorts wordt een spanning u=u(t ) als volgt gedefinieerd.

7906897 I t - 21 - “(t„) = W + W ,l (9)

Om de~"differentiaalvergel i jkingen (7) t/m (9) onder voorwaarden van de ingeslingerde toestand uit te drukken kan worden geschreven ptn Ptn 5 va(tn) = Vae , vb(tn) = Vbe (10) u(tn) = U ePt" ’ q(V = Q e " t11) waarbij Va, Vb, U en Q complexe constanten zijn. Gebruikt men vergelijking (3) en de vergelijkingen (6) t/m (9) en elimineert men Va en Vb, dan verkrijgt men tenslotte 10 U = JR/Y (12) waarbij J en R worden gedefinieerd door J = Q/T , R * T/2C . (13)

Wanneer men dus U als equivalente spanning en I als equivalente stroom opvat, kan vergelijking (12) als afhanke-15 lijkheid tussen spanning en stroom van een capaciteit met de impedantie R/γ worden opgevat, d.w.z. de vergelijking (12) komt overeen met de equivalente schakeling van een capaciteit. Hen moet er rekening mee houden, dat nog de volgende betrekkingen gelden 20 U = (Va+Vb)/2 , RJ = (Va-Vb)/2 (14)

Va = U + RJ , Vb = U - RJ (15) en dat R als sprongweerstand (waarvoor de engelse vakterm "step resistance" wordt gebruikt in de theorie van de reeds genoemde resonantie-overdrachtsschakelingen is aangegeven.

25 Thans zal de juist besproken condensator C door toe voegen van een klemmenomkeerschakelaar (vergelijk fig. 6) worden gewijzigd, die de klemmen van C tussen twee opeenvolgende pulsen van i(t) omkeert. Een dergelijke invertor kan relatief eenvoudig door vier eenvoudige schakelaars volgens 30 fig. 6 worden gerealiseerd. Het is dan voldoende, dat bijv. de met de klokfase 3 (4) bedreven schakelaars gesloten zijn en de met de klokfase 7 (8) bedreven schakelaars open zijn, terwijl de n-de impuls aankomt, wanneer n oneven is en omgekeerd wanneer n even is. De aanwezigheid van de klemmen omkeer-35 schakelaar verandert (7) niet, echter wordt (8) vervangen door %(Vi> “ -w 7906897 X ^ : - 22 -

Gebruikt men weer (9) t/m (11) en (3), (6) en (13) dan verkrijgt men U = JYR . (16)

Deze vergelijking komt overeen met de equivalente schakeling 5 van een zelfinductie met de impedantie YR, die eveneens in fig. 6 is getoond.

De schakeling van fig. 7 heeft een condensator C, die aldaar duidelijkheidshalve met CR is aangeduid, waardoor een stroom i(t) volgens de hierboven genoemde definitie 10 vloeit, en een hulpschakelaar Sll die geopend is, wanneer een impuls van i(t) aankomt en die echter CR ontlaadt in elk interval dat twee opeenvolgende impulsen scheidt. De vergelijking (7) blijft daardoor gelden, echter moet vergelijking (8) worden vervangen door 15 vb(tn) - 0 .

Gebruikt men weer (9) t/m (11) en (13), dan verkrijgt men U = JR . (17)

Deze vergelijking komt overeen met de equivalente schakeling van een weerstand R (fig. 7). Zulk een weerstand kan in een 20 filter als afsluitweerstand worden gebruikt, eventueel doordat daarachter bijvoorbeeld een spanningsvolger wordt geschakeld.

De schakeling van fig. 8 wordt van die volgens fig.7 afgeleid, doordat een ideale spanningsbron eQ(t) in serie met 25 de schakelaar $12 wordt geschakeld. Deze schakelaar is weer tijdens de tijdsperiode open, gedurende welke een impuls van i(t) aankomt, maar is geopend in de impulspauzen. Aangenomen wordt, dat tn - TQ , waarbij TQ een constante is, het tijd-moment is waarop S12 is geopend alvorens de bij het tijdstip 30 tn behorende impuls aankomt. Dan geldt de betrekking

W = βο^η - V

welke dus de vergelijking is, waardoor (8) moet worden vervangen terwijl (7) gelijk j.b-lt'ft-. Gebruikt' men weer (9) t/m (11) en (13) en e0(tn)=EQe n , dan verkrijgt men "pTo 35 U = E + JR , E = EQe 0 (18)

Deze vergelijking komt overeen met de equivalente schakeling van een spanningsbron E in serie met een weerstand R^ (fig.8).

7906897 - 23 -

Het verschil tussen E en EQ is te verwaarlozen» aangezien dit slechts overeenkomt met een eenheidsvertraging T0· Om een , spanningsbron te verkrijgen waarvan de inwendige weerstand nagenoeg de waarde nul heeft, is het in de praktijk mogelijk 5 van een spanningsvolger gebruik te maken, die tussen S12 en eQ(t) is geschakeld.

Opgemerkt wordt, dat (14) en (15) blijven gelden voor alle vier schakelingen die juist zijn besproken. De equivalente schakelingen die men verkrijgt, kunnen ook worden ge-10 bruikt voor de berekening van het in het algemeen overgedragen vermogen P. Wanneer wordt aangenomen dat p=jw , dan kan worden geschreven U = |U| eJ0C , Q = T |j| eJ/3.

Neemt men het reële deel van de overeenkomstige complexe 15 grootheden, dan verkrijgt men u(tn) = |u|cos(cj tn+ <* ) , q(tn) = T |J[ cos(co tn+/3 ). (19)

Anderzijds is de door een impuls overgedragen energie - "(‘nMV (20) waarbij van de vergelijkingen (7) en (9) gebruik is gemaakt, 20 d.w.z. van betrekkingen die in alle gevallen gelden. Vergelijkt men (19) en (20) en gebruikt men (6), dan kan doordat men het tijdgemiddelde van (20) neemt, worden ingezien dat P = Re UJ*/2 = Re U*J/2 , (21) onder de veronderstelling geldt, dat co niet een veelvoud ... , 25 vanil/2 is (vergelijk (2)).

Aangezien de vergelijking tussen (21) exact geldt voor conventionele schakelingen, leidt het ertoe, dat alle andere klassieke resultaten die van deze betrekkingen zijn afgeleid, eveneens gelden. Bijvoorbeeld is het gemiddelde ver-30 mogen dat door een weerstand R (fig. 7) wordt opgenomen, gege- o ven door jj| R/2 en is het maximale vermogen dat van een bron volgens fig. 8 kan worden afgenomen, |E| 2/SR, = |E0j 2/8R. .

De hierboven genoemde overwegingen kunnen in overeen-35 komstige toepassing van de op zichzelf uit de genoemde publicaties bekende theoretische betrekkingen ook ten grondslag 7906897 - 24 - worden gelegd aan de realisatie van de voorts besproken schakelingen, die slechts als voorbeelden voor een groot aantal mogelijke realisatieconstructies moeten worden beschouwd.

5 ------- 790 6 8 97

Claims (17)

1. Uit schakelaars, condensatoren en versterkers bestaand filter voor electrische trillingen, waarbij ten minste êên schakelaar als spanningsomkeerschakelaar is uitgevoerd, zodanig dat de spanning op de schakelaarklemmen na bediening 5 van de schakelaar qua bedrag even groot is als maar tegengesteld gericht is aan de spanning voor bediening van de schakelaar, met het kenmerk, dat de op de schakelaar-klemmen (li, 12) aanwezige spanning in een eerste klokfase (I) via een eerste versterker (VI) in een condensator (C$) 10 voorlopig wordt opgeslagen en dat in een tweede klokfase (2) via een tweede versterker (V2) deze spanning in geïnverteerde vorm weer aan de schakelaarklemmen (11, 12) wordt toegevoerd (fig. 1,3,4).

2. Filter volgens conclusie 1, m e t het 15 kenmerk, dat de spanningsomkeerschakelaar met een klem (12) in het filter op een doorgaande, op referentiepotentiaal aangelegde leiding (13) is geschakeld; dat de tweede klem (II) via een eerste schakelaar (SI) die door een eerste klokfase (1) wordt bestuurd, op de ingang van een eerste verster- 20 ker (1) met versterking +1 is aangesloten en via een tweede schakelaar (S2) die met een tweede klokfase (2) wordt bestuurd, op de uitgang van een tweede versterker (V2) met versterking +1 is geschakeld; dat van de uitgang van de eerste versterker (VI) een derde schakelaar (S3) die door de eerste klok- 25 fase (1) wordt bestuurd, naar een eerste schakelingsknooppunt (14) leidt, vanwaar af enerzijds een vierde schakelaar (S4) die door de tweede klokfase (2) wordt bestuurd, naar de op referentiepotentiaal aangesloten leiding (13) voert en anderzijds een condensator (C ) naar een tweede schakelingsknoop- w 30 punt (15) voert, dat via een vijfde schakelaar (S5) die door de eerste klokfase (1) wordt bestuurd, met referentiepotentiaal (13) is verbonden en via een zesde schakelaar ($6) die door de tweede klokfase (2) wordt bestuurd, met de ingang van de tweede versterker (V2) is verbonden (fig. 1,3,4).

3. Filter volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat voor de tweede klokfase (2) in plaats van de tweede versterker (V2) de eerste versterker (VI) wordt gebruikt, zodanig dat de tweede schakelaar ($2) van de tweede 790 68 97 - 26 - klem (11) naar de uitgang van de eerste versterker (VI) in plaats van die van de tweede versterker (V2) voert; en dat de zesde schakelaar (S6) van het tweede schakelingsknooppunt (15) naar de ingang van de eerste versterker (VI) in plaats 5 van naar die van de tweede versterker (V2) voert (fig.2,3,4).

4. Uit schakelaars, condensatoren en versterkers bestaand filter voor electrische trillingen, waarbij ten minste één schakelaar als een spanningsomkeerschakelaar is uitgevoerd, zodanig dat de spanning op de schakelaarklemmen na 10 bediening van de schakelaar qua bedrag even groot is als maar tegengesteld gericht is aan de spanning voor bediening van de schakelaar, met het kenmerk, dat in een eerste klokfase (1) de schakelaarklemmen (11, 12) op dezelfde potentiaal worden gebracht en de daarbij over deze klemmen vloei-15 ende lading in een condensator (Cs) voorlopig wordt opgeslagen; en dat de condensator (Cg) daarna in een tweede klokfase (2) wordt ontladen en deze lading in dezelfde richting als in de eerste klokfase over de schakelaarklemmen (11, 12) wordt geleid (fig. 3,4,16).

5. Filter volgens conclusie 4, m e t h e t ' kenmerk, dat de versterker als rekenversterker (V3) is uitgevoerd, waarbij van de niet-inverterende ingang (21) daarvan de eerste schakelaar (SI) die door de eerste klokfase (1) wordt bestuurd, naar de op referentiepotentiaal (13) aange-25 sloten klem (12) in plaats van de klem (11) voert; dat de tweede schakelaar (S2) die door de tweede klokfase (2) wor-idt .. . bestuurd, van de eerste klem (11) naar de niet-inverterende ingang (21) van de rekenversterker (Vg) in plaats van naar de uitgang van de versterker (VI) leidt; dat van het tweede scha-30 keiingsknooppunt (15) af de de vijfde schakelaar (S5) die door de eerste klokfase (1) wordt bestuurd naar de uitgang yan de rekenversterker (V3) in plaats van naar referentiepotentiaal (13) voert; dat van het eerste schakelingsknooppunt (14) af de derde schakelaar (S3) die door de eerste klokfase (1) wordt 35 bestuurd, naar de eerste klem (11) in plaats van naar de uitgang van de versterker (VI) voert; dat de vierde schakelaar (S4) die door de tweede klokfase (2) wordt bestuurd, naar de uitgang van de rekenversterker (V3) in plaats van naar referentiepotentiaal (13) voert; en dat voorts het eerste 40 790 6 8 97 - 27 - schakelingsknooppunt (14) met de inverterende ingang van de rekenversterker (V3) is verbonden (fig. 3,4,16).

6. Filter volgens één van de conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat voor het realiseren van 5 een zelfinductie een condensator (C) via een uit vier schakelaars (S7,S8,S9,S10) bestaand schakelaarnetwerk, dat wordt bestuurd door een derde en een zevende (3,7) of door een vierde en een achtste (4,8) klokfase, met een klemmenpaar (16,17) is verbonden, zodanig dat de beide met de derde of de vierde klok- 10 fase (3 of 4) bestuurde schakelaars (S7,S9) en de beide andere door de zevende of achtste klokfase (7 of 8) bestuurde schakelaars (S8,S10) de condensator (C) periodiek ompolen (fig.4,6).

7. Filter volgens één van de conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat voor het realiseren van 15 een weerstand (R) aan een condensator (CR) een elfde schakelaar (S11) parallel is geschakeld, die door een zesde klokfase (6) wordt bestuurd, zodanig dat deze schakelaar (S11) telkens is gesloten tussen de spanningsomkeer- resp. omlaadbewerkingen van de in deze critische lus opgenomen spanningsomkeerschake- 20 laar (Su resp. S'u ) (fig. 4,7).

8. Filter volgens een van de conclusies 1 t/m 5, met het kenmerk, dat voor het realiseren van een signaalbron (E) met inwendige weerstand (R.) een als spanningsbron (eQ(t)) werkende signaalbron via een twaalfde 25 schakelaar (S12) op een condensator (Cq) is geschakeld, waarbij deze schakelaar (S12) door een zesde klokfase (6) zodanig wordt bestuurd, dat de schakelaar is gesloten slechts in het tijdinterval tussen de tweede (2) en de eerste (1) klokfase (fig. 4,8).

9. Filter volgens ëên van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat bij combinatie van verscheidene schakelingssecties alle critische onafhankelijke Tussen slechts via spanningsomkeerschakelaars (Su) worden gesloten en dat het uitgangssignaal via een schakelaar (S15) tijdens 35 een vijfde klokfase (5) ter beschikking staat, zodanig dat deze schakelaar (S15) wordt gesloten telkens tussen de span-ningsomkeer- resp. omlaadbewerkingen van de in deze critische lus opgenomen spanningsomkeerschakelaar (Su resp. S1 ) (fig. 4,9). 40 7 9 0 6 8 9 7 - 28 -

10. Filter volgens conclusie 9, m e t het kenmerk, dat een tak (Cp, S11) die de uitgangsspanning ter beschikking stelt en die via een spanningsomkeerschakelaar ($u) met referentiepotentiaal (13) is verbonden, via een 5 dertiende schakèlaar (S13) met de daarvoor geschakelde schakel ingssectie is verbonden, waarbij deze schakelaar (S13) door de derde en de zevende klokfase (3,7) wordt bestuurd; en dat het verbindingspunt (18) tussen de, de uitgangsspan-ning ter beschikking stellende tak (CR, S11) en de spannings-10 omkeerschakelaar (Su) via een veertiende schakelaar (S14) tijdens de vijfde klokfase (5) op referentiepotentiaal (13) wordt aangesloten, waarbij de uitgangsspanning via de vijf- . tiende schakelaar(S15) tijdens de vijfde klokfase (5) ter beschikking staat (fig. 4,10).

11. Filter volgens de conclusies 1 t/m 5, m e t het kenmerk, dat voor het realiseren van een een-heidsleiding (unit element) de serieschakeling van een condensator (Cg.) en een spanni ngsomkeerschakel aar (S'u) is opgenomen in een dwarstak van een vierpool (19) met twee doorgaande 20 leidingen, waarvan één op referentiepotentiaal (13) is aangesloten; en dat de spanningsomkeerschakelaar (S' ) zes schakelaars (SI t/m S6) bevat, waarbij de eerste, derde en vijfde schakelaar (S1,S3,S5) tijdens de eerste en vijfde klokfase (1.5) gesloten zijn en waarbij de tweede, vierde en zesde 25 schakelaar (S2,S4,S6) tijdens de tweede en zesde klokfase (2.6) gesloten zijn (fig. 4,11,12). ... .

12. Filter volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat voor het realiseren van een gyrator-eenheidsleiding (unit gyro element) in de vierpoot (20) in 30 plaats van de condensator (C£) een uit een condensator (Cq) en vier schakelaars ($17,$18,S19,S20) bestaande schakeling (20') aanwezig is en dat deze schakelaars (S17 t/m S20) via voorafbepaalde klokfasen (3,4 resp. 7,8) zodanig worden geschakeld, dat de gehele schakeling (20') een periodiek be-35 diende ompool schakel aar (periodically reversed switch) vormt (fig. 4,13,14).

13. Filter volgens de conclusies 1 t/m 8 en 11 t/m 12, met het kenmerk, dat alle critische onafhankelijke lussen slechts via spanningsomkeerschakelaars 40 790 6 8 97 - 29 - (Su resp. S' ) worden gesloten (fig. 15).

14. Filter volgens conclusie 9,10 of 13, met het kenmerk, dat via een eenentwintigste schakelaar (S21) tijdens de vijfde klokfase (5) de spanning kan worden 5 afgenomen, die het gereflecteerde signaal voorstelt en op de condensator (Cg) voorkomt (fig.9, 15).

15. Filter volgens de conclusies 1 t/m 5, m e t het kenmerk, dat voor het realiseren van circulato-ren een driepoort (30) met een op referentiepotentiaal aange- 10 sloten leiding (13) en met een dwarstak die uit de sereischa-keling van een condensator (C2) en een spanningsomkeerschake-laar (Su) bestaat, die tijdens een eerste klokfase (21) en een tweede klokfase (22) wordt bediend en via een eerste schakelaar (S23) die tijdens een derde en een zesde klokfase (23, 15 26) is gesloten, met de eerste poort (31,13) is verbonden, via een tweede schakelaar (S24) die tijdens een vierde klokfase (24) is gesloten, met de tweede poort(32,13) is verbonden, en via een derde schakelaar (S25) die tijdens een vijfde klokfase (25) is gesloten, met de derde poort (33,13) is verbonden, 20 zodanig dat van deze drie schakelaars (S23,S24,S25) telkens hoogstens één gesloten is (fig. 17,18,1'9).

16. Filter volgens de conclusies 1 t/m 8, 11,12,14 en 15,met het kenmerk, dat alle critische onafhankelijke Tussen slechts via spanningsomkeerschakelaars 25 (Su, S' ) worden gesloten (fig. 20).

17. Filter volgens één van de voorafgaande conclusies, -met het kenmerk, dat het tenminste één als drie-polige schakelaar werkende, door twee verschillende klokfasen (1,2) bestuurde schakelingssectie bevat, die bij voorkeur 30 zodanig is uitgevoerd, dat de versterker als rekenversterker (V3) is uitgevoerd, waarvan de niet-inverterende ingang (+) op referentiepotentiaal (13) is aangesloten, waarvan de inverterende ingang met een derde schakelaarklem (12') en met een schakelingsknooppunt (14) is verbonden, vanwaar af de 35 condensator (Cs) naar het schakelingsknooppunt (15) voert; dat dit schakelingsknooppunt (15) via een schakelaar (S2) die door de tweede klokfase (2) wordt bestuurd, op referentiepotentiaal (13) wordt geschakeld en via een schakelaar (S3) die door de klokfase (1) wordt bestuurd, met de uitgang van 40 790 6 8 97 * ψ - 30 - de rekenversterker (V3) is verbonden, vanwaar af de vierde schakelaar (S4) die door de klokfase (2) wordt bestuurd, naar de eerste klem (11) voert, waarop via een schakelaar (SI)diedoor de klokfase (1) wordt bestuurd, de derde schakelaarklem (12') 5 is geschakeld, vanwaar af een schakelaar (S6) die door de tweede klokfase (2) wordt bestuurd, naar het referentieknoop-punt (0) van het de uitwendige schakeling vormende capaciteits-netwerk (C) voert, dat via de vijfde schakelaar (S5) die door de eerste klokfase (1) wordt bestuurd, met referentiepotenti-10 aal (13) is verbonden (fig. 4,21,22,23). 790 6 8 97