SE424684B - Elektrisk filterkrets - Google Patents

Description

TO 15 20 25 30 35 73oo7s4-6 Genom den offentliggjorde svenska patentansökningen 7512588-O är bland annat elektriska filterkretsar kända, till vilkas uppbyggnad i sig slutna ledningsslingor med enkelriktade överföringsegenskaper kan användas. Såsom ledningar kommer därvid även så kallade laddnings- förskjutningsledningar i fråga. Dylika ledningar är kända såsom kret- sar av typen “bucket brigade device" eller kretsar av typen "charge 7 coupled device". För drift av dylika kretsar erfordras taktgeneratorer, såsom även framgår av den offentliggjorde svenska patentansökningen 7512588-0. I fig. 9 i nämnda patentansökning visas en kopplingssymbol för tillkopplingen till en i sig sluten ledarslinga, vilken för klar- hets skull även visas i fig. 1 pâ bifogade.ritningar. De: enkelrikta- de överföríngsegenskaperna hos de enskilda ledningsavsnitten kommer till uttryck genom de markerade pilarna. Kopplingen har alltså tvâ I ingångar 1 och 3, och de där ankommande signalstorheterna är represen- terade såsom vågstorheter Z1 och Z3. Kopplingen har även två utgångar 2 och 4 och de där utgående signalstorheterna är likaså representerade såsom vågstorheter W2 och Wu med tillhörande pilar.

I fig. 2 på bifogade ritningar visas en möjlig realiseringsform av dylika laddningsförskjutningskretsar: vilken i och för sig redan föreslagits i en äldre tysk patentansökning 2.534.319. Denna krets kan användas såsom in- resp. utkopplingskrets för de i sig slutna led- ningsslingorna hos dylika filterkretsar av laddningsförskjutningstyp. Överföringsriktningarna för de enskilda ledningarna är likaså marke- rade genom pilar. Själva kretsen är uppbyggd såsom en korsiänkskrets, Kretsen innehåller förstärkarna K1", K2", K3" och Ku".

Genom förstärkarnas kretssymboler antyds att förstärkarna i mot- svarighet till spänningstillstândet på den intilliggande ledningen alstrar laddningar i den till ifrågavarande förstärkare direkt anslut- na ledningen. Omladdningskapacitanserna hos de enskilda laddnings- förskjutningsledningarna är likaså markerade i fig. 2 och betecknade med C1, C2 och C3. Även faskonstanten för de enskilda ledningsavsnit- ten är markerad, varvid framgår att de horisontellt löpande ledningar- na har faskonstanten b och avsnitten av de diagonalt löpande ledningar- na har faskonstanten b/2. På grund av kretsens uppbyggnad åstadkoms sålunda en signalväg från ingången 1 till utgångarna 2 och 4 samt en signalväg från ingången 3 till utgångarna 2 och U. 10 20 25 35 HO 7800784-6 3 I fig. 3 visas en ytterligare realiseringsmöjlighet för in- och utkopplingskretsar, vilken är utförd såsom en fillänk. Dylika kretsar har i och för sig redan föreslagits i en äldre tysk pa- tentansökning 2.608.582. Såsom förstärkare används därvid så kal- lade dubbelförstärkare, vilka i fig. 3 är betecknade med K1 och K2 och vilka har en gemensam ingång via den med CG betecknade omladd- ningskapacitansen samt vilkas utgångar leder till de med C1 resp.

C5 betecknade omladdningskapacitanserna hos de anslutna laddnings- förskjutningsledningarna. In- och utgångarna på W-kretsen är återigen betecknade med hänvisningsbeteckningarna 1-H och överföringsrikt- ningarna hos de enkelriktade ledningsavsnitten framgår av de marke- rade pilarna. Vid denna krets mâste man endast beakta att faskon- stanten för de i W-länkarna använda ledningarna har värdet b.

Pig. U visar en ytterligare realiseringsmöjlighet för de i fråga kommande in- och utkopplingskretsarna, vars verkningssätt i detalj är beskriven i en äldre tysk patentansökning 2.808.5ßO. Till skillnad mot fig. 3 används i kretsen enligt fig. 4 två separata förstärkare K3 och Kn, vilka vardera är inkopplade i en.sådan ledning, som vid ingången och utgången har samma omladdningskapacitans (alltså t.ex. C1 resp. Cs) Karakteristiskt för kretsarna enligt fig. 2-4 är, såsom redan förklarats i ovannämnda litteraturställens att liksom ett språng i den karakteristiska impedansen efterbildas, vars verkningssätt i och för sig är känt inom mikrovågstekniken. Av detta skäl har de enskilda anslutningsledningarna 1,2 och 3, 4 olika omladdningskapacitanser, såsom t.ex. Cs och CZ. _ _ I fig. 5 visas hur man skall gå till väga för-att en i sig sluten ledningsslinga tillsammans med in- och utkoppling liksom bildar en fyr- armig separeringskrets. Såsom in- och utkoppling används direkt den i fig. 3 visade kretsen. Den i sig slutna ledningsslingan bildas av de båda ledningarna med omladdningskapacitansen C2 och de båda led- ningsavsnitten med omladdningskapacitansen C3. De med C2 betecknade ledningarna har faskonstanten n¶WZ-b och de med C3 betecknade led- ningarna faskonstanten b. Såsom omedelbart framgår av fig. 5 är allt- så ledningsavsnitten med omladdningskapacitanserna C3 samtidigt be- ståndsdelar av den i sig slutna ledningsringen 6 och in- resp. utkopp- lingskretsen. För den relaterade frekvensen 2=fYf0=1 är den i sig slutna ledningsslingan 6 i resonans; f är därvid den löpande frekvens- variabeln och fo mittfrekvensen i det önskade passbandet. Verknings- sättet för separeringskretsen går ut på att vid resonansfrekvensen fn den totala på ingången 1 inmatade energin uppträder vid utgången 2'. 20 35 _no 7300784-6 r M Vid ökande avvikelse från resonansfrekvensen uppträder 1 ökande omfattning mera energi på utgången 2. På motsvarande sätt gäller att vid resonansfrekvensen fo den totala på ingången 1' inmatade energin uppträder på utgången 2 och vid ökande avvikelse från re- ' sonansfrekvensen uppträder i ökande omfattning mera energi på ut- gången 2'. Denna separeringsfunktion är strängt uppfylld om de i fig. S samtidigt angivna villkoren mellan omladdningskapacitanserna och förstärkningsfaktorerna uppfylls. Dylika kretsar kan i sitt elek- triska ekvivalenta schema avbildas såsom förlustfria reaktans-avgre- ningskretsar och dimensioneras i motsvarighet därtill, såsom exempel- vis visas i tidskriften NTZ (1963):6, s. 297-302.

För uppbyggnad av en av flera kretsar bestående filteranordning är det nödvändigt att kedjekoppla flera kretsar som kan komma i reso- nans enligt fig. Sf En dylik möjlighet visas i fig. 6, vars enskilda kretsdetaljer likaså är beskrivna i de ovannämnda litteraturställena; I analogi med fig. 5 är de kretsdelar som kan komma i resonans be- tecknade med 6 och 8'. Vidare framgår även de ifrågavarande in- och utkopplingskretsarna enligt fig. 3. För sammankoppling av lednings- slingorna 6 och 6' är det nödvändigt att åstadkomma en ytterligare i sig sluten ledningsslinga, vilken i fig. 6 är markerad med hänvis- níngsbeteckningen 7. Denna ledningsslingatbetecknas här såsom mellan- kopplingsslinga och bildas-tillsammans med delar (Cs, C5') av de an- gränsande in- och utkopplingarna. De för kedjekopplingen använda led- ningarna har omladdningskapacitanserna CG. Deras faskonstant uppgår till (2n-1) gffi-b. För att markera att de i olika avsnitt, som kan komma i resonans, (såsom t.ex. i 6 och 6') använda.ledningarna och förstärkarna kan dimensioneras olika är i kretsen enligt fig. 6 de mot den vänstra kretshalvan svarande omladdningskapacitanserna resp. förstärkningsfaktorerna i den högra kretshalvan försedda med ett prim- tecken. Av de samtidigt angivna villkoren för de primförsedda stor- heterna framgår omedelbart analogin med fig. 5.

Såsom de till grund för uppfinningen liggande undersökningarna har visat kan vid de ovan beskrivna kretsarna nära resonansfrekvensen för den i sig slutna mellankopplingsslingan 7 oscillationssvängningar uppträda, när t.ex. förstärkarna K1 och K1' genom tillverkningstole- ranser eller temperaturberoenden uppvisar större förstärkningsfaktorer än vad som har framgått av beräkningen. Visserligen ligger dessa sväng- ningar icke i det önskade passbandet, men de verkar ändå störande, eftersom det handlar om oscillationssvängningar, vilka även uppträder vid icke föreliggande ingångssignal. 10 20 30 35 HO 7800784-6 5 Enligt nppfinningen kan dessa störningar undanröjas genom att förstärkningsfaktorerna hos de i de ifrågavarande mellankopplings- slingorna anordnade förstärkarna (K1, K1') med avseende på beloppet är valda mindre än vad som är givet enligt sträng dimen- sionering såsom reaktans-avgreningskrets, dock icke mindre än ett.

Med förstärkningsfaktorer menas här spänningsförstärkningsfak- torer. Vid minimifallet kan förstärkningsfaktorn K1 resp. K1' antaga värdet ett, vilket betyder att dessa förstärkare kan bortfalla. Det har visat sig att det är fördelaktigt att välja förstärkningsfaktorer- na upp till cirka 15% mindre än vad som anges i sambanden enligt fig. 5 och 6: na K1 och K1' Genom den medvetna reduceringen av förstärkningsfaktorer- uppträder i filtrets passband en viss ringa distorsion i överföringskarakteristiken. Den önskade överföringskarakteristiken kan emellertid återställas genom att de övriga förstärkarna i exemplet enligt fig. 6 - alltså förstärkarna K2 och K2' - modifieras med av- seende pâ sina förstärkningsfaktorer. Dessutom kan om så erfordras även kapacitansförhållandena R, R' modifieras.

I fig. detalj.

Pig. 7 visar därvid driftsdämpningenfiaß i beroende av den norme- 7 och 8 visas verkningarna av de ovannämnda åtgärderna i rade frekvensen Z =f/fo omkring passbandsmittfrekvensen É=1. Såsom exempel har ett filter med tre kretsar valts, dvs. en kedjekoppling av tre kretsar enligt fig. 5. Pig. 8 visar dämpningsförloppet för den övre halvan av de icke önskade parasitpassbanden hos filtret vid hel- talsmultiplar (Zn 20, med 2o=1) av den önskade passbandsmittfrekvensen, varvidAZ representerar avvikelsen från 21120.

I fig. 7 och 8 åskådliggör de streckade kurvorna det teoretiska förloppet, dvs. samtidigt även det förlopp,_som erhålles, när de i fig. 5 och 6 angivna villkoren är exakt uppfyllda. De ovannämnda oscillationssvängningarna ligger därvid i omgivningen av minimumen vidazä O i fig. 8. när den ovan beskrivna reduceringen av förstärkningsfaktorerna K1, De heldragna kurvorna visar dämpningsförloppet, K1* och samtidigt korrigeringen av förstärkningsfaktorerna K2 och K2' respektive kapacitansförhâllandena R och R' utförs. är därvid tydligt upphöjda; i exemplet enligt fig. 8 cirka 10 dB och Dämpningsminimumen mera, medan passbandsdämpningen enligt fig. 7 endast ökar i ringa grad (0,02 dB), vilket saknar betydelse för den praktiska tillämp- ningen. Vid det valda exemplet reducerades därvid förstärknings- faktorerna K1 och K1' med 5% jämfört med formelvärdet enligt fig. 5 1soø7s4-6 6 och 6 och värdena för K2, K2', R och R' bibehölls oförändrade.

Tack vare den i fig. 8 âskådlíggjorda dämpningshöjningen har fa- ran med oscillationssvängningar helt undanröjts, dvs. till och med vid tillverkníngstoleranser och temperaturberoende ändringar ' av storleksordningen 5% üppträder inga oscillationssvängningar. v ...m »A

Claims (4)

7800784-6 Patentkrav

1. Elektrisk filterkrets, hos vilken till en i sig sluten ledningsslinga med faskonstanten 2n7f(n = 1, 2, kade passbandsmittfrekvensen på olika ställen minst en tillförings- ...) vid den öns- ledning och minst en ledning för uttagning av elektriska signaler är anslutna, och hos vilken den slutna ledningsslingan bestämmer den frekvensberoende överföringsfunktionen för filterkretsen, vil- ken är realiserad i integrerad halvledarteknik såsom en medelst en taktgenerator styrd laddningsförskjutningskrets av typen "bucket brigade device" eller av typen "charge coupled deviceä, varvid den karakteristiska impedansen hos den i sig slutna led- ningsslingan är vald olika jämfört med den karakteristiska impe- dansen hos tillförings- och uttagningsledningarna, och varvid dess- utom för den i sig slutna ledningsslingan in- och utkopplingar är anordnade, vilka tillsammans med en del av denna ledningsslinga och med integrerade förstärkare med förutbestämda förstärknings- faktorer är utförda såsom en kors- eller 7T-länk pà sådant sätt att ledningsslingan tillsammans med in- och utkoppling bildar en fyrarmig separeringskrets med det ekvivalenta schemat för en reak- tans-avgreningskrets, och varvid vid kedjekoppling av dylika sepa- reringskretsar förbindningsledníngar är anordnade, vilka tillsam- mans med en del av till dem angränsande ut- och inkopplingar bil- dar en ytterligare, en mellankopplingsslinga representerande, i sig sluten ledníngsslinga, vilken vid den önskade passbandsmitt- frekvensen har faskonstanten (Zn-1)fl”, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkningsfaktorerna hos de i de ifrågavarande mellankopp- lingsslingorna anordnade_förstärkarna (K1, K1') med avseende på beloppet är valda mindre än vad som är givet enligt sträng dimen- Sionering såsom reaktans-avgreningskrets, dock icke mindre än ett.

2. Filterkrets enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkningsfaktorerna (K1,- 15 % K1') är valda att vara upp till mindre än vad som är givet vid nämnda stränga dimensionering.

3. Filterkrets enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a d av att förstärkningsfaktorerna hos de övriga förstärkarna (K2, K2') är så modifierade att en förutbestämd passbandskarakte- ristik erhålles. I

4. Filterkrets enligt de föregående kraven, k ä n n e- t e c k n a d av att dessutom kretsens kapacitansförhållanden (R, R') är så modifierade att en förutbestämd passbandskarakterí- stik erhålles. _ ' ÅNFURDA PUBLIKATIONER: