DE1613383C3

DE1613383C3 - Four-pole circuit containing amplifier for transforming an electrical voltage or an electrical current

Info

Publication number: DE1613383C3
Application number: DE19671613383
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Dr. 8000 Muenchen Heinlein; Warwick Harvey M.Sc.Ph.D. Northbridge N.S.W. Holmes (Australien)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-04-21
Filing date: 1967-04-21
Publication date: 1975-10-09
Also published as: DE1613383B2; DE1613383A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärker enthaltende Vierpolschaltung zur Transformation einer gegebenenfalls einen Gleichspannungsanteil enthaltenden elektrischen Spannung und/oder eines gegebenenfalls einen Gleichstromanteil enthaltenden elektrischen Stromes mit Realisierung der Vierpolschaltung durch einen Sechspol mit drei Anschlußklemnenpaaren 1, 2, 3, bei dem das Anschlußklemmenpaar 2 den einen Anschluß der Vierpolschaltung bildet, während der andere Anschluß der Vierpolschaltung durch die Parallelschaltung der Anschlußklemmenpaare 1 und 3 gebildet wird, und der Sechspol derart aufgebaut ist, daß er von seinem hochohmigen Anschlußklemmenpaar 1 über einen Spannungs-Spannungs-Verstärker nur in Richtung zu seinem niederohmigen Anschlußklemmenpaar 2, vonThe invention relates to an amplifier containing four-pole circuit for transforming a optionally an electrical voltage containing a direct voltage component and / or one optionally an electric current containing a direct current component with the implementation of the four-pole connection a six-pole with three pairs of terminals 1, 2, 3, in which the pair of terminals 2 has one connection the four-pole connection, while the other terminal of the four-pole connection is formed by the parallel connection the terminal pairs 1 and 3 is formed, and the six-pole is constructed in such a way that it is of his high-resistance pair of terminals 1 via a voltage-voltage amplifier only in the direction of his low-resistance pair of terminals 2, of

ίο diesem über einen Strom-Spannungs-Verstärker nur zum Anschlußklemmenpaar 3 und vom Anschlußklemmenpaar 1 nur über den Spannungs-Spannungs-Verstärker und den Strom-Spannungs-Verstärker zum Anschlußklemmenpaar 3 überträgt.ίο this via a current-voltage amplifier only to terminal pair 3 and from terminal pair 1 only via the voltage-voltage amplifier and the current-voltage amplifier to the pair of terminals 3 transmits.

Die bekannteste Ausführung einer Schaltung zur Transformation ist die eines Strom- oder Spannungsformators unter Verwendung von magnetisch miteinander gekoppelten Spulen. Diese Ausführungsform hat indessen die Eigenschaft, daß sie nur Wechselspannungen bzw. Wechselströme überträgt. Dies beruht auf der j galvanischen Trennung der Primärwicklung und der. J Sekundärwicklung des Transformators. In der Praxis i tritt indes häufig noch die Forderung auf, auch Gleichspannungs- bzw. Gleichstromanteile mit zu übertragen. J Ein anderes Problem der Transformation elektrischer Spannungen bzw. Ströme ist das der Ausführung der Schaltung in der sogenannten integrierten Bauwei- ; se, die Übertrager mit Spulen und magnetischem Kreis praktisch nicht zuläßt. Die integrierte Bauweise gliedert sich in sehr unterschiedliche Ausführungsarten. Die nennenswertesten lassen sich durch mechanischkonstruktive Bauvorschriften klassifizieren, die beispielsweise als Mikromodultechnik, Dünnfilmtechnik, Halbleiterschaltkreistechnik oder Mischformen dieser Techniken bekannt sind.The best-known version of a circuit for transformation is that of a current or voltage transformer using coils magnetically coupled to one another. This embodiment has however, the property that it only transmits alternating voltages or alternating currents. This is based on the j galvanic separation of the primary winding and the. J secondary winding of the transformer. In practice i however, there is often the requirement to also transmit direct voltage or direct current components. J Another problem with transforming electrical voltages or currents is that of execution the circuit in the so-called integrated construction; se, the transformer with coils and magnetic circuit practically does not allow. The integrated construction is structured come in very different designs. The most noteworthy can be classified by mechanical and constructive building codes, for example as micromodule technology, thin film technology, semiconductor circuit technology or mixed forms of these Techniques are known.

Im Hauptpatent wurde eine Transformationsschaltung der einleitend geschilderten Art angegeben, mittels der es gerade für die erwähnten mechanisch-konstruk- : tiven Bauvorschriften der integrierten Schaltungsbauweise möglich ist, eine elektrische Spannung und/oder einen elektrischen Strom in seinem Amplitudenwert zu verändern, also zu transformieren. Bei gleichem Ein- | gangsstrom und Ausgangsstrom können nur die Ausgangsspannung bzw. bei gleichen Spannungen im Eingang und Ausgang unterschiedliche Ströme im Eingang und Ausgang oder sowohl die Spannungen im Eingang und Ausgang als auch die Ströme verschiedene Werte haben.
Die Transformationsschaltung nach der Hauptpa- j tentanmeldung enthält verschiedene Realisierungsmög- j lichkeiten eines Sechspols und vorzugsweise auch eines j Impedanzwandlers sowie Ausführungsbeispiele für die j Anwendung dieser Transformationsschaltung als j Transformator. \ In the main patent, a transformation circuit of the type described in the introduction was specified, by means of which it is possible to change an electrical voltage and / or an electrical current in its amplitude value, i.e. to transform it, especially for the mentioned mechanical-constructive building regulations of the integrated circuit design. With the same input | The input current and output current can only have the output voltage or, with the same voltages in the input and output, different currents in the input and output, or both the voltages in the input and output and the currents can have different values.
The transformation circuit according to the main patent application contains various possibilities for realizing a six-pole and preferably also an impedance converter, as well as exemplary embodiments for the use of this transformation circuit as a transformer. \

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- :The object on which the invention is based is:

steht darin, mit dieser Transformationsschaltung einen jis to use this transformation circuit to create a j

Negativ-Impedanz-Konverter zu realisieren. ^! Realize negative impedance converter. ^!

Ausgehend von einer Transformationsschaltung der \ Based on a transformation circuit of the \

einleitend geschilderten Art wird diese Aufgabe erfin-In the way described in the introduction, this task is invented

dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Übertragungsphasenwinkel des Sechspols vom ersten Anschlußklemmenpaar zum zweiten Anschlußklemmenpaar und vom zweiten Anschlußklemmenpaar zum dritten Anschlußklemmenpaar, sowie der Übertragungsphasenwinkel des Impedanzwandlers so gewählt sind, daß das Produkt aus dem Stromübersetzungsverhältnis n/und dem Spannungsübersetzungsverhältnis nu negativ ist.duly solved in that the transmission phase angle of the six-pole from the first pair of terminals to the second pair of terminals and from the second pair of terminals to the third pair of terminals, as well as the transmission phase angle of the impedance converter are chosen so that the product of the current transformation ratio n / and the voltage transformation ratio nu is negative.

Zur Festlegung des Vorzeichens dieses Produkts istTo determine the sign of this product is

definiert (s. F i g. 2), daß der Eingangsstrom JX positiv ist, wenn er zu einer ersten Klemme A eines Eingangsklemmenpaares I hinein und aus einer zweiten Klemme B des Eingangsklemmenpaares I hinausfließt, daß die Eingangsspannung UX positiv ist, wenn die erste Klemme A positiv gegenüber der zweiten Klemme B ist, daß der Ausgangsstrom /2 positiv ist, wenn er zu einer ersten Klemme C eines Ausgangsklemmenpaares II hinein und aus einer zweiten Klemme D des Ausgangsklemmenpaares II hinausfließt, daß die Ausgangsspannung Ul positiv ist, wenn die erste Klemme C positiv gegenüber der zweiten Klemme D ist, daß ni = — /2//1 und daß nu = UMlJl ist.defines (see Fig. 2) that the input current JX is positive when it flows into a first terminal A of an input terminal pair I and out of a second terminal B of the input terminal pair I, that the input voltage UX is positive when the first Terminal A positive compared to the second terminal B is that the output current / 2 is positive when it flows into a first terminal C of an output terminal pair II and out of a second terminal D of the output terminal pair II, that the output voltage Ul is positive when the first Terminal C is positive compared to the second terminal D , that ni = - / 2 // 1 and that nu = UMlJl .

Ausgehend von dieser Definition ist es selbstverständlich, daß bei der Ausführung dieser Transformationsschaltung als Transformator das Produkt aus dem Stromübersetzungsverhältnis ni und dem Spannungsübersetzungsverhältnis nu positiv sein muß. Based on this definition, it goes without saying that when this transformation circuit is implemented as a transformer, the product of the current transformation ratio ni and the voltage transformation ratio nu must be positive.

Vorteilhaft ist es, wenn bei der Parallelschaltung der Anschlußklemmenpaare 1 und 3 des Sechspols in die Zuleitung zum Anschlußklemmenpaar 3 ein Impedanzwandler eingefügt wird, der an der Parallelschaltungsstelle die Anschlußimpedanz des Anschlußklemmenpaares 3 hochohmig gestaltet.It is advantageous if in the parallel connection of the terminal pairs 1 and 3 of the six-pole in the Lead to the pair of terminals 3 an impedance converter is inserted, which at the point of parallel connection, the connection impedance of the pair of terminals 3 designed with high resistance.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die sich als besonders vorteilhafte Lösungsmöglichkeiten für die Realisierung des Erfindungsgegenstandes erwiesen haben.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments which prove to be special have proven advantageous possible solutions for realizing the subject matter of the invention.

In der F i g. 1 ist ein Blockschaltbild gezeigt, das den Sechspol nach dem Hauptpatent in der Anwendung als allgemeine Transformationsschaltung wiedergibt. Der Sechspol 5 hat drei Anschlußklemmenpaare 1, 2, 3. Für diese Anschlußklemmenpaare sollen folgende Bedingungen gelten:In FIG. 1 is a block diagram shown that the six-pole according to the main patent in the application as general transformation circuit reproduces. The six-pole 5 has three pairs of terminals 1, 2, 3. For these terminal pairs should be subject to the following conditions:

a) Der Sechspol soll vom Anschlußklemmenpaar 1 in Richtung auf das Anschlußklemmenpaar 2 übertragen. a) The six-pole should transmit from terminal pair 1 in the direction of terminal pair 2.

b) Der Sechspol soll in Richtung zum Anschlußklemmenpaar 2 zum Anschlußklemmenpaar 3 übertragen. b) The six-pole should transmit in the direction of the pair of terminals 2 to the pair of terminals 3.

c) Der Sechspol soll nur mittelbar zum Anschlußklemmenpaar 1 über das Anschlußklemmenpaar 2 zum Anschlußklemmenpaar 3 übertragen. Es soll keine Übertragung vom Anschlußklemmenpaar 2 in Richtung zum Anschlußklemmenpaar 1, vom Anschlußklemmenpaar 3 in Richtung auf das Anschlußklemmenpaar 1 und vom Anschlußklemmenpaar 3 in Richtung auf das Anschlußklemmenpaar 2 gegeben sein.c) The six-pole should only be indirectly connected to the pair of terminals 1 via the pair of terminals 2 to the pair of terminals 3. There should be no transmission from terminal pair 2 in the direction of the pair of terminals 1, from the pair of terminals 3 in the direction of the pair of terminals 1 and from the pair of terminals 3 in the direction of the pair of terminals 2.

d) Das Anschlußklemmenpaar 1 soll eine möglichst hohe Eingangsimpedanz aufweisen, während das Anschlußklemmenpaar 2 eine demgegenüber niederohmige Eingangs- bzw. Ausgangsimpedanz haben soll. Die Ausgangsimpedanz des Anschlußklemmenpaares 3 ist gegenüber den Anschlußklemmenpaaren 1 und 2 an sich beliebig. Der Sechspol S arbeitet demzufolge vom Anschlußklemmenpaar 1 in Richtung zum Anschlußklemmenpaar 2 als Spannungs-Spannungsverstärker und vom Anschlußklemmenpaar 2 in Richtung zum Anschlußklemmenpaar 3 als Strom-Spannungsverstärker oder Strom-Stromverstärker.d) The pair of terminals 1 should have the highest possible input impedance, while the Terminal pair 2, in contrast, has a low-resistance input or output impedance should have. The output impedance of the terminal pair 3 is opposite to the terminal pairs 1 and 2 are arbitrary. The six-pole S therefore works from the pair of terminals 1 in the direction of the pair of terminals 2 as a voltage-voltage amplifier and from the pair of terminals 2 in the direction of the pair of terminals 3 as a current-voltage amplifier or current-current amplifier.

Das Eingangsklemmenpaar I der allgemeinen Transformationsschaltung ist vom Anschlußklemmenpaar 2 des Sechspols 5 und das Ausgangsklemmenpaar II ist von der Parallelschaltung der Anschlußklemmenpaare t und 3 des Sechspols 5 gebildet. Diese Parallelschaltung erfordert, daß im Parallelschaltungspunkt P sowohl die Impedanz aus dem Anschlußklemmenpaar 1 als auch die Impedanz aus dem Anschlußklemmenpaar 3 möglichst hochohmig sind. Die Wertfestlegung hochohmig bzw. niederohmig im Sinn der vorstehenden Ausführungen bezieht sich dabei jeweils auf den an I bzw. II angeschalteten Lastwiderstand bzw. den dort anliegenden Generatorinnenwiderstand. Um diese Bedingungen mit Sicherheit an der Stelle P auch für die Impedanz aus dem Anschlußklemmenpaar 3 sicherzustellen, ist es von Vorteil, wenn in die Zuleitung zum Anschlußklemmenpaar 3 ein Impedanzwandler/eingeschaltet wird, der bezogen auf sein in P überführendes Anschlußklemmenpaar und die an II angeschaltete äußere Impedanz der allgemeinen Transformationsschaltung einen hochohmigen Ausgangswiderstand hat. Es ist dann weitgehende Freiheit dahingehend gegeben, ob nun der Übertragungsweg von 2 nach 3 im Sechspol S als Strom-Spannungsverstärker oder als Strom-Stromverstärker ausgebildet ist. Das bedeutet, daß im Falle einer ausreichend hochohmigen Ausgangsimpedanz in 3 der Impedanzwandler / an sich nicht unbedingt erforderlich ist.The input terminal pair I of the general transformation circuit is formed by the terminal pair 2 of the six-pole 5 and the output terminal pair II is formed by the parallel connection of the terminal pairs t and 3 of the six-pole 5. This parallel connection requires that at the parallel connection point P both the impedance from the terminal pair 1 and the impedance from the terminal pair 3 are as high-resistance as possible. The definition of high or low resistance in the sense of the above statements refers to the load resistance connected to I or II or the internal generator resistance applied there. In order to ensure these conditions with certainty at the point P also for the impedance from the pair of terminals 3, it is advantageous if an impedance converter is switched on in the supply line to the pair of terminals 3, which is based on its pair of terminals converting to P and the one connected to II external impedance of the general transformation circuit has a high output resistance. There is then extensive freedom as to whether the transmission path from 2 to 3 in the six-pole S is designed as a current-voltage amplifier or as a current-current amplifier. This means that in the case of a sufficiently high output impedance in FIG. 3, the impedance converter / per se is not absolutely necessary.

In der F i g. 2 ist ein Vierpol VP mit dem Eingangsklemmenpaar I und dem Ausgangsklemmenpaar II dargestellt, der eine schematische Darstellung der in der F i g. 1 gezeigten allgemeinen Transformationsschaltung mit den gleichartig bezeichneten Klemmenpaaren ist. Das Eingangsklemmenpaar I ist mit A und B, das Ausgangsklemmenpaar II mit Cund D bezeichnet. Der Eingangsstrom JX tritt durch die Klemme A in den Vierpol VP ein und durch die Klemme ßaus dem Vierpol VP aus, während der Ausgangsstrom Jl durch die Klemme C in den Vierpol VP ein und durch die Klemme D aus dem Vierpol VP austritt. Die Eingangsspannung UX ist von der Klemme A zur Klemme B und die Ausgangsspannung Ul von der Klemme C zur Klemme D gerichtet.In FIG. 2 shows a four-pole VP with the input terminal pair I and the output terminal pair II, which is a schematic representation of the FIG. 1 is shown with the similarly labeled pairs of terminals. The input terminal pair I is designated with A and B, the output terminal pair II with C and D. The input current JX enters the four-pole VP through the terminal A and exits the four-pole VP through the terminal β, while the output current Jl enters the four-pole VP through the terminal C and exits the four-pole VP through the terminal D. The input voltage UX is directed from terminal A to terminal B and the output voltage Ul from terminal C to terminal D.

Wird der Vierpol VP mit einer gestrichelt dargestellten Abschlußimpedanz ZL am Ausgangsklemmenpaar II abgeschlossen, so ist der Wert der Abschlußimpedanz durch das Verhältnis der Ausgangsspannung Ul zum negativ genommenen Ausgangsstrom -Jl festgelegt. Am Eingangsklemmenpaar I wird eine Eingangsimpedanz ZE gemessen, wie es in der F i g. 2 angedeutet ist. Die Eingangsimpedanz Z£Tist durch das Verhältnis der Eingangsspannung U\ zum Eingangsstrom JX gegeben. Der Vierpol VP ist eine Transformationsschaltung, die den Wert der Abschlußimpedanz ZL in den Wert der Eingangsimpedanz ZE transformiert. Entsprechend transformiert der Vierpol VP auch eine am Eingangsklemmenpaar I anliegende Abschlußimpedanz. If the quadrupole VP is terminated with a terminating impedance ZL shown in dashed lines at the output terminal pair II, the value of the terminating impedance is determined by the ratio of the output voltage Ul to the negative output current -Jl. An input impedance ZE is measured at the input terminal pair I, as shown in FIG. 2 is indicated. The input impedance Z £ T is given by the ratio of the input voltage U \ to the input current JX . The quadrupole VP is a transformation circuit which transforms the value of the terminating impedance ZL into the value of the input impedance ZE . Correspondingly, the quadrupole VP also transforms a terminating impedance applied to the pair of input terminals I.

Ein Negativ-Impedanz-Konverter ist dadurch charakterisiert, daß eine Abschlußimpedanz ZL, die am Ausgangsklemmenpaar II angeschlossen ist, in eine Eingangsimpedanz ZE transformiert wird, die der Abschlußimpedanz ZL direkt proportional ist, jedoch das umgekehrte Vorzeichen wie die Ausgangsabschlußimpedanz ZL hat. Das Spannungsübersetzungsverhältnis nu = UMUl muß also stets das entgegengesetzte Vorzeichen haben wie das Stromübersetzungsverhältnis ni = -JlIJX. Das Produkt aus dem Spannungsübersetzungsverhältnis nu und dem Stromübersetzungsverhältnis ni hat also in jedem Falle ein negatives Vorzeichen. A negative impedance converter is characterized in that a terminating impedance ZL, which is connected to the output terminal pair II is transformed into an input impedance ZE, which is the terminating impedance ZL directly proportional, but has the opposite sign as the output terminating impedance ZL. The voltage transformation ratio nu = UMUl must therefore always have the opposite sign to the current transformation ratio ni = -JlIJX. The product of the voltage transformation ratio nu and the current transformation ratio ni therefore always has a negative sign.

Die Transformationsschaltung nach der F i g. 1 kann so ausgebildet sein, daß sie wie ein Negativ-Impedanz-Konverter wirkt.The transformation circuit according to FIG. 1 can be designed to work like a negative impedance converter works.

Die F i g. 3 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Negativ-Impedanz-Konverters. Die drei Anschlußklemmenpaare 1, 2, 3, das Eingangsklemmenpaar I und das Ausgangsklemmenpaar II der Sechspole stimmen dabei mit den Anschlußklemmenpaaren 1, 2, 3, dem Eingangsklemmenpaar I und dem Ausgangsklemmenpaar II des Sechspols S nach der F i g. 1 überein.The F i g. 3 to 5 show exemplary embodiments of the negative impedance converter according to the invention. The three terminal pairs 1, 2, 3, the input terminal pair I and the output terminal pair II of the six-pole match with the terminal pairs 1, 2, 3, the input terminal pair I and the output terminal pair II of the six-pole S according to FIG. 1 match.

Die F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Negativ-Impedanz-Konverters. Die Anordnung besteht aus einem Sechspol 5 und einem Impedanzwandler /, die gestrichelt umrahmt sind und entspricht der schematischen Darstellung nach der Fig. 1.The F i g. 3 shows an embodiment of the negative impedance converter according to the invention. the Arrangement consists of a six-pole 5 and an impedance converter /, which are framed by dashed lines and corresponds to the schematic representation according to FIG. 1.

Der Sechspol 5enthält einen Transistor 7Ί, in dessen Kollektorzuleitung ein Arbeitswiderstand Ri liegt. In die Emitterzuleitung dieses Transistors ist eine Gleichstromquelle Qi eingeschaltet, die einen konstanten Emitterstrom für den Transistor 71 liefert und in an sich bekannter Weise durch einen oder mehrere Transistoren realisiert werden kann. Das Anschlußklemmenpaar 2, das mit dem Eingangsklemmenpaar I identisch ist, ist aus einer Verbindung mit der Emitterzuleitung des Transistors 71 und dem Bezugspotential, das Anschlußklemmenpaar 3 ist aus einer Verbindung mit der Koilektorzuleitung des Transistors 71 und dem Bezugspotential und das Anschlußklemmenpaar 1 ist aus einer Verbindung mit der Basiszuleitung des Transistors 72 und dem Bezugspotential gebildet. Der Transistor 72 arbeitet als Emitterfolger mit einem Widerstand Rl in der Emitterzuleitung. Zwischen dem Ausgang des Emitterfolgers 72 und der Basiszuleitung des Transistors 71 ist ein Widerstand R3 und zwischen der Basiszuleitung des Transistors 71 und einer Versorgungsspannung /V — ist ein Widerstand R4 geschaltet. Die beiden Widerstände A3 und R4 bilden einen Spannungsteiler. The six-pole 5 contains a transistor 7Ί, in the collector lead of which there is a working resistance Ri . A direct current source Qi is connected into the emitter lead of this transistor, which supplies a constant emitter current for the transistor 71 and can be implemented in a manner known per se by one or more transistors. Terminal pair 2, which is identical to input terminal pair I, is connected to the emitter lead of transistor 71 and the reference potential, terminal pair 3 is connected to the coil lead of transistor 71 and the reference potential, and terminal pair 1 is connected formed with the base lead of the transistor 72 and the reference potential. The transistor 72 works as an emitter follower with a resistor Rl in the emitter lead. A resistor R3 is connected between the output of the emitter follower 72 and the base lead of the transistor 71 and a resistor R4 is connected between the base lead of the transistor 71 and a supply voltage / V -. The two resistors A3 and R4 form a voltage divider.

In dieser und in den folgenden Figuren sind Versorgungsspannungen, die wechselstrommäßig sehr niederohmig sind, mit N+, wenn sie positiv sind, und mit N—, wenn sie negativ sind, bezeichnet.In this and in the following figures, supply voltages which have very low resistance in terms of alternating current are denoted by N + when they are positive and N- when they are negative.

Der Impedanzwandler /enthält einen Transistor 73, der als Emitterverstärker arbeitet und in dessen Emitterzuleitung ein Widerstand R5 liegt. In der Kollektorzuleitung dieses Transistors 73 liegt eine Gleichstromquelle Ql, die den konstanten Kollektorgleichstrom für den Transistor 73 liefert. Das Eingangsklemmenpaar des Impedanzwandlers / ist aus der Basiszuleitung des Transistors 73 und dem Bezugspotential gebildet und mit dem Anschlußklemmenpaar 3 des Sechspols 5 verbunden. Das Ausgangsklemmenpaar des Impedanzwandlers J ist aus einer elektrischen Verbindung mit der Koilektorzuleitung des Transistors 73 und dem Bezugspotential gebildet und ist mit dem Anschlußklemmenpaar 1 des Sechspols S, das gleichzeitig das Ausgangsklemmenpaar II der Transformationsschaltung darstellt, verbunden.The impedance converter / contains a transistor 73 which works as an emitter amplifier and in whose emitter lead a resistor R5 is located. In the collector lead of this transistor 73 there is a direct current source Q1 which supplies the constant collector direct current for the transistor 73. The pair of input terminals of the impedance converter / is formed from the base lead of the transistor 73 and the reference potential and is connected to the pair of terminals 3 of the six-pole 5. The output terminal pair of the impedance converter J is formed from an electrical connection with the coil line of the transistor 73 and the reference potential and is connected to the connection terminal pair 1 of the six-pole S, which also represents the output terminal pair II of the transformation circuit.

Die Wirkungsweise des Negativ-Impedanz-Konverters nach der F i g. 3 ist folgende. Ein durch die nicht geerdete Klemme des Eingangsklemmenpaares I eintretender positiver Strom Ji durchfließt den Transistor 71, tritt als Kollektorstrom in praktisch gleicher Größe aus dem Transistor 71 aus und durchfließt den Arbeitswiderstand Ri in der Koilektorzuleitung. An diesem tritt daher eine Spannungserhöhung auf, die gleichzeitig eine Spannungserhöhung am Emitter des Transistors 73 zur Folge hat. Infolge dieser Spannungserhöhung tritt in den Kollektor des Transistors 73 ein zusätzlicher positiver Strom ein, der wegen der wechselstrommäßigen Hochohmigkeit der Spannungsquelle Ql und des Eingangswiderstands des Transistors 72 als positiver Strom β in die nicht geerdete Klemme des Ausgangsklemmenpaares II eintritt. Ein an diesem Eingangsklemmenpaar angeschlossener Lastwiderstand ZL wird von diesem positiven Strom /2 durchflossen und hat eine negative Spannung Ul zur Folge. Diese negative Spannung Ul ist die Eingangsspannung an der Basiszuleitung des Emitterfolgers 72. Die Ausgangsspannung des Emitterfolgers 72 wird durch den Spannungsteiler R3, R4 geteilt und der Basis und damit dem Emitter des Transistors 71 mitgeteilt. Aus diesem Grunde ist auch die Spannung Ui am Eingangsklemmenpaar I negativ. Dies bedeutet, daß bei Abschluß des Ausgangsklemmenpaares II mit einem positiven Widerstand der am Eingangsklemmenpaar I gemessene Eingangswiderstand negativ ist. Dies ist aber das Kriterium für die Wirkungsweise der Transformationsschaltung als Negativ-Impedanz-Konverter. The mode of operation of the negative impedance converter according to FIG. 3 is the following. A positive current Ji entering through the ungrounded terminal of the input terminal pair I flows through the transistor 71, emerges as a collector current of practically the same size from the transistor 71 and flows through the working resistance Ri in the coil feed line. An increase in voltage therefore occurs at this, which at the same time results in an increase in voltage at the emitter of transistor 73. As a result of this increase in voltage, an additional positive current enters the collector of transistor 73 and enters the ungrounded terminal of output terminal pair II as a positive current β due to the high AC resistance of voltage source Ql and the input resistance of transistor 72. A load resistor ZL connected to this pair of input terminals has this positive current / 2 flowing through it and results in a negative voltage Ul . This negative voltage U1 is the input voltage at the base lead of the emitter follower 72. The output voltage of the emitter follower 72 is divided by the voltage divider R3, R4 and communicated to the base and thus to the emitter of the transistor 71. For this reason, the voltage Ui at the input terminal pair I is also negative. This means that when output terminal pair II is terminated with a positive resistance, the input resistance measured at input terminal pair I is negative. However, this is the criterion for the mode of operation of the transformation circuit as a negative impedance converter.

In der Fig.4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Negativ-Impedanz-Konverters dargestellt.Another exemplary embodiment is shown in FIG of the negative impedance converter according to the invention shown.

Die Ausführung des Sechspols S unterscheidet sich von der Ausführung des Sechspols S nach der F i g. 3 dadurch, daß der Transistor 72 als Emitterverstärker und nicht als Emitterfolger betrieben wird. Dementsprechend hat der Transistor 72 in seiner Koilektorzuleitung einen Widerstand Rl'. Weiter ist der aus den Widerständen RS und R4 bestehende Spannungsteiler an der Koilektorzuleitung und nicht an der Emitterzuleitung des Transistors 72 angeschlossen. Diese Änderung hat zur Folge, daß das Spannungsübertragungsverhältnis vom Anschlußklemmenpaar 1 zum Anschlußklemmenpaar 2 in der Phase gegenüber der Spannungsübersetzung vom Anschlußklemmenpaar 1 zum Anschlußklemmenpaar 2 des Sechspols 5 nach der F i g. 3 um 180° gedreht ist.The design of the six-pole S differs from the design of the six-pole S according to FIG. 3 in that the transistor 72 is operated as an emitter amplifier and not as an emitter follower. Accordingly, the transistor 72 has a resistor Rl 'in its coil lead. Furthermore, the voltage divider consisting of resistors RS and R4 is connected to the coil lead and not to the emitter lead of transistor 72. This change has the consequence that the voltage transmission ratio from the pair of terminals 1 to the pair of terminals 2 in the phase opposite to the voltage translation from the pair of terminals 1 to the pair of terminals 2 of the six-pole 5 according to FIG. 3 is rotated by 180 °.

Der Impedanzwandler / in der F i g. 4 unterscheidet sich von dem Impedanzwandler / des Ausführungsbeispiels nach der F i g. 3 dadurch, daß der Transistor 73 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist und daß der Ausgangsstrom Jl von der Emitterzuleitung anstatt von der Koilektorzuleitung des Transistors 73 abgenommen wird. Der in der Emitterzuleitung liegende Arbeitswiderstand des Transistors 73 ist mit RS' bezeichnet. Um den Ausgangswiderstand des Transistors 73 von der Parallelschaltungsstelle P aus betrachtet hochohmig zu gestalten, ist zwischen dem Parallelschaltungspunkt P und dem Arbeitswiderstand R5' ein Transistor 74 in Basisschaltung derart eingefügt, daß seine Emitterzuleitung mit dem Widerstand R5' und seine Koilektorzuleitung mit dem Parallelschaltungspunkt P verbunden ist. Die Basiszuleitung des Transistors 74 ist mit einer wechselstrommäßig auf Massepotential liegenden Versorgungsspannung N"— verbunden. Stimmt der Arbeitswiderstand R5' in seinem Wert mit dem Arbeitswiderstand /?5 in der Ausführung nach der F i g. 3 überein, so bedeuten diese Änderungen, daß der Ausgangsstrom /2 der Schaltung nach der F i g. 4 um 180° gegenüber der Schaltung nach der F i g. 3 gedreht ist. Da aber die Spannungsübersetzung vom Anschlußklemmenpaar 1 zum Anschlußklemmenpaar 2 in der Ausführung nach der Fig.4 auch um 180° gegenüber der Ausführung nach der F i g. 3 gedreht ist, haben die Änderungen im Sechspol 5 und im Impedanzwandler / zur Folge, daß das Vorzeichen des am Eingangsklemmenpaar I gemessenen Eingangswiderstands ne-The impedance converter in FIG. 4 differs from the impedance converter / the exemplary embodiment according to FIG. 3 in that the transistor 73 is of the opposite conductivity type and in that the output current Jl is taken from the emitter lead instead of the coil lead of transistor 73. The working resistance of the transistor 73 lying in the emitter lead is denoted by RS ' . To make considered high impedance to the output resistance of the transistor 73 by the parallel connection point P of is 'inserted a transistor 74 in common base circuit in such a way that its emitter lead connected to the resistor R5' between the parallel connection point P and the load resistor R5 and its Koilektorzuleitung with the parallel connection point P connected is. The base lead of transistor 74 is connected to an alternating current at ground potential supply voltage N "-.? Connected Does the load resistor R5 5 g 'in its value with the working resistance / in the embodiment according to F i 3 correspond, these changes mean that. the output current / 2 of the circuit according to Fig. 4 is rotated by 180 ° with respect to the circuit according to Fig. 3. However, since the voltage translation from connection terminal pair 1 to connection terminal pair 2 in the embodiment according to Fig. 4 is also 180 ° ° is rotated compared to the version according to FIG. 3, the changes in the six-pole 5 and in the impedance converter / have the consequence that the sign of the input resistance measured at the input terminal pair I is

gativ ist, wenn am Ausgangsklemmenpaar II ein positiver Lastwiderstand angeschlossen ist.It is negative if a positive load resistor is connected to output terminal pair II.

Die F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Negativ-Impedanz-Konverters, der ebenfalls aus einem Sechspol 5und einem Impedanzwandler / besteht. Die Transformationsschaltung nach der F i g. 5 unterscheidet sich von derjenigen nach der F i g. 3 dadurch, daß im Sechspol S zwischen dem Anzapfungspunkt des aus den Widerständen R3 und /?4 gebildeten Spannungsteilers und der Basiszuleitung des Transistors 71 ein Differenzverstärker DV zwischengeschaltet ist, dessen zweite Eingangsklemme mit dem nicht geerdeten Anschluß des Anschlußklemmenpaares 2, d. h. mit der Emitterzuleitung des Transistors 71, verbunden ist.The F i g. 5 shows a further embodiment of the negative impedance converter according to the invention, which also consists of a six-pole 5 and an impedance converter /. The transformation circuit according to FIG. 5 differs from that according to FIG. 3 in that in the six-pole S between the tap point of the voltage divider formed by the resistors R3 and /? 4 and the base lead of the transistor 71, a differential amplifier DV is connected, the second input terminal of which is connected to the ungrounded connection of the pair of terminals 2, that is to the emitter lead of the Transistor 71, is connected.

Die Einfügung des in der F i g. 5 gezeichneten Differenzverstärkers DVändert an den Phasenverhältnissen der Spannungen U\ und Ul sowie der Ströme JX und /2 an dem Eingangsklemmenpaar I bzw. dem Ausgangsklemmenpaar Il gegenüber der Transformationsschaltung nach der F i g. 3 nichts. Die Einfügung hat lediglich den Zweck, daß der Eingangswiderstand, der bei Kurzschluß des Ausgangsklemmenpaares II am Anschlußklemmenpaar I gemessen wird, hinreichend niederohmig zu gestalten, weil dieser Eingangswiderstand im wesentlichen als Verlustwiderstand wirkt. Die Herabsetzung dieses Eingangswiderstandes, der in der Transformationsschaltung der F i g. 3 praktisch mit dem Emitterbasiswiderstand des Transistors 71 übereinstimmt, und bei einem Emittergleichstrom von 1 mA bei Zimmertemperatur ungefähr 25 Ω beträgt, wird auf folgende Weise durch die Wirkung des Differenzverstärkers D V herabgesetzt.The insertion of the in FIG. 5 drawn differential amplifier DV changes in the phase relationships of the voltages U \ and Ul and the currents JX and / 2 at the input terminal pair I and the output terminal pair II compared to the transformation circuit according to FIG. 3 nothing. The only purpose of the insertion is to make the input resistance, which is measured when the output terminal pair II at the connection terminal pair I short-circuit, sufficiently low, because this input resistance essentially acts as a loss resistance. The reduction of this input resistance, which occurs in the transformation circuit of FIG. 3 practically coincides with the emitter base resistance of the transistor 71 and is approximately 25 Ω when the direct emitter current is 1 mA at room temperature, is reduced in the following manner by the action of the differential amplifier DV .

Ein am Eingangsklemmenpaar I eintretender Strom Ji hat normalerweise zur Folge, daß die Spannung am Emitter des Transistors 71 um einen Betrag steigt, der praktisch gleich dem Spannungsabfall des Stromes Ji an dem Basisemitterwiderstand des Transistors 71 ist. Diese Spannungserhöhung steuert den Differenzverstärker DV aus, der als Ausgangssignal eine Ausgangsspannung umgekehrter Polarität an die Basiszuleitung des Transistors 71 liefert, wodurch die Erhöhung der Eingangsspannung am Eingangsklemmenpaar I praktisch kompensiert wird.A current Ji entering the pair of input terminals I normally causes the voltage at the emitter of the transistor 71 to rise by an amount which is practically equal to the voltage drop of the current Ji at the base-emitter resistor of the transistor 71. This voltage increase controls the differential amplifier DV , which supplies an output voltage of opposite polarity as an output signal to the base lead of the transistor 71, whereby the increase in the input voltage at the input terminal pair I is practically compensated.

Der Differenzverstärker DV in der F i g. 5 besteht aus einem zweistufigen Transistorverstärker. Die erste Stufe ist aus einer Differenzstufe mit zwei komplementären Transistoren 75 und 76 gebildet und hat nur einen Arbeitswiderstand R6 in der Kollektorzuleitung des Transistors 75. Die Ausgangsspannung dieser Differenzverstärkerstufe wird an der Kollektorzuleitung des Transistors 75 abgenommen und der Basiszuleitung des Transistors 77 zugeführt, der als Emitterverstärker arbeitet und die zweite Stufe des DifferenzverstärkersThe differential amplifier DV in FIG. 5 consists of a two-stage transistor amplifier. The first stage is formed from a differential stage with two complementary transistors 75 and 76 and has only one working resistor R6 in the collector lead of the transistor 75. The output voltage of this differential amplifier stage is taken from the collector lead of the transistor 75 and fed to the base lead of the transistor 77, which as Emitter amplifier works and the second stage of the differential amplifier

ίο DV darstellt. In der Kollektorzuleitung dieses Transistors 77 liegt ein Arbeitswiderstand R7. ίο DV represents. A working resistor R7 is located in the collector lead of this transistor 77.

Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers DV ist an der Kollektorzuleitung des Transistors 77 abgenommen und der Basiszuleitung des Transistors 71 zugeführt. Die zweite Eingangsklemme der Differenzverstärkerstufe, die aus den Transistoren 75 und 76 gebildet ist, besteht aus der Basiszuleitung des Transistors 76, der mit der Emitterzuleitung des Transistors 71 verbunden ist.The output voltage of the differential amplifier DV is taken from the collector lead of the transistor 77 and fed to the base lead of the transistor 71. The second input terminal of the differential amplifier stage, which is formed from transistors 75 and 76, consists of the base lead of transistor 76, which is connected to the emitter lead of transistor 71.

Der Differenzverstärker DV hat eine praktisch sehr große Verstärkung. Infolgedessen ist im Betrieb bei endlicher Ausgangsspannung des Differenzverstärkers an der Kollektörzuleitung des Transistors 77 die Eingangsspannung des Differenzverstärkers DazwischenThe differential amplifier DV has a practically very large gain. As a result, when the output voltage of the differential amplifier is finite, the input voltage of the differential amplifier is in between at the collector lead of the transistor 77 during operation

>5 den Basiszuleitungen der Transistoren 75 und 76 praktisch Null. Aus diesem Grunde ist die Spannungsübersetzung vom Ausgangsklemmenpaar II zum Eingangsklemmenpaar I gleich groß wie die Spannungsübersetzung vom Ausgangsklemmenpaar II zum Eingangsklemmenpaar I der Transformationsschaltung nach der F ig. 3.> 5 the base leads of the transistors 75 and 76 practically Zero. For this reason, the voltage translation is from the output terminal pair II to the input terminal pair I is the same as the voltage translation from output terminal pair II to the input terminal pair I the transformation circuit according to FIG. 3.

Die erfindungsgemäßen Negativ-Impedanz-Konverter sind besonders für die Realisierung in einer integrierten Schaltungstechnik geeignet, die eine Verwen-The negative impedance converters according to the invention are particularly suitable for implementation in an integrated Circuit technology that uses a

dung von Spulen und Übertrager mit magnetischem Kreis praktisch nicht zuläßt.The use of coils and transformers with a magnetic circuit is practically impossible.

An Stelle der in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen verwendeten Transistoren sind auch solche anwendbar, die nach dem Feldeffektprinzip arbeiten.Instead of the transistors used in the previous exemplary embodiments, there are also transistors applicable, which work according to the field effect principle.

Diese Transistoren sind unter dem Fachausdruck FET und MOS-FET allgemein bekannt. Die Übersetzung der erfindungsgemäßen Schaltungen in solche unter Verwendung von Feldeffekttransistoren ist nach bestimmten Regeln möglich, die allgemein bekannt sind.These transistors are generally known by the technical term FET and MOS-FET. The translation the circuits according to the invention in those using field effect transistors is according to certain Rules possible that are generally known.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

409 551/155409 551/155

Claims

Patent claims:

1. Amplifier-containing four-pole circuit for transforming an electrical voltage possibly containing a direct voltage component and / or an electrical current optionally containing a direct current component with implementation of the four-pole circuit by a six-pole circuit with three pairs of terminals (1, 2, 3), in which the pair of terminals (2) the One connection of the four-pole circuit forms, while the other connection of the four-pole circuit is formed by the parallel connection of the pairs of terminals (1 and 3), and the six-pole is constructed in such a way that it is only connected to its high-impedance pair of terminals (1) via a voltage-voltage amplifier Direction to its low-resistance connection terminal pair (2), from this via a current-voltage amplifier only to the connection terminal pair (3) and from the connection terminal pair (1) only via the voltage-voltage amplifier and the current-voltage amplifier to the connection terminal pair (3) transfers, according to patent 1563020.3, g e characterized by its use as a negative impedance converter in such a way that the transmission phase angle of the six-pole (S) from the pair of terminals (1) to the pair of terminals (2) and from the pair of terminals (2) to the pair of terminals (3), as well as the transmission phase angle of the impedance converter (J) is chosen so that the product of the current transmission ratio (ni = / 2 // 1) and the voltage transmission ratio (nu - UXIUl) is negative; {Input current (Ji) is positive if it flows into one terminal (A) of an input terminal pair (I) and flows out of the other terminal (B) of this input terminal pair (I); Input voltage (Ui) is positive when one terminal (A) of this input terminal pair (1) is positive compared to the other terminal (B) of this input terminal pair (I); Output current (72) is positive when it flows into one terminal (Q of an output terminal pair (II) and flows out of the other terminal (D) of this output terminal pair (II); output voltage (U2) is positive when one terminal (C) of the output terminal pair (II) is positive compared to the other terminal (D) of this output terminal pair (II).)

2. Amplifier-containing four-pole circuit according to claim 1, characterized in that when the pairs of terminals (1 and 3) of the six-pole are connected in parallel, an impedance converter (J) is inserted into the supply line to the pair of terminals (3), which at the point of parallel connection, the connection impedance of the pair of terminals ( 3) designed with high resistance.