DE2446688B2

DE2446688B2 - Aktive Schaltungsanordnungen zum Nachbilden von Induktivitäten und Filternetzwerk damit

Info

Publication number: DE2446688B2
Application number: DE2446688A
Authority: DE
Inventors: John Mortimer Ealing Rollett; David Richard Eltham Park Wise
Original assignee: POST OFFICE LONDON
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1974-09-30
Publication date: 1978-03-02
Also published as: US3936777A; DE2446688A1; NL168668B; DE2446688C3; NL168668C; CA1011411A; FR2247018B1; JPS5065155A; FR2247018A1; NL7412912A; GB1442163A

Description

Die Erfindung betrifft aktive Schaltungsanordnung^! mit Verstärkern, ohmschen Widerständen und Kondensatoren zum Nachbilden von beidseitig ungeerdeten Induktivitäten und ein Füternetzwerk mit derartigen aktiven Schaltungsanordnungen.

Oft ist es unerwünscht, in mikroelektronischen Schaltungsanordnungen Spulen zu verwenden, weshalb Schaltungsanordnungen mit lediglich ohmschen, kapazi-

Vt tiven und aktiven Bauelementen zum Nachbilden von Induktivitäten verwendet werden. Bei Tiefpaß- und anderen Filternetzwerken ist es oft notwendig, erdfreie oder ungeerdete (floatende) Induktivitäten, d. h. Induktivitäten, deren Anschlüsse nicht geerdet sind, zu verwenden.

Derartige aktive Schaltungsanordnungen sind bereits bekannt geworden (vgl. DE-AS 1541984; DE-OS 718; Wireless World, Nov. 1970, S. 555-560), wobei diese Schaltungsanordnungen einen bzw. zwei bzw. drei Verstärker aufweisen, die allerdings nicht symmetrisch beschaltet sind.

Bisher wurden als aktive Netzwerke zum Nachbilden reiner erdfreier Induktivitäten Netzwerke verwendet, die vier Operationsverstärker aufweisen.

bO Es ist Aufgabe der Erfindung, eine aktive Schaltungsanordnung vorzusehen, die ohmsche Widerstände, Kapazitäten und Verstärker zum Nachbilden von Induktivitäten verwendet, und sie so aufzubauen, daß sie als erdfreie Induktivität oder als erdfreie und geerdete

b5 Induktivität in Filternetzwerken verwendbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß alternativ durch die Lehre nach dem kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 2.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung enthält das aktive Netzwerk normalerweise lediglich zwei Verstärker mit im wesentlichen der Verstärkung Eins, um eine erdfreie verlustbehaftete Induktivität vorzusehen. Die bei der Erfindung verwendeten Verstärker mit Einheits-Verstärkung (Verstärkung Eins) können durch hochverstärkende Operationsverstärker mit einer Gegenkopplung von 100%, u;n eine Gesamt verstärkung Eins zu ergeben, gebildet werden. Die Verstärker können gleichwertig auch Spannungsfolger sein, wie ein Emitterfolger oder ein Mehrfach-Emitterfolger.

Vorzugsweise besteht bei einigen Anwendungen der Erfindung zur Verbesserung der Güte ζ) der Schaltung das erste nichtinduktive Koppelteil aus einem ohmschen Widerstand mit einer Impedanz, die wesentlich größer ist als die Impedanzsumme der ohmschen Widerstandsbauelemente des Seriennetzwerks. Das Eingangssignal in die Schaltung kann über einen Eingangsanschluß direkt auf den Eingang eines der Verstärker oder über eines der Bauelemente in einem der Seriennetzwerke gegeben werden. Die Schaltung kann eine erdfreie verlustbehaftete Induktivität nachisilden oder durch Ersetzen der ohmschen Widerstände durch kapazitive Widerstände und umgekehrt ein verlustbehaftetes l/s²-Impedanzbauteil, mit s= variable komplexe Frequenz, wobei die Verluste von Serien- und/oder Parallelkapazitäten gebildet sind, statt von ohmschen Widerständen wie bei den erdfreien Induktivitäten. jo

Wenn erforderlich, können zwei erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen miteinander verbunden werden, in denen einer der Verstärker einer der Schaltungsanordnungen gemeinsam gemacht wird, d. h. mit der anderen Schaltungsanordnung geteilt wird. J5

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Schaltungsanordnung einer erdfreien verlustbehafteten Induktivität, F i g. 2 die Ersatzschaltung der Fig. 1,

F i g. 3 eine zweite Schaltungsanordnung zur Nachbildung einer erdfreien verlustbehafteten Induktivität,

F i g. 4 die Ersatzschaltung der F i g. 3,

Fig. 5 ein Schaltbild eines Tiefpaßfilters mit dem Netzwerk der Fig. 1,

Fig. 6 die Ersatzschaltung des Filternetzwerks der Fig. 5,

F i g. 7 ein ^-Widerstandsnetzwerk (ohmsche Widerstände),

Fig. 8 ein dem ohmschen Widerstandsnetzwerk der Fig. 7 entsprechendes verlustbehaftetes Induktivitätsnetzwerk mit dem aktiven Netzwerk der Fig. 1,

F i g. 9 ein gleichwertiges verlustbehaftetes Induktivitätsneizwerk für die F i g. 7 mit dem aktiven Netzwerk der Fig. 3,

Fig. 10 ein weiteres ohmsches Widerstandsnetzwerk,

F i g. 11 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit dem ohmschen Widerstandsnetzwerk der Fi g. 10,

Fig. 12 die Ersatzschaltung der F i g. 11, 6ö

Fig. 13 ein »pseudo-elliptisches« Tiefpaßfilter dritter Ordnung,

Fig. 14 die Ersatzschaltung der Fig. 13,

Fig. 15 ein »pseudo-elliptisches«Tiefpaßfilter fünfter Ordnung, Fig. 16 die Ersatzschaltung der Fig. 15,

F i g. 17 ein »pseudo-elliptisches« Bandpaßfilter sechster Ordnung,

Fig. 18 die Ersatzschaltung der Fig. 17,

Fig. 19 zwei erdfreie Induktivitäten gemäß der Erfindung,

F i g. 20 eine Koppelmöglichkeit zwischen den beiden erdfreien Induktivitäten der Fig. 19, F i g. 21 die Ersatzschaltung der F i g. 20,

Fig. 22 eine Schaltung zur Nachbildung eines Netzwerks aus verlustbehafteten Induktivitäten, F i g. 23 die Ersatzschaltung der F i g. 22.

In der Zeichnung sind zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, und diese Ausführungsbeispiele werden auf mehrere Netzwerke angewendet, um die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung darzustellen.

Die F i g. 1 zeigt eine symmetrische Schaltungsanordnung, die als erdfreie verlustbehaftete Induktivität wirkt. Jede Hälfte der Anordnung besteht aus Anschlüssen 1, 2, einem Verstärker 3, einem ohmschen Widerstand 4 und einer Kapazität 5. Die Bauelemente der rechten Seite der symmetrischen Anordnung sind mit denselben Bezugszeichen plus einem Strich versehen. Die Verbindungsstellen oder -punkte zwischen der Kapazität 5 bzw. 5' und dem Eingang des Verstärkers 3 bzw. 3' beider Hälften der Anordnung sind über einen ohmschen Widerstand 6 verbunden. Die F i g. 2 zeigt die Äquivalenz- oder Ersatzschaltung der Fig. 1, bei der der verbindende ohmsche Widerstand 6 parallel zu einer verlustbehafteten Induktivität liegt, die durch eine Induktivität 7 und einen ohmschen Widerstand 8 in Serie dargestellt ist. Die Verstärker 3, 3' haben eine Gesamtverstärkung, die im wesentlichen gleich Eins ist. Die Verstärker 3,3' haben eine vernachlässigbar kleine Eingangsadmittanz (Scheinleitwert) und eine vernachlässigbar kleine Ausgangsimpedanz (Scheinwiderstand). Vorzugsweise bestehen die Verstärker aus hochverstärkenden Operationsverstärkern mit lOOprozentiger Gegenkopplung oder auch aus Emitter- oder Mehrfachemitterfolgerschaltungen. Damit die Anordnung als eine erdfreie verlustbehaftete Induktivität wirkt, ist es notwendig, daß

R₁C₁ — R₂C₂

Ri R₂ Q C₂

= Widerstandswert des ohmschen Widerstands 4,

= Widerstandswert des ohmschen Widerstands 4',

= Kapazitätswert der Kapazität 5,

= Kapazizätswert der Kapazität 5'.

Wenn in der Fig. 2 die Induktivität 7 den Induktivitätswert Li, der ohmsche Widerstand 8 den Widerstandswert Rz und der verbindende ohmsche Widerstand 6 den Widerstandswert Ro besitzt, dann gilt

h =

R₀R₁Cy

HR₁ + R₂)IR₀

Ri + Rj U(R₁ + R₂)ZR₀

Wenn Ro viel größer als (R\ + R₂) gewählt wird, dann ergeben sich die Ersatzinduktivität 7 und der ohmsche Serienwiderstand 8 ungefähr zu

L₁ ^ R₀R₁C₁ , R₃ ~ R₁ + R₂ .

Im allgemeinen ist es erwünscht, den ohmschen Serienwiderstand Rj so weit wie möglich zu verringern und den ohmschen Parallelwiderstand Ro so weit wie möglich zu erhöhen, um die Verluste der verlustbehafteten Induktivität zu verringern und ihre wirksame Güte ζ) zu erhöhen. Offensichtlich kann dies erreicht werden, indem Ri und R₂ so weit wie möglich verringert und Rn so weit wie möglich erhöht werden.

Die Schaltung eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Anordnung der F i g. 3 ist wieder symmetrisch um den verbindenden ohmschen Widerstand 6, und jede Hälfte der Anordnung enthält einen Verstärker 3 bzw.3', einen ohmschen Widerstand 4 bzw. 4' und eine Kapazität 5 bzw. 5', wie in Fig. 1. In Fig. 3 ist der verbindende ohmschc Widerstand 6 zwischen die Verbindungspunkte zwischen dem ohmschen Widerstand 4 und der Kapazität 5 bzw. dem ohmschen Widerstand 4' und der Kapazität 5' gekoppelt. Die Ersatzschaltung der F i g. 3 ist in F i g. 4 dargestellt, die aus einer Induktivität 9 mit einem Induktivitätswert L₂ und einem ohmschen Widerstand 10 mit einem Widerstandswert /?«in Serie.besteht.

Vorausgesetzt, daß die Gleichung (1) für die Anordnung der F i g. 3 gilt, verhält sich die Schaltung als erufreie verlustbehaftete Induktivität, bei der (gemäß der Ersatzschaltung in F i g. 4) gilt:

L₂ = R₀R₁C₁ , (6)

R₄. = Rv + Ri + R₂. (7)

Die beiden Schaltungen der F i g. 1 und 3 können verwendet werden zum Vorsehen einer erdfreien Induktivität in Schaltungen, die eine Induktivität mit Verlusten zulassen, oder in Schaltungen, die insbesondere für spezifische Verlustwerte in Zusammenhang mit erdfreien Induktivitäten entwickelt sind.

Ein Beispiel eines FilternetzwerK das die Schaltung der F i g. 1 verwendet, ist in F i g. 5 dargestellt, die eine als »pseudo-eiliptisches« Tiefpaßfilter dritter Ordnung geeignete Schaltung zeigt. Die Ersatzschaltung ist in Fi g. 6 dargestellt.

Das in F i g. 5 gezeigte Tiefpaßfilter enthält eine, wie in F i g. 1 dargestellte und die gleichen Bezugszeichen aufweisende, erdfreie verlustbehaftete Induktivität unter Hinzufügen einer Kapazität 11, die zwischen die Verbindungspunkte zwischen den ohmschen Widerständen 4 bzw. 4' und den Kapazitäten 5 bzw. 5' angeschlossen ist. Eine Kapazität 12 ist zwischen den Eingangsanschlüssen 1 und 2 und eine Kapazität 13 ist zwischen den anderen Ausgangsanschlüssen Γ und 2' angeschlossen. Ein ohmseher Widerstand 14 koppelt das Filter an eine Signalquelle 15, und ein Lastwiderstand 16 ist zwischen die Anschlüsse Γ und 2' geschaltet.

Die in der F i g. 3 dem Ausführungsbeispicl gemäß F i g. I hinzugefügten Zusatzbauelcmcnte haben folgende Werte:

Kapazität 11 = G;
Xapa/.ität 12= C₁:
Kapazität 13 = O₁:
nhpischer Widerstand 14= W₄;
ohmseher Widerstand 16= /i/.

Die Werte der Bauelemente des Filternetzwerks sind vorzugsweise se berechnet, daß di«: Wirkungen der mit der liKliikiivitül /iisaiiinienhiingenilen Verluste eintreten können. Die ohmschen Widerstände Ri und y?#. sind der Quellen- bzw. der Lastwiderstand.

Beide beschriebenen Schaltungen (Fig. I und Fig.3) können zum Umwandeln eines Widerstandsnetzwerks in Netzwerke verlustbehafteter Induktivitäten verwendet werden durch Anschließen ohmseher Zusatzwiderstände an die Anschlüsse des ohmschen Widerstandes Rtu sowohl in Fig. I als auch in Fig. 3. Wenn beispielsweise, wie in F i g. 7 dargestellt, geerdete

ίο ohmschc Zusatzwiderstände 17, 18 mit Widerstandswerten /?■■> bzw. Rt, an die Anschlüsse von Ro in Fig. I angeschlossen sind, um das ;r-Widerstandsnetzwerk der Fig. 7 zu ergeben, dann sieht die Ersatzschaltung des sich ergebenden Netzwerks wie in F i g. 8 dargestellt

aus. Ähnlich sieht, wenn die in F i g. 7 gezeigte Änderung in die Fig. 3 eingeführt wird, die Ersatzschaltung des Ergebnisses wie in F i g. 9 dargestellt aus. Die in dem entsprechenden Netzwerk in Fi g. 9 gebildeten verlustbehafteten Induktivitäten sind im Netzwerk der Induktivitäten 19, 20, 21. Diese Induktivitäten haben induktivitätswerte, die entsprechen: R₀R[Q, R$R\C\ bzw. Ri₃R[Q. D'ese Induktivitäten sind in F i g. 9 in gleicher Weise bezeichnet.

Komplizierte ohmsche Widerstandsnetzwerke können durch Verwenden von mindestens drei Verstärkern mit Einheitsverstärkung, die jeweils mit einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität verbunden sind, in Netzwerke verlustbehafteter Induktivitäten umgeformt werden. Als Beispiel ist in Fig. 10 ein Netzwerk

jo aus fünf ohmschen Widerständen dargestellt. Die Schaltung der Fig. 10 ist ein Brückennetzwerk aus ohmschen Widerständen 22, 23, 24, 25 und einem ohmschen Widerstand 26, der die Verbindungspunkte zwischen den Widerstandszweigen 22, 25 bzw, 23, 24

i-, verbindet. Durch die Anordnung der F i g. 3 und Verwendung dreier Verstärkerstufen zum Vorsehen verlustbehafteter Induktivitäten kann die Schaltung der Fig. 10 in fünf verlustbehaftete Induktivitäten umgeformt werden. Die vollständige Schaltung ist in F i g. 11 und ein genaues Ersatzschaltbild ist in Fig. 12 dargestellt.

Um zwischen den drei Zweigen des in F i g. 11 dargestellten Netzwerks zu unterscheiden, sind die Bezugszeichen der Grundschaltungsanordnung gemäß

4^r> F i g. 1 mit einem einfachen oder einem doppelten Strich versehen. Die Ersatzschaltung in Fig. 12 enthält Induktivitäten 27, 28, 29,30, 31, die durch die ohmschen Widerstände 22, 23, 24, 25, 26 verbunden und an Anschlüsse 32,33,34 über die ohmschen Widerstände 4,

•ίο 4' bzw. 4" angeschlossen sind. Die ohmschen Widerstände 22, 23, 24, 25, 26 haben die Widerstandswerte R* Rh, Rd, /?,.bzw. /?,und die Induktivitäten 27,28,29,30,31 der Fig. 12 haben dann die Induktivitätswerte R„R\Q, R_CR[C[: RcRiC,; R,,fl, C, bzw. /?,//?, Q.

Yt Nun werden Beispiele für Filternetzwerke angegeben, die die Grundschaltung der F i g. 3 und ihre Abwandlungen, wie z. B. die gemäß Fig. II, enthalten. Ähnliche Netzwerke können aus Analogiegründen durch Einfügen der Grundschaltung der F i g. 1 aufge-

Wi baut werden, und ein derartiges Filter wurde bereits in Fig. 5 gezeigt, dessen Ersatzschaltung in F i g. b wiedergegeben ist.

Die Schaltung der Fig. 13 ist für ein »pscudo-elliptisehes« Tiefpaßfilter dritter Ordnung geeignet. Die

iv-i Schaltung der Fig. 13 enthält die Grundschall.mgsanordnung der F i g. 3 zusammen mit einem ohmschen Widerstand 35. der eine Eingangsfrcquen/.qudlc 36 mit einem Netzwerk ai.s Kiipu/.i'.ütcn 37, 38,39 koppelt. F.in

über die Kapazität 39 gekoppelter ohmscher Widerstand 40 kann im Bedarfsfall hinzugefügt werden. Das Ausgangssignal der Schaltung kann entweder von einem Ausgangsanschluß 41 oder von einem Ausgangsanschluß 42 abgenommen werden. Da der Ausgangsanschluß 42 am Ausgang des Operationsverstärkers oder gleichwertig des Emitterfolgers oder der ähnlichen Schaltung direkt entnommen ist, ist sie besonders geeignet, eine folgende Schaltung zu speisen. Sie entkoppelt auch wirksam das Filternetzwerk von der folgenden Schaltung, so daß Änderungen der Lastimpedanz die Übertragungseigenschaften des Filters nicht beeinflussen. Dies ist ein zusätzlicher Vorteil, der mit vielen mit der Grundschaltung der Fig.3 aufgebauten Schaltungen erreichbar ist.

Der Einschluß des ohmschen Widerstandes 40 trägt zur Verminderung der Empfindlichkeit des Netzwerks bei, unabhängig davon, ob das Ausgangssignal am Anschluß 42 entnommen wird.

An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß eine herkömmliche Schaltung zum Vorsehen einer erdfreien Induktivität zu einem Filternetzwerk mit vier Verstärkern führt, und wenn ein vom Filternetzwerk gepuffertes Ausgangssignal benötigt wird, werden insgesamt fünf Verstärker notwendig — anstelle der nur zwei bei der Erfindung.

Die Ersatzschaltung der Fig. 13 ist in Fig. 14 dargestellt. Sie enthält einen Pufferverstärker 43, der den gepufferten Ausgangsanschluß 42 angibt. Die Ersatzschaltung enthält eine Induktivität 44 in Serie mit einem ohmschen Widerstand 45. Die Induktivität 44 hat einen Induktivitätswert, der im wesentlichen gleich RjR\R\ ist, unrl der ohmschen Widerstand 45 hat einen Widerstandswert, der im wesentlichen gleich (R] + R₂+ Ri)IsI.

Zwei spezielle Schaltungsbeispiele gemäß der Fig. 13 werden nun angegeben:

Tabelle 1

Ohmscher Widerstand 4 und 4' = /?, = /?₂ = 5,477 kΩ
Ohmscher Widerstand 6 = /?₃ = 10,95 kQ
Ohmscher Widerstand 35 = Ra = 10,0 kΩ
Kein ohmscher Widerstand 40
Kapazität 5 und 5" = G = C₂ = 44,62 nF
Kapazität 37 = C₃ = 7,802 nF
Kapazität 38 = C₄ = 213,7 pF
Kapazität 39= G = 636,4 pF

Mit den Werten der Bauelemente gemäß der Tabelle 1 wird ein Tiefpaßfilter dritter Ordnung gebildet mit einer Durchlaßbereichs-Welligkcit von 1 dB, einer Grenzfrequenz von 3,4 kHz und einer Spcrrband-Unterdrückung von 30 dB.

Mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der Schaltung der Fig. 13 mit Werten der Bauelemente gemäß der folgenden Tabelle 2 wird ein Tiefpaßfilter dritter Ordnung gleicher Eigenschaft wie oben erhalten, jedoch mit geringerer Empfindlichkeit.

Tabelle 2

Ohmscher Widerstund 4 und 4" = R₁ = R₂ = 969,2 Ω
Ohmschcr Widerstand 6 = R₁ = 1938 Ω
Ohmschcr Widerstand 35 = /?₄ = 30,0 Ω
Ohmscher Widerstand 40 = R-, = 118.4 Ω
Kapazität 5 und 5' = G = C₂ = 965,9 nF
Kapazität 37 = G = 2,262 nF
Kapazität38=G = 3l2,l pF
Kapazität 39 = G, = 1,331 nF

Durch Verwenden der gleichen Aufbaubedingunger wie bei der Fig. 13, d. h. Gleichmachen des Produkte; der Werte der Bauelemente 4 und 5 gleich denen dei Bauelemente 4' und 5' kann ein »pseudo-elliptisches« Tiefpaßfilter fünfter Ordnung bzw. Bandpaßfiltei sechster Ordnung gebildet werden, wie das in der Fig. 15 bzw. 17 mit den Ersatzschaltungen der Fig. If bzw. 18 dargestellt ist. Das Produkt der Werte dei Bauelemente 4 und 5 ist gleich dem Produkt der Werte

ίο der Baueleente 4' und 5' und ebenso gleich dem Produki der Werte der Bauelemente 4" und 5". Die Bauelemente der Fig. 15 und 17 und der Ersatzschaltungen dei Fig. 16 und 18 haben die gleichen Bezugszeichen wie bei den vorhergehenden Schaltungsanordnungen untei Beifügung eines oder zweier Streiche, um die aufeinanderfolgenden Stufen des Filters anzuzeigen. Die Schaltung der Fig. 15 enthält zusätzlkich einer ohmschen Widerstand 46, eine Kapazität 47 und eine Kapazität 48. Die Zusatzbauelemente der Fig. 17 bestehen aus dem ohmschen Widerstand 46, dei Kapazität 47 und der Kapazität 48, zusammen mit einen ohmschen Widerstandspaar 49 und 50, das mit einei gemeinsamen Erde 51 verbunden ist, wobei keine Kapazität 39 vorhanden ist. In beiden Schaltungen dei Fi g. 15 bzw. 17 ist, wenn das Ausgangssignal von derr Anschluß 42 entnommen wird, um durch den Verstärkei gepuffert zu sein, der ohmsche Widerstand 40 fre wählbar. Wenn der ohmsche Widerstand 40 enthalter ist, vermindert seine Anwesenheit die Empfindiichkeii

jo der Schaltung, die bereits eine geringe Empfindlichkei hat.

Bei Betrachtung der Ersatzschaltung der Fig. If enthält diese eine Induktivität 52 in Serie mit einerr ohmschen Widerstand 53 und eine weitere Induktivität

j5 54 in Serie mit einem weiteren ohmschen Widerstanc 55. Die Induktivitäten 52 und 54 haben Induktivitätswer te, die gleich sind A₄AiCi bzw. R₅RtG. Die ohmscher Widerstände 53 und 55 haben Widerstandswerte, die gleich sind (R]+ Ra) bzw. (Ri+ Rs). Um geeignete

ίο Bauelemente zu bestimmen, wird vorteilhaft eir Rechner zum Aufbau des verlustbehafteten Filter; verwendet. Geschätzte Bauelemente sind aus Tabeller erhältlich, die voraussetzen, daß die Induktivitäten 5i und 54 unendliche Güten Qbesitzen.

4^rj Die Ersatzschaltung der Fig. 17 ist in Fig. If dargestellt, die Induktivitäten 56, 57, 58, 59 mit der Induktivitätswerten R_hR\Q, RaR\Q, RsR]Q bzw RjR]Q enthält, mit /f₍, = Widerstandswert des ohmschcr Widerstands 49, /?7 = Widerstandswert des ohmschcr Widerstands 50, /?■-, = Widerstandswert des ohmschcr Widerstands 46.

Die Verwendung herkömmlicher Schaltungen fiii erdfreie Induktivitäten benötigt insgesamt sicbcr Verstärker, um ein gepuffertes Filter, wie es in Fig. 17 dargestellt ist, zu ergeben, während gemäß dei Erfindung lediglich drei Verstärker benötigt werden.

Ein weiterer Weg, Netzwerke vcrlustbeliaftelci Induktivitäten aufzubauen, ist mit der GrundschalUing; der Fig. 3 möglich. Grundsätzlich besteht der Wcf darin, jede Induktivität getrennt herzustellen und dann Paare von Verstärkern mit Einheitsverstärkung, deren Eingänge verbunden sind durch einen einzigen Verstärker mit Einheitsverstärkung zu ersetzen. Auf diese Weise können die beiden getrennten Netzwerke der Fig. 19, deren jedes gleich dem der Schaltung der Fig. 3 ist, verbunden werden durch Betrachten der benachbarten Verstärker als einen einzigen Verstärker. Die in Fig. 19 dargestellte Schaltung ist auf die sie

zusammensetzenden Bauelementwerte bezogen. Die Verstärker haben jeweils eine Gesamtverstärkung von Eins. Die Bauelementwerte ergeben sich aus den folgenden beiden Ausdrucken:

R2C2 —

Die Schaltung der Fig. 20 hat Bauelemente, die ebenfalls durch die obigen Gleichungen (8) und (9) miteinander verknüpft sind. Die Anordnung enthält drei Verstärker 60,61, 62, deren jeder eine Gesamtverstärkung hat, die im wesentlichen gleich Eins ist, und die durch Kapazitäten 63, 64, 65, 66 und durch ohmsche Widerstände 67, 68, 69, 70, 71, 72 miteinander verbunden sind, wobei die Anordnung mit Anschlüssen 73,74,75 versehen ist. Die Ersatzschaltung ist in F i g. 21 dargestellt, bei der die Anschlüsse 73, 74, 75 über ein Paar in Serienschaltung verbundener Induktivität 76, 77 und ein Paar ohmsche Widerstände 78, 79 verbunden sind. Die Induktivitäten 76,77 haben Induktivitätswerte, die im wesentlichen gleich sind RsR\Q bzw. föföCj. Die ohmschen Widerstände 78 und 79 haben die Widerstandswerte (Rt + R₂+ Rs) bzw. (Ri + /?4 + Re)-

Ein Netzwerk dieser Art kann in dem Filter fünfter Ordnung der Fig. 15 anstelle des dort dargestellten erdfreien Induktivitätsnetzwerks verwendet werden. Das hat den Vorteil, daß der ohmsche Widerstand 4' in der Ersatzschaltung der Fig. 16 beiseitigt ist, jedoch sind die Widerstandswerte der ohmschen Widerstände 53 und 55 erhöht. In gleicher Weise werden, wenn ein Netzwerk ähnlicher Art in die Schaltung, der Fig. 17 eingefügt wird, die ohmschen Widerstände 4, 4', 4" in der Ersatzschaltung beseitigt, jedoch sind dann die Widerstandswerte der ohmschen Widerstände 6,46,49, 50 erhöht.

■) Ein weiteres Beispiel dafür, Filternetzwerke zu erhalten, die aus verlustbehafteten Induktivitäten bestehen, ist in Fig.22 dargestellt, und die Fig. 23 gibt die Ersatzschaltung der F i g. 22 wieder. Das Prinzip dieses Weges und die Werte der Bauelemente können aus der vorhergehenden Beschreibung und den dabei verwendeten Beispielen bestimmt werden.

Offensichtlich können die Schaltungen der Erfindung modifiziert oder geändert werden durch Ersatz der Kapazitäten durch ohmsche Widerstände und der ohmschen Widerstände durch Kapazitäten, um Hochpaßfilter zu bilden, dort, wo Tiefpaßfilter beschrieben wurden und um Bandsperrenfilter zu bilden, wo Bandpaßfilter beschrieben wurden. Durch Ersetzen der Kapazitäten durch ohmsche Widerstände und umgekehrt bei den beschriebenen Netzwerken werden erdfreie verlustbehaftete l/s²-Bauelemente erhalten, oder Netzwerke, die derartige Bauelemente verwenden, aufgebaut. Diese erdfreien verlustbehafteten l/s²-Bauelemente enthalten eine Impedanz, die proportional zu l/s² ist, mit s= variable komplexe Frequenz, und die »Verluste« werden durch Serien- und/oder Parallelkapazitäten gebildet, anstelle von ohmschen Widerständen, wie bei den beschriebenen Grundschaltungen. Alle Schaltungen der Erfindung sind insbesondere anwend-

JO bar in Telefon- oder Fernsprechsystemen, bei denen es notwendig ist, gewisse bestimmte Frequenz oder Frequenzbereiche aus den Fernsprechsignalen auszuwählen oder auszuschließen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Aktive Schaltungsanordnung mit Verstärkern, ohmschen Widerständen und Kondensatoren zum Nachbilden von beidseitig ungeerdeten Induktivitäten, dadurch gekennzeichnet,

daß zwei gleiche Teilschaltungen,
gebildet aus jeweils einem Verstärker (3; 3'), einem zwischen den Ausgang des Verstärkers und einem Anschluß (1, V) der Teilschaltung geschalteten ohmschen Widerstand (4; 4') und einem Kondensator (5; 5'), der zwischen den Eingang des Verstärkers (3, 3') und den Anschluß (1, Γ) der Teilschaltung geschaltet isl,

über einen ohmschen Widerstand (6), der jeweils am Eingangsanschluß der Verstärker (3; 3') angeschlossen iüt, verbunden sind,
mit der Maßgabe,

daß die Gesamtverstärkung der Verstärker (3; 3') mit jeweils vernachlässigbarer Eingangsadmittanz und vernachlässigbarer Ausgangsimpedanz im wesentlichen Eins beträgt, und

daß das Produkt aus Widerstandswert (Rw R2) des ohmschen Widerstands (4; 4') und Kapazität (Ci; C2) des Kondensators (5; 5') für jede Teilschaltung gleich ist, wobei die nachzubildende Induktivität an den beiden Anschlüssen (1, 1') der Teilschaltungen entsteht (F ig. 1).

2. Aktive Schaltungsanordnung mit Verstärkern, ohmschen Widerständen und Kondensatoren zum Nachbilden von beidseitig ungeerdeten Induktivitäten, dadurch gekennzeichnet,

daß zwei gleiche Teilschaltungen,
gebildet aus jeweils einem Verstärker (3; 3'), dessen Eingangsanschluß gleich dem Anschluß (1, 1') der Teilschaltung ist und parallel zu dessen Eingangsund Ausgangsanschluß die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes (4,4 ) und eines Kondensators (5, 5') liegt, wobei der Kondensator (5, 5') am Ausgangs- und der Widerstand am Eingangsanschluß des Verstärkers (3,3') liegt,
über einen ohmschen Widerstand (6), der jeweils am Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator (5; 5') und dem ohmschen Widerstand (4; 4') angeschlossen ist, verbunden sind,
mit der Maßgabe,

daß das Produkt aus Widerstandswert (Rw R2) des ohmschen Widerstans (4; 4') und Kapazität (Ci; C2) des Kondensators (5; 5') für jede Teilschaltung gleich ist, wobei die nachzubildende Induktivität an den beiden Anschlüssen (1, V) der Teilschaltungen entsteht (F ig. 3).

3. Aktive Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte, gleich aufgebaute Teilschaltung (3", 4", 5") in gleicher Weise über einen ohmschen Widerstand mit der zweiten Teilschaltung verbunden ist.

4. Aktive Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker (3; 3') hochverstärkende Operationsverstärker mit 100% Gegenkopplung zum Erzeugen der Gesamtverstärkung Eins sind.

5. Füternetzwerk mit der aktiven Schaltungsan-

Ordnung nach einem der Ansprüche 1— 4, gekennzeichnet durch

einen eingangsseitigen und einen ausgangsseitigen Zweipol, der den Anschlüssen (1,2; Γ, 2') der ersten bzw. der letzten Teilschaltung vor- bzw. nachgcschaltet ist,

wobei der eingangsseitige Zweipol an eine Signalquelle (15; 36; 36; 36) und der ausgangsseitige Zweipol an eine Wellerjtypimpedanz (16; 40; 40; 40) angekoppelt ist,

je ein nichtinduktives Bauelement (12, 13; 37,3i^v; 37, 39, 48; 37, 48) zwischen dem Anschluß (1, I') und einem durchgehenden Anschluß (2, 2') mindestens der ersten und der letzten Teilschaltung, und
ein je zwei benachbarte Teilschaltungen überbrükkendes nichtinduktives Bauelement (11; 38; 38, 47; 38, 47) zwischen den Anschlüssen (1, V) der betreffenden Teilschaltungen (Fi g. 5; 13; 15; 17).

6. Füternetzwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Tiefpaß-Filters die nichtinduktiven Bauelemente (12, 13; 37,39; 37, 48; 37; 48) Kondensatoren sind (Fig. 5; 13; 15; 17).

7. Filternetzwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Hochpaß-Filters

in den Teilschaltungen die ohmschen Widerstände durch Kondensatoren und die Kondensatoren durch ohmsche Widerstände ersetzt und
im sonstigen Füternetzwerk die nichtinduktiven Bauelemente ohmsche Widerstände sind.