DE2446688C3

DE2446688C3 - Aktive Schaltungsanordnungen zum Nachbilden von Induktivitäten und Filternetzwerk damit

Info

Publication number: DE2446688C3
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: 1978-11-02
Also published as: DE2446688B2; US3936777A; DE2446688A1; NL168668B; NL168668C; CA1011411A; FR2247018B1; JPS5065155A; FR2247018A1; NL7412912A; GB1442163A

Description

Die Erfindung betrifft aktive Schaltungsanordnungcn mit Verstärkern, ohmschen Widerständen und Kondensatoren zum Nachbilden von beidseitig ungeerdeten Induktivitäten und ein Filternützwer* mit derartigen aktiven Schaltungsanordnungen.

Oft ist es unerwünscht, in mikroelektronischen Schaltungsanordnungen Spulen zu verwenden, weshalb Schaltungsanordnungen mit lediglich ohmschen, kapazitiven 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 Schallungsanordnungen sind bereits bekannt geworden (vgl. DE-AS 1541984; DE-OS «9 718: 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.

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 crdfrcie Induktivität oder als erdfreie und geerdete Induktivität in Filicrnetzwerken verwendbar ist.

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

Vorteilhafte Weiierbildungen der Erfindung sind in den Unieransprüehen angegeben.

Bei der Erfindung enthüll das aktive Netzwerk normalerweise lediglich zwei Verstärker mit im wesentlichen der Verstärkung Eins, um eine erdlreie verlustbehafieie Induktivität vorzusehen. Die bei der Erfindung verwcndeien Verstärker mit Einheits-Verstiirkung (Verstärkung Eins) können durch hochversiärkende Operationsverstärker mit einer Gegenkopplung von 100%. um eine Gesamtverstärkung 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 Q der Schaltung das erste nichtinduktive Koppelteil aus einem ohmsehen Widerstand mit einer Impedanz, die wesentlich größer ist als die !mpedanzsumme der ohmschen Widerstandsbmielemente des .Seriennetzwerks. Das Eingangssignal in die Schaltung kann über einen Eingangsanschluß direkt auf den Eingang eines der Vers:ärker oder über eines der Bauelemente in einem der Seriennetzwerke gegeben werden. Die Schaltung kann eine erdfreie vcrlustbchaftcte Induktivität nachbilden oder durch Ersetzen der ohmschen Widerstände durch kapazitive Widerstände und umgekehrt ein verlustbehaftf tes l/s²-lmpedanzbauteil, mit invariable komplexe Frequenz, wobei die Verluste von Serien- und/oder Parallelkapazitäten gebildet sind, statt von ohmschen Widerständen wie bei den erdfreien Induktivitäten.

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

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

Fig. 1 eine erste Schaltungsanordnung einer erdfreien vcrlustbchafteten Induktivität.

F i g. 2 die Ersatzschaltung der Fig. I.

F i g. 3 eine zweite Schallungsanordnung 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 F i g. I,

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

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

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

F i g. 9 ein gleichwertiges verlustbehaftetes Induktivitätsnetzwerk für d'xi F i g. 7 mit dem aktiven Netzwerk der Fi g. 3.

Fig. 10 ein weiteres ohmsches Widerstandsnetzwerk,

F i g. 11 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit dem ohmschen Widerstandsnetzwerk der Fig. 10, Fig. 12 die Ersatzschaltung der F i g. II,

Fig. 13 ein »pseiido=elliptisches« Tiefpaßfilter dritter Ordnung,

Fig. 14 die Ersatzschaltung der F i g. 13,

Fig. 15 ein »pseudo-clliptischcs« Tiefpaßfilter fünfter Ordnung,

Fig. 16 die Ersatzschaltung der Fi g. 15.

Fig. 17 ein »pscudo-clliptisehes« Bandpaßfilter sechster Ordnung.

I ig. IHdic Krsaizschallungder Fig. 17.

Fig. 19 zwei erdfreie Induktivitäten gemäß der Erfindung,

F i g. 20 eine Koppelmöglichkeit zwischen den beiden -j 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 verlusibehafteten Induktivitäten.

F i g. 23 die Ersatzschaltung der F i g. 22. in 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 Schaltungsanord-

1) nung, die als erdfreie verlustbehaftete Induktivität wirkt, jede Hälfte der Anordnung besteht aus Anschlüssen I₁ 2, einem Verstärker 3, einem ohmschen Widerstand 4 und einer Kapazität 5. Die Bauelemente der rechten Seite der symmetrischen Anordnung sind mit denselben

in Bezugszeichen plus einem Strich versehen. Die Verbindungsstellen oder -punkte zwischen Jer 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 zei{." die

2) 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

ίο Gesamtversiärkung, die im wesentlichen gleich Eins ist. Die Verstärker 3, 3' haben eine vernachlässigbar kleine Eingangsadmittanz (Scheinieitwcrt) und eine vernachlässigbar kleine Ausgangsimpedanz (Scheinwiderstand). Vorzugsweise bestehen die Verstärker aus hochverstär-

j; kenden Operationsverstärkern mit lOOprozeniiger Gegenkopplung oder auch aus Emitter- oder Mehrfachemitterfolgerschallungen. Damit die Anordnung als eine erdfreie verlustbehaftete Induktivität wirkt, ist es notwendig, daß

R₁C₁ = R₂C₂

mit

= 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 L_t. der ohmsche Widerstand 8 den Widerstandswert R\ und der verbindende ohmsche Widerstand 6 den Widersiandswert R₀ besitzt, dann gilt

und

HR₁ +

R₁ + R₂

1-(R₁ + R₂)IR₀ '

Wenn R_u viel größer als (R] + R2) gewählt v/iru, dann ergeben sich die Ersatzinduktivität 7 und der ohmsche Serienwiderstand 8 ungefähr zu

L₁ =: R₀R₁C₁ . K, =: R₁ + R₂ .

Im allgemeinen isi es erwünscht, den ohmschen Serienwidcrstaiid Wi so weit wie möglich zu verringern und den ohmschen l'arallelwklerstand Wi so weil wie möglich /ti erhöhen, um die Verluste der verluslbchaltc-Icη Indukliviiäi /u verringern und ihre wirksame Güte "> (J zu erhöhen. Offensichilich kann dies erreicht werden, indem Wi und W_> so weil wie möglich verringcri und Wn so weil wie möglich erhöht werden.

Die Schaltung eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung isi in Cig. 3 dargestellt Πιο Anordnung mi der Cig. i isi w leder sv inmeiriseh um ilen \ erhindeiiden ohmschen Widerstand 6. iiml jede Hälfte der Anord niing enthalt einen Verstärker J bzw. J'. einen ohmschen Widerstaiul 4 Ivw. 4' und eine Kapazität 5 bzw. 5'. w ie in I ig. I. In I i g. 3 ist tier verbindende ohmschc r, Widerstand b /wischen die Verbindungspuukie /wischen dom ohmschen Widerstand 4 und der Kapazität ϊ bzw. dem ohmschen Wnlei itand 4 umi der Kapazität ϊ gekoppelt. Die Ersatzschaltung der Cig. 3 isi in C ig. 4 dargestellt, die aus einer Ind'iktiviiät 4 mit einem jn Indiiklivitälswert /.: umi einem ohmschen Widerstand IO mil einem Widerstandswert Wi in Serie besteht.

Vorausgesetzt, dall die Gleichung (I) für die Anordnung '.!er C i g. 3 gilt, verhält sieh die Schaltung als erdfreie verlustbehaflete Induktiv iuw. bei der (gemalt .'"< der !' ..!t/sehallung in C i g. 4) gilt:

'-ζ = KR₁C_x ■
Rt = K + R_x

(61

(7)

Die beiden Schaltungen der C ig. I und 3 können verwendet werden zum Vorsehen einer ertlfreien Induktivität in Schallungen, die eine Induktivität mit r Verlusten zulassen, oiler in Schallungen, die insbesondere für spezifische Verlustwerte in Zusammenhang mit erdfreien Induktivitäten entwickelt sind.

l'.in Beispiel eines Cilternetzwerks. das die Schaltung tier Cig. 1 verwendet, ist in Cig. 5 dargestellt, die eine κ als »pseuuo-elliptisches« Tiefpaßfilter dritter Ordnung geeignete Schaltung zeigt. Die Ersatzschaltung ist in I ι g. b dargestellt.

Das in C i g. 5 gezeigte Tiefpaßfilter enthält eine, wie in I-'i g. 1 dargestellte und die gleichen Bezugs/eichen ■!■ aufweisende, erdfreie verlustbehaftete Induktivität unter Hinzufügen einer Kapazität II. die /wischen die \ eibindungspunkle zwischen den ohmschen Widerständen 4 bzw. 4' und den Kapazitäten 5 bzw. 5' angeschlossen ist. Eine Kapazität 12 ist zwischen den ü Eingangsanschlüssen 1 und 2 und eine Kapazität 13 ist zwischen den anderen Ausgangsanschlüssen Γ und 2' angeschlossen. Ein ohmscher Widerstand 14 koppelt das Cilter an eine Signalquelle 15. und ein Lastwiderstand 16 ist zwischen die Anschlüsse Γ und 2' geschaltet. v

Die in der F i g. 5 dem Ausführungsbeispiel gemäß Eis.! hinzugefügten Zusatzbauelemente haben folgende Werte:

Kapazität 11 = G: nt

Kapazität 12 = G:

Kapazität 13 = G:

ohmscher Widerstand 14 = W₁:

ohmscher Widerstand 16= Ri.

tv

Die Werte der Bauelemente des Filternetzvverks sind vorzugsweise so berechnet, daß die Wirkungen der mit der Induktivität zusammenhängenden Verluste eintreten können. Die ohmschen Widerstände W· und R/ sind tier Ouelleii- bzw. tier I aslw iderstaud.

Heide beschriebenen Schaltungen (I ι g I und C i g. 3) können zum Umwandeln eines Widerslandsnelzwerks in Net/werke verlustbehafleler Induktiv iläten verwendet v»eitlen durch Anschließen ohmscher /tisalzwideisländc an die Anschlüsse ties ohmschen Widerstandes Wu. sowohl in I i g. I als auch in I ι g. 3. Wenn beispielsweise, wie in I i g. 7 dargestellt, geerdete "hnisrhc Zusat/w idi'rMiindo 17. IH mil Widerstandswellen R, bzw. W.. an die Anschlüsse von W.. in I ig. I angeschlossen sind, um this .τ - Widerst and sue ι ζ w erk tier C ι;;. 7 zu etlichen, dann sieht die Ersatzschaltung des sich ergebenden Netzwerks wie in I ι g. K dargestellt aus. \ hnlith sieht, w uwi\ the in I ι g. 7 gezeigte Änderung in die Cig. S eingeführt wird, die ersatzschaltung ties l.rgcbnisses wie in I ig. ^ dargesielli aus. Die m dem eiiis|ii ciNtntKii Nii/ucik üi I i j:. '< gch;!;k",e:i '.ei'lusibehafteten Induktivitäten sind im Net/weik der Induktivitäten 19, 20, 21. Diese Induktivitäten haben Indiiktivitätswertc. tlie entsprechen: RrR₁C. RRi bzw. WkWiG. Diese Induktivitäten sind in Cig.⁴ in gleicher Weise bezeichnet.

Komplizierte ohmsehe W'iderslantlsnelzwerke können durch Verwenden von mindestens drei Verstärkern mit EinlOitsverstärkiiiif.. die jeweils mti einem olimscl'en Wide, ,land und einer Kapazität verbunden sind, in Netzwerke verlustbehafleler Induktivitäten umgeformt werden. Als Beispiel isi in Cig. 10 ein Netzwerk aus fünf ohmsehen Widerständen dann-stelli. Die Schaltung tier Cig. H) ist ein Brtickennetzvverk aus ohmschen Widerständen 22, 23, 24, 25 und einem ohmschen Widerstand 26. der die Verbindungspunkte zwischen den Widerstandszweigen 22, 25 bzw. 2 3, 24 verbindet. Durch die Anordnung der C i g. 3 und Verwendung dreier Verslärkerstufen zum Vorsehen verlustbehafteter Induktiv iläten kann die Schaltung der Cig. IO in fiinI verlustbehaftete Induktivitäten umgeformt werden. Die vollständige Schaltung ist in I i g. 11 und ein genaues Ersatzschaltbild ist in E ig. 12 dargestellt.

Um zwischen den drei Zweigen des in E i g. 11 dargestellten Netzwerks zu unterscheiden, sind die Bezugszeichen der Grundschaltungsanordnung gemäß E i g. I mit einem einfachen oder einem doppelten Strich versehen. Die Ersatzschaltung in E ig. 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, 4' bzw. 4" angeschlossen sind. Die ohmschen Widerst,.,ide 22, 23, 24, 25, 26 haben die Widerstandswerte W.,. R₁. Rj. Rc bzw. W₁ und die Induktivitäten 27,28,29,30,31 der Fig. 12 haben dann die Induktivitätswerte R₃R_xC_x. W₁W₁G; W₁-W, C,: R/iW, G bzw. WjW, G₁.

Nun werden Beispiele für Filternetzwerke angegeben, die die Grundschaltung der Fig. 3 und ihre Abwandlungen, wie z. B. die gemäß Fig. 11, enthalten. Ähnliche Netzwerke können aus Analogiegründen durch Einfügen der Grundschaltung der F i g. 1 aufgebaut werden, und ein derartiges Filter wurde bereits in F i g. 5 gezeigt, dessen Ersatzschaltung in F i g. 6 wiedergegeben ist.

Die Schaltung der Fig. 13 ist für ein »pseudo-elliptisches« Tiefpaßfilter dritter Ordnung geeignet. Die Schaltung der Fig. 13 enthält die Grundschaltungsanordnung der Fig. 3 zusammen mit einem ohmschen Widerstand 35. der eine Eingangsfrequenzquelle 36 mit einem Netzwerk aus Kapazitäten 37,38,39 koppelt. Ein

über die Kapazität 39 gekoppelter ohmseher Widerstand 40 kann im Bedarfsfall hinzugefügt werden. Das Aiisgangssignai der Schaltung kann entweder von einem Ausgangsanschluß 41 oder von einem Ausgangs anschluß 42 abgenommen werden. Da der Ausgangsan- ■■ Schluß 42 am Ausgang des Operationsverstärkers oder gif-» hwertig des Emitterfolgers oder der ähnlichen Schaltung direkt entnommen ist. ist sie besonders geeignet, eine folgende Schaltung zu speisen. Sie entkoppelt auch wirksam das Filterne:;'werk von der κ lolgenden .Schaltung, so daM Änderungen der l.astimpedanz die I ibertragiingseigenschaften des I -liters nicht beeinflussen. Dies ist ein zusätzlicher Vorteil, der mil \ielen mit der Crriindschaltiing der f^: i g. 3 aufgebauten Schaltungen erreichbar ist. ι;

Der r.inschluß des ohnischen Widerstandes 40 trügt zur Verminderung der Impfindlichkcit des Netzwerks

Anschluß42 entnommen wird.

λIi dieser Stelle ist zu erwähnen, daß eine _"> hcrkömmiiuie Schaltung zum Vorsehen einer erdfreien Induktivität zu einem Filiernetzwerk mit vier Verstärkern führt, und wenn ein v-yr. Fi'ternetzwerk gepuffertes Ausgangssignal benötigt wird, werden insgesamt fimf Verstärker notwendig — anstelle der nur zwei bei r> der Erfindung.

Die Ersatzschaltung der F i g. 13 ist in Fig. 14 dargestellt. Sie enthält einen Pufferverstärker 43. der den gepufferten Ausgangsanschluß 42 angibt. Die Er· üz.schaltung enthält eine Induktivität 44 in Serie mit m einem ohmschcn Widerstand 45. Die Induktivität 44 hai einen induktivitätswert, der im wesentlichen gleich RiR]Ri ist. und der ohmschen Widerstand 45 hat einen Widerstandswcrl. der im wesentlichen gleich (Ri + R₂+R>)\si.

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

Tabelle I

Ohmseher Widerstand 4 und 4' = /?, = R₂ = 5.477 ktt ui

Ohmseher Widerstand 6= R₁= 10.95 kn

Ohmseher Widerstand 35 = R₄ = 10.0 kn

Kein ohmseher Widerstand 40

Kapazität 5 und 5'= C, = C₂ = 44.62 nF

Kapazität 37 = Ci = 7.802 nF Kapazität 38= G = 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 so einer Durchlaßbereichs-Welligkeit von 1 dB. einer Grenzfrequenz von 3,4 kHz und einer Sperrband-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

Ohmseher Widerstand 4 und 4" = R_] = R₂ = 969.2 Ω
Ohmseher Widerstand 6 = Ri = 1938 Ω
Ohmseher Widerstand 35 = R₄ = 30,0 Ω
Ohmseher Widerstand 40 = R₅ = 1 !8,4 Ω
Kapazität 5 und 5' = C, = C₂ = 965,9 η F
Kapazität 37 = C₃ = 2262 nF
Kapazität38=G = 312,1 pF
Kapazität 39= C₅= 1.331 η F

60

65 Durch Verwenden der gleichen Aufbaubedingungen wie bei der Fig. 13. d. h. Gleichmachen des Produktes der Werte der Bauelemente 4 und 5 gleich denen der Bauelemente 4' und 5' kann ein »pseudo-elliptisches« Tiefpaßfilter fünfter Ordnung bzw Bandpaßfilter '· chster Ordnung gebildet werden, wie das in den I- ι g. 15 bzw. 17 mit den Ersatzschaltungen der Fi g. 16 bzw. 18 dargestellt ist. Das Produkt der Werte der Bauelemente 4 und 5 ist gleich dem Produkt der Werte der Biiiieleonte 4' und 5' und ebenso gleich dem Produkt der Werte der Bauelemente 4" und 5". Die Bauelemente der 1 ι g. 15 und 17 und der Ersatzschaltungen der I i g. Ib und 18 haben die gleichen Ikvugszeiehen wie bei den vorhergehenden Schaltungsanordnungcn unter Beifügung eines oder zu eier Streiche, um die aufeinanderfolge uden Stufen des Filters anzuzeigen. Die Schaltung der Fig. IS enthält z.usätz.lkich einen ;"h;v.^c,i.'hen SV:der^c.!;:;i(! 46 eine K;:"?;i/:!äl Λ7 ;;nd eine Kapazität 43. Die Zusatzbauelemente der Fig. 17 bestehen aus dem ohmschen Widerstand 46. der Kapazität 47 und der Kapazität 48. zusammen mit einem ohmschen Widerstandspaar 49 und 50, das mit einer gemeinsamen Erde 51 verbunden ist, wobei keine Kapazität 39 vorhanden ist. In beiden Schaltungen der Fig. 15 bzw. 17 ist. wenn das Ausgangssignal von dem Anschluß 42 entnommen wird, um durch den Verstärker gepuffert zu sein, der ohmsche Widerstand 40 frei wählbar. Wenn der ohmsche Widerstand 40 enthalten ist. vermindert seine Anwesenheit die Empfindlichkeit der Schaltung, die bereits eine geringe Empfindlichkeit hat.

Bei Betrachtung der Ersatzschaltung der Fig. 16 enthält diese eine Induktivität 52 in Serie mit einem ohmschen Widerstand 53 und eine weitere Induktivität 54 in Serie mit einem weiteren ohmschen Widerstand 55. Die Induktivitäten 52 und 54 haben Induktivitätswerte, die gleich sind RiRiQ bzw. R^RiQ. Die ohmschen Widerstände 53 und 55 haben Widerstandswerte, die gleich sind (Ri + R₄) bzw. (R₁+ R--,). Um geeignet^ Bauelemente zu bestimmen, wird vorteilhaft ein Rechner zum Aufbau des verlustbehafteten Filters verwendet. Geschätzte Bauelemente sind aus Tabellen erhältlich, die voraussetzen, daß die Induktivitäten 52 und 54 unendliche Güten (^besitzen.

Die Ersatzschaltung der Fig. 17 ist in Fig. 18 dargestellt, die Induktivitäten 56, 57, 58, 59 mit den induktivitätswerten R_hR,C_u /?₄/?,C,. RiRiCi bzw. RyRiC\ enthält, mit /?„ = Widerstandswert des ohmschen Widerstands 49. R? = Widerstandswert des ohmschen Widerstands 50, R=, = Widerstandswert des ohmschen Widerstands 46.

Die Verwendung herxömmlicher Schaltungen für erdfreie Induktivitäten benötigt insgesamt sieben Verstärker, um ein gepuffertes Filter, wie es in Fig. 17 dargestellt ist. zu ergeben, während gemäß der Erfindung lediglich drei Verstärker benötigt werden.

Ein weiterer Weg, Netzwerke verlustbehafteter Induktivitäten aufzubauen, ist mit der Grundschaltung der Fig.3 möglich. Grundsätzlich besteht der Weg 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 F i g. 3 ist, verbunden werden durch Betrachten der benachbarten Verstärker als einen einzigen Verstärker.

Die in Fig. 19 dargestellte Schaltung ist auf die sie

zusammensetzenden Bauelementwcrtc bezogen. Die Verstärker haben ieweils eine Gesamtverstärkung von Eins. Die Bauelementwerte ergeben sich aus den folgenden beiden Ausdrücken:

R₂C₂ = U₁C₁

R₄C₄ —

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 »hinsehe Widerstände 67, 68, 69, 70, 71, 72 miteinander verbunden sind, w»bei die Anordnung mit Anschlüssen 73, 74, 75 versehen ist. Die Ersatzschaltung ist in F i g. 21 rhirgosirlli hei tier dip 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 /?s/?iG bzw. R_hRid. Die ohmschen Widerstände 78 und 79 haben die Widerstandswerte (R] + Ri+ /?i)bzw.(/?i+ Rt-r R_h).

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 bi xitigt. jedoch sind dann die Widerstandswerte der ohmschen Widerstände 6,46, 49, 50 erhöht.

Ein weiteres Heispiel dafür, Filternetzwerke zu erhalten, die aus verlustbehafteten Induktivitäten bestehen, ist in F i g. 22 dargestellt, und die F i g. 23 gibt die Ersatzschaltung der Fig. 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 »hinsehe Widerslände und der »hinsehen Widerstände durch Kapazitäten, um llochpaßfilter zu bilden, dort, wo Tiefpaßfilter beschrieben wurden und um Bandsperrenfilter /u bilden, wo Bandpaßfilter beschrieben wurden. Durch Ersetzen der Kapazitäten durch ohmsche Widerstände und umgekehrt bei den beschriebenen Netzwerken werden erdfreie verlustbehafictc I/.v-'-Bauelemente erhalten, oder Netzwerke, die derartige Bauelemente verwenden, aufgebaut. Diese erdfreien verlustbehafietcn I /s--Bauelemente enthalten eine Impedanz, die proportional zu \ls² ist. mit .5= variable komplexe Frequenz, und die »Verluste« werden durch Serien- und/oder Parallclkapazitäten gebildet, anstelle von ohmschen Widerständen, wie bei den beschriebenen Grundschaltungen. Alle Schaltungen der Erfindung sind insbesondere anwendbar in Telefon- oder Fernsprechsystemen, bei denen es notwendig ist, gewisse bestimmte Frequenz oder l'requenzbereiche aus den Fernsprechsignalcn 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 n> Anschluß (I, 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, 1') der Teilschaltung geschaltet ist, ι ">

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

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

daß das Produkt aus Widerstandswert [Rr, Ri) des ohmschen Widerstands (4;4') und Kapazität (Ci; C₂) 2> des Kondensators (5; 5') für jede Teilschallung gleich ist, wobei die nachzubildende Induktivität an den beiden Anschlüssen (1, 1') der Teilschaltungen entsteht (F ig. 1).

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

daß zwei gleiche Teilschalt.ingcn, gebildet aus jeweils einem Verstä »er (3; 3'), dessen r> Eingangsanschluß gleich dem Anschluß (1, V) 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') angc- 4". schlossen ist, verbunden sind,
mit der Maßgabe,

daß die Gesamtverslärkung der Verstärker (3; 3') mit jeweils vernachlässigbarer Eingangsadmittanz und vernachlässigbarer Ausgangsimpedanz im we- ίο sentlichen Eins beträgt, und

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

3. Aktive Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte, gleich aufgebaute Teilschaltung (3", 4", 5") in wi 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 Operationsver- η-ί stärker mit 100% Gegenkopplung zum Erzeugen der Gesamtverslärkung Eins sind.

5. Filternetzwerk mit der aktiven Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche l —4, gekennzeichnet durch

einen eingangsseitigen und einen ausgangsseitjgen Zweipol, der den Anschlüssen (1,2;!', 2') der ersten bzw. der letzten Teilschallung vor- bzw. nuchgcschaltetist,

wobei der eingangsseitige Zweipol an eine Signalquelle (15; 36; 36; 36) und der ausgangsseitige Zweipol an eine Wellentypimpedanz(l6;40;40;40) angekoppelt ist,

je ein nichiinduktives Bauelement (12,13; 37,39; 37, 39, 48; 37, 48) zwischen dem Anschluß (1, V) 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 (F i g. 5; 13; 15; 17).

6. Filternetzwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Tiefpaß-Filters die nichtinduktiven Bauelemente (12, 13; 37, 39; 37, 48; 37; 48) Kondensatoren sind (F i g. 5; 13; i 5: 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 Filternetzwerk die nichtinduktiven Bauelemente ohr.ische Widerstände sind.