DE2047917C3 - Integrierbarer Gyrator - Google Patents

Description

W&SskAn Hand eines in der Zeichnung dargestellten schaft ist mit um so größerer Genauigkeit erfüllt, je

5Ktoisfuhrungsbeispiels soll die Erfindung im folgen- größer der Betrag der zu invertierenden Impedanz

Ww^dai noch näher erläutert werden. In der Zeichnung gegen 2 Ro ist

flääledeutet ^Der fertigungstechnische Aufwand des Gyrators

All;? Fig. 1 ein bekannter negativer Impedanzinverter, ζ nach der Erfindung ist wesentlich kleiner als der ein-

^SftS Fig· 2 die schematische Darstellung der Gyrator- leitend beschriebenen bekannten, ebenfalls von einem

iWISjaltung nach der Erfindung, negativen Impedanzinverter abgeleiteten Gyrator-

ÄffPföpjg.3 ein Ausführungsbeispiel für einen Opera- schaltungen. Der Erfindungsgegenstand kommt mit

Ifpionsverstärker nach F i g. 2, einem Operationsverstärker und zwei Widerständen

•ΐΒΐΐΙίφι ₁4 eine Weiterbildung der Gyratorschaltung io aus, und auch der zwei gegenphasige Ausgänge auf-

lflfglgenFig-2. weisende Operationsverstärker läßt sich mit relativ

WW^Der Vierpol nach Fig. I mit dem Eingangstor E einfachen Mitteln verwirklichen.

iäSSnd dem Ausgangstor A besteht im wesentlichen aus Zum Nachweis dieses Sachverhalts wird in F i g- 3

Ä Ändern Operationsverstärker OP mit zwei hochohmigen ein einfaches Ausführungsbeispiel für einen solchen

fs iPjchwunmenden gegenphasigen Eingängen und einem 15 zwei gegenphasige Ausgänge aufweisenden Opera-

ii^f Auseang Der Ausgang (+) ist über den Widerstand tionsverstärker angegeben. Die Ein- und Ausgangs-

fc^fo/mit dem ^emen Eingang(+) verbunden, der anschlüsse des Operationsverstärkers sind entspre-

fe'^!einerseits den einen Anschluß dts EingangstorsE chend Fig. 2 mit la und 16 bzw. 2a und 26 ange-

5 Stellt. Der andere Anschluß des Eingangstors E geben. Die hochohmigen schwimmenden gegenpha- $ : J^ gegen Bezugspotential gelegt und steht über den ao sigen Eingänge des Operationsverstärkers werden von

6 Widerstand Ro einerseits mit dem anderen Eingang einer Differenzverstärkerstufe, bestehend aus den (—) des Operationsverstärkers und andererseits mit npn-Transistoren TrI und TrI, gebildet, deren Emit-

^ dem zweiten Anschluß des Ausgangstors A in Ver- ter über den gemeinsamen Widerstand R10 mit dem

ö bindung Die Leitwertmatrix (Y) des Vierpols nach negativen Bezugspotential V- verbunden sind und

Fi £. 1 ergibt sich für eine gegen Unendlich gehende 25 deren Basisanschlüsse die schwimmenden Eingangs-

Verstärkune des Operationsverstärkers zu anschlüsse la und 16 darstellen. Die Transistoren

■£ versuuN Bi- _{Trl und TrV sind kollektorseit{}g über ihre Wider-

' / 0 1 Ro' \ stände R 1 und R1' mit dem positiven Bezugspoten-

_{m (I)} tial V+ verbunden. An diese Eingangsstufe schließt

( \ 1 Ro 0 j 30 sich eine zweite Differenzverstärkerstufe, bestehend

aus den pnp-Transistoren Tr 2 und Tr T, an, deren

ίί Basisanschlüsse mit den Kollektoren der Transistoren

i Wie die Matrix erkennen läßt, stellt dieser Vierpol TrI und TrV verbunden sind, und deren Emittereinen negativen Impedanzinverter dar, der, wenn er anschlüsse über den gemeinsamen Widerstand K im am Auseaagstor A mit einer Kapazität abgeschlossen 35 mit dem positiven Bezugspotential V+ m Verbmwlrd an seinem Eingangstor E eine negative Induk- dung stehen. Kollektorseitig sind diese beiden Tranrivität darstellt sistoren über die Widerstände R 2 und R 2 an das

Der in Fig 2 dargestellte Vierpol unterscheidet negative Bezugspotential angeschaltet. Zur Schaffung rieh vom Vierpol nach F i g, 1 lediglich dadurch, daß der beiden gegenphasigen Ausgänge, die hierbei erdfr Operationsverstärker nunmehr zwei Ausgänge, 40 symmetrisch und niederohmig sind, sind zwei Emnfmrl Twlr zwei eeeenphasige Ausgänge, aufweist und terfolger vorgesehen, die aus den Transistoren Tr 3 Se^kk^gopplung⁸über den Widerstand Ro" und 7Y3' bestehen. Diese beiden Transistoren sind den Sen Eingang des Operationsverstärkers von basisseitig mit den Kollektoren der vorhergehenden -Wmchtiich des genannten Eingangs (+) inver- Stufe verbunden. Sie stehen kollektorse.tig unmittel- >n Aus_Kang(-)erfolgt· Der Operitionsverstär- 45 bar mit dem positiven Bezugspotent.al V+ und emrtker m F^lttJt OF' seine beiden schwimmen- terseitig über die Widerstände R3 und R 3 nut dem den ^einphasigen Eingänge mit la und 16 und negativen Bezugspotential V - m Verbindung Dem l?ne SS giShasilen Ausgänge mit 2a und 26 Eingang la, dem die Phase (-) zugeordnet ,st, ent-Schnet DafAmgangstor/l wird hier durch die spricht der mit dem Emitter des Transisto^ Tr 3 Sndung z?m Eingang la und die Verbindung 50 verbundene ausgangsseitige Anschluß 2a ebenfalls zum Ausgang 26 gebildet. Im Unterschied zum mit der Phase (-), während dem schvammenden nZtivin^ Impedanzinverter nach F i g. 1 ist hier der Eingang 16 mit der Phase (+) der m.t dem Emitter ^g RückCphmgszweig fließende Strom, bezogen des Transistors 7>3 verbundene ausgangsseit.ge Andri^angsspannung, invertiert. Die Wider- schluß 26 ebenfalls mit der Phase (+) entspricht, tmg g_esF_vierp(£ _{nach Fig 2 ergibt sich 55 Bei beson}ders hohen AnforHon.noen an die Begehender Verstärkung des Ope- ' ' '

geführt sein. .

, _n _R„\ Wie bereits ausgeführt worden ist, sind beim Gyra-

,7, _ (lh ⁶O tor nach der Erfindung die Gyratoreigenschaften mit

β ·· ·)Β )' der im allgemeinen zu fordernden Güte nur dann

^{Ko ZK ;} gegeben, wenn der Betrag der zu intervenierenden

Impedanz ausreichend groß gegenül>er dem zwei-

ISSggi

pedanzkonverters die Möglichkeit, eine von dieser Nebenbedingung unabhängige Gyratorschaltung zu verwirklichen. Eine solche Gyratorschaltung ist in F i g. 4 dargestellt. Sie unterscheidet sich von der Gyratorschaltung nach F i g. 2 lediglich dadurch, daß der eine Anschluß des Vierpolausgangs A nicht unmittelbar mit dem Eingang 1 a des Operationsverstärkers verbunden ist, sondern über einen dreipoligen spannungsgesteuerten negativen Impedanzkonverter UNIC, und zwar derart, daß der Widerstand Ro dem Eingang des negativen Impedanzkonverters parallel liegt. Die Widerstandsmatrix dieses Vierpols ergibt unter Voraussetzung einer gegen Unendlich

gehenden Verstärkung des Operationsverstärkers Ol /0 -Ro\

Ro" 0

(III)

In dieser Matrix verschwinden die Glieder in dei einen Hauptdiagonale, während die Glieder in dei anderen Hauptdiagonale entgegengesetzte Vorzeichen haben. Somit sind die Gyratoreigenschaften diesel Schaltung unabhängig vom Betrag der zu invertierenden Impedanz.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Zwei Operationsverstärker stellen allerdings einen

   Patentansprüche: erheblichen technischen Aufwand für ein solches

   Bauelement dar.

   l.Integiiierbarer Vierpol mit einem Operations- Gyratoren finden bei der Herstellung integrierter

   verstärker, bei dem ein erster Verstärkereingang 5 Halbleiterschaltungen zur Realisierung von Indukti-

   den einen Vierpolausgangsanschluß bildet und vitäten eine bedeutsame Anwendung, weil die hier

   über eine erste Impedanz mit dem einen Vierpol- vorherrschende Dickfilm-, Dünnfilm- und monolithi-

   eingangsanschluß in Verbindung steht, bei dem sehe Technik im allgemeinen eine unmittelbare Reali-

   ferner der andere Vierpoleingangsanschluß von sierung von Induktivitäten nicht ermöglicht. Hierfür

   einem zum ersten Verstärkereingang gegenphasi- ic» müssen daher Halbleiterersatzschaltungen, wie sie

   gen zweiten Verstärkeremgang gebildet ist, der Gyratoren darstellen, herangezogen werden. Gyrato-

   über eine zweite Impedanz mit der Ausgangsseite ren sind positive Impedanzinverter, die eine an ihrem

   des Operationsverstärkers verbunden ist, da- Eingang angeschlossene Kapazität an ihrem Ausgang

   durch gekennzeichnet, daß zur Realisie- als Induktivität in Erscheinung treten lassen. Im Hin-

   rung eines integrierbaren Gyrators der zweite 15 blick auf eine Optimierung der Gesamtschaltung ist

   Verstärkereiagang (1 b) über die zweite Impedanz es in diesem Zusammenhang wichtig, daß die be-

   (Ro'') mit einem hierzu gegenphasigen ersten nötigten Halbleiterersatzschaltungen, also beispiels-

   Verstärkerausgang (la) verbunden ist, während weise Gyratoren, mit einer möglichst geringen An-

   ein zum ersten Verstärkerausgang gegenphasiger zahl von Widerständen und Kondensatoren aus-

   zweiter Verstärkerausgang (2 ft) den anderen Vier- ao kommen,
   polausgangsanschluß abgibt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für
2. 2. Integrierbarer Vierpol nach Anspruch 1, da- einen von einem integrierbaren Vierpol der einleidurch gekennzeichnet, daß die erste und die tend geschilderten Art abgeleiteten Gyrator eine weizweite Impedanz (Ro, Ro") reelle Widerstände tere Lösung anzugeben, die unter Verzicht auf einen sind. . »5 besonderen negativen Impedanzkonverter mit einem
3. 3. Integrierbarer Vierpol nach Anspruch 1 einzigen Operationsverstärker auskommt.

   oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbin- Ausgehend von einem integrierbaren Vierpol mit

   dungsweg des einen Vierpolausgangsanschlusses einem Operationsverstärker, bei dem ein erster Ver- und dem gemeinsamen Verbindungspunkt des Stärkereingang den einen Vierpolausgangsanschluß ersten Verstärkereingangs (1 a) mit der ersten 30 bildet und über eine erste Impedanz mit dem einen Impedanz (Ro) ein spannungsinvertierender drei- Vierpoleingangsanschluß in Verbindung steht, bei poliger negativer Impedanzinverter (UNIC) an- dem ferner der andere Vierpoleingangsanschluß von geordnet ist, und zwar so, daß die erste Impedanz einem zum ersten Vestärkereingang gegenphasigen seinem Eingang parallel liegt. zweiten Verstärkereingang gebildet ist, der über eine

   35 zweite Impedanz mit der Ausgangsseite des Operationsverstärkers verbunden ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Reali-

   sierung eines integrierbaren Gyrators der zweite Verstärkereingang über die zweite Impedanz mit einem 40 hierzu gegenphasigen ersten Verstärkerausgang ver-

   Die Erfindung bezieht sich auf einen integrierbaren bunden ist, während ein zum ersten Verstärkeraus-Gyrator und geht hierbei von einem integrierbaren gang gegenphasiger zweiter Verstärkerausgang den Vierpol mit einem Operationsverstärker aus, bei dem anderen Vierpolausgangsanschluß abgibt,
   ein erster Verstärkereingang den einen Vierpolaus- Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis

   gangsanschluß bildet und über eine erste Impedanz 45 zugrunde, daß der in der genannten Literaturstelle mit dem einen Vierpoleingangsanschluß in Verbin- »Electronics Letters«, Febr. 1967, Vol. 3, Nr. 2, S. 50 dung steht, bei dem ferner der andere Vierpolein- und 51, insbesondere S. 50, linke Spalte, Fig. 1 a, gangsanschluß von einem zum ersten Verstärkerein- angegebene, aus einem negativen Impedanzinverter gang gegenphasigen zweiten Verstärkereingang ge- vom Lundry-Typ abgeleitete Gyrator dadurch realibildet ist, der über eine zweite Impedanz mit der 50 siert ist, daß in seinen Rückkopplungszweig ein Ausgangsseite des Operationsverstärkers verbunden stromgesteuerter negativer Impedanzkonverter eingeist. schaltet ist. Die Funktion dieses stromgesteuerten

   Ein solcher integrierbarer Vierpol stellt einen nega- negativen Impedanzkonverters in der betreffenden tiven Impedanzinverter dar, der, wie beispielsweise Schaltung läßt sich gemäß der Erfindung in außerder Literaturstelle »Electronics Letters«, Ausgust 55 ordentlich einfacher Weise praktisch auch dadurch 1967, Vol. 3, Nr. 8, S. 350 bis 352, zu entnehmen ist, verwirklichen, daß die Rückkopplung auf den einen zusammen mit einem Impedanzkonverter eine Gyra- Eingang des Operationsverstärkers unmittelbar von torschaltung ergibt. Auch ist es durch die weitere einem zweiten invertierten Ausgang her erfolgt.
   Literaturstelle »Electronics Letters«, Februar 1967, Bei einer besonders einfachen bevorzugten Aus-

   VoI. 3, Nr. 2, S. 50 und 51, bekannt, durch spezielle ^6o führungsform sind die beiden Impedanzen reelle Ausgestaltung des Rückkopplungszweiges mit einem Widerstände.

   speziellen Operationsverstärkernetzwerk ebenfalls zu Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist im Vereiner Gyratoranordnung zu gelangen, bindungsweg des einen Vierpolausgangsanschlusses

   Gyratoren lassen sich auch, wie die Literaturstelle und dem gemeinsamen Verbindungspunkt des ersten »Proc. of the IEEE«, Dezember 1969, S. 2155 und ⁶5 Verstärkereingangs und der ersten Impedanz ein 2156, zeigt, mittels zwei antiparallelgeschalteten spannungsgesteuerter dreipoliger negativer Impe-Operationsverstärkern realisieren, die hierbei zwei danzkonverter angeordnet, und zwar so, daß die erste gegenphasige Ein- und Ausgänge aufweisen können. Impedanz seinem Eingang parallel liegt.