DE2618060C2 - - Google Patents

Description

Rc =

² R2 (

Il \

und der /weile zusätzliche Widerstand Wert

2 \ ei t- /(<·.„ /

hat, wobei

/i. die Gleichspannungsverstärkung der Opera tionsverstärker,

(I)(I die3-dB-Kreisfrequenz,

οι die Betriebs-Kreisfrequenz und

R 2 der gemeinsame Wert des ersten (R 2) und zweiten Widersiandes (R 3) ist.

3. Vierpol nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den freien Anschluß (1) der ersten Reihenschaltung (R 1, R 2) und Masse ein Kondensator (C5) geschaltet ist.

4. Vierpol nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den freien Anschluß (3) der zweiten Reihenschaltung (RX CX) und Masse ein ohmscher V.'iderstand (R 5) geschaltet ist.

Die Erfindung betrifft einen aktiven Vierpol mit zwei Operationsverstärkern, bei dein die auf Masse bezogene Eingangsgröße dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers zugeführt und die auf Masse bezogene Ausgangsgröße dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers entnommen wird, wobei die Eingänge des ersten Operationsverstärkers durch eine erste Reihenschaltung aus zwei Widerständen und die Eingänge des zweiten Operationsverstärkers durch eine zweite Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator verbunden sind, derart, daß die invertierenden Eingänge an ohmschen Widerständen liegen und wobei der Verbindungspunkt der Elemente der ersten Reihenschaltung an den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers und der Verbindungspunkt der Elemente der zweiten Reihenschaltung an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers angeschlossen ist.

Dieser Vierpol ist bekannt aus dem Aufsatz von D. G. H a i g h und R. J e f f e r s : »The Design of an Audio-frequency Active RC Bandpass Filter for a Specific Engineering Requirement«, The Radio and Elektronic Engineer Vol. 42, Nr. 8, August 1972, S. 373—380, insbesondere Fig. 5b, auf Seite 375. Es handelt sich bei diesem Vierpol um eine spezielle Ausführung eines allgemeinen Impedanzkonverters nach A η t ο η i ο u, der in der Literatur vielfach beschrieben ist.

Bei geeigneter Beschallung wird dieser spezielle Impedanzkonventer zur Realisierung von aktiven RC- Filtern verwendet. Dazu wird zunächst ein LC- Filter berechnet, das die gewünschten Dämpfungsanforderungen erfüllt. Mit Hilfe der Impedanzkonventer wird dieses Filter sodann in ein aktives umgesetzt. Dabei zeigt es sich, daß die Filter bei Frequenzen über 3 kHz aufgrund der nichtidealen Operationsverstärker, insbesondere aufgrund ihrer frequenzabhängigen Verstärkung, Randverzerrungen und eine zu hohe Grunddämpfung aufweisen. Durch Einführung von sogenannten parasitären Elementen in das Ersatzschaltbild lassen sich diese nichtidealen Eigenschaften der Operationsis verstärker erfassen.

Aufgabe

Es ist die Aufgabe der Erfindung, den bekannten Impedanzkoiwenter derart zu verbessern, daß die 4-j nichtidealen Eigenschaften der Operationsverstärker weitgehend kompensiert werden.

Lösung

Die Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.

Vorteile

Filter mit den erfindungsgemäß erweiterten Impedanzkonvertern haben Filterkurven ohne Randverzer-•so rungen und mit nahezu idealem Verlauf im Durchlaßbereich.

Beschreibung

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 den bekannten Impedanzkonverter,

Fig. 2 den erfindungsgemäß erweiterten Impedanzkonverter,

Fig. 3 den als »Superkondensator« beschalteten erfindungsgemäßen Impedanzkonventer,

Fig.4 den als »Simulierte Spule« beschalteten erfindungsgemäßen Impedanzkonverter.

Der in Fig. I gezeigte Impedanzkonverter ist ein Vierpol mit Eingangsklemmen I und 2 und mit Ausgangsklemmen 3 und 4, ferner mit 3 Widerständen R I, R 2, R 3 und einem Kondensator C4, die zwischen die Klemmen 1 und 3 in Reihe geschaltet sind.

Außerdem enthält der Vierpol zwei Operationsverstärker Vl und V2, deren eine Versorgungsspannungseingänge ebenso wie die Leitung 2-4 mit Masse verbunden sind, und deren andere Versorgungsspannungen + U_B und - Ub erhalten. Die Leitung 2-4 kann auch auf einem anderen Potential liegen, welches jedoch in jedem Falle das Mittelpotential der Versorgungsspannung der beiden Operationsverstärker sein muß. Die Eingangsspannung wird gegen Masse dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers Vl und dem Widerstand R 1 zugeführt. Die Ausgangsspannung wird wiederum gegen Masse dem Kondensator C4 und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers V2 entnommen. Die invertierenden Eingänge der beiden Operationsverstärker sind mit dem Verbindungspunkt der Widerstände R 2 und R 3 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers Vl liegt am

Rc =

Verbindungspunkt des Widerstandes R 3 mit dem Kondensator C4, der Ausgang des Operationsverstärkers V2 am Verbindungspunkt der Widerstände R 1 und R 2. Die Widerstände R 1 und R 2 sind gleich.

> Erfindungsgemäß ist diese Schaltung, wie die F i g. 2 zeigt, um zwei zusätzliche Widerstände Re und Rg erweitert. Der Widerstand Re liegt zwischen den Widerständen R 2 und R 3 und gleichzeitig zwischen den invertierenden Eingängen der beiden Operations-

K) verstärker. Der Widerstand Rg liegt zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers Vl und Masse. Diese Widerstände ermöglichen eine weitgehende Kompensation der aufgrund der nichtidealen Operationsverstärker im Ersatzschaltbild des

is bekannten Impedanzkonverters nach Fig. 1 auftretenden parasitären Impedanzen. Besonders vorteilhaft werden die Widerslände wie folgt bemessen:

Dabei ist

μ die Gleichspannungsverstärkung der Operationsverstärker,

did die 3-dB-KreisfrequenzderOperationsverstärker, (·) die Betricbs-Kreisfrequenz und R 2 der gemeins.i c Wert der Widerstände R 2 und Ri.

Für gewisse Anwendungsfälle reicht es auch bereits, wenn die Widerstände nur ungefähr nach den angegebenen Ausdrücken bemessen sind.

Die Fig. i und 4 zeigen nun Beschallungen, die den erweiterten in Fig. 2 gezeigten Vierpol zum Zweipol machen.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltung ist zwischen den freien Anschluß des Widerstandes R 1 und Masse ein Kondensator C5 geschaltet. Der Zweipol mit den Klemmen 3 und 4 zeigt nun das Impedanzverhalten eines sogenannten »Superkondensators«, dessen nichtideale Eigenschaften weitgehend kompensiert sind. Der Superkondensator hat eine Admittanz Y- -O)-¹D,

wobei D eine positive Konstante ist, und wird daher auch als FDNR (Frequency Dependent Negative Resistor) bezeichnet.

Bei der in Fig.4 gezeigten Schaltung ist zwischen den freien Anschluß des Kondensators C 4 und Masse ein Widerstand R 5 geschaltet. Der Zweipol mit den Klemmen 1 und 2, dessen nichtideale Eigenschaften durch die neuen Widerstände Re und Rg weitgehend kompensiert wird, zeigt näherungsweise das Impedanzverhalten einer idealen Spule mit der Impedanz Z=Jo)L

Wird der in Fig. 3 gezeigte Superkondensator und die in Fig.4 gezeigte simulierte Spule in bekannter Weise zum Aufbau aktiver WC-Filterschaltungen verwendet, so wird der Dämpfungsverlauf -i'eser Filter durch die Erfindung beträchtlich verbessert.

Für manche Anwendungsfälle genügt zur Kompensation beim Superkondensator bereits Re und bei der simulierten Spule Rg, d. h. Rg bzw. Re hat den Wert »unendlich«.

Hierzu 1 Iilatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Aktiver Vierpol mit zwei Operationsverstärkern, bei dem die auf Masse bezogene Eingangsgröße dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers zugeführt und die auf Masse bezogene Ausgangsgröße dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers entnommen wird, wobei die Eingänge des ersten Operationsverstärkers durch eine erste Reihenschaltung aus zwei Widerständen und die Eingänge des zweiten Operationsverstärkers durch eine zweite Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator verbunden sind, derart, daß die invertierenden Eingänge an ohmsehen Widerständen liegen und wobei der Verbindungspunkt der Elemente der ersten Reihenschaltung an den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers und der Verbindungspunkt der Elemente der zweiten Reihenschaltung an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster zusätzlicher ohmscher Widerstand (Re) zwischen die erste (R 1, R 2) und zweite (R 3, C4) Reihenschaltung und zwischen die invertierenden Eingänge der Operationsverstärker und/oder ein zweiter zusätzlicher ohmscher Widerstand (Rg) zwischen den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers (KI)und Masse geschaltet ist.

2. Vierpol nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der erste zusätzliche Widerstand (Rc) den Wert