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Negativer Impedanzkonverter Die Erfindung betrifft einen integrierbaren,
mit Transistoren aufgebauten mehrstufigen, negativen Impedanzkonverter, dessen Eingangsstufe
aus einem Differenzverstärker besteht, dem eine Verstärkerstufe in Darlington-Schaltung
nachgeschaltet ist.
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Zur Realisierung spulenloser Filter mit Hilfe von-RC-Netzwerken werden
aktive Elemente benötigt. Eine vorteilhafte Realisierungsmöglichkeit für solche
aktiven Elemente stellen negative Impedanzkonverter dar. In der Literaturstelle
IRE Transactions on Circuit Theory, Sept.57, T.Yanagisawa, "RC-Active Networks Using
Current Inversion Type Negative Impedance Converters" wird eine zweckmäßige Methode
zur Kombination derartiger aktiver RC-Netzwerke beschrieben. An die in diesen Netzwerken
verwendeten negativen Impedanzkonverter werden sehr hohe Anforderungen in bezug
auf die Konstanz der Konversionskonstante gestellt. Ein besonderes Problem ist die
Stabilisierung dieser Konversionskonstante gegen Änderungen der angeschlossenen
Lastwiderstände und gegen Temperaturänderungen der Umgebung, Bei negativen Impedanzkonvertern,
die in Tiefpaß-RC-Netzwerken verwendet werden sollen, wird weiterhin gefordert,
daß sie eine Verstärkung auch bei der Frequenz Null aufweisen. Als Beispiel wird
in der Literaturstelle Electronics Letters, März 1965, D.P.Pranklin, Direct-Coupled
Negative Impedance Converter" ein negativer Impedanzkonverter mit einer Differenzverstärkerstufe
und
einer nachfolgenden Verstärkerstufe in Darlington-Schaltung angegeben, die sich
zur Realisierung in integrierbarer Bauweise eignet und eine Verstärkung von Gleichstrom
bis zu sehr hohen Frequenzen aufweist.
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Die Stabilität der Konversionskonstante dieser Schaltung genügt jedoch
noch nicht höheren Anforderungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen negativen Impedanzkonverter
anzugeben, der bei relativ geringem Aufwand eine wesentliche Verbesserung der Betriebseigenschaften
aufweist.
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Ausgehend von einem integrierbaren, negativen Impedanzkonverter, dessen
Eingangsstufe aus einem Differenzverstärker besteht, dem eine Verstärkerstufe in
Darlington-Schaltung nachgeschaltet ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß zur Erzielung einer Konversionskonstante hoher Stabilität einerseits
in den Emitterzweigen des Differenzverstärkers eine Konstantstromquelle angeordnet
ist und sich andererseits an die Verstärkerstufe in Darlington-Schaltung eine Emitterfolgerstufe
anschließt.
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Durch die Anordnung der Konstantstromquelle in den Emitter zweigen
des Differenzverstärkers wird eine hohe Gleichtaktunterdrückung garantiert, die
zusammen mit der Erniedrigung des Ausgangswiderstandes des Konverters durch die
Emitterfolgerstufe die Stabilität des Konversionsfaktors wesentlich erhöht. Ein
weiterer Vorteil dieses negativen Impedanzkonverters besteht darin, daß die Gegenkopplungswiderstände
in den Basiszweigen des Differenzverstärkers auf Grund des niedrigen Ausgangswiderstandes
des Konverters in einem großen Bereich frei gewählt werden können. Damit kann die
Abhängigkeit der
Konversionskonstanten von den äußeren Lastwiderständen
des negativen Impedanzkonverters sehr stark Verringert werden.
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Eine weitere Verbesserung der Betriebseigenschaten des Konverters
kann dadurch erreicht werden, daß die Darlington-Schaltung in der Verstärkerstufe
durch einen Emitterwiderstand gegengekoppelt wird, und daß die Emitterfolgerstufe
mit Hilfe eines zweiten Trazisistors zu einer thite-Emitterfolgerschaltung ergänzt
ist.
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Durch diese Maßnahmen wird zusätzlich erreicht, daß die nichtlinearen
Verzerrungen verringert werden. Es ergibt sich also eine hohe Aussteuerbarkeit bei
kleinem Klirrfaktor.
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Eine weitere Erhöhung der Stabilität des Konversionsfaktors gegenüber
Temperaturänderungen läßt sich dadurch erreichen, daß die Konstantstromquelle aus
einem Transistor mit einem Emitterwiderstand und einem Basisspannungsteller aus
zwei Widerständen und einer oder mehreren in Durchlaßrichtung betriebenen Dioden
besteht.
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Diese Konstantstromquelle ist durch die Einschaltung der in Durchlaß
betriebenen Dioden gegen Temperaturänderungen kompensiert Anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausfffhrungsbeispiele soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert
werden. Es zeigen: Fig.1 einen negativen Ixpedanzkontetter alt einer Emitterfolgerstufe
nach der Erfindung, Fig.2 einen weiteren negativen Impedanzkonverter, dessen Aungangsstafe
eine hite-Ekitterfolgerstufe ist.
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Der negative Impedanzkonverter nach Fig.1 enthält als Eingangs stufe
eine Differenzverstärkerstufe I mit dem Eingang E, eine nachfolgende Verstärkerstufe
II in Darlington-Schaltung und als Ausgangsstufe die Emitter folgerstufe III mit
den Ausgangsklemmen A.
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Die Differenzverstärkerstufe I enthält die npn-Transistoren T2 und
T3, deren Kollektoren direkt bzw. über den Arbeitswiderstand R6 mit der positiven
Betriebsspannung +UB verbunden sind. Die Basen der Transistoren T2 und T3 sind über
die Widerstände R1 und R2 mit dem Emitter der Ausgangsstufe III verbunden. Die zueinander
parallelgeschalteten Emitter der Transistoren T2 und T3 sind mit dem Kollektor des
npn-Transistors T1 verbunden, der zusammen mit dem Emitterwiderstand R5 und dem
Basisspannungsteiler mit den Widerständen R3 und R4 und der Diode Di eine temperaturkompensierte
Konstantstromquelle bildet.
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An den Kollektor des Transistors T3 ist die Basis der Darlington-Schaltung
der Verstärkerstufe II angeschaltet.
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Der Emitter der Darlington-Schaltung mit den pnp-Transistoren T4 und
T5 ist direkt mit der positiven (+UB) und der Kollektor über den Arbeitswiderstand
R7 mit der negativen Betriebsspannung -U3 verbunden. Der Kollektor der Darlington-Schaltung
ist mit der Basis des npn-Transistors T6 der Ausgangsstufe III verbunden. Der Kollektor
des Transistors T6 ist mit der positiven Betriebsspannung direkt verbunden, während
der Emitter, der gleichzeitig den Ausgang der Verstärkerstufe 3 darstellt, über
den Emitterwiderstand R8 mit der negativen Betriebsspannung verbunden ist. Die Eingangsklemme
E des negativen Impedanzkonverters D ist mit der Basis des Transistors T2 verbunden,
während die Ausgangsklemme A mit der Basis des Transistors T3 direkt und über den
Widerstand R2 mit dem Emitter des Transistors T6 verbunden ist.
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Da die Schaltung des negativen Impedanzkonverters nur aus Widerständen,
Dioden und Transistoren besteht, ist eine leichte Integrierbarkeit gegeben.
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Fig.2 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung des negativen Impedanzkonverters
nach Fig.1. Die Stufen 1 und II sind gleich den Stufen I und II nach Fig.1 aufgebaut.
Im Gegensatz zu Fig.1 ist aber im Emitterzweig der Darlington-Schaltung der Verstärkerstufe
II noch ein Gegenkopplungswiderstand R9 angeordnet. Die Stufe III weist in Fig.2
zusätzlich noch einen pnp-Transistor T7 auf, der zusammen mit dem npn-Transistor
T6 zu einer White-Emitterfolgerschaltung mit dem Widerstand R10 zusammengeschaltet
ist.
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Durch die Gegenkopplung der Darlington-Schaltung der Verstärkerstufe
II wird eine hohe Aussteuerbarkeit bei kleinem Klirrfaktor erreicht.
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2 Figuren 3 Patentansprüche