DE2728278A1

DE2728278A1 - Aktives filter

Info

Publication number: DE2728278A1
Application number: DE19772728278
Authority: DE
Inventors: Alan John Greaves
Original assignee: Post Office
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1976-06-23
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1978-01-05
Also published as: NL187418B; US4147997A; FR2356313A1; JPS5316849A; GB1585097A; FR2356313B1; JPS6134288B2; CA1066373A; NL187418C; NL7706851A

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Fa-THE POST OFFICE, London WlP 6HQ / England

betreffend: "Aktives Filter"

Die Erfindung bezieht sich auf ein aktives Filter und insbesondere auf den Aufbau derartiger Filter, welche dieselben Kenndaten wie ein passives Filter aufweisen, das durch Induktivitäten und Kondensatoren mit und ohne weitere Elemente gebildet ist.

Filter sind auf jedem Gebiet des Fernmelde- und Funkverkehrs erforderlich. Seit dem Erscheinen von integrierten Schaltungen können Verstärker elemente mit hoher Verstärkung preiswert hergestellt werden, die sehr klein sind und sehr wenig Energie aufnehmen. Filter herkömmlicher Ausführung mit Induktivitäten und Kondensatoren, insbesondere solche für niedrige Frequenzen, können jedoch nicht in einer Größe ausgeführt werden, die mit der von integrierten Schaltungen vereinbar ist. Beispielsweise sind Induktionsspulen hoher Induktivität sehr groß und müssen als gesonderte Elemente hergestellt werden.

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Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist vorgeschlagen worden, aus integrierten Schaltungsverstärkern aufgebaute Gyratoren zu verwenden, wobei ein Kondensator mit einem geerdeten Anschluß sich wie eine Induktivität mit einem geerdeten Anschluß verhält. Auch sind kompliziertere Gyratorschaltungen geschaffen worden, um eine Induktivität mit keinem geerdeten Anschluß zu ersetzen.

Die Erfindung soll daher ein aktives Filter schaffen, das dieselben Kenndaten wie ein passives Filter vorgegebener Ausführung hat.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein aktives Filter geschaffen, das dieselben Kenndaten wie ein vorgegebenes passives Filter hat, das durch Kondensatoren, von denen zumindest ein Kondensator nicht unmittelbar mit Erde verbunden ist, und durch Induktivitäten mit und ohne andere Elemente gebildet ist, wobei das aktive Filter eine oder mehrere erste Gruppen von einem oder mehreren Widerständen, die in Netzwerken topologisch äquivalent den Kondensatoren in dem passiven Filter geschaltet sind; eine oder mehrere zweite Gruppen von einem oder von mehreren Widerständen, die in Netzwerken topologisch äquivalent den Induktivitäten in den passiven Filtern geschaltet sind; eine erste Anzahl von verallgemeinerten Impedanzwandlern zur Erzielung negativer Impedanzen mit Umwandlungsverhältnissen, die wirksam sind, um Widerstandswerte in negative Kapazitäten umzuwandeln und welche von den Knotenpunkten der ersten Gruppe oder Gruppen mit dem Eingang, dem Ausgang oder anderen Verbindungsstellen verbunden sind, und eine zweite Anzahl von verallgemeinerten Impedanzwandlern zur Erzielung von negativen Impedanzen mit Umwandlungsverhältnissen aufweist, die wirksam sind, um Widerstandswerte in negative Induktivitäten umzuwandeln und welche Von Knotenpunkten der zweiten Gruppe oder Gruppen mit dem Eingang, dem Ausgang oder Verbindungsstellen verbunden sind, wobei der

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der Eingang, der Ausgang oder die Verbindungsstellen dem Eingang, Ausgang oder den Verbindungsstellen des passiven Filters entsprechen.

Eine oder mehrere weitere Impedanzwandler zur Erzielung negativer Impedanzen können von Verbindungsstellen des aktiven Filters aus geschaltet sein, welche Verbindungsstellen des passiven Filters entsprechen, welche als Eingang- oder Ausgang für dieses Filter dienen. Derartige weitere Impedanzwandler zur Erzielung negativer Impedanzen würden auch als Pufferelemente für Eingangs- und Ausgangsanschlüsse an dem aktiven Filter dienen; sie sind wegen der Negation der Impedanzen in den aktiven Filter selbst erforderlich.

Als Alternative oder zusätzlich zu derartigen Pufferelementen können einer oder beide der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse mit einem oder mehreren der ersten und zweiten Gruppen von Widerständen verbunden sein, wobei jede Verbindung über eine Induktivität, einen Kondensator, einen Widerstand oder sogar über eine direkte Verbindung erfolgt. Bestimmte der Eingangs-, Ausgangs- und der übrigen Verbindungsstellen des aktiven Filters können durch Widerstände verbunden sein, welche jeweils als ein negativer Widerstand wirken, um eine Gütefaktor-Erhöhung für eine Resonanzschaltung zu schaffen, die zwischen den zwei Stellen gebildet ist, an welchen der spezielle Wideretand vorgesehen ist.

Ein Beispiel für einen verallgemeinerten Impedanzwandler zur Erzielung negativer Impedanzen ist ein Vierpol mit einem geerdeten Anschluß an jedem Pol, wobei der andere Anschluß mit einem entsprechenden Eingang eines Gleichstromverstärkers hoher Verstärkung mit einem differenzierenden Eingang verbunden ist. Impedanzen, zwischen welchen das Verhältnis den negativen Wert des Umwandlungsverhältnisses des Umwandlers festlegt, •ind von dem Ausgang des Verstärkers aus mit dessen Eingängen

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ORIGINAL INSPECTED

verbunden. Der Verstärker kann ein Operationsverstärker in integrierter Schaltungstechnik sein. Die Anschlußpolarität des Verstärkers sollte entsprechend gewählt werden, um eine Gesamtkonstanz für das aktive Filter zu schaffen. Begrenzungsdioden können zur Stabilisierung beim Anschalten erforderlich sein.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die verallgemeinerten Impedanzwandler zur Erzielung negativer Impedanzen paarweise ausgelegt, wobei zwei Wandler, wie vorstehend beschrieben, in Reihe geschaltet sind, und wobei der Unterschied besteht, daß die Rückkopplungsverbxndung zu dem nichtinvertierenden Eingang jedes Verstärkers zu dem nichtinvertierenden Eingang des anderen Verstärkers geführt ist. Die Umwandler können in Gruppen beliebiger Anzahl mit Abwandlungen in den Rückkopplungsverbi-ndungen angeordnet sein.

Gemäß der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Aufbauen eines aktiven Filters geschaffen, das dieselben Kenndaten wie ein vorbestimmtes passives Filter hat, das durch Kondensatoren und Induktivitäten mit oder ohne weitere Elemente gebildet ist; hierbei wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das passive Filter in eine erste Gruppe von einem oder mehreren Kondensatoren, von denen zumindest ein Kondensator unmittelbar mit Erde verbunden ist, und in eine zweite Gruppe von einer oder mehreren Induktivitäten aufgeteilt, wobei die zwei Gruppen mit einer oder mehreren Verbindungsstellen und durch Erdanschlüsse verbunden sind, ferner wird die erste Gruppe durch eine topologisch äquivalent geschaltete, erste Gruppe von Widerständen ersetzt, darüberhinaus wird die zweite Gruppe durch eine topologisch äquivalent geschaltete, zweite Gruppe von Widerständen ersetzt, die zweite Gruppe von Widerständen wird mit den Verbindungsstellen durch eine erste Anzahl von verallgemeinerten Impedanzwandlern zur Erzielung negativer Impedanzen mit Umwandlungsverhältnissen verbunden, die wirksam

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sind, um Widerstandswerte in negative Kapazitäten umzuwandeln, die zweite Gruppe der Widerstände wird mit den Verbindungsstellen durch eine zweite Anzahl von verallgemeinerten Impedanzwandlern zur Erzielung negativer Impedanzen mit Umwandlungsverhältnissen verbunden, die wirksam sind, um Widerstandswerte in negative Induktivitäten umzuwandeln, und es werden weitere verallgemeinerte Impedanzwandler zur Erzielung negativer Impedanzen vorgesehen, um irgendwelche weitere Elemente mit Verbindungsstellen zu verbinden, wie sie in dem passiven Filter vorgesehen sind, oder derartige weitere Elemente werden abgewandelt und jeweils mit einem der ersten oder der zweiten Gruppen von Widerständen verbunden, um eine der ersten oder zweiten Anzahl von verallgemeinerten Impedanzwandlern zur Erzielung negativer Impedanzen zu verwenden, um das andere Element anzuschalten.

Nachfolgend wird nunmehr die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform eines verallgemeinerten Impedanzwandlers zur Erzielung negativer Impedanzen (GNIC) und das Symbol, das hierfür in den anderen Figuren verwendet ist;

Fig. 2 eine Ausführungsform eines aus passiven Elementen aufgebauten Filters;

Fig. 3 ein aktives Filter, das dem Filter der Fig. 2 äquivalent ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. k im einzelnen die Schaltung der Fig. 3;

Fig. 5 einige Abwandlungen in der Schaltung der Fig. 3;

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Fig. 6 ein Beispiel einer Schablone einer Filterausführung

und einer Kennlinie, die gewählt ist, um es anzupassen;

Fig. 7 ein Filter aus passiven Elementen mit der in Fig. 6 dargestellten Kennlinie;

Fig. 8 ein aktives Filter gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, welche dem Filter der Fig. 7 äquivalent ist; und

Fig. 9 mehr im einzelnen die Schaltung der Fig. 8.

Gemäß der Erfindung ist ein aktives Netzwerk geschaffen, das dieselben Kenndaten wie ein passives Netzwerk mit Kondensatoren und Induktivitäten hat, wobei das aktive Netzwerk zwei Widerstandsnetzwerke aufweist, die miteinander und mit benachbarten Netzwerken durch verallgemeinerte Impedanzwandlerschaltungen (GNIC) zur Erzielung negativer Impedanzen verbunden sind. Eines der Widerstandsnetzwerke ist topologisch dasselbe wie der kapazitive Teil des ursprünglichen, passiven Netzwerks, und das andere ist topologisch identisch dem induktiven Teil des ursprünglichen passiven Netzwerks. Eine praktische Ausführungsform einer in Fig. 1 dargestellten GNIC-Schaltung weist einen Operationsverstärker A auf, bei dem jeweils in positiven und negativen Rückkopplungswegen von dem Ausgang zu den Eingängen des Verstärkers eine erste Impedanz Z. und eine zweite Impedanz Z geschaltet ist. Die Impedanzen Z₁ und Z sind ein erster Widerstand und entweder ein Kondensator oder ein zweiter Widerstand. Die Eingangsanschlüsse des Verstärkers A sind jeweils mit einem Anschluß von Polen 1 und 2 verbunden, während die anderen Anschlüsse der Pole unmittelbar miteinander verbunden sind. Oie Polarität des Verstärkers und folglich die Richtungen der Rückkopplungswege sind durch Stabilitätsüberlegungen in dem vollständigen, aktiven Netzwerk festgelegt und können bezüglich der in Fig. 1 dargestellten

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(Polarität) umgekehrt werden. Alle Kondensatoren in dem endgültigen Netzwerk können, müssen aber nicht,gleich einem einzigen bevorzugten Wert sein, und irgendwelche Schwierigkeiten bei der Elementenauswahl werden auf die Wahl der Widerstandswerte übertragen, wie aus der folgenden Beschreibung zu entnehmen ist.

In Fig. 1 ist auch das Symbol dargestellt, das verwendet wird, um eine GNIC-Schaltung in den zu beschreibenden aktiven Filtern darzustellen. Wenn eine GNIC-Schaltung umgekehrt wird, ist das Umwandlungsverhältnis in einer Richtung die Umkehr des Verhältnisses in der anderen Richtung, d.h. von links nach rechts ist das Umkehrverhältnis -Z../Z₂, und von rechts nach links ist es -Z^/Z.. Das verwendete Symbol zeigt auch das Umwandlungsverhältnis bezüglich der Anschlußrichtung der Schaltung an.

In Fig. 2 ist eine typische passive LC-Schaltung dargestellt, welche in diesem Fall ein Vierpol mit einem gemeinsamen geerdeten Anschluß an beiden Polen ist. Diese Schaltung kann so, wie in Fig. 3 dargestellt ist, nachgebildet werden, wobei der obere Teil bzw. die obere Masche von Widerständen die Kapazitäten der ursprünglichen Schaltung und der untere Widerstandsteil bzw. die -Nasche die Induktivitäten ersetzt. Die Umwandlungsverhältnisse der GNIC-Schaltungen sind in den Blöcken angegeben, wobei K., K₂, ..., K„ Zahlen sind, die sich auf die folgenden Ausdrücke beziehen:

(2)

Der in Fig. 3 dargestellte Faktor s ist die komplexe Frequenz-

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^K2	H	- ^K7	K₅ .	K_-
^Kl		^K8 '	7
	' ^K6

veränderliche und wird dadurch eingeführt, daß eine der Impedanzen der GNIC-Schaltung eine Kapazität ist.

Ein einfacher Weg, um sicherzustellen, daß diese Bedingungen vollständig erfüllt sind, besteht darin, K₁ = K« = 1 und K = K- = K. = K = Kg = K_ zu machen. Auf diese Weise können alle Widerstände in den GNIC-Schaltungen dieselben Werte haben, und alle Kondensatoren können gleich einem einzigen bevorzugten Wert sein. Diese Schaltung, die sich dann ergibt, ist in Fig. k dargestellt, wobei die 1:-1 GNIC-Schaltungen gesondert ausgeführt und die 1 : -Ks-GNIC-Schaltungen paarweise ausgeführt sind. Es ist festgestellt worden, daß eine gute, konstante Arbeitsweise durch paarweises Zusammenfassen von GNIC-Schaltungen erreicht wird, wie dargestellt ist. Selbstverständlich gibt es jedoch auch viele andere GNIC-Schaltungen und Kombinationen von GNIC-Schaltungen, welche auch verwendet werden könnten.

Die zwei GNIC-Schaltungen, die einen Knotenpunkt M mit' einem Knotenpunkt T und einen Knotenpunkt N mit einem Knotenpunkt Q verbinden, werden als Pufferelemente zwischen den externen Elementen verwendet, die mit den Knotenpunkten M und N verbunden sind, und die negative Impedanz "würde" in dem aktiven Filter selbst vorhanden sein. Irgendein positiver Widerstandswert, der von dem Knotenpunkt T aus beispielsweise mit Erde verbunden ist, erscheint als ein negativer Widerstand, der von dem Knotenpunkt M aus mit Erde verbunden.ist. Di· Anwendung dieses Verfahrens, um die Gütefaktoren in dem Filter xu erhöhen, wird später beschrieben.

Irgendwelche äußere Schaltungen, welche mit dem ursprünglichen Netzwerk der Fig. 2 verbunden werden, müssen neu entwickalt werden, damit sie dieselbe Impedanz haben, wie sie von den Knotenpunkten M und N aus vor und nach der Umwandlung in die aktive Form des Netzwerke gesehen werden. Diese Forderung

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bezieht sich darauf, ob, wie in einem ersten Fall , die äußere Schaltung zwischen die ursprüngliche Schaltung und Erde geschaltet ist, oder ob sie, wie in einem zweiten Fall, zwischen die ursprüngliche Schaltung und irgendeine andere Stelle mit einer Nullimpedanz, beispielsweise eine Spannungsquelle, geschaltet ist. Um den ersten Fall zu erläutern, ist in Fig. ein Widerstand mit einem Widerstandswert R_T zwischen den Knotenpunkt N und Erde geschaltet. Nach einer Nachbildung des ursprünglichen Netzwerks durch die Schaltung der Fig. 3 ist der Widerstand R- mit demselben Widerstandswert zwischen den Knotenpunkt N und Erde geschaltet} dies erfordert aber das Vorsehen der GNIC-Schaltung K». In Fig. 5 sind zwei weitere Möglichkeiten gezeigt, um denselben Widerstandswert nachzubilden, bei welchem die GNIC-Schaltung Kg nicht erforderlich ist. Eine Induktivität mit dem Wert K KgR, kann zwischen den Knotenpunkt F und Erde oder vorteilhafter ein Kondensator mit dem Wert K/-/(KgR-) kann zwischen den Knotenpunkt G und Erde geschaltet werden.

Wenn der Widerstand R₁ das einzige Element ist, das das ursprüngliche Netzwerk an der Stelle N verbindet, würde ein Ersetzen durch eine Induktivität an der Stelle F oder durch eine Kapazität an der Stelle G die GNIC-Schaltung Kg zwischen der Stelle N und Q redundant machen. Wenn ein Ausgang von der Stelle N erforderlich wäre, könnte dies stattdessen auch von der Stelle F, G oder sogar von Q aus erhalten werden, da alle diese Punkte dieselbe Signalspannung führen. Hierbei ist es jedoch wichtig, daß in der speziellen Ausführungsform des in Fig. k dargestellten Filters das Vorsehen des Lastwiderstands R, zwischen dem Knotenpunkt N und Erde es erlaubt, daß ein gepufferter Ausgang am Knotenpunkt N' erhalten wird, wobei die Signalspannung unmittelbar proportional zu der am Punkt N ist.

Als Beispiel für den zweiten Fall ist in Fig. 2 ein Widerstand

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mit dem Wert R von einer Spannungsquelle V aus mit dem Knotenpunkt M verbunden. Dies könnte auf drei verschiedene Weisen nachgebildet werden, die in Fig. 5 dargestellt sind. Ein Widerstand mit dem Wert R kann einfach von der Quelle V aus mit

dem Knotenpunkt M verbunden werden, oder es kann eine Induktivität mit dem Wert K K.R von der Quelle V aus mit dem Knoten-

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punkt H verbunden werden, oder insbesondere kann ein Kondensator mit dem Wert K_O/(K R ) von der Quelle V aus mit dem Knotenpunkt J verbunden werden. Wie in dem ersten Fall würde ein Ersetzen des Widerstands R an dem Punkt M durch eine Induktivität an dem Punkt H oder durch einen Kondensator an dem Punkt J die GNIC-Schaltung am Punkt M überflüssig machen.

In der Praxis hat sich herausgestellt, daß, obwohl die LC-Resonanzen von Filtern, die entsprechend dem vorbeschriebenen Verfahren ausgelegt sind, hohe Gütefaktoren aufweisen, bei kritischen Bandpass-Anwendungen eine gewisse Verbesserung des Gütefaktors vorteilhaft ist. Diese Verbesserung des Gütefaktors kann für eine besondere LC-Resonanz dadurch geschaffen werden, daß ein negativer Widerstand parallel zu der Resonanzschaltung vorgesehen wird. Ein negativer Widerstand kann zwischen irgendwelchen zwei Punkten der Schaltung der Fig. 2 dadurch nachgebildet werden, daß ein positiver Widerstand zwischen geeignete Punkte der entsprechenden aktiven Schaltung geschaltet wird, da die Impedanznegation durch die GNIC-Schaltungen geschaffen wird. Beispielsweise ist das Schalten eines Widerstands mit einem Widerstandswert R zwischen den Punkten T und P' in Fig. 3 äquivalent mit dem Schalten eines Widerstands mit dem Wert -R zwischen den Punkten M und P der Fig. 2, und ein Widerstand mit dem Wert R zwischen den Punkten T und Erde in Fig. k oder 5 erscheint als Widerstand mit einem Wert -R zwischen dem Punkt M und Erde in Fig. 2.

Die Methode, die Gütefaktoren, wie gerade beschrieben zu verbessern, arbeitet einwandfrei, wenn gewisse Beschränkungen bei den Umwandlungsverhältnissen der GNIC-Schaltungen ange-

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wendet worden sind. Bei der Ausführungsform der Fig. 3 folgt, wenn K^ = Kg und K=K= K ist, dann aus Gleichung (I)₁ daß Κ. = K. = K/- ist. Unter diesen Bedingungen bildet ein Widerstand zwischen den zwei nichtgeerdeten Punkten T und P¹ nur einen nichtgeerdeten Widerstand zwischen den Punkten M und P nach, und es werden keine unerwünschten, geerdeten Elemente eingebracht. Diese vereinfachenden Bedingungen liegen automatisch vor, wenn K. = K« = 1 und K„ = K = K. = K s K, s = K wie in Fig. k ist.

Die Schaffung von negativen Widerständen zur Verbesserung des Gütefaktors, wie sie vorstehend beschrieben ist, weist auf die Möglichkeit hin, andere negative Impedanzelemente zu schaffen. Eine derartige Möglichkeit würde besondere Ausführungen für Filter ermöglichen, denen beispielsweise durch Kettenleiteranordnungen genügt ist, welche vorher deswegen vernachlässigt und außer Acht gelassen worden sind, da sie Elemente mit negativen Werten erforderten. Negative Kapazitäten können an denselben Stellen wie negative Widerstände erzeugt werden, indem Kapazitäten an den entsprechenden Stellen hinzugefügt werden, aber negative Induktivitäten würden zusätzliche GNIC-Schaltungen erfordern.

Ein Filteraufbau, bei dem die beschriebenen Methoden angewendet worden sind, wird nunmehr beschrieben. Es handelt sich um ein schmales Bandpass-Filter, das so ausgelegt ist, um Frequenzen zwischen ^50 Hz und 550 Hz durchzulassen. Die spezielle Verstärkung/Frequenz-Schablone (zur Filterberechnung) ist in Fig. 6 zusammen mit einer Kurve der elliptischen Übertragungsfunktion 8. Ordnung mit einer Welligkeit von 0,1 dB dargestellt, bei welcher sich herausgestellt hat, daß sie die Ausführung trifft. Ein passives LC-Filter mit vier Zweigen, das entsprechend ausgelegt ist, um die Übertragungsfunktion zu realisieren, ist in Fig. 7 dargestellt. Dieses passive Filter ist in seinem Aufbau dem Aufbau eines aktiven Filters äquivaLcuit^ d&s. dieselbe Ausführung hat,

welche in Fig. 8 und 9 dargestellt ist.

Die Induktivitäts- und Kapazitätsmaschen zwischen den Punkten M' und N¹ der Fig. 7 sind durch Widerstandsnetzwerke ausgeführt, die miteinander und den sie verbindenden Schaltungen durch GNIC-Schaltungen verbunden sind, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Ein weiterer Eingang ist durch einen Kondensator C geschaffen, der den Widerstand R und die GNIC-Schaltung an dem Punkt A überflüssig macht, wie vorstehend ausgeführt ist. Die Umwandlungsverhältnisse der GNIC-Schaltungen sind so gewählt, daß alle Kondensatoren eine Kapazität von 12 nF haben können, und eine ausreichende Freiheit bei der Wahl der Werte der Elemente verbleibt, um die Konstanten der Umwandlungsverhältnisse festzulegen, so daß sie folgendermaßen zusammenhängen:

V V V V V V V

2 ⁼ 3 ⁼ k ⁼ 5 ⁼ 6 ⁼ 7 ⁼ 8

Die GNIC-Schaltungen sind paarweise in ähnlicher Weise wie die in Fig. k ausgeführt, aber zusätzlich bilden die GNIC-Schaltungen Ko und K auch ein Paar. Die sich ergebende Schaltung ist in Fig. 9 dargestellt.

Wenn festgestellt wird, daß, wenn das Filter so ausgelegt ist, die Verstärkung in einem Teil des Bandpasses geringer ist als sie infolge der Resonanzschaltung sein könnte, wobei die Gütefaktoren kleiner als im Idealfall sind,kann die vorbeschriebene einfache Methode zur Verbesserung des Gütefaktors angewendet werden, um den Frequenzgang zu korrigieren. Bei einer Ausführungsform wurde durch Hinzufügen von einigen Widerständen mit weiten Toleranzen (loose-tolerance) parallel zu dem topologischen Äquivalent des Parallelresonanzkreisea das geforderte Ergebnis geschaffen. Die Widerstandswerte wurden hierbei empirisch bestimmt. Ferner können Widerstände hinzugefügt werden, um den Frequenzgang beinahe vollkommen zu

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machen; diese gerade erwähnten Möglichkeiten haben sich jedoch aas ausreichend erwiesen, um den Frequenzgang des Filters gut innerhalb dieser Anforderungen einzustellen. Gemäß der Erfindung kann somit jede Art von verallgemeinerten Impedanzwandlern zur Erzielung negativer Impedanzen verwendet werden, vorausgesetzt, daß das Umwandlungsverhältnis entsprechend festgelegt werden kann, um den genauen Wert für die auszulegende Filterschaltung zu haben, wobei die Erfindung verwendet werden kann, um ein einen passiven Filter äquivalentes, aktives Filter zu schaffen. Selbstverständlich muß das passive Filter selbst nicht notwendigerweise nur mit passiven Elementen realisierbar sein.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. J Aktives Filter, das dieselben Kenndaten wie ein vorbe-

stimmtes passives Filter hat, das durch Kapazitäten, von denen zumindest eine Kapazität nicht unmittelbar mit der Erde verbunden ist, und durch Induktivitäten mit und ohne weitere Elemente gebildet ist, gekennzeichnet durch eine oder mehr erste Gruppen von einem oder mehr Widerständen, die in Netzwerken topologisch äquivalent zu den Kondensatoren in dem passiven Filter gescha ltet sind; durch eine oder mehrere zweite Gruppen von einem oder mehreren Widerständen, die in Netzwerken topologisch äquivalent zu den Induktivitäten in dem passiven Filter geschaltet sind; durch eine erste Anzahl von verallgemeiner--' ten Impedanzwandlern zur Erzielung negativer Impedanzen mit Umwandlungsverhältnissen, die wirksam sind, um den Widerstand in negative Kapazitäten umzuwandeln, und welche Jeweils von den Punkten der ersten Gruppe oder Gruppen mit einem Eingang, Ausgang oder Verbindungspunkten verbunden sind, und durch eine zweite Anzahl verallgemeinerter Impedanzwandler zur Erzielung negativer Impedanzen mit Umwandlungsverhältnissen, die wirksam sind, um Widerstände in negative Induktivitäten umzuwandeln und die jeweils von Punkten der zweiten Gruppe oder Gruppen mit dem Eingang, Ausgang oder Verbindungsstellen verbunden sind, wobei der Eingang, Ausgang oder die Verbindungsstellen dem Eingang, Ausgang oder den Verbindungsstellen des passiven Filters entspricht.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß ein weiterer Impedanzwandler zur Erzielung negativer Impedanzen vorgesehen ist, der von einem Eingangsanschluß aus mit einem Verbindungspunkt des aktiven Filters verbunden ist, welcher einem Verbindungspunkt des passiven Filters entspricht, welcher als Eingang für das Filter

dient. 709881/0937

3. Filter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein weiterer Impedanzwandler zur Erzielung negativer Impedanzen vorgesehen ist, der mit einem Ausgangsanschluß von einem Verbindungspunkt des aktiven Filters aus verbunden ist, welcher einem Verbindungspunkt des passiven Filters dient, welcher als ein Ausgang für dieses Filter dient.

k. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Eingangsanschluß, der über eine Impedanz oder unmittelbar mit einem Verbindungspunkt des aktiven Filters verbunden ist, welcher einem Verbindungspunkt des passiven Filters entspricht, welcher nicht als Eingang dient.

5· Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Ausgangsanschluß, der über eine Impedanz oder unmittelbar mit einem Verbindungspunkt des aktiven Filters verbunden ist, welcher einem Verbindungspunkt des passiven Filters entspricht, welcher nicht als Ausgang dient.

6. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Widerstand, der von einem zum anderen der zwei Verbindungspunkte des passiven Filters geschaltet ist, zwischen welchen eine Resonanzschaltung gebildet ist, um dadurch eine Verbesserung des Gütefaktors zu schaffen.

7. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß Jeder Impedanzwandler zur Erzielung negativer Impedanzen einen Gleichstromverstärker hoher Verstärkung mit differenzierenden Eingangsanschlüssen aufweist, die mit den Vierpolen des Wandlers verbunden sind, wobei zwei Impedanzen von dem Auegang des Verstärkers jeweils mit den Eingangsanschlüssen verbunden

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sind, wobei das Verhältnis zwischen den Impedanzen den negativen Wert des Umwandlungsverhältnisses des Wandlers festlegt.

8. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zumindest ein Paar von Impedanzwandlern zur Erzielung negativer Impedanzen, das aus einem Wandler der ersten Anzahl und einem Wandler der zweiten Anzahl besteht, die jeweils mit Punkten einer ersten Gruppe von Widerständen und ener zweiten Gruppe von Widerständen verbunden sind, welche demselben Punkt des passiven Filters entsprechen, wobei das Paar Wandler zwei Gleichstromverstärker hoher Verstärkung mit differenzierenden Eingangsanschlüssen aufweist, und durch ein Pa;.r Impedanzen, die in entgegengesetzten Richtungen von dem Eingang jedes Verstärkers aus mit den Eingangsanschlüssen des anderen Verstärkers verbunden sind, wobei das Verhältnis der Impedanz jedes Paars dasselbe ist und den negativen Wert der Umwandlungsverhältnisse der Wandler festlegt.

9· Verfahren zum Aufbau eines aktiven Filters, das dieselben Kenndaten wie ein vorbestimmtes passives Filter hat, das durch Kondensatoren und Induktivitäten mit und ohne weitere Elemente gebildet ist, dadurch gekennzeichnet daß begrifflich das passive Filter in eine erste Gruppe von einem oder von mehreren Kondensatoren, von denen zumindest ein Kondensator nicht unmittelbar mit Erde verbunden ist, und in eine zweite Gruppe von einer oder mehreren Induktivitäten aufgeteilt wird, wobei die zwei Gruppen mit einer oder mehreren Verbindungsstellen und durch Erdanschlüsse verbunden sind; daß die erste Gruppe durch eine topologisch äquivalent geschaltete erste Gruppe von Widerständen ersetzt wird; daß die zweite Gruppe durch eine topologisch äquivalent geschaltete zweite Gruppe von Widerständen ersetzt wird; daß dann die erste Gruppe von

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Widerständen mit den Verbindungsstellen durch eine Anzahl verallgemeinerter Impedanzwandler zur Erzielung von negativen Impedanzen verbunden wird, die Umwandlungsverhältnisse aufweisen, die wirksam sind, um Widerstände in negative Kapazitäten umzuwandeln; daß die zweite Gruppe von Widerständen mit den Verbindungsstellen durch eine zweite Anzahl von verallgemeinerten Umwandlern verbunden wird, die Umwandlungsverhältnisse aufweisen, die wirksam sind, um Widerstände in negative Induktivitäten umzuwandeln, und weitere verallgemeinerte Impedanzwandler zur Erzielung negativer Impedanzen vorgesehen sind, um irgendwelche anderen Elemente mit einer der Verbindungsstellen zu verbinden, wie sie in dem passiven Filter vorgesehen sind, oder um derartige weitere Elemente abzuwandeln, und um die erste oder die zweite Gruppe von Widerständen miteinander zu verbinden, um so eine der ersten oder der zweiten Anzahl von verallgemeinerten Impedanzwandlern zur Erzielung negativer Impedanzen zu verwenden, um das andere Element anzuschalten.

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