DE1921022B2

DE1921022B2 - Bandfilter fuer elektrische signale

Info

Publication number: DE1921022B2
Application number: DE19691921022
Authority: DE
Inventors: Baidur Dipl.-Ing. 8000 München Stummer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-04-24
Filing date: 1969-04-24
Publication date: 1972-04-13
Also published as: DE1921021B2; DE1921021A1; SE372397B; NL153392B; DE1921022A1; NL7005357A

Description

C/

für den Aufbau mit diskreten Bauteilen geeignet ist. Die Unterdrückung unerwünschter Qleichtaktantaile im Ausgangssignal wird ferner auf einfache Weise durch einen einzigen, die beiden Emitter der Transistoren des Differenzverstärkers verbindenden ohmschen Widerstände gewährleistet. Des weiteren ist durch die Wahl der in den Eingangskreisen des Differenzverstärkers liegenden Reaktanzen die Realisierung beliebigen Brückenfilterdämpfungsverhaltens gewährleistet. So können beispielsweise auch Induktivitäten in Form von Spulen der Verwirklichung bestimmten Filterverhaltens dienen. Durch Verwendung eines veränderbaren Kondensators im einen Eingangskreis des Differenzverstärkers ist das Betriebsdämfungsverhalten variierbar, so daß die Pole der Betriebsdämpfung auf die gewünschte Frequenz gelegt werden können. Wird dieser Kondensator durch einen zweiten Schwingquarz ersetzt, so verhält sich das erfindungsgemäße Bandfilter wie ein zweiquarziges Brückenfiiter.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung .vird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher beschrieben. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 die Schaltung eines Bandfilters gemäß der Erfindung zur Aussiebung eines in einem Übertragungsband enthaltenen Pilotsignals, mit einem Schwingquarz im einen und einem veränderbaren Kondensator im anderen Eingangskreis.

F i g. 2 ein Diagramm über den Verlauf der in den Eingangskreisen des als Differenzverstärker ausgebildeten Bandfiiters liegenden Blindwiderstände in Abhängigkeit von der Frequenz.

F- i g. 3 die Ortskurve der an den Eingängen der Transistoren des Differenzverstärkers liegenden Spannungen bei gegebener Eingangsspannung,

I ι ü. 4 den Dämpfungsveilauf des Bandfilters in Abhängigkeit von der Frequenz und der Größe der Kapazität des im einen Eingangskreis des Differenzverstärkers liegenden Kondensators.

Das in E i g. I gezeigte Bandfilter will von der Batteriespannung LH gespeist und von der Eingangsspanmine Lt; angesteuert. Die Eingangsspannung Ck ist beispielsweise das vom (irundprimärgruppenvcrstärker gelieferte fihertragungsband, in dem sich das Pilotsignal hetindet. Der Widerstand Rl und die Basis des Transistors 71 werden von der Eingangsspannung Lr-: über den Schwingquarz Q als Vorimpedanz gespeist. Die am Widerstand Rl und damit an der Hasis d"s Transistors 7Ί anliegende Spannung ist mit (T bezeichnet. Der Widerstand Rl und die Basis des Transistors 7 2 werden über den Kondensator C, der als veränderbarer Kondensator ausgebildet ist. als Vorimpedanz gespeist. Die am Widerstand R2 und damit an der Basis des Transistors 7 2 anliegende Spannung ist mit (2 bezeichnet. 1 henso können die Widerstände Rl und Rl durch weitere Widerstände Rd und P"⁷ "i Hasisspaniuingsteiiern ergänzt sein. Die Spannun- Stärkung des mit dem Transistor TX, Tl aufgebau¹ Differenzverstärkers jeweils von der Basis au η Emitter der Transistoren 7Ί, Ti ist durch di .ich die Widerstände Λ3, RS bedingte starke O kopplung fast gleich Eins. Die Widerstände R ^x '-'5 sind zu diesem Zweck so bemessen, daß sie j liegen den Transislorcingangswiderstand in Basiss Ming sind. Die am Widerstand Λ3, der die Emitter Transistoren 7"I. Tl verbindet, auftretende ¹UiUiIg (''3 ist deshalb die Differenz der an den W'id nulen Ri und Rl anliegenden Spannungen ill 12. Die Aiugangsspannung Ua des Differenzverstärkers, die nm Arbeitswidepuancl #4 des Transistors Ti anüß&t, ergibt sich bei hoher Stromverstärkung des Transistors Ti, wenn also dessen Kollektorstrom annähernd gleich dessen Emitterstrom igt, zu:

7v3

F i g, 2 zeigt den Verlauf der Reaktanz Xq des

ίο Schwingquarzes Q und den Verlauf der Reaktanz Xc des Kondensators C in Abhängigkeit von der Frequenz ω. F i g. 3 zeigt die Ortskurve der an den Basiselektroden der Transistoren Tl, T2 stehenden Spannungen Ul, Ul bei gegebener Eingangsspannung Ue,

Beide Ortskurven, nämlich die der Spannung Ul in Abhängigkeit von der Frequenz co, im folgenden kurz mit Ul (ω) bezeichnet, und die der Spannung Ul in Abhängigkeit von der Frequenz w, im folgenden kurz mit Vl (r/j) bezeichnet, liegen auf .-in und demselben

an Kreis. Da beide Ortskurven l/l (ω) and Ul («>) in F i g. 3 im gleichen Kreis dargestellt sind, sind die für den Schwingquarz Q geltenden Frequenzen ω im Innern des Kreises eingetragen und die für den Kondensator C geltenden Frequenzen <» außerhalb des Kreises aufgeführt.

Im einzelnen ergeben sich folgende Sachverha'.te. Bei der Frequenz «> — O ist die Spannung U\ (<» = O) =· 0, da der Schwingquarz O, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist, die Impedanz Xq = χ besitzt. Bei der Frequenz n> ■-- <u,- herrscht Quarzserienresonanz. Der Schwingquarz Qhat die Impedanz Xq 0(Fig.2). Damit ist die Spannung L'\ («>,) Ub. also gleich der Eingangsspannung. Bei der Frequenz o>

herrscht

Quarzparallelresonanz, der Schwingquarz Q hat nun die Impedanz Xq ■ χ (F i g. 2) und die Spannung Ul (nip) 0. Bei der Frequenz") χ besitzt der Schwingquarz Q, wegen der Quarzparallelkapazität die Impedanz Xq 0. weswegen die Spannung Ul (ο ·/ ) wiederum gleich der Eingangsspannung Vk ist.

Der Endpunkt des Vektors der Spannung i'2 (>»), die an der Basis des Transistors Tl anliegt, durchläuft den linken Halbkreis zwischen den Frequenzen m 0 und <■> \ im Uhrzeigersinn. Bei der Frequenz <« 0

+5 ist die Spannung Vl ("> 0) 0, da der Kondensator Γ die ImpedanzX₁- χ hat (E ig. 2). Bei der Frequenz f< - r ist die Impedanz Xc 0 (F ig. 2), und damit ist die Spannung Ul {'■> x) gleich der Eingangsspannung Ue-

Bei der Frequenz. <·> O₁ sind die Impedanz Xq und Xi- gleich groß (F i g. 2). Damit ergibt sich Cl (»■Ο Vl (»■»,).

In F i g. .1 ist außerdem die Spannung L'3 eingetragen. Da diese Spannung ebenfalls von der Frequenzf> abhängig ist. wird sie im folgenden kurz 13 (<■>) bezeii 'inet. Der Vektor der Spannung (3 _tf>) ist, wie bereits gezeigt wurde, die Differenz der Spannungen Ul (m) und Ul (fi>). Die Spannung UZ (ω) ist der Ausgangsspanniing Ua proportional und gibt die Selektion des erfindungsgemäßen Bandfiiters wieder Bei der Frequenz™ 0 ist die Spannung i/3 (w - 0> - 0, und damit ist die Betriebsdämpfung ai, x. Bd der Durchlaßmitte des Bandfiiters, also hei der Frequenz m_n ist die Spannung £/3 (r»„) gleich der Eingangs

spannung Ur, die Betriebsdämpfung cii, 0. Bei de Frequenz ok hat das Bandfilter einen Dämpfungspol die Betriebsdämpfung au wird unendlich groß. Somr wird die Spannung V3 («>_x) zu Null. Ebenso ist di<

1 921 Ö22

Beiriebsdä^u.g * M der Frequen^ . * »nencilieh groß, die Spannung t/3 (« = co wird zu Null. fn F ί g. 4 ist der Verlauf der Üefnebsdampfung ^ des ßartdÜtteft ifl Abhängigkeit von der Frequenz«) und der Größe der Kapazität de^ Kondensators G gezeigt, Mit der Frequenz«, ist ate Durchlaßm.lte des

ÄÄ Größe der Kapazität ί ändert

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Hierzu ι Blatt Zeichnurigen

Claims

schwierig zu erfüllen, p&zn ist wenigstens ein mebr-

Patentanspruch: stufiger Transistorverstärker erforderlich, dessen Ein

gan gswiderstand durch starke, über mehrere Stufen

Bandfilter für elektrische Signale, insbesondere reichende Gegenkopplung vermindert wird. Hieraus für die Anwendung auf dem Gebiet der Träger- 5 ergibt sich insbesondere dann ein großer Aufwand, frequenztechnik zum selektiven Empfang eines wenn der Verstärker mit diskreten Bauteilen aufgebaut sinusförmigen Meß- oder Pilotsignals, das einen werden soll.

Differenzverstärker aufweist, in dessen Eingangs- Ferner ist es aus der Abhandlung von R. D.

kreisen ein Schwingquarz und ein Kondensator Middlebrook und A. D, T a y 1 ο r »Differential liegen, dadurch gekennzeichnet, daß io Amplifier With Regulator Achieves High Stability, der Differenzverstärker ein Spannungsverstärker Losv Drift« der Zeitschrift »Electronics«, Vol. 34 ist und aus zwei in Emitterschaltung betriebenen (28. Juli 1961), Nr. 30, S. 56 bis 59, insbesondere Transistoren (7Ί, T2) gebildet ist, deren Emitter F i g. 1 auf S. 56, bekannt, bei einem Differenzdiirch einen ohmschen Widerstand (R3) verbunden verstärker, der zwei Gegentaktausgänge aufweist, sind, daß der Schwingquarz (0 und der Konden- 15 unerwünschte Gleichtaktanteile durch Emittecwidersator(C) unmittelbar mit den Basiselektroden der stände bei den Transistoren der Eingangsstufe und Transistoren (Ti. T2) verbunden sind und daß der durch eine für diese Transistoren als gemeinsamen Kondensator (C) in seiner Kapazität veränderbar Emitterwiderstand dienende Kollektor-Emitter-Strecke ist. eines weiteren Transistors zu unterdrücken. Die KoI-

zo lektor-Emitter-Strecke des weiteren Transistors ist

dabei so hochohmig, daß der über sie fließende Strom

im wesentlichen konstant ist. Die Ansteuerung des weiteren Transistors erfolgt dabei über zusätzliche

Die Erfindung betrifft ein Bandfilter für elektrische Transistoren und Widerstände. Diese Maßnahmen Signale, insbesondere für die Anwendung auf dem Ge- 25 führen jedoch dazu, daß der erforderliche Aufwand biet der Trägerfrequenztechnik zum selektiven Emp- für eine Gleichtaktunterdrückung im Ausgangssignal fang eines sinusförm γ.η Meß- oder Pilotsignals, das derartig groß ist, daß er nur in Sonderfällen vertretbar einen Differenzverstärker aufweist, in dessen Eingangs- ist. bzw. zwangläufig zu schaltungstechnisch aufwenkreisen ein Schwingquarz und ein Kondensator liegen. digen Differenzverstärkern führt.

In der Trägerfrequenztechnik und vo>-allem bei Viel- 3° Ferner ist es aus der USA.-Patentschrift 1902 031 kanal-TrägerfrequenzsystemenwerdenscndeseitigMeß- ein auf dem Gebiet der Trägerfrequenztechnik ver- oder Pilotsignale in die Lücken zwischen bestimmte wendbarer. Bandfilter bekannt, das zwei Verstärker-Trägerfrequenzkanäle gelegt, dc-en Amplituden auf kreise aufweist, die mit den Eingangs- und Ausgpngsder Empfangsseite als Kriterien für die Eigenschaften kreisen des Filters unter Verwendung von Überder Übertragungsstrecke herangezogen werden. Zu 35 tragern gekoppelt sind. Dieses Band^'ter. bei dem als diesem Zweck müssen die genannten Signale empfangs- verstärkende Elemente Elektronenröhren Verwendung seitig aus dem Übertiagungsband ausgefiltert werden, finden, weist jedoch den Nachteil auf, das zusätzlich wozu steile Bandfilter kleiner Bandbreite erforderlich Übertrager erforderlich sind.

sind, um eine scharfe frequenzmäßige Trennung der Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein

Meßsignale von den angrenzenden Trägerfrequenz- 40 Bandfilter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei kanälen zu gewährleisten. Zur Realisierung von dem der verwendete Differenzverstärker einfach im Funktionen mit steilen Flanken und hohen Dämpfun- Aufbau ist und bei dem eine Unterdrückung von gen innerhalb schmaler Frequenzbänder hat man sich Gleichtaktanteilen im Ausgangssignal mit einfachen deshalb Bauelemente extrem hoher Güte, wie beispiels- schaltungstechnischen Mitteln erreicht wird,
weise Quarze oder lerritschwinger, bedient, die in Ver- 45 Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gebindung mit Brückenschaltungen, wie dem Kreuzglied, löst, daß der Differenzverstärker ein Spannimgsder Differential- oder der Sparbrücke, das geforderte verstärker ist und aus zwei in Emitterschaltung be-Übertragungsverhalten aufweisen. Die Polstellen der triebenen Transistoren gebildet ist. deren Emitter Dämpfung werden bei derartigen Bandfiltern durch durch einen ohmschen Widerstand verbunden sind, Cjicichheit der Reaktan/en in den Brückenzweigen als 5° daß der Schwingquarz und der Kondensator unmittel-Frgebnis eines Brückenabgleichs erzeugt. Bandfilter bar mit den Basiselektroden der Transistoren verbundieser Art sind jedoch aufwendig, was vor allem durch den sind und daß der Kondensator in seiner Kapazität die Verwendung von Differentialübertragern bedingt veränderbar ist.

1st. Dazu kommt noch, daß der Raumbedarf der- Durch diese Maßnahmen erhält man ein Bandfilter,

artiger Differentialübertrager in vielen Fällen einer 55 das wie ein Differentialfilter Brückenfijterdärr 'ungs-Miniaturisierung der Bandfilter entgegensteht, Verhalten aufweist, wobei jedoch ein Übertrag '. iiis-

Aus der Abhandlung von D, S, Fl umpherys besondere ein Differentialübertrager eingespart wird. »Active Crystal Filters« in der Zeitschrift »Electro- Ftierdurch ergibt sich neben Kostenersparnis auch ein Technology«, VoI 78 (Juli 1966), Nr. I, S, 43 bis 47, wesentlich geringerer Raumbedarf. Darüber hinaus ist es bekannt, ein Bandfilter für elektrische Signale als 6° wirkt das erfindungsgemäße Bandfilter verstärkend Differenzverstärker, der ein Stromverstärker ist, aus- und bietet durch geeignete Dimensionienmg des spezubilden, wobei die Eingangskreise des Differenz- ziellen Differenzverstärkers die Möglichkeit, Eingangsverstärker«! in F i g. 1 (d) auf S. 44 über ohmsche und Ausgangsscheinwiderstände dem jeweiligen An-Widerstände mit einem Schwingquarz und einem Wendungsfall anzupassen. Der Differenzverstärker ist Kondensator verbunden sind. Der Eingangswider- 65 ferner als einstufiger Spannungsverstärker ausgebildet, stand des Differenz-Stromverstärkers muß dabei sehr Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß der Differenzklein gegenüber diesen Widerständen sein. Diese For- Verstärker sowohl für integrierte Sehaltkreistechnik d ist jecloGh bei Transistorverstärkerii äußerst als auch, wegen seiner tJnkomplizierlheit, besonders