DE927099C - Verstaerker mit negativem Widerstand - Google Patents
Verstaerker mit negativem WiderstandInfo
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Description
Die Erfindung betrifft elektrische Schaltungen, bei denen ein negativer Widerstand verwendet wird.
Ihre grundsätzliche Aufgabe besteht in der Verbesserung der elektrischen Stabilität solcher Schaltungen.
Zahlreiche Schaltungen sind bisher vorgeschlagen worden, bei denen ein negativer Widerstand verwendet
ward, um einen Teil des positiven Widerstandes der Schaltung in wirksamer Weise aufzuheben und hierdurch
den einen oder anderen gewünschten Effekt zu erzielen. Negative Widerstandselemente wurden z. B.
in Signalübertragungsschaltungen verwendet, um als Zusatzverstärker für die übertragenen Signale zu
dienen. Die Verstärkung ist um so größer, je genauer der negative Widerstand den positiven Widerstand
aufhebt; es tritt jedoch Instabilität oder Schwingen auf, wenn der negative Widerstand gleich oder größer
als der positive Widerstand wird. Um den genauen Ausgleich der negativen und positiven Widerstände
zu vermeiden, war es bisher notwendig, einen Spielraum für die Inkonstanz entweder des negativen
Widerstandes selbst oder des Widerstandes der zugehörigen Schaltungen vorzusehen. Die Änderungen
des letzteren können gelegentlich sehr wesentlich sein, z. B. infolge Öffnens und Schließens von Telefonkreisen
bei Schaltvorgängen. Dies erklärt zum Teil die seltene Verwendung der negativen elementaren
oder Zweipolwiderstandselemente und die häufigere Verwendung der bekannten Vierpolvakuumröhrenverstärker
bisher.
Speziellere Aufgaben der Erfindung bestehen also darin, einen fast genauen Ausgleich zwischen positivem
und negativem Widerstand zu ermöglichen, eine
größere Sicherheit gegen Instabilität zu erhalten und günstigere Toleranzen für die positiven und negativen
Widerstandselemente zu ermöglichen.
In Wechselstromschaltungen können nichtohmsche Elemente vorhanden sein, welche den durch den
negativen Widerstand erzielten Nutzen bzw. die Verstärkung auch dann beschränken, wenn die nichtohmschen
Elemente sich nicht ändern. Ein Gegenstand der Erfindung besteht also darin, diese Beschränkung
zu beseitigen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches und billiges elektrisches Übertragungsglied
zu schaffen, das Wechselstrom in einer Richtung leicht, in der anderen jedoch nicht durchläßt und das
eine breite Frequenzcharakteristik hat, so daß es in Verbindung mit empfindlichen elektrischen Schaltelementen,
z. B. mit negativen Widerstandselementen, verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß werden die erwähnten und andere noch abzuleitende Aufgaben erfüllt, in dem passive,
nicht umkehrbare Übertragungsnetzwerke in solcher Weise mit negativen Widerstandselementen und
anderen empfindlichen elektrischen Schaltelementen zusammengeschaltet werden, daß die Wirkung von
Impedanzänderungen in einem Teil der Schaltung gegen die anderen Teile gesperrt wird und somit
Effekte, welche die Stabilität beeinträchtigen, verringert werden. Insbesondere schlägt die Erfindung
die Zwischenschaltung einer nicht umkehrbaren Schaltungseinheit mit richtungsmäßig unsymmetrischen
Eigenschaften zwischen das negative Widerstandselement und die zugehörigen Elemente mit nicht
konstanter Impedanz vor.
Ein Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung einer Vielzahl von negativen Widerstandselementen,
die mit nicht umkehrbaren Netzwerken der obenerwähnten Art abwechseln, um einen stabilen
Verstärker mit hoher Verstärkung zu schaffen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Kombination einer instabilen oder veränderlichen
elektrischen Impedanz mit einer nicht umkehrbaren Schaltungseinheit mit richtungsmäßig unsymmetrischen
Eigenschaften, die einfach, passiv und stabil ist und eine breite Frequenzwiedergabe apfweist.
Das Wesen der Erfindung und der verschiedenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile, die zusätzlich zu
den oben erwähnten vorhanden sind, wird an Hand der Erläuterung der Ausführungsbeispiele der Erfindung,
die in den Zeichnungen dargestellt sind, klar werden.
Fig. ι stellt das Stromspannungsdiagramm eines negativen .Widerstandselementes dar;
Fig. 2 zeigt die Schaltung einer negativen Widerstandseinheit;
Fig. 3, 4 und 5 zeigen bekannte Kreise mit negativen Widerständen in Reihen-, Parallel- und kombinierter
Anordnung;
Fig. 6 stellt ein richtungsmäßig unsymmetrisches ^Element unter Verwendung des Halleffekts bzw.
einen Gyrator dar;
Fig. 7 zeigt einen nicht umkehrbaren oder einseitig gerichteten Kreis, bei dem ein Halleffektgyrator
verwendet wird;
Fig. 8 zeigt die Verwendung eines nicht umkehrbaren Kreises, der zwei in Reihe liegende negative
Impedanzen trennt;
-. Fig."9 zeigt zwei nicht umkehrbare Kreiselemente,
die einen negativen Widerstand wirksam isolieren;
Fig. 10 und 11 zeigen mehrstufige Verstärker mit
in Reihe geschalteten bzw. mit parallel geschalteten negativen Widerständen.
Bevor zu einer ins einzelne gehenden Beschreibung der Zeichnungen und einer mathematischen Untersuchung
der enthaltenen Faktoren übergegangen wird, soll eine flüchtige Betrachtung der bei der Erfindung
verwendeten elektrischen Elemente und Schaltungseinheiten vorgenommen werden.
Die beiden wichtigen beim Gegenstand der Erfindung verwendeten Elemente sind erstens negative
Widerstandselemente und zweitens nicht umkehrbare Übertragungsglieder, welche in beiden Übertragungsrichtungen verschiedene Übertragungseigenschaften
besitzen. Das typische Spannungsstrom-Diagramm eines negativen Widerstandselementes ist in Fig. 1
dargestellt. Man erkennt, daß bei einem Strom I0 die
Spannung mit ansteigendem Strom kleiner wird und -umgekehrt. Es ist hieraus zu ersehen, daß die Einrichtung
an dieser Stelle der Kennlinie bei Wechselstrom einen negativen Widerstand aufweist. Viele
der einfacheren oder elementaren negativen Wider-Standselemente sind sehr empfindlich, vornehmlich
wegen ihrer kritischen Betriebsbedingungen. Diese Neigung zur Instabilität hat ihre Verwendbarkeit
begrenzt.
Ein Vierpolnetzwerk genügt dem Umkehrsatz, wenn eine an zwei Klemmen angelegte elektromotorische
Kraft E einen Strom I an den beiden anderen Klemmen hervorbringt und dieselbe Spannung E, an der zweiten
Stelle des Kreises angelegt, denselben Strom Γ an der ersten Stelle erzeugt. Ein lineares passives Vierpolsystem
ist mit anderen Worten umkehrbar, wenn die Übertragungsimpedanzen in jeder Richtung gleich
sind. Wenn die Stromspannungsabhängigkeit auf beiden Seiten eines Netzwerkes gegeben ist durch die
Ausdrücke .
■Ei = "^n Ii + Zi2I2
und
-C2 = ^21*1 ~T ^22^2 >
wobei Ex und I1 Spannung und Strom an den Eingangsklemmen,
E2 und I2 Spannung und Strom an den
Ausgangsklemmen, Z11 und Z22 die Eingangs- und
Ausgangseigenimpedanzen und Z21 und Z12 die Übertragungsimpedanzen
vorwärts und rückwärts sind, so wird das Netzwerk umkehrbar gebannt, wenn die Übertragungsimpedanzen Z12 und Z21 gleich sind.
Die meisten passiven Netzwerke sind umkehrbar. In der vorliegenden Erfindung werden jedoch gewisse
nicht umkehrbare Übertragungsglieder betrachtet, deren Übertragungsimpedanzen in beiden Übertragungsrichtungen
verschieden sind. Ein Beispiel eines nicht umkehrbaren Übertragungsgliedes ist ein richtungsabhängiger
Phasenschieber, der ein Schaltelement des Vierpoltyps ist, das in einer Übertragungsrichtung
eine andere Phasenverschiebung hat als in der entgegengesetzten Übertragungsrichtung.
Ein anderes nicht umkehrbares Übertragungsglied, auf das bei der vorliegenden Erfindung wiederholt
Bezug genommen wird, ist der Gyrator, ein Übertragungsglied, bei dem die Phasenverschiebungen
in den beiden Fortpflanzungsrichtungen sich um i8o° unterscheiden. Wenn einem derartigen Übertragungsglied
mit richtungsabhängiger Phasenverschiebung ein normales umkehrbares Element mit gleicher Phasenverschiebung
in beiden Übertragungsrichtungen parallel geschaltet wird, wird der Strom in der Richtung,
in der die Teilströme in Phase sind, erhöht, während der Strom in der Richtung, in der sie außer Phase
sind, entweder teilweise oder vollständig ausgelöscht wird. Diese Art Einrichtung, die Wechselstromsignale
in einer Richtung besser als in der anderen überträgt oder leitet, wird richtungsabhängiges Übertragungsglied
genannt. Weiterhin zeigt sich, daß durch abwechselnde Anwendung von negativen Widerständen
und richtungsabhängigen Übertragungsgliedern dieser Art die empfindlichen negativen Widerstände durch
Isolierung wirksam stabilisiert werden und somit von viel größerem Nutzen sind, als sie bisher waren.
- Es soll nun zu einer mehr ins einzelne gehenden Betrachtung und Untersuchung der Erfindung übergegangen
werden. Fig. 1 zeigt die typische Spannungsstromkennlinie eines negativen Widerstandselementes,
und zwar eines schnell wirkenden Thermistors bekannter Art. Wenn der Thermistor so vorgespannt
ist, daß ein Strom von I0 Ampere fließt, erkennt man,
daß ein geringes Vergrößern des Stromes eine Verkleinerung der Spannung am Thermistor hervorbringt
und nicht die normale Vergrößerung des Spannungsabfalls, wie man sie bei positiven Widerständen findet.
Der besondere, in Fig. 1 dargestellte schnell wirkende Thermistor zeigt die negative Widerstandskennlinie
bis herauf zu etwa 100 kHz.
Ein anderes negatives Widerstandselement ist die Gasdiode. Bei Signalfrequenzen würden negative
Widerstandselemente dieser Art geeignet sein. Für Betrieb bei sehr hohen Frequenzen kann ferner die
negative Widerstandseigenschaft, die sich infolge von Laufzeiteffekten an einer dünnen Schicht eines HaIb-
leiters, wie Germanium, ergibt, ebenfalls verwendet werden. E. W. Harold erwähnt in einem Aufsatz in
Bd. 23, Nr. 10, S. 1201, der »Proceedings of the I. R. Έ.«
viele andere Einrichtungen, mit denen man einen negativen Widerstand erhält und die ebenfalls in
erfindungsgemäßen Schaltungen verwendet werden können.
In Fig. 2 sind die Bestandteile eines negativen Widerstandselementes dargestellt, das dem Diagramm
der Fig. 1 entspricht. Der Vorstrom für den Thermistor wird durch die Gleichspannungsquelle Eχ über den
Widerstand Rb geliefert. Der UbergangskondensatorC
beschränkt den Thermistorvorstrom auf den lokalen Kreis. In den Zeichnungen wird das Symbol für einen
regulären Widerstand und die Bezeichnung —Rn verwendet, um negative Widerstandselemente der in
den vorangehenden Abschnitten erwähnten Arten anzugeben.
Die einfachsten Verfahren zur Erreichung einer Verstärkung mit negativen Widerstandselementen
sind in den Reihen- bzw. Parallelanordnungen der Fig. 3 und 4 dargestellt. Negative Widerstandselemente
werden in reihenstabile oder parallelstabile eingeteilt und müssen dementsprechend in den Reihenoder
Parallelanordnungen verwendet werden, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind. Für die
Reihenanordnung ist die Stromverstärkung, die man durch Einschaltung eines negativen Widerstandes
RjX1 zwischen die Signalquelle mit ihrem Widerstand
R1 und den Belastungswiderstand R2 erhält,
welche als Abschlußwiderstände bezeichnet werden, gegeben durch
i\ R1 + R2
I1
K1 + K2 KjX1
wobei I1 der Strom ohne und i\ der Strom mit negativem
Widerstand Ry1 im Kreis ist. Hieraus ergibt
sich, daß eine sehr hohe Verstärkung erreicht wird, wenn RjX1 die Summe von R1 und R2 nahezu aufhebt.
Im Parallelfall der Fig. 4 ist die Verstärkung gegeben durch
1 2
H
(R2-Rn.) (R1 +R2)
R1R2 — (-^i +
R1R2
(2)
— RT
wobei i\ bzw. i2 die Ströme mit bzw. ohne negativen
Widerstand bezeichnen. Hieraus ergibt sich, daß ebenfalls eine stabile Verstärkung erreicht wird, wenn Rn,
J? 7?
dem Betrag nach etwas größer als -
dem Betrag nach etwas größer als -
ist.
Jedoch hängt die auf diese Weise erreichte Verstärkung in großem Maße von den Stabilitätseigenschaften der
negativen Widerstandselemente und auch von der Belastung ab. Um z. B. eine stabile Verstärkung von
60 db zu erhalten, die einem Verhältnis i\: i2 von
1000 zu ι entspricht, muß, wie der Gleichung (1) zu
entnehmen ist, RNi gleich 0,999 (-^i + ^2) sem ηη&
darf nicht mehr als o,i°/0 größer werden. Jede kleine
Änderung von AJy1 oder (R1 + R2), die den Gesamtwiderstand
des Kreises negativ machen würde, bringt die Einrichtung zum Pfeifen oder Schwingen. Eine
etwas geringere Änderung in dieser Hinsicht würde die Verstärkung um große Faktoren ändern. Das
gleiche gilt für jede Kombination von negativen und positiven Impedanzelementen. Wenn man z. B. das
T-Netzwerk aus negativen Widerstandselementen zwischen zwei gleichen Abschlußwiderständen R1 betrachtet,
wie in Fig. 5 dargestellt ist, so ist leicht zu zeigen, daß die Verstärkung, die man durch Einfügung
der negativen Widerstände zwischen die beiden Widerstände R1 erhält, beträgt
(-2R^)(R1)
(3)
i2 (R1 — RNs) (R1 -R1X2- 2 Rn)
Eine große stabile Verstärkung erhält man, wenn RjX3
< IR1 j und RNs
> | R1 — i?^o | ist. Wenn eine Ver-Stärkung
von 60 db erreicht werden soll, erhält
man die stabilsten Anordnungen aus negativen Widerstandselementen, wenn R^3 = — 0,967 R1 und
2 RNl = — 1,033 (-^i — R&n) ist- Unter diesen Bedingungen
beträgt die Verstärkung
1.033
(R1- RNa) (R1- Rn,- 2RNl)
(4)
Die Summe der negativen Widerstandsausdrücke der Gleichung (4) darf 0,001 oder 0,1 °/0 der obenerwähnten
Werte nicht übersteigen. Eine Erhöhung der Stabilität ist durch Aufteilung des Verstärkungsvorgangs auf mehrere negative Widerstandselemente
nicht zu erreichen. Für einen späteren Vergleich sei weiterhin bemerkt, daß jeder der beiden in Reihe
geschalteten gleichen negativen Widerstände für eine stabile Verstärkung von 60 db nicht mehr als 0,2%
größer werden darf.
Die Fig. 6 und 7 sollen im Augenblick übergangen
werden. Die Fig. 8 bis 11 zeigen erfindungsgemäß
angeordnete Schaltungen. Bei diesen Anordnungen wird die Instabilität, die Schaltungen mit einfachen
negativen Widerständen beeinträchtigt, vermieden; d. h., stabile Verstärker mit großer Verstärkung enthalten
negative Widerstände, Veränderungen der Abschlußimpedanzen haben eine vernachlässigbare
Wirkung auf die empfindlichen negativen Widerstände, und zahlreiche andere vorteilhafte Ergebnisse werden
erzielt. Das Mittel zur Erreichung dieser bemerkenswerten Ergebnisse besteht in der Verbindung des
obenerwähnten passiven richtungsabhängigen Übertragungsgliedes mit den negativen Widerständen.
Man hat gefunden, daß diese billigen, einseitig leitenden Vierpolnetzwerke negative Widerstände wirksam
gegen unerwünschte InstabiHtätswirkungen isolieren.
Eine Möglichkeit zur Herstellung solcher nicht
umkehrbarer Netzwerke ergibt die Halleffektplatte oder der Gyrator. Es kann leicht gezeigt werden, daß
der Gyrator allein, wenn er symmetrisch ist, dargestellt werden kann durch Gleichungen der Art
E1 = Rn I1 + R12 ia
E2 = 2?21 h + R-sxH
>
(5)
wobei R21 = — R12 ist, und daß diese Werte bis zu
io10 Hz und darüber unabhängig von der Frequenz
sind. Bei einem permanenten Magnet mit einem Feld von 17 500 Gauß und bei Verwendung eines Hallelements
aus Germanium von 5,59 mm2 Fläche und 1,04 mm Dicke wurden Werte von R11 — 340 Ohm
und R21 = 78 Ohm erreicht. Die tatsächlichen Werte
von Ji11 hängen von der Form und dem spezifischen
Widerstand des Materials ab, doch ist das Verhältnis R11 : R21 durch die Art des Materials und den Wert
des magnetischen Feldes festgelegt. Fig. 6 zeigt die Richtung der Spannungen und Ströme. Die Betriebsdämpfung eines solchen Gyrators zwischen den
Anpassungswiderständen beträgt 18,9 db in jeder Richtung.
Um eine Übertragung in einer Richtung, nicht aber in der anderen zu erhalten, sind die Eingangsund
Ausgangsklemmen durch Parallelwiderstände Rs verbunden. Wenn die Ströme und Spannungen die
in Fig. 7 dargestellten Richtungen haben, lauten die zu Gleichung (5) hinzukommenden Gleichungen
= ix 4- iA ; i0 = i2— iA; E1 = 2iARs +
(6)
Wenn man die Gleichungen in (5) einsetzt und nach Ii1 und E2 abhängig von I1 und J0 auflöst, so
findet man
E2 = t0 R\x
R\
(7)
21 >
wobei
■2?1·,, =
R\
2 R\
2 22,
R1
Ro
das heißt, es ist ein Kopplungswiderstand R\t in
einer Richtung, jedoch kein Kopplungswiderstand in der anderen Richtung vorhanden. Der Wert des
Parallelwiderstandes 2Rs, der diesen Abgleich erzeugt,
beträgt
(8)
2?»
Die Betriebsdämpfung, die durch Einfügung des abgeglichenen Gyrators zwischen die Abschlußwiderstände,
welche gleich den Eigenwiderständen R1^11
sind, entsteht, ist gegeben durch die Gleichung (9):
221,
2 2?1·
III
Ί596"
== 0,186
(9)
oder 14,6 db, wenn die Werte von 22U = 340 Ohm
und von 2?2i = — 2212 = 78 Ohm betragen. Dies stellt
eine Verstärkung dar, die um 4,3 db größer als diejenige des Gyrators allein ist, infolge der -zusätzlichen
Übertragung über die Parallelwiderstände 22^. In der
anderen Richtung ist 22a 21 durch 22Χ 12 ersetzt. Da
dieser Widerstand aber in Gleichung (7) Null ist, ist die Dämpfung in der Gegenrichtung unendlich. Tatsächlich
tritt bei der oben beschriebenen Schaltungsanordnung zwischen der Übertragung in den beiden
Richtungen eine Differenz von etwa 60 db auf.
Außer aus Halleffektplatten können richtungsabhängige Übertragungsglieder auch aus anderen Elementen bestehen. Bekannt ist z. B. bereits eine
Einheit aus, einem Kristall und einem magnetischen Übertragungsglied, die mechanisch gekuppelt sind,
die in einem beschränkten Frequenzband Gyratoreigenschaften hat. Andere Möglichkeiten sind in dem
Aufsatz von C. L. Hogan, »The Microwave Gyrator« in Bell System Technical Journal, Bd. XXXI,
Januar 1952, S. 1 bis 31, vorgeschlagen. In diesem
Aufsatz wird ferner auf S. 25 eine besondere Art von richtungsabhängigem Übertragungsglied zur Verwen-
dung bei Mikrowellenfrequenzen geschildert, bei dem ein richtungsabhängiges, die Polarisationsebene verschiebendes
Element mit Faradayeffekt benutzt wird. In diesem Zusammenhang ist die Bemerkung interessant,
daß eine polarisierende Kraft, die bei mehreren der vorliegenden Beispiele ein magnetisches Feld ist,
das asymmetrisch auf ein Element im Übertragungsweg wirkt, den physikalischen Grund für die einseitigen
Leitungseigenschaften dieser richtungsabhängigen
ίο Übertragungsglieder mit Faraday- oder Halleffekt
bildet. Die Möglichkeit der Herstellung gewisser anderer spezieller Übertragungsglieder mit Leitung
in einer Richtung ist in dem Buch von W. P. Mason mit dem Titel ^Electromechanical Transducers and
Wave Filters«, 2. Ausgabe, D. van Nostrand Co., Inc. 1948, auf S. 344 bis 356, beschrieben. Es sei
bemerkt, daß bestimmte Gyratoranordnungen nur bei einer einzigen Frequenz genau abgeglichen und in
einer Richtung leitend sind, wenn sie auch in einem breiteren Bereich brauchbare, nicht umkehrbare Eigenschaften
aufweisen. Ebenso sind die nicht umkehrbaren Eigenschaften des Halleffektgyrators zusammen
mit Widerständen auch dann brauchbar, wenn Impedanzabweichungen einen genauen Abgleich verhindern.
Der Ausdruck richtungsabhängiges' Übertragungsglied umfaßt somit einen Gyrator und die
zusätzlichen Elemente oder den abgeänderten Aufbau, die erforderlich sind, um die Übertragung in
einer Richtung besser werden zu lassen als in der anderen. Dieser Ausdruck umfaßt abgeglichene Gyratoren,
die im wesentlichen einseitig leitende Übertragungsglieder mit einem Gyrator sind. Das Symbol
für richtungsabhängige Übertragungsglieder aller obenerwähnten Arten ist ein Kästchen mit dem eingeschriebenen
Symbol G , wobei der Pfeil die Richtung
der besseren Leitung angibt. Der begrenztere Ausdruck W richtungsabhängiger Gyrator bedeutet ein richtungsabhängiges
Übertragungsglied mit einem Gyratorelement.
Wenn man negative Reihenwiderstände Ryn und
Rx1. an den beiden Enden des abgeglichenen Gyrators
einfügt, wie in Fig. 8 gezeigt, ist die Betriebsdämpfung, die durch Einschalten der Kombination zwischen die
beiden Abschlußimpedanzen Z T1 und Zτ, verursacht
wird,
t1 + -
Z Wl — RNi)
(10)
Wenn die Abschlußimpedanzen ohmsche Widerstände und die negativen Widerstände Rn t und RNe
so bemessen sind, daß die Summe
22a·, —22J1=
und ebenso
= Δ R2
(12)
ist, so wird die Betriebsdämpfung (die eine Verstärkung ist, wenn A R1 und A R2 klein sind)
t1 +
AR1X AR2
(13)
und die durch jeden negativen Widerstand entstehende Verstärkung ist unabhängig vom anderen Widerstand.
Hieraus ergibt sich, daß die Verstärkungen hintereinander folgen können, ohne daß mehr Instabilität
entsteht als durch jeden Widerstand an und für sich auftritt.
Wenn insbesondere eine Verstärkung von 60 db zwischen zwei Verstärkungsstufen mit RNe und RNs
aufgeteilt wird, dann braucht jeder negative Widerstand zur Verhinderung der Schwingung nur auf
etwa 3,2 °/0 genau eingehalten zu werden, verglichen mit der Zahl von 0,2 °/0, die vorher für den Zustand
abgeleitet wurde, bei dem das nicht umkehrbare Gyratorelement nicht zwischengeschaltet war. Auch
bei den zur Zeit verfügbaren Gyratoren mit verhältnismäßig hohen Verlusten ist eine Verbesserung der
Stabilität um den Faktor 5 bei einem bloß zweistufigen Verstärker zu verwirklichen.
Der Gleichung (10) ist zu entnehmen, daß bei Vorhandensein einer nichtohmschen Komponente im
Abschlußwiderstand die Summe 221U + Zt1 — Rns
nicht gegen Null gehen kann. Es kann gezeigt werden, daß durch Verwendung eines Gyrators vor dem negativen
Widerstand und eines weiteren dahinter, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, die Betriebsdämpfung der
Kombination gleich
-^21(2) (Zt1 +
+ Zt1) (Rum + 2211(2) — RnJ (2211(2) +
(14)
wird, wobei 2211(1) und R21^ die Konstanten des
ersten Gyrators, 2211(2, und i?21(2) diejenigen des
zweiten Gyrators und Zt1 undZ2>., die Abschlußimpedanzen
sind. Hieraus folgt, daß dadurch, daß man die Summe
Rum + R:
11(2) '
■x,
(15)
klein macht, eine große Verstärkung zu erreichen ist, ohne Rücksicht auf die Werte oder Änderungen der
Abschlußimpedanzen ZTl und ZT„. Infolgedessen ist
der negative Widerstand effektiv gegen die Wirkungen der Abschlüsse isoliert. Durch Einfügung von weiteren
Gyratoren mit dazwischenliegenden negativen Widerständen, wie es in Fig. 10 dargestellt ist, können
Verstärkungen ohne Rücksicht auf die Abschlüsse hintereinanderfolgen, wobei die Stabilität nur von
Summen nach Art der Gleichung (15) abhängt.
Ähnliche Ergebnisse lassen sich mit hintereinanderfolgenden
negativen Parallelwiderständen erzielen, wie es in Fig. ii gezeigt ist. Eine ähnliche Gleichung
wie (14) für die Verstärkung durch Einfügung eines negativen Parallelwiderstandes zwischen zwei abgeglichene
Gyratoren lautet
■K2KI) -^21(2) (Zt1 + Zt.)
Infolgedessen wird eine hohe Verstärkung unabhängig von den Abschlüssen erzielt, wenn Rn etwas
größer als
um
ie.
(17)
11(1)
Ml (2)
Das Vorangegangene ist eine Darlegung des Wertes des Erfindungsgegenstandes, wie er bei einigen der
in den Zeichnungen dargestellten Systemen angewendet wird. Beim Zusammenfassen der wichtigeren
Vorteile dieser Art Schaltung, wie sie oben entwickelt wurde, ergibt sich, daß Änderungen der Abschlußimpedanzen
isoliert werden können, daß negative Widerstände als Verstärker verwendet werden können,
auch wenn die Abschlußimpedanzen nicht ohmisch sind, und daß empfindliche, negative Widerstände
ohne schädliche Rückwirkungen durch Impedanz-' änderungen in anderen Stufen aufeinanderfolgen
können. Die Brauchbarkeit der Erfindung in einem breiten Frequenzband, das sich bis in die Mikrowellenfrequenzen
erstreckt, muß ebenso betont werden.
Selbstverständlich sind die oben beschriebenen Anordnungen nur Beispiele für die Anwendung der
Prinzipien der Erfindung, zahlreiche andere Anordnungen können durch den mit dem Stand der Technik
vertrauten Fachmann vorgeschlagen werden, ohne vom Wesen und Ziel der Erfindung abzuweichen.
Claims (8)
1. Verstärkerschaltung, die einen negativen Widerstand enthält und deren Stabilität für
Wechselströme erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine nicht umkehrbare Einheit zwischen das
negative Widerstandselement und die Schaltelemente mit nicht konstanter Impedanz geschaltet
ist.
2. Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,
daß die nicht umkehrbare Einheit eine Halleffektplatte ist mit zwei Eingangs- und zwei
Ausgangsklemmen sowie Mitteln, um ein magnetisches Feld an die Platte anzulegen und daß
H (I) -fell (2)
(16)
li (2)
2 R,
das negative Widerstandselement an ein Klemmenpaar der Platte angeschlossen ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die nicht umkehrbare Einheit ein Halleffektgyrator mit einem Eingangsklemmenpaar
und einem Ausgangsldemmenpaar ist, bei dem ein erster Parallelwiderstand zwischen eine
Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme und ein zweiter Parallelwiderstand zwischen die andere
Eingangsklemme und die andere Ausgangsklemme geschaltet ist, und daß das negative Widerstandselement
an den Gyrator angekoppelt ist.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Parallelwiderstand die Größe
Jl 2 _]_ ^j 2
hatj wobei R11 der Widerstand zwischen den
Eingangsklemmen bzw. zwischen den Ausgangsklemmen und R21 der Übertragungswiderstand
zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen ' des Gyrators ist.
5. Schaltung nach Anspruch 1 und 2 mit einer Vielzahl von nicht umkehrbaren Einheiten und
einer Vielzahl von negativen Widerstandselementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten
und die negativen Widerstandselemente schaltungsmäßig abwechselnd geschaltet sind.
6. Schaltung nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes negative Widerstandselement
parallel zu der nicht umkehrbaren Einheit geschaltet ist.
7. Schaltung nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes negative Widerstandselement
in Reihe mit der nicht umkehrbaren Einheit geschaltet ist.
8. Schaltung nach einem der vorgenannten Ansprüche, die in jeder Stufe eines mehrstufigen
Verstärkers vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht umkehrbaren Einheiten in jeder
Stufe sämtlich in der gleichen Richtung gepolt sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
9620 4.55
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---|---|---|---|
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL110675C (de) * | 1959-05-13 | |||
NL253490A (de) * | 1959-07-07 | 1900-01-01 | ||
US3187266A (en) * | 1960-09-12 | 1965-06-01 | Rca Corp | Impedance inverter coupled negative resistance amplifiers |
US3047821A (en) * | 1960-12-27 | 1962-07-31 | Aircraft Armaments Inc | Isolator using hall effect gyrator |
US3227960A (en) * | 1961-09-26 | 1966-01-04 | Bell Telephone Labor Inc | Multistage hall-effect devices |
US3079569A (en) * | 1961-11-30 | 1963-02-26 | Bell Telephone Labor Inc | Low noise amplifier input network |
US3160823A (en) * | 1962-05-04 | 1964-12-08 | Philco Corp | Stabilized unilateral negative-resistance amplifier |
US3517342A (en) * | 1969-01-17 | 1970-06-23 | Automatic Elect Lab | Circuit for simulating two mutually coupled inductors and filter stage utilizing the same |
US3713050A (en) * | 1971-05-11 | 1973-01-23 | Bell Telephone Labor Inc | Integrated circuit transformers employing gyrators |
CN113437943B (zh) * | 2021-08-11 | 2022-05-13 | 电子科技大学 | 一种具有双向放大的无源uhf rfid标签电路 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR965369A (de) * | 1947-04-29 | 1950-09-11 | ||
US2553490A (en) * | 1949-02-21 | 1951-05-15 | Bell Telephone Labor Inc | Magnetic control of semiconductor currents |
US2585571A (en) * | 1950-09-14 | 1952-02-12 | Bell Telephone Labor Inc | Pulse repeater |
BE509574A (de) * | 1951-03-01 | |||
US2649574A (en) * | 1951-04-05 | 1953-08-18 | Bell Telephone Labor Inc | Hall-effect wave translating device |
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