Kin Beitrag zur elektronischen fiealisierung des Gyrators

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1 Kin Beitrag zur elektronischen fiealisierung des Gyrators Von der Fakultät für Schwachstromtechnik der Technischen Hochschule Ilmenau zur Erlangung des Grades eines " D o k t o r - I n g e n i e u r s " (Dr.-Ing.) genehmigte e r t a t i o n / ' >!ori.oilglcl Л V uanemsl. J) W~ PTQY 4V Vorgelegt von Martin Huneck geb. am in Floh Dekan: Prof. Dr.-Ing. G. Ulrich fieferent: Prof. Dr.-Ing. G. Ulrich 1. Korreferent: Prof. Dr.-Ing. habil, G. Fritzsche 2. Korreferent: Dr.- Ing. J. Gensel Eingereicht am: Tag der mündl. Prüfung: Öffentliche Verteidigung: X.1, Ъ. "Ч О

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung Eigenschaften des Qyrators 2.0 Allgemeines 2.1 Vierpolmatrizen des idealen Gyrators 2.2 Der Gyrator als Positifimmittanzinverter 2.3 Eettenschaltung Gyrator-Vierpol-Gyrator 2.4 Der reale Gyrator und sein Ersatzbild 2.5 Passivität und Aktivität des Gyrators 2.6 Stabilität des Gyrators Möglichkeiten der Realisierung des Gyrators (Literaturschau) 3.0 Allgemeines 3.1 Schaltungen, die NIK's, Nil's und negative Widerstände enthalten 3.2 Schaltungen mit rückgekoppelten Verstärkern 3.3 Gyratorschaltungen mit Operationsverstärkern 3.4 Gyratorschaltungen, die das Prinzip der Gegenkopplung verwenden Schaltungen, die mit Gegenkopplung über Verstärker arbeiten Passiv gegengekoppelte GyratorVerstärker Eigenschaften des Gyratorschwingkreises 4.1 Eigenschaften des Schwingkreises bei Realisierung des Gyrators durch antiparallele Verstärker bei tiefen Frequenzen Ersatzbild des Schwingkreises und natürliche Frequenzen Güte des Schwingkreises bei tiefen Frequenzen Eigenschaften des Gyratorschwingkreises bei hohen Frequenzen Das Ersätzbild des Schwingkreises bei hohen Frequenzen 35

3 Seite Frequenzen Erweiterung des Nutzfrequenzbereichs durch Kompensation der inneren Güteanfachung Künstliche Güteanfachung bei tiefen Frequenzen 4.3 Eigenschaften des Schwingkreises bei Realisierung des Gyrators durch passiv gegengekoppelte Schaltungen bei tiefen Frequenzen 4.4 Eigenschaften des Schwingkreises bei hohen Frequenzen Einflußempfindlichkeiten 5.1 Güteempfindlichkeiten der bedingt stabilen 5.2 Güteempfindlichkeiten der unbedingt stabilen 5.3 Güteempfindlichkeiten des unbedingt stabilen Gyrators bei hohen Frequenzen 5*3*4 Güteempfindlichkeiten in den beiden Dimensionierungsfallen 5.3*2 Güteempfindlichkeiten außerhalb des Gütemaximums 5.4 Güteempfindlichkeit bei künstlicher Anfachung der Güte bei tiefen Frequenzen 5.5 Güteempfindlichkeiten im Fall der Kompensation der inneren Güteanfachung 5.6 Güteänderung bei großen Änderungen einzelner Parameter 5.7 Einflußempfindlichkeiten bei passiv gegengekoppelten Gyratorverstärkern Untersuchung der Schwingstabilität von mit Hilfe des WurzelortsVerfahrens 6.1 Untersuchung des passiv parallel-parallel gegengekoppelten Gyratorverstärkers 6.2 Untersuchung des passiv serie-serie- und parallelparallel-gegengekoppelten Gyratorverstärkers 6.3 Untersuchung des aktiv parallel-parallel-gegengekoppelten Gyrators

4 Seite Praktische Realisierung von 7.1 Praktische Realisierung passiv gegengekoppelter Gyrat orverstärker Einstufige Gyratorverstärker Zweistufige Gyratorverstärker Dreistufige Gyratorverstärker Dreistufige Gyratorverstärker mit reiner PP-Gegenkopplung Dreistufige Gyratorverstärker mit PP- und SS-Gegenkopplung Dreistufiger Gyratorverstärker mit kleiner Leistungsaufnahme 7.2 Praktische Realisierung aktiv gegengekoppelter Gyrator mit zwei Knitterstufen im Vorwärtaverstärker and einer Imitterstufe im Rückwärtsverstärker Gyrator mit zwei Emitterstufen im Vorwärts Verstärker und einer Kollektorund Imitterstufe im Rückwärfesverstärker Gyrator mit MOS-Transistoren in den Eingängen und Emitterstufen in den Ausgängen (MOS-I) Gyrator mit MOS-Transistoren in den Eingängen und KaSkodestufen in den Ausgängen (MOS-П) Gyrator mit MOS-Transistoren in den Eingängen und CE-Stufen in den Ausgängen (MOS-III) Vergleichende Betrachtungen zu den drei MOß-Gyrä toren Gyrator mit passiver SS-Gegenkopplung im Vorwärtsverstärker und aktiver Gegenkopplung im Rückwärtsverstärker

5 8. Betrachtungen zu mit kleiner Leistungsaufnahme Eigenschaften der aktiven Elemente bei kleinen Strömen Die y-parameter von Transistoren und Feldeffekttransistoren bei tiefen Frequenzen Bas Transistorersatzbild bei kleinen Strömen Eigenschaften eines einfachen Gyrators bei verschieden großer Leistungsaufnahme Leistungsaufnahme des Gyrators Grundgüte des Gyrators bei verschieden großer Leistungsaufnahme Frequenzbereich des Gyrators bei verschieden großer Leistungsaufnahme Inbetriebnahme der, Abgleich und Meßschaltungen für Güte und Steilheit Die wichtigsten Eigenschaften der verwendeten Transistoren 157 Zusammenfassung 158 Literaturverzeichnis 160 Anhänge Anhang 1a: y-parameter eines Transistors mit Emitter-r widerstand 167 Anhang 1b: Eingangsleitwert eines Transistors mit Emitter- und Lastwiderstand 167 Anhang 1c: Ausgangsleitwert eines Transistors mit Emitter- und Quellwiderstand 168 Anhang 2: y-parameter der Kettenschaltung zweier Transistoren 168 Anhang 3: Berechnung des Stabilisierungsfaktors der Steilheit des aktiv gegengekoppelten MOS-Eingangstransistors in den MOS Formelzeichen 171