189431. lajstromszámú szabadalom • Kapacitív, komplex ellenállás
180431 2 A találmány tárgya kapacitív, komplex ellenállás. A találmánnyal egy olyan kapacitív, komplex impedanciát kívánunk létrehozni, amelynek kapacitása lényegesen nagyobb, mini a felhasznált alkatrészek összkapacitása. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldjuk meg, hogy egy kapacitást tartalmazó impedancia és egy ezzel sorbakapcsolt első ohmos ellenállás egy feszültségosztót alkot, továbbá az első ohmos ellenállást egy feszültségkövető kapcsolás hidalja át. A találmánynak, amelynél egy kapacitív, komplex impedancia nagy kapacitásértékét egy lényegesen kisebb kapacitású kapacitív alkatrész segítségével valósítjuk meg, mindenekelőtt az az előnye, hogy a kapacitív alkatrész olyan kicsi lehet, hogy az impedancia integrált áramkörként is kialakítható. A találmány további előnyös kiviteli alakjait az aligénypontok tartalmazzák. A találmány tárgyát a továbbiakban két kiviteli példa és rajzok alapján ismertetjük részletesebben. A rajzokon az 1. ábra : egy kapacitív, komplex impedancia szokásos kapcsolási elrendezése, a 2. ábra : a találmány szerinti kapacitív, komplex ellenállás tömbvázlata, a 3. ábra: a találmány szerinti kapacitív, komplex ellenállás egyik kiviteli alakja, és a 4. ábra: a találmány szerinti kapacitív, komplex ellenállás egy másik kiviteli alakja. Az 1. ábra szerinti kapacitív, komplex kétpólusú impedancia E pólusa egy R2 ellenálláson és egy ezzel sorbakapcsolt ZO impedancián át, amely az RO ellenállásból és a CO kondenzátorból álló párhuzamos RC tag, a másik A pólussal van összekötve. A Z impedancia a következőképpen adódik Z = R2 + ZO. (1) A 2. ábrán látható tömbvázlat egy kapacitív, komplex Z impedanciát mutat. A Z impedancia a találmány szerint egy kapacitív Z3 impedanciát tartalmaz, amely sorba van kapcsolva az SFS feszültségkövető kapcsolással áthidalt ohmos RÍ ellenállással. A 3. ábrán egy első kiviteli példa részletes kapcsolása látható. Az A pólus az egymással párhuzamosan kapcsolt R3 ellenállásból és a C3 kondenzátorból álló Z3 impedanciával van összekötve. A Z3 impedancia és az RÍ ellenállás egy feszültségosztót alkot, amelynek G osztópontja egy feszültségkövetőként kapcsolt OP1 műveleti erősítő neminvertáló kimenetével van összekötve. Az OP1 műveleti erősítő F kimenete az R2 ellenálláson át a másik E pólussal és a G osztópontra csatlakozó RÍ ellenállás másik végével van összekötve. Ha az RÍ ellenállásnak és a Z3 impedanciának a következő értéket adjuk RÍ = K • R2 (2) Z3 = K • ZO (3) akkor az R3 ellenállás és a C3 kondenzátor számára a következő értékek adódnak R3 = K • RO (4) C3 = CO/K (5). 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Annak érdekében, hogy az impedancia kapacitásának és a felhasznált kapacitív alkatrész kapacitásának viszonya nagy legyen, a K tényező értékét nagyra választjuk, pl. K = 100. így az Rí ellenállás lényegesen nagyobb, mint az R2 ellenállás, és az IN áram elhanyagolható az IE áramhoz képest. A kapaq'tív, komplex impedancia számítása ezáltal lényegesen leegyszerűsödik. A Z impedanciára a következő összefüggés érvényes Z = ^ (6) I. ahol r - ue~ua E R2 (7) és a feszültségelosztási viszony Ha = K-ZO íg) UE K • (R2 + ZO) W behelyettesítve a (6) összefüggésbe Z = R2 + Z0 (9) érték adódik. Az 1. ábra szerinti kapcsolási elrendezéssel megadott Z impedancia értékét a találmány szerinti elrendezés nem változtatja meg. Megváltozik azonban az egy alkatrésszel megvalósított kapacitás értéke, amely most C3 = CO/K (10) értéket vesz fel, ami nagy K tényező esetén lényegesen kisebb, mint az eredeti CO kondenzátor kapacitása. A számításnál szinte kizárólag a nagy K tényezők jöhetnek szóba, mivel a felhasznált kapacitív alkatrészeknek lehetőleg kis kapacitásúaknak kell lenni ahhoz, hogy a kapacitív, komplex Z impedanciát integrált áramkörként lehessen megvalósítani. A másik kiviteli példa a 4. ábrán található. Itt a feszültségosztó teljes RÍ ellenállása helyett csak az RÍ ellenállásnak a 4. ábrán RT ellenállásként ábrázolt része van az SFS feszültségkövető kapcsolással árhidalva. Az RÍ ellenállás másik része R4 fellenállásként a Z3 impedanciában sorba van kapcsolva a C3 kondenzátort és az R3 ellenállást tartalmazó párhuzamos RC taggal. Ezáltal a kapacitív, komplex Z impedancia értéke nem változik, és az R2 ellenállás a (2) és (3) összefüggések szerint az R4 ellenállás értékével kisebb lesz. Ennek következtében a kapcsolás R5 kimenő ellenállása kisebb lesz, de a teljes Z impedancia nem változik. Ez a kiviteli alak akkor használható előnyösen, ha az OP1 műveleti erősítő R5 kimenő ellenállásának kisebbnek kell lennie. 55 Szabadalmi igénypontok 1. Kapacitív, komplex ellenállás, azzal jellemezve, hogy egy kapacitást tartalmazó impedancia 60 (Z3) egy első ohmos ellenállással (RÍ) sorbakapcsolva feszültségosztót alkot, továbbá az első ohmos ellenállás (RÍ) egy feszültségkövető kapcsolással (SFS) van áthidalva. 2
