CN1122971A

CN1122971A - 有源带通滤波器

Info

Publication number: CN1122971A
Application number: CN95108681.2A
Authority: CN
Inventors: 萩野秀幸
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-08-01
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 1996-05-22
Anticipated expiration: 2015-08-01
Also published as: JPH0846477A; US5561394A; KR960009384A; JP3072002B2; KR100201037B1; CN1075686C; DE69508672D1; DE69508672T2; EP0696104B1; EP0696104A1

Abstract

提供一种能随意设定Q值及最大增益值的有源带通滤波器。它备有其基极通过电阻14连在输入端24、集电极通过电阻15连在恒压电源20及输出端25、发射极连在恒流电源21上的晶体管11；其基极通过电阻16连在晶体管11的发射极、集电极通过电阻17连在恒压电源20、发射极通过电容18连在晶体管11的基极及恒流电源22上的晶体管12；以及其基极连在晶体管12的集电极、集电极连在恒压电源20、发射极通过电容10连在晶体管12的基极及恒流电源23上的晶体管13。

Description

有源带通滤波器

本发明涉及使用有源元件的带通滤波器、即有源带通滤波器，更详细地说，涉及提高Q值(quality factor)(品质因数)及最大增益的设定值自由度的有源带通滤波器。

图3是表示以往的带通滤波器的一个结构示例的电路图。图中，取入输入信号Vi的输入端31连接在电容为C₃₁的电容器32的一端。该电容器32的另一端分别与电阻值为R₃₁的电阻元件33的一端及电阻值为R₃₂的电阻元件34的一端相连接。这里，电阻元件33的另一端接地。电阻元件34的另一端通过电容为C₃₂的电容器35接地，同时连接在输出信号用的输出端36上。

在这种滤波电路中，传递函数G(b/a)由下式(1)表示。

G (\frac{b}{a}) = \frac{\frac{1}{C_{32} R_{32}} s}{s^{2} + \frac{C_{31} R_{31} + C_{31} R_{31} + C_{32} R_{32}}{C_{31} C_{32} R_{31} R_{32}} s + \frac{1}{C_{31} C_{32} R_{31} R_{32}}}

…(1)式中S＝jω，

j = \sqrt{- 1},

ω是频率另外，截止频率ω₀用下式表示。

ω_{0} = \frac{1}{\sqrt{C_{31} C_{32} R_{31} R_{32}}} \cdot \cdot \cdot (2)

Q(即quality factor)及最大增益H分别用(3)、(4)式表示如下：

Q = \frac{\sqrt{C_{31} C_{32} R_{31} R_{32}}}{C_{31} R_{31} + C_{32} R_{31} + C_{32} R_{32}} \cdot \cdot \cdot (3)

H = \frac{C_{31} R_{31}}{C_{31} R_{31} + C_{32} R_{31} + C_{32} R_{32}} \cdot \cdot \cdot (4)

可是，图3所示的原有的有源带通滤波器的缺点是Q值不能达到0.5以上。再一个缺点是最大增益H不能达到1以上。

将C₃₁＝nC₃₂、R₃₁＝mR₃₂(n，m＞0)代入(2)式，则截止频率ω₀可用(5)式表示，从而Q值可用(6)式表示。

Q = \frac{\sqrt{nm}}{1 + m + nm} \cdot \cdot \cdot (6)

现在考虑当n固定不变时Q的最大值，由下式

\frac{&PartialD; Q}{&PartialD; m} = \frac{(nm + m + 1) (\frac{1}{2} \sqrt{\frac{n}{m}}) - \sqrt{nm} (n + 1)}{{(nm + m + 1)}^{2}}

= \frac{\frac{1}{2} \sqrt{\frac{n}{m}} {1 - m (n + 1)}}{{(nm + m + 1)}^{2}} \cdot \cdot \cdot (7)

当m＝1/(n＋1)时，Q为最大值。设该最大值为Qmax，则

Q_{\max} = \frac{1}{2} \sqrt{\frac{n}{n + 1}} < \frac{1}{2} \cdot \cdot \cdot (8)

因此Q值不会达到0.5以上。

另外，将前面的(4)式改写成如下的(9)式。

H = 1 - \frac{C_{32} R_{31} + C_{32} R_{32}}{C_{31} R_{31} + C_{32} R_{31} + C_{32} R_{32}} \cdot \cdot \cdot (9)

式中C₃₁、C₃₂、R₃₁、R₃₂都大于0，因此最大增益H的值不会达到1以上。

为了获得优异的滤波特性，作为输出信号V₀，希望能获得尖顶振动波形，也就是说，要使Q值大。另外，若能将最大增益H任意设定在1以上的值，则对电路的设计有利。

本发明就是鉴于这种原有技术的缺点而进行研究的。其目的在于提供一种能任意设定Q值及最大增益值的有源带通滤波器。

本发明的有源带通滤波器的特征在于备有以下三个晶体管，即其基极通过第1电阻元件连接在输入端、集电极通过第2电阻元件连接恒压电源、同时连接在输出端、而且发射极连接第1电流供电源上的第1晶体管；其基极通过第3电阻元件连接在上述第1晶体管的发射极上，集电极通过第4电阻元件连接在上述恒压电源上、且发射极通过第1电容元件连接在上述第1晶体管的基极上、同时连接在第2电流供电电源上的第2晶体管；以及其基极连接在上述第2晶体管的集电极上、集电极连接在上述恒压电源上、且发射极通过第2电容元件连接在上述第2晶体管的基极上，同时连接在第3电流供电电源上的第3晶体管。

本发明的有源带通滤波器，通过适当地选择第1、第2电容元件的电容值及第1、第2、第4电阻元件的电阻值，能无限制地设定Q值。

另外，通过适当地选择第2、第3电阻元件的电阻值，能无限制地设定最大增益值。

图1是构成本发明的一个实施例中的有源带通滤波器的电路图。

图2是构成本发明的另一个实施例中的有源带通滤波器的电路图。

图3是构成原有的带通滤波器的一个示例的电路图。

图中10：有源带通滤波器

11、12、13：双极型晶体管

14、15、16、17：电阻元件

18、19：电容器

20：恒压电源

21、22、23：恒电流源

24：输入端

25：输出端

26、27、28：电阻元件

下面参照附图，说明本发明的一个实施例。

图1表示构成本实施例中的有源带通滤波器10的电路图。

如图1所示，双极型晶体管11(相当于本发明中的“第1晶体管”)的基极通过电阻值为R₁的电阻元件14(相当于本发明中的“第1电阻元件”)连接在输入端24上。该晶体管11的集电极通过电阻值为R₂的电阻元件15(相当于本发明中的“第2电阻元件”)连接在恒压电源20上，同时连接在输出端25上。另外，晶体管11的发射极连接在恒流电源21(相当于本发明中的“第1电流供电源”)上。

双极型晶体管12(相当于本发明中的“第2晶体管”)的基极通过电阻值为R₃的电阻元件16(相当于本发明中的“第3电阻元件”)连接在晶体管11的发射极上。该晶体管12的集电极通过阻值为R₄的电阻元件17(相当于本发明中的“第4电阻元件”)连接在恒压电源20上。另外，晶体管12的发射极通过电容值为C₁的电容器18(相当于本发明中的“第1电容元件”)连接在晶体管11的基极上，同时连接在恒流电源22(相当于本发明中的“第2电流供电源”)上。

双极型晶体管13(相当于本发明中的“第3晶体管”)的基极连接在晶体管12的集电极上。该晶体管13的集电极连接在恒压电源20上。另外，该晶体管13的发射极通过电容值为C₂的电容器19(相当于本发明的“第2电容元件”)连接在晶体管12的基极上，同时连接在恒流电源23(相当于本发明中的“第3电流供电源”)上。

在这种有源带通滤波器10中，设输入端24上的输入信号电压为Va、晶体管11的基极电压为Vb、晶体管12的基极电压为Vc、晶体管13的基极电压为Vd、输出端25上的输出信号电压为Ve，则各电压Vb—Ve分别为

V_{b} = \frac{1}{1 + s C_{1} R_{1}} V_{a} + \frac{s C_{1} R_{1}}{1 + s C_{1} R_{1}} V_{c} \cdot \cdot \cdot (10)

V_{c} = \frac{1}{1 + s C_{2} R_{3}} V_{b} + \frac{s C_{2} R_{3}}{1 + s C_{2} R_{3}} V_{d} \cdot \cdot \cdot (11)

V_{b} = (V_{a} - V_{c}) \frac{s C_{1} R_{4}}{1 + s C_{1} R_{1}} \cdot \cdot \cdot (12)

V_{e} = (V_{c} - V_{b}) \frac{R_{2}}{R_{3}} \cdot \cdot \cdot (13)

根据式(10)—(13)，有源带通滤波器10总体的传递函数G(e/a)用下式表示。

G (\frac{e}{a}) = \frac{- \frac{1}{C_{1} (R_{1} + R_{4})} \cdot \frac{R_{2}}{R_{3}} s}{s^{2} + \frac{1}{C_{1} (R_{1} + R_{4})} s + \frac{1}{C_{1} C_{2} R_{2} (R_{1} + R_{4})}}

…(14)而且截止频率ω₀为

ω_{0} = \frac{1}{\sqrt{C_{1} C_{2} R_{3} (R_{1} + R_{4})}} \cdot \cdot \cdot (15)

Q值及最大增益H分别由式(16)及(17)算出。

Q = \sqrt{\frac{C_{1} (R_{1} + R_{4})}{C_{3} R_{3}}} \cdot \cdot \cdot (16)

H = \frac{R_{2}}{R_{3}} \cdot \cdot \cdot (17)

现将C₁＝nC₂，R₁＋R₄＝mR₃(n，m都大于0)代入式(15)中，则截止频率可由下式(18)表示，从而Q可由下式(19)表示，

Q = \sqrt{nm} \cdot \cdot \cdot (19)

由式(19)可知，通过适当选择n和m的值(即通过适当选择电容器18、19的电容值C₁、C₂及电阻元件14、15、17的阻值R₁、R₂、R₄)，可无限制地任意设定Q值。即，如果采用本发明，不会像原有的有源带通滤波器那样Q值会被限定在小于0.5。

另外，由于根据式(17)，通过适当地选择电阻元件15、16的阻值R₂、R₃，可无限制地任意设定最大增益H的值，不会像以往那样会被限定在小于1。

图2是构成本发明的有源带通滤波器的另一例的电路图。在图2中，标有与图1相同符号的构成部分分别表示与图1情况相同的部件。

图2所示的有源带通滤波器与图1中的有源带通滤波器不同的地方在于：第1至第3电流供电源采用电阻元件26、27、28。

这样，采用电阻元件作为电流供电源时，也能获得式(15)—(19)所示的截止频率ω₀、Q值及最大增益H，取得本发明的效果。

如以上所详述，如果采用本发明，则能提供一种能任意设定Q值及最大增益值的有源带通滤波器。

Claims

1.一种有源带通滤波器，其特征在于备有：其基极通过第1电阻元件连接在输入端、集电极通过第2电阻元件连接在恒压电源、同时连接在输出端，而且发射极连接在第1电流供电电源上的第1晶体管；其基极通过第3电阻元件连接在上述第1晶体管的发射极，集电极通过第4电阻元件连接在上述恒压电源、且发射极通过第1电容元件连接在上述第1晶体管的基极上、同时连接在第2电流供电源上的第2晶体管；以及其基极连接在上述第2晶体管的集电极上，集电极连接在上述恒压电源上，且发射极通过第2电容元件连接在上述第2晶体管的基极上、同时连接在第3电流供电电源上的第3晶体管。