JP2005110193A

JP2005110193A - 周波数可変フィルタ

Info

Publication number: JP2005110193A
Application number: JP2003379143A
Authority: JP
Inventors: Aisuke Shimizu; 愛典清水
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】コンデンサと抵抗を使ったＣＲフィルタにおいて、多数の可変抵抗器や可変コンデンサを１軸に多連に設けて使用するとフィルタのサイズ増大や経済的問題が生ずる。
抵抗やコンデンサを多連にしない構成の課題があった。
【構成】抵抗に換えてホトカプラ１０のホトトランジスタ１１の特性における３極管領域を利用して、ホトトランジスタ１１のコレクタとエミッタを逆接続して交流信号を扱う抵抗としている。また、逆接続をせず、１個のホトトランジスタのコレクタからエミッタに一定の直流電流を重畳して交流信号を扱う抵抗としている。この抵抗はホトカプラの発光ダイオード１２の順方向電流を可変することにより、ノッチ周波数、遮断周波数などを可変することができ、ツインＴフィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ等を構成する。
【選択図】図３

Description

発明の詳細な説明

産業上の利用分野

本発明の利用分野は通信工業、音響映像機器、電気電子測定器などの広い分野で利用される。

従来の周波数可変フィルタは可変抵抗器や固定抵抗器をスイッチで切り替える可変抵抗装置とコンデンサにより構成されていた。例えば、ツインＴフィルタを周波数可変フィルタにする場合。最低でも３個の可変抵抗器が同軸に並べた３連可変抵抗器が必要になる。また、コンデンサや抵抗器によるローパスフィルタ（高域遮断）やハイパスフィルタ（低域遮断）の性能を上げるため、多段のＣＲフィルタで構成するが、この遮断周波数を可変する場合、多連の可変抵抗器や多連のバリアブル・コンデンサ（バリコン）使う必要があった。

発明が解決しようとする課題

本発明はフィルタを構成する抵抗器やコンデンサを機械的に多連にしない構成とする。

課題を解決するための手段

コンデンサと抵抗器でなるフィルタの抵抗器に変えてホトカプラの発光ダイオードの順方向電流と（対）ホトトランジスタのコレクタ電流特性における３極管領域を利用する。ホトカプラ発光部の発光ダイオードの電流を可変することによって、この抵抗値を可変し周波数可変フィルタとすることができる。

ホトトランジスタの３極管領域とは、ホトトランジスタの一定の光を受光中にコレクタとエミッタ間に次第に電圧を加えて行く過程において、その電圧にほぼ比例してコレクタ電流は増大する領域のことである。

図１はツインＴフィルタの原理回路である。信号源１と入力インピーダンスの高い増幅器６の間に二つのＴの字の回路からなってぃる。信号源から増幅器の間に抵抗器２が２本直列に接続されている。抵抗２同士の接続点から、コンデンサ５がグランド（ＧＮＤ）に接続されている。このコンデンサ５はコンデンサ４の２倍の静電容量である。また、信号源と増幅器の間にコンデンサ４が２本直列に接続されている。コンデンサ４同士の接続点から前記抵抗２の１／２の値の抵抗３がグランドに接続されている。
信号源１の周波数を次第に上げて行くと、ノッチ周波数になり増幅器の出力信号がほぼ、０Ｖになる。さらに、周波数を上げて行くと増幅器の信号は次第に大きくなる。ツインＴフィルタはこの様な特性をしてぃる。ツインＴフィルタは取り除くべき周波数の信号の周波数をノッチ周波数として設計することで、取り除くべき信号を大きく減衰させることができる。

図２はローパスフィルタ２段の原理回路である。信号源から抵抗８とコンデンサ９を通してグランドに接続し、コンデンサ９の両端は入力インピーダンスの高い増幅器に接続されている。信号源の周波数が次第に高くなるとコンデンサ９のインピーダンスは次第に低くなる。従って、高い周波数の信号を減衰させることができる。信号源の周波数を上げて行くとき、抵抗８の抵抗値とコンデンサ９のインピーダンスが等しくなったときの周波数を遮断周波数と言う。遮断周波数より更に周波数を上げて行くと、コンデンサ９の端子間の信号電圧は周波数に反比例して減衰して行く。

図３はツインＴフィルタの実施例の回路である。図１の抵抗２、３に相当する部分がホトカプラ１０のホトトランジスタ１１に置き換わっている。ホトトランジスタはコレクタからエミッタの抵抗とエミッタからコレクタの逆方向の抵抗が異なるため、逆並列に接続して一つの抵抗を形成している。コンデンサ４、５は図１と変わりはない。
図１の抵抗３は抵抗２の１／２の値であるため、その位置のホトカプラは同一の物を２個並列にしている。ホトトランジスタについては２個を逆並列に接続し、これを更に２組並列に接続している。

図３において、ホトカプラの発光ダイオードの電流を等しくなるように流すために発光ダイオードを全て直列に接続して電流を可変することにより、ノッチ周波数を可変している。ツインＴフィルタにおいて、ノッチ周波数は減衰が最大になる周波数である。

図４はローパスフィルタの多段回路の実施例である。図４は図２の抵抗８に当る部分がホトカプラ１０のホトトランジスタ１１をコレクタとエミッタを逆並列に接続した回路に置き換わっている。
図４において、信号源１が直流分を含んでいる場合にコンデンサ１４で直流分を阻止して交流信号のみを電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴと言う）１６のゲートに伝えている。抵抗１５はＦＥＴ１６のゲート電位をグランド（ＧＮＤ）電位に保つための抵抗である。
抵抗１７はＦＥＴ１６のソース電位を与える物である。抵抗１８はＦＥＴ１６によって増幅された信号を取り出すためであり、次の段に信号を与えるものである。コンデンサ１９は直流分を阻止し、抵抗に替わるホトカプラ１０のホトトランジスタ１１に信号を伝える物である。抵抗１８は逆接続されたホトトランジスタの抵抗値に加えられてＲＣフィルタの抵抗要素として働く。抵抗２０はＦＥＴ２１のゲート電位をグランド（ＧＮＤ）電位に保つための抵抗である。抵抗２２はＦＥＴ２１のソース電位を与える物である。最終段の抵抗２３は出力信号の大きさを考慮して値が決められる。コンデンサ２４は直流分を阻止し、信号分を抵抗２５に与え、かつ、出力端子７に信号を伝える物である。

図４のｎ段場合ローパスフィルタは入力信号が遮断周波数より高い場合、ほぼ周波数のｎ乗に反比例して減衰してゆく。この発光ダイオード１２の電流を可変することにより遮断周波数を可変することが出来る。このホトカプラの発光ダイオードの電流を等しくするために、この回路では全て直列に接続している。
図４のように、ホトカプラの発光ダイオードの電流を全て直列にして同時に可変することにより、あたかも多連同軸の可変抵抗器を回しているような働きをする。当然、ハイパスフィルタとしても抵抗とコンデンサの配置を逆にして、Ｃ−Ｒ−増幅器を何段もカスケードに繋いで構成するができる。

図５はホトカプラ１０のホトトランジスタ１１に一定の直流電流を重畳して、ホトトランジスタを逆接続せずに１個のホトトランジスタで一つの抵抗に換えるローパスフィルタの２段回路である。図４と異なる点は抵抗２６、２７が追加され、コンデンサ２８が追加される。電源＋Ｖｃｃから抵抗２６を通り、ホトトランジスタを通り、抵抗２７を経由してグランドに直流電流を流す。そのため、抵抗２７の両端に直流電圧が発生する。従って、この直流電圧をコンデンサ２８で阻止する。

実施例では、信号電流Ｉｓはホトカプラ１０のホトトランジスタ１１には１０μＡ程度で流れるが、ホトトランジスタに重畳する一定の電流Ｉｄｃは２５μＡ程度でＩｓの２〜３倍の電流を流すように設計している。例えば、＋Ｖｃｃ＝＋１２Ｖとした場合、抵抗２６や２７は６Ｖ／２５μＡ＝２４０ｋΩ程度になる。ホトカプラのホトトランジスタ１１の抵抗は最大で１０ｋΩ程度であり、遮断周波数に関係する抵抗１８は１００〜３００Ωである。抵抗２０は５１０ｋΩ〜１ＭΩであるため、ホトトランジスタの抵抗と比較すると相当大きい値である。従って、抵抗２６、２７が２４０ｋΩと合わせて考えると、フィルタを構成する抵抗１８とホトトランジスタの抵抗の合成値とコンデンサ９で決まる静電容量でほぼ遮断周波数の設計は可能となる。詳細には抵抗２０、２６，２７も含んで設計あはされる。

発明の効果

機械的に可変抵抗器やバリアブル・コンデンサを同軸に多数連ねるのではなく、電子回路的に構成するため、フィルタの小型化やハイブリッドＩＣ化が可能になり回路の小型化が出来る。従って、経済的である。

フィルタに使った市販のホトカプラ場合、発光ダイオードの電流が５ｍＡ以下で１０倍以上の抵抗値を可変できるため、汎用のオペアンプの出力で制御できる。従って、自動的にフィルタの遮断周波数やノッチ周波数や共振周波数を走引（スイープ）することが出来る。

図５の回路において、ホトトランジスタの両端の直流電圧を検出することにより、Ａ／Ｄ変換器からコンピュータに取り込み、固定コンデンサの値から遮断周波数を計算し、この周波数をディジタル表示することが出来る。また、コンピュータから遮断周波数を変えるためにＤ／Ａ変換器を経由して発光ダイオードの順方向電流を制御し、前述のＡ／Ｄ変換器から再度コンピュータに取り込むことによりフィードバック制御ができる。

図３のツインＴフィルタをホトトランジスタのエミッタとコレクタを逆並列せず、図５のようにし、なお、かつ個々のホトトランジスタの直流電圧をＡ／Ｄ変換器からコンピュータに取り込み、個々のホトトランジスタの抵抗値を割り出し、最適値と比較し、制御の必要なホトトランジスタに光を当てている当該のホトダイオードの順方向電流を制御することにより、各コンデンサの精度が均一であれば、より深い減衰を得ることができる。

ツインＴフィルタの原理回路ローパスフィルタの多段原理回路実施例のツインＴフィルタの回路実施例の多段ローパスフィルタの回路ホトトランジスタを逆接続しないローパスフィルタ２段回路

符号の説明

１は信号源
２、３はツインフィルタの抵抗
４、５はツインフィルタのコンデンサ
６は入力インピーダンスの高い増幅器
７は出力端子
８はローパスフィルタの抵抗
９はローパスフィルタのコンデンサ
１０はホトカプラ
１１はホトトランジスタ
１２は発光ダイオード
１３は可変直流電流源
１４、１９、２４，２８は直流分阻止コンデンサ
１５、２０は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート電位をグランドレベルにする抵抗
１６、２１はＦＥＴ
１７、２２はＦＥＴのソース電位を決める抵抗
１８、２３は次段に信号を伝えるための抵抗
２５はコンデンサ２４を充電し、出力信号を取り出す抵抗
２６，２７はホトトランジスタに直流電流を重畳させる抵抗
Ｉｓは信号電流
＋Ｖｃｃは直流電源電圧

Claims

発光部を発光ダイオードとし、受光部をホトトランジスタでなるホトカプラにおいて、発光ダイオードの順方向電流とホトトランジスタのコレクタ電流特性の３極管領域を利用し、順方向電流により変化するホトトランジスタのコレクタエミッタ間抵抗を利用した周波数可変フィルタ。
発光部を発光ダイオードとし、受光部をホトトランジスタでなるホトカプラにおいて、発光ダイオードの順方向電流とホトトランジスタのコレクタ電流特性の３極管領域を利用し、２個のホトカプラのホトトランジスタのコレクタとエミッタを逆並列にした回路構成において、発光ダイオードの順方向電流により変化するホトトランジスタのコレクタエミッタ間抵抗を利用した周波数可変フィルタ。
発光部を発光ダイオードとし、受光部をホトトランジスタでなるホトカプラにおいて、発光ダイオードの順方向電流とホトトランジスタのコレクタ電流特性の３極管領域を利用し、ホトトランジスタのコレクタからエミッタに直流電流を流し、この電流より少ない信号電流を流す回路構成において、発光ダイオードの順方向電流により変化するホトトランジスタのコレクタエミッタ間抵抗を利用した周波数可変フィルタ。