JPH01190113A - アクティブフィルタ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体集積回路に好適なアクティブフィルタ
回路に関するものである。

［従来の技術］ 民生用オーディオビジュアル製品の普及に伴ない、数メ
ガヘルツ程度のビデオ信号処理の可能なアナログフィル
タの集積回路（以下ＩＣと略記する）化が強く望まれて
いる。ＩＣ化が比較的容易なフィルタとして、アクティ
ブフィルタがあるが、これをＩＣ化するには、次に示す
問題点がある。

１）　　ＩＣ内では、抵抗Ｒ９容ｆｌｃの精度が悪く、
フィルタのカットオフ周波数に、ばらつきが生じる。

２）　抵抗Ｒの温度特性が悪いので、温度変化によりカ
ットオフ周波数も変化する。

３）　抵抗値、容量値をあまり大きくできないので、カ
ットオフ周波数の低いものが作りにくい。

第３図は、１次のローパスフィルタの一例であり、同図
において入力信号源１の一端はｎｐｎ型トランジスタ２
のベースに接続されるとともに他端は接地されている。

トランジスタ２のエミッタを抵抗値Ｒの抵抗器３および
電流ｌ、の定電流回路４の直列回路を介して接地し、こ
のトランジスタ２のコレクタをｎｐｎ型トランジスタ５
のエミッタに接続し、このトランジスタ５のコレクタを
電源端子６に接続し、このトランジスタ５のベースは電
池７を介して接地されている。また、トランジスタ２の
コレクタをｎｐｎ型トランジスタ８のベースに接続し、
トランジスタ８のコレクタは電流Ｉ２／２の定電流回路
９を介して電源端子６に接続されている。このトランジ
スタ８のエミッタは、ｎｐｎ型トランジスタ１０のエミ
ッタに接続され、トランジスタ８および１０のそれぞれ
のエミッタの接続点を、電流Ｉ２の定電流回路１１を介
して接地し、トランジスタ１０のコレクタは電源端子６
に接続され、トランジスタ１０のベースはｎｐｎ型トラ
ンジスタ１２のコレクタに接続されている。トランジス
タ１２のエミッタを抵抗値Ｒの抵抗器１３を介して、抵
抗器３および定電流回路４の接続点に接続し、トランジ
スタ１２のコレクタはｎｐｎ型トランジスタ１４のエミ
ッタに接続し、トランジスタ１４のコレクタは電源端子
６に接続されている。トランジスタ１４のベースはトラ
ンジスタ５のベースに接続されている。

またトランジスタ８のコレクタを交流負荷を構成する容
量値Ｃのコンデンサ１５を介して接地するとともに、こ
のトランジスタ８のコレクタを、帰還ループのエミッタ
フォロア回路を構成するｎｐｎ型トランジスタ１６のベ
ースに接続し、このトランジスタ１６のコレクタを電源
端子６に接続しそのエミッタを抵抗器１７および定電流
回路１８の直列回路を介して接地し、この抵抗器１７お
よび定電流回路１８の接続点をトランジスタ１２のベー
スに接続するとともに、この抵抗器１７および定電流回
路１８の接続点に出力端子１９を設ける。

次に動作について説明する。第３図の構成において、入
力信号源１の入力電圧をＶ、ｎ％出力端子１９から導出
される出力電圧をＶ。ｕｔ１人力信号によってトランジ
スタ２から抵抗器３、抵抗器１３を介してトランジスタ
１２に流れる信号電流をｔ！＋、）’ランジメタ２およ
び１２のエミッタ動抵抗をｒ６とすれば、 が成立する。

また、トランジスタ１０からトランジスタ８を介して、
容量値がＣのコンデンサ１５に流れる信号電流をｉｓｚ
とすると、この信号電流ｉｓ２がコンデンサ１５に流れ
ることによって信号電圧が生じ、この信号電圧がエミッ
タフォロア回路を構成するトランジスタ１６によって、
出力端子１９に取出されて出力電圧Ｖ。ｕｔが得られる
のであるから、容量値がＣのコンデンサ１５によって生
じる信号電圧は出力電圧に等しい。したがって、信号の
角周波数をωとすれば、 が成立する。

一方、トランジスタ５．８．　１０および１４のベース
・エミッタ間の電圧を、それぞれ、ｖＦ、ＥＳｒ　Ｖａ
Ｅ８＋　ＶＢＥＩＯｔ　ＶａＥ＋４とすれば、ｖａＥＭ
　＋ＶＩＩＥ　８−ｖａｔ　Ｉ　４　＋ＶａＥ　Ｉ　Ｏ
・・・（ｉｉｌ） が成立する。

ここで、トランジスタのエミッタ電流Ｉ８とベース・エ
ミッタ間電圧■ａεとの間には、に：ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度 ｇ：電子の電荷 Ｉｓ：飽和電流 の関係があり、定電流回路４および信号電流ｉ。

、により、トランジスタ５および１４に流れるエミッタ
電流は、それぞれＩ＋　／２＋　ｉｓ　＋　＋　　１＋
／２−１８７、また、定電流回路１１および信号電流ｉ
ｓ２によりトランジスタ８および１０に流れるエミッタ
電流は、それぞれ１２／２−ｉ３□。

１２／２＋ｉｓ□であるので、（ｉｉｉ）式は、（１ｖ
）となる。

ここで、同一チップ上においては、それぞれのトランジ
スタの飽和電流Ｉｓｓ構Ｉ３８　ｍｌ、　＋４−ＩＳ＋
。−■、と置けるから、（Ｖ）式から、が成立する。

従って、（ｉ）　、　　（１１）　、　　（ｉｖ）式か
ら、この回路の伝達関数Ｈ（ｗ）を求めると、 となり、これはカットオフ周波数ω。が、の１次のロー
パスフィルタであることを示している。そして、また、
これは抵抗器３および１３の抵抗値Ｒや、コンデンサ１
５の容量値Ｃがばらついても、カットオフ周波数ωＣは
、定電流回路４に流れる電流Ｉ、または定電流回路１１
に流れる電流Ｉ２の大きさをＩＣ外部から制御すること
により、補正できるものである。

この第３図に示すアクティブローパスフィルタ回路は、
原理的には第４図に示す電圧制御電流源のトランスコン
ダクタンス（以下ＧＭと略記）を利用した例で、Ｇ１．
Ｉ帰還型１次アクティブフィルタ回路を構成し、抵抗器
３および１３の抵抗値をＲ，トランジスタ２および１２
のエミッタ動抵抗をｒ。、定電流回路４および１１を流
れる電流をそれぞれＩ、、Ｉ２とすれば、第４図に示す
電流乗算器のＧＭは、 で表わされることが既に知られており、定電流回路４お
よび１１を流れる電流Ｉ、、Ｉ２を制御することにより
、ＧＭの値を変えることができる。

このＧｒ＋を用いて、第３図に示すアクティブローパス
フィルタ回路は、等価的に第５図に示す回路で表現され
る。この第５図において、電圧制御電流源２０は電圧利
得が１のバッファ増幅器２１に接続されている。このバ
ッファ増幅器２１は、第３図のエミッタフォロア回路を
構成する部分に相当する。

この第５図に示す等価回路から、このフィルタ回路の伝
達関数Ｈ（ｗ）を求めると、 さらに、第５図に示す回路構成を組合わせて、第６図に
示す２次のアクティブローパスフィルタ回路が得られる
。第６図において、コンデンサ１５ａの容量値をＣＩ＋
　コンデンサ１５ｂの容量値を０２とすれば、第６図に
示す２次のアクティブローパスフィルタ回路の伝達関数
Ｈ（ｓ）は、・・・（ｘｌ） の２次のアクティブローパスフィルタ回路を表わす。

ここで、ＩＣ内部において、コンデンサ１５ａおよびコ
ンデンサ１５ｂなどの受動素子の値がばらついても、前
述のようにＩＣ外部からＧｎ　Ｉ　。

０Ｍ２の値を可変できるので、前述した１次のアクティ
ブローパスフィルタのときと同様に、カットオフ周波数
ω。、さらにＱの値を補正できるものである。

［発明が解決しようとする課８］ 従来の第３図に示すアクティブフィルタ回路は、数メガ
ヘルツのビデオ帯域において良好なフィルタ特性を得る
ことができるが、１次のフィルタ回路を基本としたもの
であるため、多次のフィルタ回路を設計する場合、第６
図のようにこの回路を多段接続しなければならず、それ
だけ素子数が増大するなどの問題点があった。

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、単一の回路構成で２次のフィルタ回路を得る
ことができるとともに、かつ、ＩＣ外部からカットオフ
周波数を変更できるアクティブフィルタ回路を得ること
を目的とする。

ｃ疎通を解決するための手段］ 本発明に係るアクティブフィルタ回路は、第１のトラン
ジスタのエミッタを第２のトランジスタのベースに接続
し、上記第２のトランジスタのエミッタと第３のトラン
ジスタのエミッタを共通の第１の定電流回路を介して基
準電位点に接続し、上記第３のトランジスタのベースを
第４のトランジスタのエミッタに接続し、上記第４のト
ランジスタのコレクタを第５のトランジスタのベースに
接続し、上記第４のトランジスタのベースと上記第５の
トランジスタのエミッタとの接続点を第３の定電流回路
を介して基準電位点に接続するとともに、第１のトラン
ジスタのエミッタおよび第４のトランジスタのエミッタ
にそれぞれ第１および第２のリアクタンス回路を付加す
ることにより、２次のフィルタ特性を得るようにしたも
のである。

〔作用］ 本発明におけるアクティブフィルタ回路は、第１のトラ
ンジスタのエミッタ動抵抗と、第２および第３のトラン
ジスタのエミッタ動抵抗と、第１および第２のリアクタ
ンス回路により、２次のフィルタ回路として作用し、ま
た、上記第１．第２および第３のトランジスタのエミッ
タ動抵抗の比は、入力信号からみて等価的に、１：１：
１で決まり、第１の定電流回路に流れる電流の大きさを
変えることにより、上記の抵抗値の比を変えずに、その
値を変えることができ、カットオフ周波数を変更するこ
とができるものである。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明する。第１
図は、本発明の一実施例で、同図において、入力信号源
１の一端はｎｐｎ型の第１のトランジスタ２２のベース
に接続されるとともに、他端は接地されている。第１の
トランジスタ２２のコレクタを電源端子６に接続し、そ
のエミッタをｎｐｎ型の第２のトランジスタ２３のベー
スに接続する。第１のトランジスタ２２のエミッタは、
また、第１のリアクタンス回路２６を構成する容量値が
Ｃ４のコンデンサを介して、ｎｐｎ型の第４のトランジ
スタ２５のベースに接続するとともに第３の定電流回路
３１を介して接地される。また、第２のトランジスタ２
３のコレクタを電源端子６に接続し、この第２のトラン
ジスタ２３のエミッタとｎｐｎ型のｍ３のトランジスタ
２４のエミッタの接続点を、電流の大きさが２１０の第
１の定電流回路２９を介して接地し、第３のトランジス
タ２４のコレクタを電源端子６に接続し、この第３のト
ランジスタ２４のベースを第４のトランジスタ２５のエ
ミッタに接続するとともに、第２のリアクタンス回路２
７を構成する容量値が０２のコンデンサを介して接地す
る。また第４のトランジスタ２５のコレクタを第２の定
電流回路３０を介して電源端子６に接続するとともに、
この第４のトランジスタ２５のコレクタをｎｐｎ型の第
５のトランジスタ２８のベースに接続し、この第５のト
ランジスタ２８のコレクタを電源端子６に接続している
。第５のトランジスタ２８のエミッタと第４のトランジ
スタ２５のベースの接続点より出力端子１９を導出する
。

次に動作について説明する。第１図において、入力信号
源１の入力電圧をＶＩＴ出力端子１９から取出される出
力電圧をｖＯｎ入力信号によって第１のトランジスタ２
２のエミッタから第２のトランジスタ２３のベースに流
れ込む信号電流をｉ５７．また、入力信号によって第１
のトランジスタ２２のエミッタから、容量値がＣ７のコ
ンデンサよりなる第１のリアクタンス回路２６に流れ込
む信号電流をｉｓｚとし、第１のトランジスタ２２、第
２のトランジスタ２３および第３のトランジスタ２４の
エミッタ動抵抗を、それぞれ、ｒｅｌ、ｒ８□、および
ｒｅ３とし、さらに、第２のトランジスタ２３および第
３のトランジスタ２４のエミッタ接地の電流増幅率を共
にβ、倍信号角周波数をωとすれば、 ・・・（ｘｉｖ） が成立する。

また、容量値が０２のコンデンサよりなる第２のリアク
タンス回路２７に信号電流ｉｓ＋が流れることにより、
第４のトランジスタ２５のエミッタで信号電圧が生じる
。第４のトランジスタ２５のエミッタで信号電圧が発生
すると、第４のトランジスタ２５のコレクタでは、定電
流負荷を構成する第２の定電流回路３０により、この信
号電圧が増幅され、この増幅された信号電圧は、エミッ
タフォロア回路を構成する第５のトランジスタ２８によ
り、第４のトランジスタ２５のベースに負帰還される。

すなわち、第４のトランジスタ２５および第５のトラン
ジスタ２８は、等価的にバッファ回路を構成するから、
第４のトランジスタ２５のエミッタで生じる信号電圧は
、出力端子１９に取出される。

ゆえに、容量値が０２のコンデンサよりなる第２のリア
クタンス回路２７に信号電流ｉｓ＋が流れることにより
生じる信号電圧は、出力電圧に等したがって、（ｘｉｖ
）、　　（ｘｖ）　、　（ｘｖｉ）式から、この回路の
伝達関数Ｈ（ｗ）を求めると、にヂτ７ となり、これはカットオフ周波数ωＣが、の２次のロー
パスフィルタであることを示ス。

そしてまた同時に、電流の大きさが２１０の第１の定電
流回路２９により、第２のトランジスタ２３および第３
のトランジスタ２４のエミッタに流れる電流を、それぞ
れ１０とすれば、トランジスタ２２のエミッタ電流はＩ
０／（β＋１）となり、トランジスタのエミッタ電流ｌ
とエミ・ツタ動を利用すれば、 ・・・（ｘｘｉｉ） となる。すなわち、第１図の回路は２次のローパスフィ
ルタとして動作するとともに第１の定電流回路２９に流
れる電流の大きさを変えることにより、ｒｅ＋＋（β＋
１）（ｒｅ＋＋ｔｅａ）の大きさを変えることができ、
同時に、カットオフ周波数ω。を変更することができる
。

また（ｘｘｉ）　、　（ｘｘｉｉ）式より、第１の定電
流回路２９を流れる電流の大きさにかかわらず、ｒ＊＋
：（β＋１）（ｒｅ□＋ｒｅａ）−１：２・・・（ｘｘ
ｉｉｉ） の関係が成立するので、（ｘｉｘ）式は、となる。ここ
で、各ＩＣ間で、ＣＩおよびＣ２の絶対値はばらつくが
、Ｃ７と０２の比は、一定と考えることができるので、
各ＩＣ間でのＱのばらつきは、無視できる。

第２図は本発明の他の実施例である。同図において、第
１のトランジスタ２２のエミッタと第２のトランジスタ
２３のベースとの間にｎｐｎ型の第６のトランジスタ３
２を接続し、また第３のトランジスタ２４のベースと第
４のトランジスタ２５のエミッタとの間にｎｐｎ型の第
７のトランジスタ３３を接続しである。これらの第６お
よび第７のトランジスタ３２．３３により、第１図のフ
ィルタ回路に比較して入力ダイナミックレンジを、さら
に±ｖ丁だけ広くし、かつ、Ｑの値を大きくとれるよう
にしたものである。

この回路の伝達関数Ｈ（ｗ）は、第６のトランジスタ３
２のエミッタ動抵抗が、第１のトランジスタ２２のそれ
と等しいことから、 ・・・（ｘｘｖ） となり、２次のローパスフィルタを示す。次いで（ＸＸ
Ｖ）式から、カットオフ周波数ω。は、・・・（ｘｘｖ
ｉ） となり、回路のＱ値は、 ・・・（ｘｘｖｌｌ） となる。ここで、（ｘｘｉ）　、　（ｘｘｉｌ）式の関
係を利用すれば、 ２ｒｅ＋−（β＋１）（ｒｅ□＋ｒｅａ＞・・・（ｘｘ
ｖｉｉｌ） となる。

以上、第１図および第２図に示す実施例は、第１および
第２のリアクタンス回路が容量性の場合について、その
例を示したものであるが、たとえばこのリアクタンス回
路が誘導性リアクタンスであれば、第１図および第２図
の回路は、バイパスフィルタとなる。また、第１図、第
２図に示す実施例は、ｎｐｎ型トランジスタを用いて構
成したものであるが、ｐｎｐ型トランジスタなどの素子
を用いて構成しても同様の効果が得られるのは言うまで
もない。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば第１のリアクタンス回路
を有するトランジスタ回路と第２のリアクタンス回路を
有するトランジスタ回路を組合わせることにより、単一
の回路構成で２次のアクティブフィルタ回路が得られる
ので、多次のフィルタ回路を設計する場合にも、少ない
素子数で構成できる。また、ＩＣ内で受動素子の値がば
らついても、定電流回路を流れる電流の大きさを、ＩＣ
外部から制御することにより、カットオフ周波数を補正
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるアクティブフィルタ回路の一実施
例の回路図、第２図は本発明の他の実施例を示す回路図
、第３図は従来のアクティブフィルタ回路の一実施例を
示す回路図、第４図は電圧制御電流源を示す回路図、第
５図および第６図は従来のアクティブフィルタ回路の原
理を示す等価回路図である。 図において、１は入力信号源、６は電源端子、１９は出
力端子、２２は第１のトランジスタ、２３は第２のトラ
ンジスタ、２４は第３のトランジスタ、２５は第４のト
ランジスタ、２６は第１のリアクタンス回路、２７は第
２のリアクタンス回路、２８は第５のトランジスタ、２
９は第１の定電流回路、３０は第２の定電流回路、３１
は第３の定電流回路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベースを入力信号源に接続されコレクタを電源に接続さ
   れた第１のトランジスタと、コレクタを電源に接続され
   ベースを第１のトランジスタのエミッタに接続された第
   ２のトランジスタと、コレクタを電源に接続されエミッ
   タを第２のトランジスタのエミッタに接続された第３の
   トランジスタと、第２のトランジスタおよび第３のトラ
   ンジスタのエミッタを基準電位点に接続する第１の定電
   流回路と、コレクタを第２の定電流回路を介して電源に
   接続されエミッタを第３のトランジスタのベースに接続
   された第４のトランジスタと、コレクタを電源に接続さ
   れベースを第４のトランジスタのコレクタに接続されエ
   ミッタを第４のトランジスタのベースに接続された第５
   のトランジスタと、一方の端子を第１のトランジスタの
   エミッタに接続され他方の端子を第４のトランジスタの
   ベースおよび第５のトランジスタのエミッタに接続され
   第３の定電流回路を介して基準電位点に接続される第１
   のリアクタンス回路と、第３のトランジスタのベースと
   第４のトランジスタのエミッタとの接続点を基準電位点
   に接続する第２のリアクタンス回路とよりなり、第４の
   トランジスタのベースと第５のトランジスタのエミッタ
   の接続点に出力端子を設け、２次のフィルタ特性を得る
   ようにしたことを特徴とするアクティブフィルタ回路。