JPH0817308B2 - バンドパスフィルタ回路 - Google Patents

バンドパスフィルタ回路

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JPH0817308B2
JPH0817308B2 JP5020416A JP2041693A JPH0817308B2 JP H0817308 B2 JPH0817308 B2 JP H0817308B2 JP 5020416 A JP5020416 A JP 5020416A JP 2041693 A JP2041693 A JP 2041693A JP H0817308 B2 JPH0817308 B2 JP H0817308B2
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capacitor
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範之 福島
正夫 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、伝達特性の温度依存性
の小さいバンドパスフィルタ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】多目的フィルタとしてはたとえば図1に
示すものが提供されている。この図1において、1は入
力端子を示し、2は出力端子を示す。入力端子1は抵抗
器3を介して初段のオペアンプ4の反転入力端子に接続
される。このオペアンプ4は積分回路をなすものであ
り、それ自体の特性は帰還抵抗をなす抵抗器5とコンデ
ンサ6とにより決定される。このオペアンプ4の出力端
子は抵抗器7を介して次段のオペアンプ8の反転入力端
子に接続される。このオペアンプ8も積分回路をなすも
のであり、それ自体の特性は入力抵抗をなす抵抗器7お
よびコンデンサ9から決定される。そして、このオペア
ンプ8の出力が反転増幅器10で増幅されたのち抵抗器
11を介して初段のオペアンプ4の反転入力端子に帰還
される。反転増幅器10はオペアンプ12により構成さ
れる。
【0003】この場合、オペアンプ4の出力端子からは
バンドパス出力が得られ、他方オペアンプ12の出力端
子からはローパス出力が得られる。
【0004】オペアンプ13は加算器をなすものであ
り、このオペアンプ13の反転入力端子(加算器の入力
端子)に上述バンドパス出力及びローパス出力が供給さ
れうるようになっている。また、入力端子1からの入力
信号もこの反転入力端子に供給しうるようになってい
る。
【0005】オペアンプ4の出力信号すなわちバンドパ
ス出力のみをオペアンプ13に供給すれば出力端子2に
バンドパス出力を得ることができる。オペアンプ12の
出力信号すなわちローパス出力のみをオペアンプ13に
供給すれば、出力端子2にローパス出力を得ることがで
きる。
【0006】また、入力信号およびバンドパス出力の双
方をオペアンプ13に供給すれば、両信号の位相が逆相
であるので、出力端子2にトラップ出力を得ることがで
きる。入力信号およびローパス出力の双方をオペアンプ
13に供給すれば同様にして出力端子2にハイパス出力
を得る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
多目的フィルタでは、4個の高利得オペアンプを要す
る。すなわち、オペアンプ4,8,12,13である。
そして、これらオペアンプ4,8,12,13を抵抗器
やコンデンサでディスクリートに接続する必要がある。
このため構成が複雑となる。また、この多目的フィルタ
の特性は、オペアンプ4,8がそれぞれ構成する積分回
路の特性および帰還用の抵抗器11の値により決定され
る。具体的には抵抗器5,7,11およびコンデンサ
6,9の定数により決定される。そして、これら定数の
温度係数が大きいと、無視できない程度の温度特性をフ
ィルタが持つようになってしまう。したがって、抵抗器
5,7,11やコンデンサ6,9として温度係数の小さ
なもの、すなわち高価なものが必要となる。
【0008】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、構成が簡易であり、かつ伝達特性の温度
依存性の小さいバンドパスフィルタ回路を提供すること
を目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明によれば、2入力を有する第1の差動増幅
器とその出力に一端が接続された第1のコンデンサを有
する第1の積分回路と、2入力を有する第2の差動増幅
器とその出力に一端が接続された第2のコンデンサを有
する第2の積分回路とを備え、上記第1、第2の積分回
路を集積回路で構成し、上記第1の差動増幅器の出力を
接続回路を介して上記第2の差動増幅器の2入力の一方
に接続し、上記第2の差動増幅器の出力を上記第2のコ
ンデンサとは別の回路素子を介して上記第1差動増幅器
の2入力の一つに帰還し、上記第1の差動増幅器の出力
を上記第1のコンデンサとは別の回路素子を介して上記
第1差動増幅器の2入力の一つに帰還し、上記第1、第
2の積分回路の利得を上記積分回路の外部より制御する
手段を設け、上記第1の差動増幅器の2入力、上記第2
の差動増幅器の2入力、上記第1のコンデンサの一端と
他端および上記第2のコンデンサの一端と他端のうちの
いずれもが入力端子としてまたは出力端子として選定が
可能で、これらの中から所望のフィルタ特性に応じて入
力端子と出力端子とを選定したフィルタ回路において、
上記第1の差動増幅器の2入力の一つを入力端子とし、
上記第1のコンデンサの一端を出力端子とし、上記第
1、第2のコンデンサの他端と上記第2の差動増幅器の
2入力の他方を所定の電位としたバンドパスフィルタ回
路を提供する。
【0010】
【作用】本発明によれば、構成が簡易であり、かつ伝達
特性の温度依存性の小さいバンドパスフィルタ回路が得
られる(数15を数14に代入して整理した式を参
照)。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図2及び図
3を参照しながら説明しよう。
【0012】図2はこの実施例で用いる積分回路21を
示すもので、この図において、入力端子22をnpn型
トランジスタQ1 のベースに接続する。そして、このト
ランジスタQ1 を他のnpn型トランジスタQ2 に差動
接続する。すなわち、等価な抵抗器23,24を介して
トランジスタQ1 ,Q2 のそれぞれのエミッタを共通接
続し、この接続点をnpn型トランジスタQ8 のコレク
タに接続する。なお、トランジスタQ2 のベースには基
準電圧源25を接続する。
【0013】トランジスタQ8 は定電流回路(図3に4
1A,41Bで示す)をなすもである。すなわち、電源
端子26を抵抗器27を介してダイオード28のアノー
ドに接続し、そのカソードを抵抗器29を介して接地す
る。そして、ダイオード28のアノードをトランジスタ
8 のベースに接続し、そのエミッタを抵抗器30を介
して接地するものである。この定電流回路の定電流をI
1 とする。
【0014】差動接続したトランジスタQ1 ,Q2 のそ
れぞれのコレクタにはnpn型トランジスタQ3 ,Q4
のエミッタを接続する。これらトランジスタQ3 ,Q4
のそれぞれのコレクタを電源端子26に接続し、それぞ
れのエミッタを電圧源31に接続する。これらトランジ
スタQ3 ,Q4 ではpn接合の順方向特性を利用して電
流を電圧に変換する。そしてそれぞれのエミッタにトラ
ンジスタQ1 ,Q2 のコレクタ電流に応じた電圧を得
る。
【0015】これらトランジスタQ3 ,Q4 のそれぞれ
のエミッタをnpn型トランジスタQ5 ,Q6 のそれぞ
れのベースに接続する。トランジスタQ5 ,Q6 も差動
接続する。すなわち、トランジスタQ5 ,Q6 のそれぞ
れのエミッタを共通接続し、この接続点をnpn型トラ
ンジスタQ9 のコレクタエミッタパスおよび抵抗器32
の直列回路を介して接地する。
【0016】このトランジスタQ9 も定電流回路(図3
に42A,42Bで示す)をなす。すなわち、電源端子
26を可変抵抗器33を介してダイオード34のアノー
ドに接続し、このダイオード34のカソードを抵抗器3
5を介して接地する。そして、このダイオード34のア
ノードをトランジスタQ9 のベースに接続するのであ
る。この定電流回路の定電流をI2 とする。なお、上述
の回路についてはUSP3,676,789にその記載
がある。
【0017】のちに述べるように、この定電流I2 と前
述の定電流I1 との比によってこの積分回路の利得が制
御される。この積分回路はIC(集積回路)によって構
成されるけれど、可変抵抗器33を外付けとしてこれを
調整し、これによって定電流I2 換言すれば積分回路の
利得を制御しうる。
【0018】前述のトランジスタQ5 ,Q6 は、前段の
トランジスタQ3 ,Q4 のエミッタに得られた差動出力
を増幅するものであり、この増幅出力をカレントミラー
回路によってコンデンサ36に供給している。すなわ
ち、トランジスタQ5 のコレクタを順方向接続のダイオ
ード37を介して電源端子26に接続し、このダイオー
ド37のカソードをpnp型トランジスタQ7 のベース
に接続する。このトランジスタQ7 のエミッタを電源端
子26に接続し、そのコレクタをコンデンサ36の一端
に接続し、この接続点から出力端子38を導出する。そ
して、このコンデンサ36の他端を接地するのである。
【0019】このコンデンサ36には定電流源39を並
列に接続する。この定電流源39の定電流はI2 /2で
ある。トランジスタQ6 のコレクタ電流、換言すればト
ランジスタQ7 のコレクタ電流の動作点電流はI2 /2
であるから、コンデンサ36にはトランジスタQ6 の信
号電流のみが供給される。
【0020】このような積分回路では、要するに入力信
号Vinに応じた電流がコンデンサ36に供給され、そ
の両端電圧として入力信号Vinの積分出力を得る。
【0021】このことを以下説明する。なお、以下の説
明に用いる電流値、電圧値等は図2に示すとおりであ
る。
【0022】すなわち、トランジスタQ1 ,Q2 のコレ
クタ電流IC1,IC2であり、トランジスタQ3 ,Q4 のベースエミッタ間電
圧Vbe3 ,Vbe4 である。ただし、I0 は逆方向飽和電流、kはボルツマ
ン定数、Tは絶対温度、qは電子の電荷である。
【0023】そして、トランジスタQ5 ,Q6 のベース
電位Vb5,Vb6であり、この結果、トランジスタQ5 ,Q6 のベース間
電圧Vbbは数1になる。
【0024】
【数1】
【0025】他方、トランジスタQ5 ,Q6 のコレクタ
電流の信号成分を+iout ,−iou t とすると、トラン
ジスタQ5 ,Q6 のベースエミッタ間電圧は であり、この点からトランジスタQ5 ,Q6 のベース間
電圧Vbbを求めると、数2になる
【数2】
【0026】以上の数1、数2から であり、この結果 が成立する。そして からI2 /I1 =r/Rであるから、数3を得る。
【0027】
【数3】
【0028】となり、このことから出力端子38から積
分出力が得られることがわかる。
【0029】なお、上述の数3において、r,r′をI
Cの内部抵抗により構成すればr/r′の項の温度特性
を相殺することができる。この場合、単にコンデンサ3
6の容量Cと可変抵抗器33の抵抗値Rとの温度特性を
向上させるだけで、積分回路21の温度特性を向上させ
ることができる。
【0030】つぎに、このような積分回路21を用いた
本発明多目的フィルタの一実施例について図3を参照し
ながら説明する。本例は図2の積分回路21を2段縦続
接続するものであり、図3において図2と対応する箇所
には対応する符号を付してそれぞれの詳細説明を省略す
る。具体的には、初段の積分回路21Aに関連してAの
サフィックスを付し、後段の積分回路21Bに関連して
Bのサフィックスを付す。なお、この図3では図2のト
ランジスタQ8 が構成する定電流回路を41A,41B
で表わし、トランジスタQ9 が構成する定電流回路を4
2A,42Bで表わす。
【0031】図3において、43〜50は端子を示し、
これら端子43〜50から入力端子、出力端子を選定す
ることにより、所望のフィルタ特性を得る。このフィル
タ特性はローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンド
パスフィルタおよびトラップの各特性である。
【0032】本例では、端子43,44を抵抗器51,
52を介して初段の積分回路21Aのトランジスタ
1A,Q2Aのベースにそれぞれ接続する。この初段の積
分回路21Aのコンデンサ36Aの両端にはそれぞれ端
子45,46を接続する。そして、このコンデンサ36
Aのホットがわ一端にnpn型トランジスタ53のベー
スを接続し、このトランジスタ53のコレクタを電源端
子26に接続し、そのエミッタを定電流回路54を介し
て接地する。このトランジスタ53はエミッタフオロワ
回路をなすもので、そのエミッタを抵抗器60を介して
トランジスタQ2Aのベースに帰還するとともに抵抗器5
5を介して次段の積分回路21BのトランジスタQ1B
ベースに接続する。
【0033】次段の積分回路21BのトランジスタQ1B
には抵抗器56を介して端子47をも接続する。また、
次段の積分回路21Bのコンデンサ36Bの両端から端
子49,50をそれぞれ導出し、そのホットがわ一端に
エミッタフオロワ回路をなすトランジスタ57のベース
を接続する。このトランジスタ57のコレクタを電源端
子26に接続する。そして、そのエミッタを定電流回路
58を介して接地するとともに抵抗器59を介して初段
の積分回路21AのトランジスタQ1Aのベースに接続す
る。
【0034】つぎにこの実施例の動作について説明しよ
う。ここでは、まず図2の積分回路21について求めた
数3をこの図3について適用しておく。なお、信号電圧
1〜V8 および抵抗値ra,ra′,rb,rb′,
rc,rc′は図示のとおりとする。
【0035】初段の積分回路21Aにおいては、トラン
ジスタQ1Aのベースがわの入力電圧Vb1であり、トランジスタQ2Aのベースがわの入力電圧Vb2
である。これらは重ね合わせの理から求められる。そし
て、入力信号VinはVin=Vb1−Vb2である。した
がって、積分回路21Aの出力電圧、すなわちコンデン
サ36Aの両端間電圧V01は数4になる。
【0036】
【数4】
【0037】ただし、 とした。また、この場合数5が成立する。
【0038】
【数5】
【0039】である。同様にして次段の積分回路21B
については数6、数7が成立する。
【0040】
【数6】
【0041】
【数7】
【0042】が成立する。ただし、V02はコンデンサ3
6Bの両端間電圧であり、 とした。
【0043】つぎに、端子43〜50の選定によりどの
ようなフィルタ特性を得られるかについて説明する。
【0044】(1) 端子50を入力端子、端子45を
出力端子とした場合。
【0045】すなわち、V7 =Vout ,V6 =Vinの場
合である。なお、V1 ,V2 ,V3,V4 ,V5 =0と
しておく。これらV1 〜V7 を数4、数5に代入して を得、これから数8を得る。
【0046】
【数8】
【0047】同様にV1 〜V7 を数6、数7に代入する
ことにより数9を得る。
【0048】
【数9】
【0049】そして、この数9を前の数8に代入して整
理して を得る。このことから出力端子としての端子45からバ
ンドパス出力を得ることがわかる。
【0050】(2) 端子46,48を入力端子、端子
45を出力端子とした場合。
【0051】すなわち、V7 =Vout ,V3 =V5 =V
inの場合である。なお、V1 ,V2,V4 ,V6 =0と
しておく。これらV1 〜V7 を数4、数5に代入して を得、これらから数10を得る。
【0052】
【数10】
【0053】同様にしてV1 〜V7 を数6、数7に代入
して数11を得る。
【0054】
【数11】 この数11を数10に代入して整理し を得る。このことからこの場合には出力端子としての端
子45からトラップ出力を得ることがわかる。
【0055】(3) 端子48を入力端子、端子45を
出力端子とした場合。
【0056】すなわち、V7 =Vout ,V5 =Vinとし
た場合である。なお、V1 ,V2 ,V3 ,V4 ,V6
0としておく。これらV1 〜V7 を数4、数5に代入し
を得、これらから数12を得る
【0057】
【数12】
【0058】同様にしてV1 〜V7 を数6、数7に代入
して数13を得る。
【0059】
【数13】
【0060】この数13を数12に代入して整理し を得る。このことから、この場合には出力端子としての
端子45からローパス出力を得ることがわかる。
【0061】(4) 端子44を入力端子、端子45を
出力端子とした場合。
【0062】すなわち、V7 =Vout ,V2 =Vinとし
た場合である。なお、V1 ,V3 ,V4 ,V5 ,V6
0としておく。
【0063】これらV1 〜V7 を数4、数5に代入して を得、これらから数14を得る。
【0064】
【数14】
【0065】同様にしてV1 〜V7 を数6、数7に代入
して数15を得る。
【0066】
【数15】
【0067】この数15を数14に代入して整理し を得る。このことから、この場合には出力端子としての
端子45からバンドパス出力を得ることがわかる。
【0068】なお、この場合に出力端子としての初段の
積分回路21AのトランジスタQ2Aのベースを選定すれ
ばトラップ出力を得る。すなわち、この場合、Vout
b′V7 +bV2 となり、この式をVout =V7 のかわ
りに上述の各式に代入すれば を得る。このことから、この場合にはトラップ出力をも
得ることがわかる。
【0069】以上述べたように、本例によれば入力端子
および出力端子の選定により種々のフィルタ特性を得る
ことができる。この場合、前述のようにオペアンプや各
種CR回路網をディスクリートに接続する必要がなく、
極めて構成を簡略化しうる。また、各フィルタ特性にお
ける伝達関数は積分回路21A,21Bの特性S1 ,S
2 やra,ra′,rb,rb′,rc,rc′によっ
て決まり、このことは、これら伝達関数の温度特性がI
C化により極めて向上することを意味する。部品選定上
は単にコンデンサ36A,36Bや可変抵抗器33に留
意するのみでよい。
【0070】なお、本発明は上述実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可
能である。
【0071】
【発明の効果】本発明によれば、構成が簡易であり、か
つ伝達特性の温度依存性の小さいバンドパスフィルタ回
路が得られる(数15を数14に代入して整理した式を
参照)。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例を示す回路図である。
【図2】本発明の一実施例に用いられる積分回路を示す
回路図である。
【図3】本発明の一実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
21A,21B 積分回路 36A,36B コンデンサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2入力を有する第1の差動増幅器とその
    出力に一端が接続された第1のコンデンサを有する第1
    の積分回路と、2入力を有する第2の差動増幅器とその
    出力に一端が接続された第2のコンデンサを有する第2
    の積分回路とを備え、 上記第1、第2の積分回路を集積回路で構成し、 上記第1の差動増幅器の出力を接続回路を介して上記第
    2の差動増幅器の2入力の一方に接続し、 上記第2の差動増幅器の出力を上記第2のコンデンサと
    は別の回路素子を介して上記第1差動増幅器の2入力の
    一つに帰還し、 上記第1の差動増幅器の出力を上記第1のコンデンサと
    は別の回路素子を介して上記第1差動増幅器の2入力の
    一つに帰還し、 上記第1、第2の積分回路の利得を上記積分回路の外部
    より制御する手段を設け、 上記第1の差動増幅器の2入力、上記第2の差動増幅器
    の2入力、上記第1のコンデンサの一端と他端および上
    記第2のコンデンサの一端と他端のうちのいずれもが入
    力端子としてまたは出力端子として選定が可能で、これ
    らの中から所望のフィルタ特性に応じて入力端子と出力
    端子とを選定したフィルタ回路において、 上記第1の差動増幅器の2入力の一つを入力端子とし、 上記第1のコンデンサの一端を出力端子とし、 上記第1、第2のコンデンサの他端と上記第2の差動増
    幅器の2入力の他方を所定の電位としたバンドパスフィ
    ルタ回路。
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