JPS6013326B2

JPS6013326B2 - 周波数帯域増幅回路

Info

Publication number: JPS6013326B2
Application number: JP51099150A
Authority: JP
Inventors: 直樹江島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-08-18
Filing date: 1976-08-18
Publication date: 1985-04-06
Also published as: JPS5324252A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、特に音声周波数を含む低周波帯城における周
波数帯域＝増幅器に関するものであり、帯域内平坦性と
帯域外の減衰特性との両方を同時に改善することができ
、更に抵抗、コンデンサ及び半導体素子だけで構成でき
る周波数帯城増幅器を提供することを剛的とする。

一般に低周波帯域において周波数帯城増幅器を構成する
際には、リードフィルタ等機械振動のＱを利用する方法
、ＬＣ共振回路を利用する方法、ツインＴ型フィル夕を
利用する方法等のいわゆる単峰特‘性もこ近い特性が得
られるものと、アクティブフィル夕でハイパスフイルタ
とローパスフイルタを形成しこれらを複数個接続して構
成する方法などがあった。

しかしながら、前者の機械振動を利用する方法、ＬＣ共
振を利用する方法及びツインＴ型フィル夕を増幅器の負
帰還回路内に入れる方法では、単峰特性となるために、
帯域内の平坦性を良くしようとすれば、帯域外での減衰
度特性が悪化し、反対に帯域外での減衰度特性を良くし
ようとすれば、帯域内での特性がとがってしまうといっ
た欠点がある。又、後者のハィパスフィルタとローパス
フィルタを接続して構成する方法においては、帯域内の
平坦性は良好であるが、帯域外での減衰度特性は必ずし
も良好とはいえず、これを改善するには多数の同一回路
を接続する必要があり非常に複雑になり、コスト的にも
高価になる欠点があった。本発明は以上のような欠点を
排したものであり、単峰特性を示すフィルタ回路を負帰
還回路に挿入接続してなる２個の帯城増幅器の中心周波
数をそれぞれ異ならしめ、前記一方の帯域増幅器と位相
反転器との直列接続体に、前記他方の帯城増幅器を並列
接続したことにより、簡単な回路要素および構成で、帯
域内平坦特性および帯域外減衰特性を良好ならしめたも
のである。

以下本発明の周波数帯城増幅器を実施例について図面と
ともに説明する。

第１図は単峰特性を示すフィルタ回路にツインＴ型フィ
ル夕を用い、ツインＴ型フィル夕を負帰還回路に入れた
増幅器の回路図であり、ツインＴ型フィル夕は抵抗１，
２，３およびコンデンサ４，５，６、増幅器７とより形
成されている。

また、ツインＴ型フィル外ま増幅器７であるトランジス
タの電流増幅率や「抵抗８、抵抗９の値を変化させるこ
とにより、容易に利得を上げて、尖鋭度Ｑを選択できる
ものである。第１図の回路の周波数特性と入出力位相差
特‘性を第２図ａ，ｂに示す。

第２図ａ，ｂにおいて、中心周波数ナｏの近傍における
入出力位相差の変化は著るしいことがわかる。このよう
な特性をもった帯域増幅器の一つをＡとし、増幅器Ａの
中心周波数を〆ｏＡとする。ナｏ＾とは異なる中心周波
数〆血を持った全く同様の増幅器をＢとする。増幅器Ａ
およびＢの周波数特性と入出力位相差特性を第３図ａ，
ｂに並べて示す。増幅器ＡおよびＢの中心周波数〆。ハ
と〆。Ｂの差があることによって、増幅器ＡおよびＢの
入出力位相差の相互間でさらに位相のずれが生じる。こ
の増幅器Ａ，Ｂ間相互の位相差は、プ。Ａとナ。Ｂを含
む周波数の近傍にだけ生じており「ナｏ＾およびナｏＢ
から充分離れた周波数においてはほとんど零と見なすこ
とができる。この特性を第４図に示す。第４図において
、？Ａ‐Ｂは増幅器Ａの入出力位相差と増幅器Ｂの入出
力位相差との差であり、仮に入力端に同一信号が入力さ
れたとした時の、それぞれの出力端での増幅器ＡとＢと
の位相差と同等である。又「少ｍａｘはめ＾‐Ｂの最大
値であり、第１図の回路による構成では、■肌の値とし
ては約２４００位までに達することが出来るが「これ
は中心周波数ナ。Ａと〆。Ｂのへだたりによって変化す
る。本発明は上言己のような諸特性に着目して工夫を凝
らしたものであり、その一構成例を第５図に示す。

第５図において、入力部に位相反転器１０が接続された
増幅器Ａと、同増幅器Ａと中心周波数が異なる前記の増
幅器Ｂとが信号ラインに対して並列に接続されている。
このように構成した時に得られる出力は、中心周波数ナ
。八、メ。Ｂから充分に離れた周波数では、増幅器Ａお
よびＢの電圧利得がともに小さく、さらに、出力の位相
が、増幅器Ａのみ反転しているので、混合されると互い
に打消し合ってほとんど零となるため、非常に大きな減
衰度を得ることが出来る。又、中心周波数〆。川〆。
Ｂの近傍においては、増幅器ＡおよびＢの電圧利得がと
もに大きく、前述の■ｍａＸを適当に選び、約１８００
前後すると、増幅器Ａのみ反転しているために、混合さ
れる前ではほぼ同位相となり、加算されるので非常に大
きな電圧利得を有することが出来る。すなわち、この構
成による総合の周波数特性は、第３図における増幅器Ａ
の周波数特性と増幅器Ｂの周波数特性もこそれそれ位相
差を加味して得られるものであり、近似的な計算では、
次のように見なすことができる。すなわち、増幅器Ａの
出力ｅｏ＾はｅｏＡ＝−ＡｖＡ（ｗ）・Ｅｉｓｉｎ（のｔ＋◇＾‐
Ｂ）増幅器Ｂの出力ｅｏＢはｅＯＢ：ＡＶＢ（■）．Ｅ
ｉＳｉｎ（のｔ）混合した後の出力はｅ。

ニーＡＶ＾（の）。ＥｉＳ；ｎ（のｔ＋■へＢ）十Ａ
ＶＢ（山）・ＥｉＳｉｎ（のｔ）ただし、ＡｖＡ（山
），Ａｖ８（の）は増幅器Ａ，Ｂのそれぞれの増幅率、
Ｅｉは入力電圧である。ここで「ＯＡ‐Ｂが０に近いと
きはＥ。

：Ｅｉ。｛ＡＶＢ（の）一ＡＶ＾（の）｝ふ＾‐Ｂ＝９
００のときはＥ。

＝Ｅｉ・ノＡ宅Ａ（山）十Ａ旨Ｂ（山）？＾‐Ｂ＝１８
００のときはＥ。

ニＥｉ，｛ＡＶＡ（の）十ＡＶＢ（■）｝となる。中心
周波数プｏ〜〆ｏＢのずれは小さいので、Ａｖ＾（山
）とＡｖＢ（の）の差が効いてくるＯＡ‐Ｂ−０の領域
ではほぼＡｖＡ（■）≠ＡｖＢ（の）とみなすことが出
来る。したがって、Ａｖ＾（の）とＡｖＢ（山）の幾何
平均をＡ（山）とすると、近似的に、となり、？Ａ−Ｂ
によって大きな効果があることがわかる。

第５図による代表的な周波数特性を第６図に示す。又、
心＾‐Ｂが９００〜２７００の範囲にあっては、■＾‐
Ｂが全体の特性に及ぼす影響はたかだかゾ２倍までであ
るから、この範囲内の特性は、Ａ（の）に支配されるこ
とになる。すなわち、出力の周波数特性に左右される。
したがって、増幅器ＡおよびＢの中心周波数〆ｏ＾と〆
ｏＢのへだたりが大きく、ＡＹＡ（ｗ）とＡＹＢ（の）
の幾何平均が第７図のようになった場合には、総合の周
波数特性も同様に第８図のように双峰となる。単峰にな
るか双峰になるかは、ナ。＾とナｏＢのへだたりだけで
はなく、増幅器ＡおよびＢ単体の周波数特性の実効的な
尖鋭度Ｑにも依存する。すなわち、Ｑが高ければ入出力
位相差の中心周波数近傍での変化が急峻になって、この
ような増幅器ＡおよびＢで構成した場合にはし第４図に
おけるＣｍａｘが大きくなり、しかも中′○周波数プ。
Ａとナ。Ｂの間ではめｍａｘに近くなり、それ以外では
急に零となる。したがって、Ａｖ＾（仇）、Ａｖ８（の
）の幾何平均Ａ（の）が中心周波数〆。Ａとナ。Ｂにお
いてピークを持ち総合の周波数特性でも双蜂特性となる
。以上のことから単峰になるか双峰になるかは、中心周
波数〆。＾とナ。Ｂのへだたりと、尖鋭度Ｑに依ること
がわかる。実験的には、Ｑ×ｌナ。

Ａ−ナ。ＢＩ／（プ。＾十〆ｏＢ）の値が０．２〜０．
４を境界として、これより大なる時に双蜂特性となり、
それ以下では単峰特性となった。第９図ａ〜ｃに実験に
よって得られた特性例を示す。次に本発明の−実施例の
全回路図を第１０図に示す。第１０図において、トラン
ジスター１は位相反転用のものであり、抵抗１２と同１
３とを等しくすることによってェミッタ側とコレクタ側
に大きさが等しくて互いの位相の反転した出力を得るこ
とができる。このそれぞれの出力を増幅器ＡおよびＢへ
接続し、各々の出力を抵抗１４と同１５とにより混合し
て取り出している。第１０図の回路の実施例を、，低周
波帯ＣＷフィル夕として設計した場合の総合特性を第１
１図に示す。このように比較的簡単な回路構成で非常に
すぐれた周波数帯域増幅器を作ることが可能となった。
本発明による回路構成はこれら以外に増幅器Ａ又はＢい
ずれか一方の出力端で位相反転を行った上で混合しても
全く同様の効果があり、混合する際に非反転入力と反転
入力に増幅器Ａ又はＢを接続するようにしても良い。

すなわち、混合器として差動増幅器やりニア演算アンプ
等の回路を用いても全く同様の効果がある。又前述のＱ
ｘｌプ。

Ａ−ナｏＢＩ／（ナｏ＾＋〆ｏＢ）を０．２〜０．４の
範囲に選ぶことにより、帯域内平坦性および帯域外減衰
特性が最良となる。０．２〜０．４以下の範囲において
は、通常の単峰特性に近い特性が得られるが（第９図ｃ
参照）、この方式によって、総合の実効Ｑを安定にかつ
非常に高くとることが出来る。

従来の構成、例えば、第１図のような回路単体では、ト
ランジスタ増幅器のオープンループゲインを高くとり、
ツインＴ型フィル夕のＱを高くすれば、全体としての実
効Ｑはかなり高くとることが出来たが、安全度が悪く中
心周波数で、発振状態になることが多かったのに対して
、本発明によれば非常に安定となった。又、Ｑ×ｌナ。

Ａーメ。ＢＩ／（ナ。Ａ十ナ。Ｂ）を０．２〜０．４以
上に選ぶことによって、双峰特性とすることができるの
で、他の回路等と組合せてスタガーリングをとることが
出来る利点がある。なお、上記実施例の帯城増幅器Ａお
よびＢは、増幅器の負帰還回路に単峰特性を示すフィル
タ回路が入っていれば良く、本実施例のようなトランジ
スタ回路だけでなく、多段トランジスタ回路を用いても
、又演算アンプ等の集積回路を用いても全く同様の効果
があり、さらにフィル夕回路は単峰特性を示すものであ
れば、ＬＣ回路を用いたものや、他の回路であっても差
支えはない。以上説明したように本発明の周波数帯域増
幅回路は、単峰特性を示すフィルタ回路を負帰還回路に
挿入接続してなる２個の帯城増幅器の中心周波数をそれ
ぞれ異ならしめ、前記一方の帯城増幅器と位相反転器と
の直列接続体に、前記他方の帯城増幅器を並列接続して
あるため、両中心周波数の外の周波数帯では、それぞれ
出力レベルが小さくかつ位相差がないので全体の出力は
発生せず、また両中心周波数内の周波数帯では、それぞ
れの出力レベルが大きくかつ位相差が大きくして反転合
成されるので全体の出力は大なるものとなる。

すなわち、帯域内特性の平坦性および帯域外の減衰性が
非常に良好なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はツインＴ型フィル夕を負帰還回路に入れた増幅
器の回路図、第２図ａ，ｂは第１図の回路の周波数特性
と入出力位相差特性図、第３図ａ，ｂは中心周波数をず
らした２つの増幅器ＡおよびＢの周波数特性と入出力位
相差特性図、第４図は増幅器相互間の位相差特性図、第
５図は本発明の一実施例の構成図、第６図は実施例の同
周波数特性図、第７図、第８図は中心周波数間のへだた
りが大きいときの説明図、第９図ａ〜ｃは尖鋭度と中心
周波数の関係より得られる特性図、第１０図は本発明の
一実施例の全回路図、第１１図は本実施例の総合特性図
である。１〜３，８，９，１２〜１５・・・…抵抗、４〜６……
コンデンサ、７……増幅器（トランジスタ）、１０，１
１…・・・位相反転器、Ａ，Ｂ・・・・・・帯城増幅器
。第１図第２図第３図第４図第５図第６図第７図第８図第９図第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】１単峰特性を示すフイルタ回路を負帰還回路に挿入接
続してなる２個の帯域増幅器の中心周波数をそれぞれ異
ならしめ、前記一方の帯域増幅器と位相反転器との直列
接続体に、前記他方の帯域増幅器を並列接続したことを
特徴とする周波数帯域増幅回路。２帯峰特性を示すフイルタ回路がツインＴ型フイルタ
回路からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の周波数帯域増幅回路。３両帯域増幅器のそれぞれの中心周波数をｆ＿１およ
びｆ＿２とし、前記両帯域増幅器の周波数尖鋭度をＱと
した時、Ｑ×｜ｆ＿１−ｆ＿２｜／（ｆ＿１＋ｆ＿２）
の値を０．２ないし０．４の範囲内に設定したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の周波数帯域増幅
回路。