JPS6139716A

JPS6139716A - 能動フイルタ

Info

Publication number: JPS6139716A
Application number: JP16055584A
Authority: JP
Inventors: Kouun Kouno; 河野　光雲
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1984-07-31
Publication date: 1986-02-25

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】、〔発明の技術分野〕この発明は能動フィルタに関する。　　′□〔発明の技
術背景〕第１０図は従来の能動フィルタの基本的な構成を示す回
路図であシ、第１１図はこ゛の能□動フィルタによって
構成されたロー・臂スフィルタを示す回路図である。こ
れらの回路は集積回路化に適した構成として「特開昭５
８−１６１４１３号公報」に記載されているものである
。

図において、１１は信号源である。今、この信号源１１
の信号を（、、、）とする。また、電流源トランジスタ
１２．１３の電流値を（１１２）　＊　（Ｉｔｓ）とす
る。すると、出力端子１４に現われる出力電圧（ｖ、、
、３はと表わされる。但し、（ＣＩＩ５）はコンデンサ
１５の容量値、（Ｒｌｇ　）は抵抗１６の抵抗値である
。

式（１）は抵抗１６と抵抗１７の抵抗値は等しいものと
して計算されている。

トランジスタ１８．１９のペース・エミッタ間電圧が等
しいものとすると、次式（２）が成シ立つから、式（１
）は式（３）のように表わされる。

但し、（Ｒ２０）は抵抗２０の抵抗値、（Ｒ２ｘ）は外
付は抵抗２１の抵抗値である。

式（３）を変形して回路の利得（Ｇｌ　）は次のように
表わされる。

式（４）から明らかな如く、回路の時定数はなる項は抵
抗比であるから製造段階や温度変化によってもほとんど
変動しない。ＣｔＳは集積回路化においてはかなり変動
するが、その変動は外付は抵抗２１の抵抗値を変えるこ
とによって抑えることができる。したがって、第１０図
のフィルタにおいては、素子特性が変動しても、利得（
Ｇｌ）や時定数を所望の値に設定することができる。

第１１図は上記基本形の能動フィルタを２段用いてロー
・ぐスフィルタを形成したものである。

図において、破線（４）、（Ｂ）で囲む部分はそれぞれ
先の基本形に相当するものである。なお、部分（４）ぺ
Ｂ）において、先の第１０図と対応する部分には（Ａ）
　、　（Ｂ）の添字を付す。この回路の伝達特性（０２
〕は、で表わされ、２次のローパス特性を示す。ことで、（Ｒ
１６人）　、（Ｒｔ４ｓｎ　）はそれぞれ抵抗１６に、
１６Ｂの抵抗値、（ＣＩＳＡ）Ｉ（ＣＩ９Ｂ）はそれぞ
れコンデンサ１５Ａ、１５Ｂ　　の容量値である。また
、Ｓ＝ｊωである。さらに、抵抗１６に、１７にの抵抗
値が等しく、かつ抵抗１６Ｂ、１７Ｂの抵抗値が等しく
１　さらにＩ　１２Ａ　”　Ｉ　１２Ｂ　・Ｉ　１３Ａ
　＝　Ｉ　ＩＩＢとすると、（ｋ）、（町）はそれぞれ
、で与えられる。ここで、（Ｒ２ｍ）　ｅ　（Ｒｒｓ）は
それぞれ部分（Ｂ）中の抵抗２２．２３の抵抗値である
。

〔背景技術の問題点〕

ところで、従来の能動フィルタは第１Ｏ図から明らかな
ように、１個のコンデンサ１５に対して１つの時定数を
得るのに、オペアンプ（トランジスタ２４．２５等から
成る回路）１個分の回路が必要である。このため、第１
１図に示すように、高次のフィルタ（第１１図は２次の
フィルタ）を構成しようとする場合には、回路素子数が
非常に多くなる。

また、コンデンサ１５に並列に縦形ＰＮＰ　）ランジス
タ２６の寄生容量（特に、コレクタ・サブストレート間
容量）（第１０図参照）が付くため、内蔵のコンデンサ
１５の容量値をあまり小さくできず、このコンデンサ１
５の集積回路化が難しいという問題がある。

〔発明の目的〕

この発明は上記の事情に対処すべくなされたもので、回
路素子数が少なく、かつ内蔵コンデンサに対するトラン
ジスタの寄生容量の影響がほとんどない能動フィルタを
提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

この発明は、能動フィルタの抵抗性インピーダンス成分
をダイオードの等価抵抗やトランジスタのエミッタ内部
等価抵抗で形成し、この抵抗性インピーダンス成分に流
す直流電流を制御してそのインピーダンスを変えること
によシ、フィルタの時定数を変えることができるように
構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照してこの発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１は一実施例の構成を示す回路図である。

図において、トランジスタ３ノのペースに設けられた端
、子３１には、信号（ｖｌ）が印加される。

このトランジスタ３２のエミッタはダイオード３３のア
ノードに接続されている。ダイオード３３のカソードは
ダイオード３４のアノードに接続されている。ダイオー
ド３４のカソードは電流源３５に接続されるとともに、
出力端子３６に接続されている。

トランジスタ３２のエミッタとダイオード３３のアノー
ドの共通接続点には、端子３７よυコンデンサ３８を介
して信号（ｖ２）が印加される。ダイオード３３のカソ
ードとダイオード３４のアノードの共通接続点には、端
子３９よシコンデンサ４０を介して信号（ｖ３）が印加
される。ダイオード３４のカソードには端子４１よシコ
ンデンサ４２を介して信号（ｖ４）が印加される。

第１図の等節回路を第２図に示す。図において、３２Ｅ
はトランジスタ３２のエミッタ内部等価抵抗であシ、３
３Ｅ、３４Ｅはそれぞれダイオード３３．３４の等価抵
抗である。

信号（ｖｌ）〜（ｖ４）のうちいずれか１つが入力信号
であり、残シは帰還信号か電圧源（アースも含む）の電
圧である。つまり、端子３１゜３７．３９．４１を信号
ラインに接続するか、電圧源ラインに接続するか、帰還
ループラインに接続するかによって、バイパスフィルタ
・パントノぐスフィルタ、ローノｆスフィルタトイった
種々様々なフィルタを構成することができる。

上記各等価抵抗３２’Ｂ、３３Ｂ、３４Ｅの抵抗値がい
ずれも等しいとし、これを（ｒ−１）とおくと、この（
ｒａｔ）は、で与えられる。但し１．（Ｉｓｓ）は電流源３５の電流
値、である。またＳ　　（Ｖｔ）は次式（９）で与えら
れる定数である。　　　　　　　、但し、−ｑ；電子の電荷に：がルツマン定数Ｔ：絶対温度　　　　　５式（８）から明らか表如く、等価抵抗値（ｒ６１）は−
９−。

竜〜流源３５の電流値（Ｉｓｓ）、つまりトランジスタ
３２．ダイオード３３．３４を流れる直流電流値によっ
て制御することができる。これは、また、電流値（Ｉｓ
ｓ）を変えることによってフィルタの時定数を変えられ
ることを意味する。

以上詳述したようにこの実施例は、能動フィルタを構成
する抵抗性インピーダンス成分と容量性インピーダンス
成分のうち、抵抗性インピーダンス成分をトランジスタ
３２のエミッタ内部等価抵抗３２Ｅやダイオード３３．
・３４の等価抵抗３３Ｅ、３４Ｅで形成し、これら等価
抵抗、９２Ｅ〜３４Ｆ、に流す直流電流値を変えると・
とによシ、フィルタの時定数を変えられるようにしたも
のである。・このよりな構成によれば、従来のようにオペアンプを用
いることなく、フィルタの時定数を変えることができる
ので、高次のフィルタを構成する場合でも、回路素子数
の増大を避けることができる。　　　　　　　　　　　
　　　　　・また、従来のように、縦形ＰＮＰ　）ラン
ジスタを用いる必要性がないので、回路を集積回路化　
□した場合でも、容量性インピーダンス成分として内蔵
されるコンデンサ３Ｂ、４０．４２の容量値を必要以上
に大きくする必要がなく、集積回路化が容易となる。

第３図はこの発明の第２の実施例を示す回路図で、第４
図はその等何回路である。なお、第３図及び第４図にお
いて、先の第１図及び第２図と同一部には同一符号を付
す。但し、第３図では、ダイオードの段数を２段から１
段に減らしである。

先の実施例では、トランジスタ３２とダイオード３３に
同じ直流電流を流す場合を説明した。

これに対し、この実施例では、トランジスタ３２に流す
直流電流とダイオード３３に流す直流電流を変えること
によシ、等価抵抗３２Ｅと３３Ｅの値を変えられるよう
にしたものである。

図示の例では、トランジスタ３２のエミッタに電流源４
３を接続することによシ、等価抵抗３２Ｅの抵抗値を等
価抵抗３３Ｅの抵抗値よシ小さくできるようにしたもの
である。すなわち、このような構成によれば、等価抵抗
３３Ｅの抵抗値は先の式（８）で示されるものと同じで
あるが、等価抵抗３２Ｅの抵抗値は、これを（ｒｅ□）
とおくと、次式Ｑ０で示され、（ｒ□）よシ小さくする
ことができる。

但し、工４３：電流源４３の電流値以上説明した２つの実施例はこの発明の基本的構成を示
すものである。但し、トランジスタ３２はダイオードで
あってもよく、また、ダイオード３３．３４等はダイオ
ード素子ではなく、ダイオード接続のトランジスタであ
ってもよい。

また、ダイオードの数やコンデンサの数、（ｖｌ）〜（
ｖ４）で代表されるような信号の形態も構成するフィル
タによって適宜変えられることは言うまでもない。

第５図は上述したような基本形を展開してよ多回路特性
の向上を図ったものである。すなわち、トランジスタや
ダイオードの等価抵抗は、非線形特性を有し、扱う入力
信号のレベルが大きくなると、信号歪が生じる。そこで
、第５図の実施例は、フィルタの本体部分（第１図や第
３図に示すフィルタ）で扱う入力信号のレベルをできる
だけ小さくするとともに、それでも仮に信号歪が生じた
としても、出力点ではほとんど歪のないフィルタ出力を
得られるようにしたものである。

具体的には、第５図において、ブロック（Ｃ）。

（Ｄ）はフィルタの本体部分、つまり先の第１図や第３
図に示されるフィルタである。４５は信号源である。こ
の信号源４５からの入力信号（Ｖ、、）を上記ブロック
（Ｃ）　、　（Ｄ）に入力するだめの入力段はトランジ
スタ４６．４７のエミッタ負荷となる差動増幅回路であ
る。この差動増幅回路はトランジスタ４８．４９のエミ
ッタを抵抗５０゜５１を介して結合したエミッタ抵抗結
合の差動増幅回路である。

ブロック（Ｃ）　、　（Ｄ）の入力段をエミッタ負荷の
差勤増幅回路としたのは、ブロック（Ｃ’ｌ　、　（Ｄ
＞に対する入力信号（ｖｔ、ｒのレベルを小さくするた
めである。また、２つのブロック（Ｃ）　、　（Ｄ）を
設けたのは、入力信号（ｖｌｆｉ）のレベル抑圧によっ
て抑え　　。

切れなかった信号歪を解消するためである。すなわち、
各ブロック（（１’）　、　（Ｄ）の出力をトランジス
タ５２．５３のエミッタを直結して成る差動増幅回路で
差動増幅することによシ、各ブロック（Ｃ）　、　（Ｄ
）で生じた信号歪をキャンセルし、最終的に出力端子５
４よシ歪のないフィルタ出力を得るわけである。

このような構成によれば、トランジスタ４８゜４９のエ
ミッタにおける入力信号（ｖｌ。）の振幅が小さいため
、この入力信号（ｖｌ、、）がブロック（Ｃ）　、　（
Ｄ）で受ける歪は小さい。そして、仮に、このブロック
（Ｃ）ぺＤ）で歪が生じたとしても、ブロック（Ｃ）　
、　（Ｄ）の出力信号をトランジスタ５２゜５３から成
る差動増幅回路で受けることによって、上記歪はほとん
ど除去される。

また、トランジスタ４６．４７のエミッタ負荷であるト
ランジスタ４１Ｊ、４９から成る差動増幅回路そのもの
の非線形特性による信号歪は、との差動増幅回路が上記
トランジスタ５２゜５３から成る差動増幅回路とでギル
バートのセルを構成しているため打ち消され、トランジ
スタ５２．５３のコレクタ電流での歪はない。

今、仮に、ブロック（Ｃ）　、　（Ｄ）の利得がＯｄＢ
とすると、トランジスタ５３のコレクタ電流（Ｉｃｓｓ
）は次式で与えられる。

但し、（ＩＩ５）、（Ｉ５ｇ）はそれぞれ電流源５５゜
５６の電流値、（Ｒｓｏ　）は抵抗５０の抵抗値、（Ｖ
Ｐ）は入力信号（ｖＩｆｉ）の振幅（ｏ４＋ヒーク値）
（信号源４５の出力時点の振幅〕である。まだ、式（Ｉ
Ｉ）は抵抗５０．５１の抵抗値が等しいものとして形成
されている。

第６図は先の第５図のフィルタを用いて２次のローパス
フィルタを構成した例を示すものである。この場合、ブ
ロック（Ｃ）　、　（Ｄ）は先の第１図において、ダイ
オード３４やコンデンサ４２を省略した構成としている
。各ブロック（Ｃ）　、　Ｕにおいて、先の第１図に対
応するものには、添字（Ｃ）　＃　（Ｄ）をそれぞれ付
す。第７図は、ブロック（Ｃ）。

（Ｄ）のうち、１方のブロック、例えばブロック（Ｄ）
側の等節回路を示すものである。

図示の如く、ローパスフィルタの構成にあっては、各ブ
ロックＣ）、の）の端子３１Ｃ，３１Ｄには、それぞれ
入力段の差動増幅回路の各差動出力が与えられる。また
、各ブロック（Ｃ）　、　（Ｄ）の端子３７Ｃ，３７Ｄ
は出力段の差動増幅回路の各差動出力がそれぞれトラン
ジスタ５７．５８を介して帰還されている。トランジス
タ５７゜５８のエミッタは抵抗５９．６０を介して結合
された差動増幅回路となっておシ、端子３７Ｃ１３７Ｄ
に対する帰還量を一定にする機能を果している。

トランジスタ４８．４９で構成される入力段の差動増幅
回路の利得を（Ｇ３）、トランジスタ５２．５３で構成
される出力段の差動増幅回路の利得を（Ｇ４）　、）ラ
ンジスタ５７．５８で構成される帰還用の差動増幅回路
の利得を（Ｇｓ　）’とすると、これらはそれぞれ次式
（１→、Ｉ→、（１４の如く示される。

但し、Ｒｓｌ：抵抗６〕の抵抗値Ｉ６宜：電流源６２の電流値上記利得（Ｇｓ　）、（Ｇａ　）、（Ｇｓ　）を用いて
回路の伝達特性（Ｇ６）を表わすと、次式（１つのよう
になる。

但し、Ｃ３８Ｄ：コンデンサ３８０の容量値Ｃ４２Ｄ：
コンデンサ４２Ｄの容量値式（１５）は抵抗６１．６３の抵抗値が等しく、抵抗５
９．６０の抵抗値が等しく、コンデンサ３８Ｃ，３８Ｄ
の容量値が等しく、コンデンサ４２Ｃ，４２Ｄの容量□
値が等しく、トランジスタ６４．６５のインピーダンス
は小さいものとして計算されたものである。

式（１５１は式（５）と同じく２次のローＡ？ス特性を
示す。ダンピングは帰還ルーズの利得以上説明した２次のローパスフィルタを第１１図に示す
２次のローフ４スフイルタと比較すると、回路素子数が
非袷に歩ないことがわかる。また、縦形ＰＮＰ　）ラン
ジスタを用いないため、浮遊容量の影響が少なく、ｉ路
中のコンデンサ３８Ｃ１４２Ｃ’、３Ｂ’Ｄ、４２Ｄの
容量値を小さくすることができる。

第８図は同じく２次のバンドパスフィルタを構成した例
を示すもので、第９図は例えばブロック（Ｄ＞側の等価
回路を示す。

この場合、各ブロック（Ｃ）　、　（Ｄ）の端子３１Ｃ
１３１０が電源（十Ｂ）に接続され、トランジスタ３２
Ｃ，３２Ｄのエミッタと各対応するダイオード３３Ｃ，
３３Ｄのアノードの共通接続点にそれぞれ入力段の差動
増幅回路の差動出力がコンデンサ６６．６７を介して与
えられる点を除けば、先の第６図及び第７図のローパス
フィルタと全く同じ構成である。

この回路の伝達特性（Ｇ７）は、〇と表わされる。但し、式（１６）はコンデンサ６６゜６
７の容量値（Ｃ６６）−ＣＣｓｒ　）が等しいものとし
て計算されている。

なお、詳細は省略するが、バイパスフィルタも同じよう
にして構成できることは勿論である。

〔発明の効果〕

このようにこの発明によれば、回路素子数が少なく、か
つ内蔵コンデンサに対するトランジスタの寄生容量の影
響がほとんどない能動フィルタを提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す回路図、第２図
は第１図の等価回路を示す回路図、第３図はこの発明の
第２の実施例を示す回路図、第４図は第３図の等価回路
を示す回路図、第５図はこの発明の第３の実施例を示す
回路図、第１６図はこの発明の第４の実施例を示す回路
図、第７図は第６図の等価回路を示す回路図、第８図は
この発明の第５の実施例を示す回路図、第９図は第８図
の等価回路を示す回路図、第１０図は従来の能動フィル
タの基本形を示す回路図、前１１図は第１０図の基本形
を用いて構成された２次のローパスフィルタを示す回路
図である。３２・・・トランジスタ、３３．３４・・・ダイオード
、３５　、４　Ｊ−・・電流源、３Ｂ　、４０，４２　
。６６．６７・・・コンデンサ。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦＝２２−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ダイオードの等価抵抗やトランジスタのエミッタ
内部等価抵抗として形成される抵抗性インピーダンス成
分と容量性インピーダンス成分を適宜組み合わせてなり
、上記抵抗性インピーダンス成分に直流電流を流す電流
源を設け、この電流源の電流を変えて上記抵抗性インピ
ーダンス成分のインピーダンスを変えることによって時
定数を変えられるように構成されていることを特徴とす
る能動フィルタ。
（２）上記抵抗性インピーダンス成分は第１、第２の抵
抗性インピーダンス部から成り、上記容量性インピーダ
ンス成分は第１、第２の容量性インピーダンス部から成
り、上記定電流源は第１、第２の定電流源部から成り、上記第１の抵抗性インピーダンス部、第１の容量性イン
ピーダンス部並びに第１の定電流源部によって第１のフ
ィルタ部が構成され、上記を第２の抵抗性インピーダン
ス部、第２の容量性インピーダンス部並びに第２の定電
流源部によって第２のフィルタ部が構成され、上記第１、第２のフィルタ部の各入力としては、２つの
トランジスタのエミッタあるいは２つのダイオードのカ
ソードの共通負荷を成し、各エミッタが抵抗を介して接
続された第１の差動増幅回路の各差動出力がそれぞれ与
えられ、上記第１、第２のフィルタ部の２つの出力はエ
ミッタ結合の第２の差動増幅回路で差動増幅されて取り
出されるように構成されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の能動フィルタ。