[其他]一種采用負阻抗變換器(NIC)的有源電阻電容模擬電感電容梯形濾波器

無效

• 申請號: 85104149
• 申請日: 1985-06-04
• 公開（公告）號: CN85104149B
• 公開（公告）日: 1987-07-29
• 發明（設計）人: 李遠文;林鋒;婁月;胡筠
• 申請（專利權）人: 北京郵電學院
• 主分類號: H03H11/10
• 分類號: H03H11/10
• 代理公司: 三友專利事務所
• 代理人: 李強

本發明涉及一種用分立元件或薄膜集成電路構成的有源RC帶通、低通和高通濾波器。當采用晶體管模擬有源元件時，可實現高頻濾波器，屬于基本電子電路。

有源RC濾波器是林威爾（LinVill）于1954年首次提出的。它用負阻抗變換器（NIC）綜合轉移阻抗的方法實現了有源RC濾波器，但由于當時技術水平的限制，有源元件的特性不能作得理想，所以制成的高階濾波器性能很不穩定，又由于當時有源元件價格昂貴，故用NIC實現濾波器的方法被否定了。

近年來，隨著有源元件的成本和價格的降低，使用多個NIC模擬LC梯形濾波器變得很容易實現，其特性和穩定性均能做得很好。因此用NIC的有源RC模擬LC濾波的問題重新受到科學家的關注。就此專題，各國發表了許多有價值的文章和專利文獻。現針對這些文獻給以綜合的扼要的評述：

文獻〔1～3〕介紹了在同一變換下用不同的頻變負阻抗變換器〔FDNIC〕電路模擬梯形網絡的方法，該方法雖然能夠將含L、C、R元件的網絡變換為只含R、C元件的網絡，但其缺點是：難以通過調整FDNIC電路來改進電路特性，它不適用于窄帶帶通濾波器。

文獻〔5〕介紹了用NIC電路模擬L元件或FDNR元件直接取代原型LC網絡或頻變后的R、D網絡，此方案的優點是實現手段簡單。但在實現帶通濾波器時。NIC電路不能滿足可靠的穩定條件，也不能達到最大動態范圍，并且有源元件用得多，因此也缺乏實用價值。

文獻〔6〕介紹了一種分析NIC電路的新方法。通過調整參數ξ可以對NIC電路的幅度特性在全頻帶內補償。因而適用于高頻范圍，此外，文中還給出了用三個晶體管構成的NIC電路，可見應用NIC電路無論在調整的靈敏性方面還是在改進電路的特性方面都要比采用FDNIC電路來得優越。

為了獲得接近理想特性的有源RC濾波器。要求將模擬濾波器中有源元件的影響減至最小。原因是：運算放大器不理想特性的影響和頻變標定后此種影響的增強造成文獻〔1～4〕中各種電路特性不好的原因。由此可見。性能良好的濾波器電路中一定要慎用FDNIC電路，文獻〔4〕中的電路本質上仍采用FDNIC的。而且在實現帶通濾波器時，不能保證NIC電路在直流情況下的可靠的穩定，而且動態范圍也不是最佳的;使用運算放大器的數量也太多，不經濟。

鑒于現有技術的不足，現提出的本發明的任務是：設計并制造一種以NIC作為有源元件的又具有可靠的穩定性和最佳動態范圍的RC模擬LC梯形濾波器。該濾波器能克服FDNIC電路調整困難和運放不理想特性對濾波器特性影響大的缺點，并使這種影響減至最小。此種濾波器可以實現帶通，低通和高通濾波器，當采用晶體管電路實現NIC時，因NIC頻帶很寬，它在有源電路中只起“負號轉換”的作用。從而使制成的濾波器特性很接近無源LC原型濾波器的特性。

上述任務是用相應于權項1、2、3的特征部分所述的方案解決的。

以下結合三種實例詳細敘述本發明的內容：

一、附圖1為單個運放構成的NIC電路。按文獻〔6〕的分析方法，此電路的變換系數為-1，所以取R₁和R₂數值相同。為敘述方便起見。命“a”對應運放的同相輸入端，而“b”對應運放的反相輸入端，文獻〔6〕中介紹了用晶體管構成NIC電路的方案，給出了三個晶體管構成的NIC交流等效電路。并用該電路實現了通帶邊界頻率為1MHz的五階橢圓低通濾波器。

二、附圖2（a）為雙端終接電阻負載的十階橢圓函數原型LC帶通濾波器，附圖2（b）為相應的NIC梯形模擬濾波器，它使用的運放數目與用級聯SAB方法實現有源濾波器時相同，為最少數量。RC元件數目略少于級聯方法，但性能卻比級聯方法理想得多。

在圖2（b）中，1代表包含一個電阻和一個π型電容節網絡。它由標定后的負載和支路5的電阻相并聯的電容共同構成。等效成π型電容節是為了使網絡中RC元件的數值合理。2代表RC元件并聯體，與圖2（a）中的LC并聯諧振回路相對應，并且RC回路和LC回路的諧振頻率在數值上相等。與支路5的電阻相并聯的那個電容在變換過程中被等效在π型電容中。這個RC并聯體與附圖2（a）中最左邊的一個并聯LC回路相對應，其諧振頻率在數值上也是相等的，3為RC網絡，4代表附圖1所示的NIC電路，在網絡中起倒相作用，其中a、b標明了運放的極性順序。整個有源濾波器在信號源內阻為零Ω。負載阻抗為無限大的條件下工作。因而在輸出端須加上隔離級電路。