DE3309897C2

DE3309897C2 -

Info

Publication number: DE3309897C2
Application number: DE3309897A
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Tokio/Tokyo Jp Fukushima; Masao Yokohama Kanagawa Jp Suzuki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1982-03-18
Filing date: 1983-03-18
Publication date: 1992-12-17
Also published as: JPH0570966B2; NL191162B; US4472689A; FR2523783B1; CA1187570A; AU550083B2; AU1245583A; JPS58161413A; GB2118794A; GB8307394D0; DE3309897A1; NL8300954A; GB2118794B; FR2523783A1; NL191162C

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Filter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es kann für ein Filter erforderlich sein, daß dieses unter schiedliche Filtereigenschaften zu verschiedenen Zeitpunkten aufweist. So kann es beispielsweise erforderlich sein, daß es die Eigenschaften eines Tiefpaßfilters zu einem Zeitpunkt, die Eigenschaften eines Bandpaßfilters zu einem anderen Zeitpunkt und die Eigenschaften eines Trennfilters oder Sperrfilters zu einem weiteren Zeitpunkt aufweist. Diesbezüglich ist seitens der Anmelderin bereits ein Mehrzweckfilter diskutiert worden, das aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Operationsver stärker-Anordnungen gebildet ist, die als Integrationsschaltun gen fungieren. Durch eine selektive Kombination des Eingangssi gnals, das einem derartigen Mehrzweckfilter zugeführt wird, mit verschiedenen Ausgangssignalen aus den verschiedenen Operati onsverstärkern können unterschiedliche Filter-Eigenschaften er zielt werden.

Indessen bedeutet die Benutzung eines derartigen Mehrzweckfil ters den Aufwand von vier Operationsverstärkern, die diskrete Widerstands- und Kondensator-Bauelemente enthalten, die damit verbunden sind, was im Ergebnis zu einer verhältnismäßig kom plizierten Schaltungsanordnung führt. Des weiteren sind die Ei genschaften oder Kennlinien eines derartigen Mehrzweckfilters zumindest teilweise durch die Eigenschaften jeder der Integra tionsschaltungen, die aus Operationsverstärkern bestehen, und die Werte der Widerstände und Kondensatoren, die damit verbun den sind, bestimmt. Falls die Temperaturkoeffizienten dieser Bauelemente groß sind, d. h. falls diese Bauelemente eine große Temperaturabhängigkeit aufweisen, hat ein derartiges Mehrzweckfilter einen Temperaturgang, der nicht vernachlässig bar ist. Daher müssen die Rückkopplungswiderstände und die Kon densatoren sorgfältig ausgewählt werden, um eine möglichst ge ringe Temperaturabhängigkeit zu erhalten, was wiederum zu erhöhten Kosten für das Filter führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ver bessertes, als Mehrzweckfilter benutzbares Filter zu schaffen, das einen verhältnismäßig einfachen Aufbau hat, als integrier ter Schaltkreis realisierbar ist und einen Frequenzgang hat, der sich nicht wesentlich mit der Temperatur ändert.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Figuren be schrieben.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines seitens der Anmelderin bereits diskutierten, als Mehrzweckfilter benutzbaren Filters.

Fig. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Integrationsschal tungsanordnung, die für ein Filter gemäß der vorliegen den Erfindung benutzt werden kann.

Fig. 3 zeigt ein Prinzipschaltbild eines als Mehrzweckfilter benutzbaren Filters gemäß einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Gemäß Fig. 1 wird dem gezeigten Filter ein Eingangssignal über eine Eingangsklemme 1 zugeführt, wobei das Eingangssignal über einen ersten Widerstand 3 an den invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers 4 geführt wird, dessen nichtinver tierender Eingang an Erde gelegt ist. Der erste Operationsver stärker 4 bildet eine erste Integrationsschaltung, deren Eigen schaften durch die Parallelschaltung eines ersten Rückkopp lungswiderstands 5 und eines ersten Rückkopplungskondensators 6, die zwischen den Ausgang des ersten Operationsverstärkers 4 und dessen invertierenden Eingang geschaltet ist, bestimmt sind.

Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers 4 ist über einen zweiten Widerstand 7 mit dem invertierenden Eingang eines zwei ten Operationsverstärkers 8 verbunden, dessen nicht invertieren der Eingang ebenfalls mit Erde verbunden ist. Der zweite Opera tionsverstärker 8 bildet ebenfalls eine Integrationsschaltung, deren Eigenschaften durch den zweiten Widerstand 7 an dessen Eingang und einen zweiten Rückkopplungskondensator 9 bestimmt sind, der zwischen den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 8 und dessen in vertierenden Eingang geschaltet ist. Der Ausgang des zwei ten Operationsverstärkers 8 ist über einen Widerstand mit dem invertierenden Eingang eines dritten Operationsverstär kers 12 verbunden, dessen nichtinvertierender Eingang an Erde gelegt ist und bei dem ein Rückkopplungswiderstand zwischen dessen invertierenden Eingang geschaltet ist. Der dritte Operationsverstärker 12 fungiert als ein invertieren der Verstärker 10. Auf diese Weise korrespondiert das Aus gangssignal des dritten Operationsverstärkers 12 mit dem Inversionswert des Ausgangssignals der zweiten Integrations schaltung, die durch den zweiten Operationsverstärker 8 gebildet ist. Das Ausgangssignal des dritten Operationsver stärkers 12 wird über einen dritten Widerstand 11 auf den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers 4 rückgekoppelt.

Das Ausgangssignal des Filters nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 tritt an einer Ausgangsklemme 2 an dem Ausgang eines vierten Operationsverstärkers 13 auf. Im einzelnen werden das Eingangssignal von der Eingangsklemme 1, das Ausgangssignal von dem ersten Operationsverstärker 4, der die erste Integrationsschaltung bildet, und das Ausgangssi gnal von dem dritten Operationsverstärker 12, das mit dem Ausgangssignal der zweiten Integrationsschaltung korrespon diert, jeweils selektiv über einen Widerstand an den inver tierenden Eingang des vierten Operationsverstärkers 13 ge liefert, dessen nichtinvertierender Eingang an Erde gelegt ist. Zusätzlich ist ein Rückkopplungswiderstand zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des vierten Ope rationsverstärkers 13 geschaltet. Auf diese Weise stellt der vierte Operationsverstärker 13 einen Addierer dar, der die Signale summiert, die ihm über seinen invertierenden Eingang zugeführt werden.

Es ist ersichtlich, daß wegen der Integrationseigenschaften der Operationsverstärker 4 und 8 ein Bandpaßfilter-Ausgangs signal aus dem ersten Operationsverstärker 4 gewonnen wird, während ein Tiefpaßfilter-Ausgangssignal aus dem dritten Operationsverstärker 12 gewonnen wird. Durch eine selektive Zuführung zumindest eines oder mehrerer der Eingangssigna le, des Ausgangssignals von dem ersten Operationsverstärker 4 und des Ausgangssignals von dem dritten Operationsverstär ker 12 zu dem invertierenden Eingang des vierten Operations verstärkers 13 können unterschiedliche Frequenzgänge für das Mehrzweckfilter gemäß Fig. 1 bezüglich des Ausgangssi gnals an der Ausgangsklemme 2 gewonnen werden. Wenn bei spielsweise nur das Ausgangssignal des ersten Operationsver stärkers 4, d. h. das Bandpaßfilter-Ausgangssignal, dem vierten Operationsverstärker 13 zugeführt wird, wird ein Bandpaßfilter-Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 2 gewon nen. Wenn nur das Ausgangssignal von dem dritten Operations verstärker 12, d. h. das Tiefpaßfilter-Ausgangssignal, dem vierten Operationsverstärker 13 zugeführt wird, wird ein Tiefpaßfilter-Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 2 gewon nen. Andererseits wird dann, wenn das Eingangssignal von der Eingangsklemme 1 und das Bandpaßfilter-Ausgangssignal von dem ersten Operationsverstärker 4 dem vierten Operati onsverstärker 13 zugeführt werden, ein Trennfilter- oder Sperrfilter-Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 2 erzeugt, und wenn sowohl das Eingangssignal von der Eingangsklemme 1 als auch das Tiefpaßfilter-Ausgangssignal von dem dritten Operationsverstärker 12 dem vierten Operationsverstärker 13 zugeführt werden, wird ein Hochpaßfilter-Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 2 erzeugt.

Es ist jedoch ersichtlich, daß das Mehrzweckfilter gemäß Fig. 1 nach dem Stand der Technik einen Aufwand von vier Operationsverstärkern 4, 8, 12 und 13, die über diskrete Widerstands- und Kondensator-Bauelemente miteinander verbun den sind, benötigt, wodurch der Aufbau eines derartigen Filters verhältnismäßig kompliziert ist. Des weiteren werden die elektrischen Eigenschaften des Filters durch die Eigen schaften jeder der Integrationsschaltungen, die aus den Operationsverstärkern 4 und 8 bestehen, und die Werte der Rückkopplungswiderstände 5 und 11, des Widerstandes 7 und der Rückkopplungskondensatoren 6 und 9 bestimmt. Falls sich die Eigenschaften der Operationsverstärker 4 und 8 und die Werte der Widerstände 5, 7 und 11 sowie die Werte der Kondensato ren 6 und 9 stark mit der Temperatur ändern, d. h. daß derar tige Bauelemente einen Temperaturkoeffizienten haben, hat das Mehrzweckfilter gemäß Fig. 1 einen Temperaturgang, der nicht vernachlässigbar ist. Als Ergebnis müssen die Wider stände 5, 7 und 11 sowie die Kondensatoren 6 und 9 derart ausgewählt werden, daß sie jeweils einen kleinen Tempera turkoeffizienten haben, d. h. derart, daß deren Werte sich nicht stark mit der Temperatur verändern. Dies führt selbst verständlich zu erhöhten Kosten des Mehrzweckfilters.

Das Mehrzweckfilter gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es im folgenden beschrieben wird, hat dagegen einen verhält nismäßig einfachen Aufbau, kann als integrierter Schalt kreis (IC) ausgeführt werden und weist eine geringe Tempera turabhängigkeit auf.

In Fig. 2 ist, wie bereits erläutert, eine Integrations schaltungsanordnung 21 gezeigt, die in einem Mehrzweckfil ter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Diese Integrationsschaltungsanordnung enthält einen Diffe rentialverstärker, der aus zwei npn-Transistoren Q₁ und Q₂ gebildet ist. Im einzelnen sind die Emitter dieser Transis toren Q₁ und Q₂ über Widerstände 23 und 24 miteinander zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden, wobei jeder dieser Widerstände einen Widerstandswert r′ hat. Die Basis des Transistors Q₁ wird mit einem Eingangssignal V_in von einer Eingangsklemme 22 der Integrationsschaltungsanordnung 21 her beliefert, und die Basis des Transistors Q₂ ist an eine Referenzspannung aus einer Referenzspannungsquelle 25 gelegt. Der gemeinsame Verbindungspunkt zwischen den Emit tern der beiden Transistoren Q₁ und Q₂ wird mit einem kon stanten Strom I₁ aus einer Konstantstromquelle beliefert, die durch einen weiteren npn-Transistor Q₈ und eine Vorspan nungsschaltung, die mit dessen Basis verbunden ist, gebil det ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Kollektor des Tran sistors Q₈ mit den zusammengeschalteten Emittern der Tran sistoren Q₁ und Q₂ verbunden, und sein Emitter ist über ei nen Widerstand 30 an Erde gelegt. Die Vorspannschaltung, die mit der Basis des Transistors Q₈ verbunden ist, ist aus einer Reihenschaltung aus einem Widerstand 27, der einen Widerstandswert r hat, und einer vorwärtsgesperrten Diode 28 sowie einem Widerstand 29 gebildet und liegt zwischen einer Stromversorgungsklemme 26, an der eine Spannungsquel le mit einer Spannung V_CC liegt, und Erde. Der Verbindungs punkt zwischen dem Widerstand 27 und der Diode 28 ist an die Basis des Transistors Q₈ angeschlossen. Als Ergebnis liefert der Transistor Q₈ einen konstanten Strom I₁ an den Differentialverstärker. Außerdem sind die Kollektoren der Transistoren Q₁ und Q₂ mit der Stromversorgungsklemme 26 über die Emitter/Kollektor-Strecken von zwei weiteren npn- Transistoren Q₃ bzw. Q₄ verbunden. Die Basisanschlüsse die ser Transistoren Q₃ und Q₄ sind an eine Referenzspannung aus einer weiteren Referenzspannungsquelle 31 gelegt.

Die Ausgangsspannungen V_b5 und V_b6 an den Kollektoren der Transistoren Q₁ und Q₂ korrespondieren mit den Kollektorströ men I_c1 und I_c2 in den Kollektoren der Transistoren Q₁ bzw. Q₂, da die Basis/Emitter-Spannungen V_be3 und V_be4 der jewei ligen Transistoren Q₃ und Q₄ Funktionen von I_c1 und I_c2 sind. Die Kollektoren der Transistoren Q₁ und Q2 und daher die Emitter der Transistoren Q₃ bzw. Q₄ sind mit den Basisan schlüssen von zwei weiteren npn-Transistoren Q₅ bzw. Q₆ verbunden, die in einer Differentialverstärker-Schaltungs anordnung miteinander verbunden sind. Im einzelnen sind die Emitter der Transistoren Q₅ und Q₆ gemeinsam über eine Rei henschaltung der Kollektor/Emitter-Strecke eines weiteren npn-Transistors Q₉ und eines weiteren Widerstandes 32 an Erde gelegt. Eine Reihenschaltung eines veränderbaren Wider standes 33, der einen veränderbaren Widerstandswert R hat, einer vorwärtsgesperrten Diode 34 und eines weiteren Wider standes 35 ist zwischen die Stromversorgungsklemme 26 und Erde gelegt und erzeugt eine Vorspannung für die Basis des Transistors Q₉, d. h. der Verbindungspunkt zwischen dem veränderbaren Widerstand 33 und der Diode 34 ist mit der Basis des Transistors Q₉ verbunden. Die aus den Widerstän den 33 und 35 und der Diode 34 bestehende Vorspannschaltung stellt zusammen mit dem Transistor Q₉ eine Konstantstrom quelle zur Lieferung eines konstanten Stroms I₂ an die zu sammengeschalteten Emitter der Transistoren Q₅ und Q₆ dar.

Außerdem ist der Kollektor des Transistors Q₆ mit der Strom versorgungsklemme 26 verbunden, und der Kollektor des Tran sistors Q₅ ist über eine Stromspiegelschaltung an die Aus gangsschaltung der Integrationsschaltungsanordnung 21 ange schlossen. Im einzelnen besteht die Stromspiegelschaltung aus einer Diode 37, die in Vorwärtsrichtung gesperrt zwi schen der Stromversorgungsklemme 26 und dem Kollektor des Transistors Q₅ angeordnet ist, und einem pnp-Transistor Q₇, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt zwischen der Di ode 37 und dem Kollektor des Transistors Q₅ verbunden ist, dessen Emitter mit der Stromversorgungsklemme 26 verbunden ist und dessen Kollektor mit der zuvor erwähnten Ausgangs schaltung der Integrationsschaltungsanordnung 21 verbunden ist. Auf diese Weise fließt der Strom, der durch den Kollek tor des Transistors Q₅ fließt, ebenfalls durch die Ausgangs schaltung der Integrationsschaltungsanordnung 21, ohne da bei den Strom durch den Kollektor des Transistors Q₅ zu beeinflussen.

Die Ausgangsschaltung der Integrationsschaltungsanordnung 21 enthält einen Kondensator 36, der eine Kapazität C hat und zwischen den Kollektor des Transistors Q₇ und Erde ge legt ist, und eine Konstantstromquelle 39, die einen kon stanten Strom I₂/2 erzeugt und parallel zu dem Kondensator 36 geschaltet ist. Das Ausgangssignal der Integrationsschal tungsanordnung 21 wird an einer Ausgangsklemme 38 gewonnen, die mit demjenigen Ende des Kondensators 36 verbunden ist, das nicht geerdet ist. Es ist ersichtlich, daß, da der Strom von der Konstantstromquelle 39 gleich I₂/2 ist, dieser mit der Gleichstromkomponente des Kollektorstroms des Transi stors Q₅ gleich ist und daß nur die Signalkomponente des Ausgangsstroms darin zu dem Kondensator 36 fließt. Auf diese Weise wird ein Strom, der mit dem Eingangssignal V_in korrespondiert, welches der Eingangsklemme 22 zugeführt wird, an den Kondensator 36 geliefert, wodurch eine integrierte Ausgangsspannung über den Anschlüssen des Kon densators 36 gewonnen wird.

Es ist ersichtlich, daß die Kollektorströme I_c1 und I_c2 der Transistoren Q₁ und Q₂, die in einer Differentialverstärker- Schaltungsanordnung miteinander verbunden sind, wie folgt ausgedrückt werden können:

Die Basis/Emitter-Spannungen V_be3 und V_be4 der Transistoren Q₃ und Q₄ können wie folgt ausgedrückt werden:

wobei I₀ der Sperrsättigungsstrom, k die Bolztmann-Konstan te, T die absolute Temperatur und q die Elektronenladung ist. Auf diese Weise legt die Referenzspannungsquelle 31 eine Referenzspannung E₁ an die Basiselektroden der Tran sistoren Q₃ und Q₄, und die Potentiale V_b5 und V_b6 der Basis elektroden der Transistoren Q₅ bzw. Q₆ können wie folgt ausgedrückt werden:

Es ist ersichtlich, daß durch Kombinieren der Gleichungen (5) und (6) die Ausgangssignal-Differenzspannung V_bb dafür wie folgt ausgedrückt werden kann:

Es sei nun angenommen, daß die Signalkomponente der Kollek torströme der Transistoren Q₅ und Q₆+i_out bzw. -i_out sind. Dann können die Basis/Emitterspannungen V_be5 und V_be6 der Transistoren Q₅ und Q₆ wie folgt ausgedrückt werden:

Durch Subtrahieren der Gleichung (9) von der Gleichung (8) kann die Ausgangssignal-Differenzspannung V_bb zwischen den Basiselektroden der Transistoren Q₅ und Q₆ wiederum wie folgt ausgedrückt werden:

Falls die Gleichungen (7) und (10) einander gleich sind, gilt die folgende Beziehung:

die aufgelöst nach i_out/V_in zu folgendem Ergebnis führt:

Es ist indessen ersichtlich, daß

gilt, was wiederum zu der folgenden Beziehung führt:

Auf diese Weise ist der Gewinn der Integrationsschaltungsan ordnung 21 durch das Verhältnis des konstanten Stroms I₂ zu dem konstanten Strom I₁ definiert und wird durch Verändern des Widerstandswertes R des veränderbaren Widerstandes 33 eingestellt, was seinerseits den Wert des konstanten Stroms I₂ verändert. Als Ergebnis kann durch Einsetzen der Glei chung (15) in die Gleichung (12) die integrierte Ausgangs signalspannung der Integrationsschaltungsanordnung 21 an der Ausgangsklemme 38 wie folgt ausgedrückt werden:

Es ist aus der Gleichung (16) zu erkennen, daß die Tempera turcharakteristika der Widerstände 23 und 24, die jeweils den Widerstandswert r′ haben, durch Herstellung dieser Wi derstände zusammen mit einem integrierten Schaltkreis IC herausfallen. Als Ergebnis kann die Temperaturabhängigkeit des integrierten Schaltkreises durch Anordnung eines Konden sators 36, der einen Kapazitätswert C hat, und durch Anord nen eines veränderbaren Widerstandes 33, der einen Wider standswert R hat, der sich nicht wesentlich mit der Umge bungstemperatur ändert, wesentlich verringert werden.

In Fig. 3 ist, wie bereits erläutert, ein Mehrzweckfilter gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, für das die in Fig. 2 gezeigte Integrationsschaltungsanordnung 21 verwen det wird. Das erfindungsgemäße Mehrzweckfilter nach Fig. 3 wird nun im folgenden beschrieben. Elemente oder Teile, die mit denjenigen korrespondieren, die in der Integrations schaltungsanordnung 21 in Fig. 2 korrespondieren, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden aus Gründen der Übersichtlichkeit der Beschreibung nicht mehr im einzelnen beschrieben. Im einzelnen betrachtet benutzt das Mehrzweck filter gemäß Fig. 3 zwei Integrationsschaltungsanordnungen 21A und 21B, die miteinander in Reihe geschaltet sind und die jeweils durch strichpunktiert gezeichnete Kästen umge ben sind. Dabei haben die Elemente der beiden Integrations schaltungsanordnungen 21A und 21B, die mit entsprechenden Elementen in der Integrationsschaltungsanordnung 21 gemäß Fig. 2 korrespondieren, in ihren betreffenden Bezugszeichen einen zusätzlichen Buchstaben A bzw. B. Des weiteren werden aus Gründen der Übersichtlichkeit und der Kürze in den Figu ren die Konstantstromquellen aus Fig. 2 durch Konstantstrom quellen 41 bzw. 42 in dem Mehrzweckfilter gemäß Fig. 3 be zeichnet.

Außerdem sind in dem Mehrzweckfilter gemäß Fig. 3 zahlrei che Anschlüsse vorgesehen, wovon einer als Eingang und ei ner als Ausgang des Mehrzweckfilters ausgewählt wird. Durch Auswahl verschiedener Anschlüsse als Eingang bzw. Ausgang des Mehrzweckfilters in Fig. 3 werden verschiedene Filter merkmale, beispielsweise die eines Tiefpaßfilters, die ei nes Hochpaßfilters, die eines Bandpaßfilters und die eines Sperrfilters erzielt, wie dies im folgenden beschrieben wird.

Ein Differentialverstärker, der aus Transistoren Q_1A und Q_1B gebildet ist, enthält eine erste Eingangsschaltung, die mit den Basiselektroden der betreffenden Transistoren verbun den ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Basis des Transis tors Q_1A über einen Widerstand, der einen Widerstandswert r_a′ hat, mit einer ersten Klemme 43 der ersten Eingangs schaltung, die auf einem Potential V₁ liegt, verbunden, und die Basis des Transistors Q_2A ist über einen Widerstand 52, der einen Widerstandswert r_b′ hat, mit einer zweiten Klemme der ersten Eingangsschaltung, die auf einem zweiten Potenti al V₂ liegt, verbunden. Außerdem wird das Ausgangssignal der Integrationsschaltungsanordnung 21A an die Basis eines npn-Transistors 53 geliefert, dessen Kollektor mit einer Stromversorgungsklemme 26 verbunden ist und dessen Emitter über eine Stromquelle 54 an Erde liegt, d. h. daß der Tran sistor 53 in einer Emitterfolgerschaltung angeordnet ist. Die Signal an dem Emitter des Transistors 53 wird als ein Rückkopplungssignal über einen Widerstand 60, der einen Widerstandswert r_b′ hat, an die Basis des Transistors Q_2A zusammen mit dem Signal von der Klemme 44 geliefert. Auf gleiche Weise wird das Ausgangssignal der zweiten Integrati onsschaltungsanordnung 21B an die Basis eines npn-Transis tors 57 geliefert, dessen Kollektor mit der Stromversor gungsklemme 26 verbunden ist und dessen Emitter über eine andere Konstantstromquelle 58 an Erde gelegt ist. Das Si gnal an dem Emitter des Transistors 57 wird über einen Wi derstand 59, der einen Widerstandswert r_a′ hat, auf die Basis des Transistors Q_1A zusammen mit dem Signal von der Klemme 43 rückgekoppelt.

In gleicher Weise enthält der Differentialverstärker, der aus den beiden Transistoren Q_1B und Q_2B besteht, eine zweite Eingangsschaltung. Im einzelnen ist die Basis des Transis tors Q_1B mit einer ersten Klemme 47 der zweiten Eingangs schaltung, die auf einem Potential V₄ liegt, über einen Widerstand 56, der einen Widerstandswert r_c′ hat, verbun den, und die Basis des Transistors Q_2B ist auf ein Poten tial V₅ von einer zweiten Klemme 48 der zweiten Eingangs schaltung gelegt. Außerdem wird das Ausgangssignal von der ersten Integrationsschaltungsanordnung 21A an die Basis des Transistors Q_1B über einen Widerstand, der einen Wider standswert r_c hat, geliefert.

Des weiteren sind Kondensatoranschlüsse 45 und 46 mit beiden Enden eines Kondensators 36A derart verbunden, daß der Kon densatoranschluß 45 ebenfalls mit dem Kollektor eines Tran sistors Q_7A verbunden ist und auf einem Potential V₇ liegt. Der Kondensatoranschluß 46 ist dabei mit dem gegenüberlie genden Ende des Kondensators 36A verbunden und liegt auf einem Potential V₃. Auf gleiche Weise sind Kondensatoran schüsse bezüglich eines anderen Kondensators 36B vorgese hen. Im einzelnen ist ein Kondensatoranschluß 49 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor eines Transistors 7_B und dem Kondensator 36B verbunden und liegt auf einem Potential V₈, und ein Kondensatoranschluß 50 ist mit dem gegenüberliegenden Ende des Kondensators 36B verbunden und liegt auf einem Potential V₆.

Wie zuvor festgestellt, werden Eingang und Ausgang des Mehr zweckfilters gemäß Fig. 3 aus den Anschlüssen 43-50 ausge wählt, um verschiedene Filtermerkmale zu erhalten, wie dies nun im folgenden im einzelnen beschrieben wird. Zuallererst kann die Eingangsspannung V_b1 an der Basis des Transistors Q_1A wie folgt ausgedrückt werden:

und auf gleiche Weise kann die Eingangsspannung V_b2 an der Basis des anderen Transistors Q_2A wie folgt ausgedrückt werden:

Durch Einsetzen der Gleichungen (17) und (18) in die Glei chung (16) kann die Ausgangsspannung V_o1 der ersten Integra tionsschaltungsanordnung 21A, d. h. die Spannung über den beiden Anschlüssen des Kondensators 36A, wie folgt ausge drückt werden:

wobei

sind.

Es ist ersichtlich, daß in Gleichung (19) die Ausdrücke r und r′ mit den äquivalenten Ausdrücken, die in der Integra tionsschaltungsanordnung 21 gemäß Fig. 2 verwendet werden, korrespondieren, d. h. r repräsentiert den äquivalenten Widerstandswert des Widerstandes 27, der in der Konstant stromquelle 41A benutzt wird, und der Widerstandswert r′ repräsentiert den Widerstandswert der Widerstände 23A und 24A. Ferner ist ersichtlich, daß die folgende Beziehung besteht:

V₇=V_o₁+V₃ (25)

In gleicher Weise kann die Spannung V_o2 über den Anschlüs sen des Kondensators 36B der zweiten Integrationsschaltungs anordnung 21B wie folgt ausgedrückt werden:

wobei

und

ist.

In gleicher Weise kann wie für die Integrationsschaltungsan ordnung 21A die folgende Gleichung in bezug auf die Integra tionsschaltungsanordnung 21B aufgestellt werden:

V₈=V_o2+V₆ (29)

Im folgenden wird eine Beschreibung der verschiedenen Fil termerkmale, die mit dem Mehrzweckfilter gemäß der vorlie genden Erfindung erzielbar sind, anhand einiger im folgen den angegebenen Beispiele gegeben, wobei verschiedene An schlüsse 43-50 als Eingang und Ausgang des Mehrzweckfil ters gemäß Fig. 3 gewählt werden. Im einzelnen gilt, daß wenn der Anschluß 50 als der Eingang für das Filter und der Anschluß 45 als der Ausgang des Filters gewählt werden, folgende Bedingungen bestehen: V₆=V_in und V₇=V_out. Es sei vorausgesetzt, daß die Spannungen V₁, V₂, V₃, V₄ und V₅ an den Anschlüssen 43, 44, 46, 47 bzw. 48 jeweils gleich Null sind. Durch Einsetzen der Spannungswerte V₁-V₇ in die Gleichungen (19) und (25) ergibt sich folgende Be ziehung:

In gleicher Weise ergibt sich, wenn die Werte für die Span nungen V₁-V₇ in die Gleichungen (26) und (29) eingesetzt werden, die folgende Beziehung:

Durch Einsetzen der Gleichung (31) in die Gleichung (30) ergibt sich die Übertragungsfunktion des Mehrzweckfilters gemäß Fig. 3 wie folgt:

Aus Gleichung (32) ist ersichtlich, daß an der Ausgangsklem me 45 des Mehrzweckfilters ein Bandpaßausgangssignal gewon nen wird, wenn der Anschluß 50 als der Eingang des Mehr zweckfilters und der Anschluß 45 als dessen Ausgang gewählt werden.

Um ein Sperrfilter-Ausgangssignal aus dem Mehrzweckfilter gemäß Fig. 3 zu erhalten, werden die Anschlüsse 46 und 48 als Eingänge des Mehrzweckfilters und der Anschluß 45 als dessen Ausgang gewählt. Dementsprechend gilt dann:

V₃=V₅=V_in, V₇=V_out und V₁=V₂=V₄=V₆=0.

Durch Einsetzen der Spannungswerte V₁-V₇ in die Gleichungen (19) und (25) wird folgende Gleichung gewonnen:

In gleicher Weise wird durch Einsetzen der Spannungswerte V₁-V₇ in die Gleichungen (26) und (29) die folgende Glei chung gewonnen:

Durch Einsetzen der Gleichung (34) in die Gleichung (33) zeigen die Übertragungseigenschaften des Mehrzweckfilters gemäß Fig. 3 eine Sperrfiltercharakteristik, wie dies im folgenden ausgedrückt ist:

Um ein Tiefpaßfilter-Ausgangssignal aus dem Mehrzweckfilter gemäß Fig. 3 zu erhalten, werden der Anschluß 48 als der Eingang des Mehrzweckfilters und der Ausgang 45 als dessen Ausgang gewählt. Auf diese Weise gilt:

V₅=V_in, V₇ = V_out und V₁ = V₂ = V₃ = V₄ = V₆ = 0.

Durch Einsetzen der Span nungswerte V₁-V₇ in die Gleichungen (19) und (25) wird die folgende Gleichung gewonnen:

In gleicher Weise wird durch Einsetzen der Spannungswerte V₁-V₇ in die Gleichungen (27) und (29) die folgende Glei chung gewonnen:

Durch Einsetzen der Gleichung (37) in die Gleichung (36) kann die Übertragungsfunktion des Mehrzweckfilters gemäß Fig. 3 wie folgt ausgedrückt werden:

Als ein anderes Beispiel für das Mehrzweckfilter gemäß Fig. 3 werden zur Erzielung eines Bandpaß-Ausgangssignals der Anschluß 44 als der Eingang des Mehrzweckfilters und der Anschluß 45 als dessen Ausgang gewählt. Dementsprechend gilt:

V₂=V_in, V₇=V_out und V₁=V₃=V₄=V₅=V₆=0.

Durch Einsetzen der Spannungswerte V₁-V₇ in die Gleichun gen (19) und (25) wird folgende Gleichung gewonnen:

In gleicher Weise wird, wenn die Spannungswerte V₁-V₇ in die Gleichungen (26) und (29) eingesetzt werden, die folgen de Gleichung gewonnen:

Auf diese Weise kann durch Einsetzen der Gleichung (40) in die Gleichung (39) ein Bandpaßfilter-Ausgangssignal an dem Anschluß 45 nach folgender Gleichung gewonnen werden:

Es ist ersichtlich, daß in allen der oben beschriebenen Beispiele der Anschluß 45 als der Ausgang des Mehrzweckfil ters gemäß der vorliegenden Erfindung gewählt worden ist. Indessen können auch andere Anschlüsse als der Ausgang des Mehrzweckfilters bestimmt werden. Beispielsweise wird dann, wenn die Basis des Transistors Q_2A als der Ausgang des Mehr zweckfilters gewählt wird, die Ausgangssignalspannung V_out des Mehrzweckfilters gemäß Fig. 3 als die Summe der Spannun gen, die der Basis des Transistors Q_2A über die Spannungs teilerschaltung, welche aus den Widerständen 52 und 60 be steht, zugeführt wird, wie folgt ausgedrückt:

V_out = b′V₇+bV₂ (42)

Wenn der Eingang des Mehrzweckfilters gemäß Fig. 3 in die sem Fall als der Anschluß 44 gewählt wird, gilt V₂=V_in und V₁=V₃=V₄=V₅=V₆=0. Durch Einsetzen der Span nungswerte V₁-V₇ in die Gleichungen (19) und (25) ergibt sich dann die folgende Gleichung:

In gleicher Weise wird durch Einsetzen der Spannungswerte V₁ - V₇ in die Gleichungen (26) und (30) die folgende Glei chung gewonnen:

Durch Einsetzen der Gleichung (44) in die Gleichung (43) und durch Umstellen der Ausdrücke zur Auflösung nach der Spannung V₇ ergibt sich die folgende Gleichung:

Durch Umstellung der Ausdrücke der Gleichung (42) zur Auflö sung nach der Spannung V₇ und durch Gleichstellung der sich ergebenden Gleichung mit der Gleichung (45) kann die Über tragungscharakteristik des Mehrzweckfilters gemäß Fig. 3 wie folgt bestimmt werden:

Aus Gleichung (46) ist ersichtlich, daß dann, wenn die Ba sis des Transistors Q_2A als der Ausgang des Mehrzweckfil ters gemäß Fig. 3 und der Anschluß 44 als dessen Eingang ausgewählt werden, ein Sperrfilter-Ausgangssignal gewonnen wird.

Auf diese Weise können mittels des Mehrzweckfilters gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Filtercharakteristi ka lediglich durch das Auswählen verschiedener Anschlüsse als Eingang bzw. Ausgang des Mehrzweckfilters gemäß Fig. 3 erreicht werden. Es ist ersichtlich, daß das Mehrzweckfil ter gemäß Fig. 3 keinerlei diskrete Bauelemente, beispiels weise für mit diskreten Bauelementen aufgebaute Operations verstärker, RC-Glieder usw. benötigt, so daß der Aufbau des Filters sehr einfach ist. Demzufolge können die Integrati onsschaltungsanordnungen und die Widerstände, die darin benötigt werden, im Rahmen eines integrierten Schaltkreises IC hergestellt werden. Da die Übertragungscharakteristik des Mehrzweckfilters gemäß Fig. 3 durch die Charakteristika s₁ und s₂ der Integrationsschaltungsanordnungen 21A und 21B sowie durch die Widerstandswerte r_a, r_a′, r_b, r_b′, r_c und r_c′, die innerhalb des integrierten Schaltkreises reali siert sind, bestimmt ist, ändert sich die Übertragungscha rakteristik des Mehrzweckfilters nicht wesentlich mit Ände rungen der Temperatur. Als Ergebnis daraus ist es lediglich notwendig, die Kondensatoren 36A und 36B so auszuwählen, daß sie bezüglich der Temperatur nur geringe Wertänderungen erfahren.

Zusammenfassend kann für die vorliegende Erfindung folgen des ausgeführt werden: Es kann erforderlich sein, daß ein Filter unterschiedliche Filterkennlinien zu verschiedenen Zeiten aufweist. So kann es bespielsweise erforderlich sein, zu einer bestimmten Zeit Tiefpaßmerkmale, zu einer anderen bestimmten Zeit Bandpaßmerkmale, wiederum zu einer anderen Zeit Sperrfiltermerkmale usw. ein und desselben Fil ters zur Verfügung zu haben. In diesem Zusammenhang ist aus dem Stand der Technik ein sog. Mehrzweckfilter (vgl. Fig. 1) bekannt, das aus einer Vielzahl von in Reihe geschalte ten Operationsverstärkern 4, 8, 12, 13 besteht, die als Integrationsschaltungen fungieren. Durch selektives Kombi nieren eines Eingangssignals, das dem Mehrzweckfilter zuge führt wird, mit verschiedenen Ausgangssignalen, die inner halb der Gesamtschaltungsanordnung entstehen, nämlich der verschiedenen Ausgangssignale der Operationsverstärker 8, 12 können unterschiedliche Filterkennlinien erreicht werden.

Ein derartiges Mehrzweckfilter nach dem Stand der Technik erfordert indessen die Verwendung von vier Operationsver stärkern 4, 8, 12, 13, die diskrete Widerstände 5, 7, 11 und Kondensatoren 6, 9 haben, welche Bauelemente mit den Operationsverstärkern verbunden sind. Daraus ergibt sich ein verhältnismäßig komplizierter Aufbau des Filters. Des weiteren sind die Kennlinien eines derartigen Mehrzweckfil ters zumindest teilweise durch die Kennlinien jeder der Integrationsschaltungen, die aus den Operationsverstärkern bestehen, und die Werte der Widerstände 5, 7, 11 sowie die der Kondensatoren 6, 9, welche Bauelemente mit den Operati onsverstärkern verbunden sind, bestimmt. Wenn die Tempera turkoeffizienten dieser Bauelemente groß sind, d. h. wenn diese Bauelemente eine starke Temperaturabhängigkeit aufwei sen, zeigt auch das Mehrzweckfilter insgesamt einen Tempera turgang, der nicht mehr vernachlässigbar ist. Aus diesem Grunde müssen die als Rückkopplungswiderstände dienenden Widerstände 5, 7, 11 und die Kondensatoren 6, 9 sorgfäl tig dahingehend ausgewählt werden, daß sie jeweils eine nur geringe Temperaturabhängigkeit aufweisen, was naturgemäß zu erhöhten Herstellungskosten für das Mehrzweckfilter führt.

Das Mehrzweckfilter gemäß der vorliegenden Erfindung hat dagegen einen verhältnismäßig einfachen Aufbau und kann derart ausgelegt werden, daß es als integrierter Schalt kreis IC realisiert werden kann, der eine nur geringe Tempe raturabhängigkeit aufweist.

Obwohl nur ein einziges bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung beschrieben worden ist, ist er sichtlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf genau dieses Ausführungsbeispiel begrenzt ist und daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen durch den Fachmann vorgenom men werden können, ohne daß dazu der allgemeine Erfindungs gedanke und der Schutzumfang für die Erfindung, der durch die Ansprüche bestimmt ist, verlassen werden müßten.

Claims

1. Filter, das durch zwei Integrationsschaltungsanordnungen gebildet ist, die in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zwei te Integrationsschaltungsanordnung (21A; 21B) jeweils enthält:

- einen Differentialverstärker (Q_1A, Q_2A; Q_1B, Q_2B), der zwei Eingangsanschlüsse (43, 44; 47, 48) hat,
- eine Ausgangsschaltung (Q_5A, Q_6A, Q_7A; Q_5B, Q_6B, Q_7B), die mit den Ausgängen des Differentialverstärkers verbunden ist,
- einen Integrationsschaltungsanordnungs-Ausgangsanschluß (45; 49) und einen Kondensator (36A; 36B), der zwischen den Integrationsschaltungsanordnungs-Ausgangsanschluß (45; 49) und einen Kondensatorspannungsanschluß (46; 50) geschaltet ist, und
- eine Rückkopplungsschaltung (59; 60), die den Ausgang der zweiten Integrationsschaltungsanordnung (21B) mit einem Eingang (43) der ersten Integrationsschaltungsan ordnung (21A) verbindet und den Ausgang der ersten Inte grationsschaltungsanordnung (21A) mit dem anderen Eingang (44) der ersten Integrationsschaltungsanordnung (21A) verbindet, so daß unterschiedliche Filtereigenschaften durch Auswählen verschiedener der Differentialverstärker- Eingangsanschlüsse (43, 44; 47, 48), der Integrations schaltungsanordnungs-Ausgangsanschlüsse (45; 49) und der Kondensatorspannungsanschlüsse (46; 50) als ein Eingang und ein Ausgang des Filters erzielt werden können.

2. Filter nach Anspruch 1, bei dem der Differentialverstär ker (Q_1A, Q_2B) der ersten Integrationsschaltungsanordnung (21A) ei nen ersten Transistor (Q_1A) und einen zweiten Transistor (Q_2A) enthält und der Einganganschluß (43) mit der Basis des ersten Transistors (Q_1A) verbunden ist und der andere Eingangsanschluß (44) mit der Basis des zweiten Transis tors (Q_2B) verbunden ist und bei dem die Rückkopplungs schaltung gekennzeichnet ist durch

- ein erstes widerstandsbehaftetes Element (59), das den Ausgang (50) der zweiten Integrationsschaltungsanordnung (21B) mit dem Eingang (43) der ersten Integrationsschal tungsanordnung (21A) verbindet,
- ein zweites widerstandsbehaftetes Element (60), das den Ausgang (46) der ersten Integrationsschaltungsanordnung (21A) mit dem anderen Eingang (44) davon verbindet, und ferner
- ein drittes widerstandsbehaftetes Element (51), das den ersten Eingangsanschluß (43) mit der Basis des ersten Transistors (Q_1A) verbindet und
- ein viertes widerstandsbehaftetes Element (52), das den anderen Eingangsanschluß (44) mit der Basis des zweiten Transistors (Q_2A) verbindet.

3. Filter nach Anspruch 2, bei dem der Differentialverstärker (Q_1B, Q_2B) der zweiten Integrationsschaltungsanordnung (21B) einen dritten Transistor (Q_1B) und einen vierten Transistor (Q_2B) enthält und ein erster Eingangsanschluß (47) der zweiten Integrationsschaltungsanordnung (21B) mit der Basis des dritten Transistors (Q_2A) verbunden ist und der andere Eingangsanschluß (48) mit der Basis des vierten Transistors (Q_2B) verbunden ist, ferner ge kennzeichnet durch

- ein fünftes widerstandsbehaftetes Element (55), das den Ausgang der ersten Integrationsschaltungsanordnung (21A) mit der Basis des dritten Transistors (Q_1B) verbindet und
- ein sechstes widerstandsbehaftetes Element (56), das den dritten Eingangsanschluß (47) mit der Basis des drit ten Transistors (Q_1B) verbindet.

4. Filter nach Anspruch 1, bei dem der erste Differential verstärker (Q_1A, Q_2A) mit einer Konstantstromquelle (41A) zum Liefern eines ersten konstanten Stroms durch diesen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Ausgangsschaltung der ersten Integrationsschal tungsanordnung (21A) als ein dritter Differentialverstär ker (Q_5A, Q_6A) ausgebildet ist, der Eingänge hat, die mit den Ausgängen des ersten Differentialverstärkers (Q_1A, Q_2A) verbunden sind, und ferner eine zweite Konstant stromquelle (42A) zum Liefern eines zweiten konstanten Stroms durch den dritten Differentialverstärker (Q_5A, Q_6A) enthalten ist, und
- der Gewinn der ersten Integrationsschaltungsanordnung (21A) durch das Verhältnis des zweiten konstanten Stroms zu dem ersten konstanten Strom bestimmt ist.

5. Filter nach Anspruch 4, bei dem der Differentialver stärker (Q_1B, Q_2B) der zweiten Integrationsschaltungsan ordnung (21B) mit einer dritten Konstantstromquelle (41B) zum Liefern eines dritten konstanten Stroms durch diesen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Ausgangsschaltung der zweiten Integrationsschal tungsanordnung (21B) als ein vierter Differentialver stärker (Q_5B, Q_6B) ausgebildet ist, der Eingänge hat, die mit den Ausgängen des zweiten Differentialverstärkers (Q_1B, Q_2B) verbunden sind, und ferner eine vierte Kon stantstromquelle (42B) zum Liefern eines vierten konstan ten Stroms durch den vierten Differentialverstärker (Q_5B, Q_6B) enthalten ist, und
- der Gewinn der zweiten Integrationsschaltungsanordnung (21B) durch das Verhältnis des vierten konstanten Stroms zu dem dritten konstanten Strom bestimmt ist.

6. Filter nach Anspruch 4, das ferner gekenn zeichnet ist durch eine fünfte Konstantstrom quelle (39A), die zwischen den Ausgangsanschluß (45) der ersten Integrationsschaltungsanordnung (21A) und Erde zum Erzeugen eines konstanten Stroms geschaltet ist, der gleich der Hälfte des konstanten Stroms ist, welcher durch die zweite Konstantstromquelle (42A) fließt.

7. Filter nach Anspruch 5, das ferner gekenn zeichnet ist durch eine sechste Konstantstrom quelle (39B), die zwischen den Ausgangsanschluß (49) der zweiten Integrationsschaltungsanordnung (21B) und Erde zum Erzeugen eines konstanten Stroms geschaltet ist, der gleich der Hälfte des konstanten Stroms ist, der durch die vierte Konstantstromquelle (42B) fließt.