NL8603152A

NL8603152A - Filterschakeling.

Info

Publication number: NL8603152A
Application number: NL8603152A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-12-11
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1988-07-01
Also published as: SG66893G; JPH0716142B2; US4877979A; DE3773361D1; KR880008518A; EP0274784B1; EP0274784A1; HK78593A; JPS63157515A

Description

tf <· PHN 11.976 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Filterschakeling."

De uitvinding heeft betrekking op een filterschakeling bevattende de serieschakeling van ten minste een eerste en een tweede weerstand tussen een ingangsaansluitpunt voor het toevoeren van een ingangssignaal en een ingang van een versterker, welke wordt gevormd 5 door een transistor, waarvan de basis met de ingang en de emitter door middel van een stroombron met een eerste voedingsaansluitpunt en met een eerste uitgang voor het afnemen van een eerste uitgangssignaal is gekoppeld, welke eerste uitgang door middel van een eerste condensator is gekoppeld met het verbindingspunt van de eerste en de tweede 10 weerstand en welke ingang door middel van een tweede condensator met een voedingsaansluitpunt is gekoppeld.

Een dergelijke filterschakeling is algemeen toepasbaar en kan in het bijzonder worden toegepast in een volledig geïntegreerde televisie-ontvanger.

15 Een dergelijke filterschakeling is onder meer bekend uit het boek "Halbleiter Schaltungstechnik* van Tietze und Schenk, 5e druk 1980, blz. 295-296. Deze filterschakeling is algemeen bekend onder de naam Sallen-Rey filter en vormt een tweede-orde laagdoorlatende filterschakeling, waarbij het uitgangssignaal van de emitter van de 20 transistor wordt afgenomen. De kollektor van deze transistor is daarbij rechtstreeks met het positieve voedingsaansluitpunt verbonden.

Naast een laag-frequent signaal met een tweede-orde laagdoorlatende karakteristiek is in veel toepassingen tevens een hoogfrequent signaal met een tweede-orde hoogdoorlatende karakteristiek 25 benodigd. Hiervoor kan een afzonderlijk tweede-orde hoogdoorlatend filter worden gebruikt, hetgeen echter een verdubbeling van het aantal komponenten en een toename van de vermogensconsumptie met zich meebrengt.

Uit het Europese octrooischrift 52.117 is 30 een filterschakeling bekend, die wordt gevormd door een eerste transistor, waarvan de kollektor via een condensator met een referentiespanning en verder met de emitter van een tweede transistor is 6603152 ΡΗΝ 11.976 2 ψ verbonden, waarvan de basis eveneens met genoemde referentiespanning en de kollektor enerzijds met een instelstroombron en anderzijds met een tweede condensator en de basis van de eerste transistor is verbonden.

Van deze filterschakeling is in tabelvorm voor elk van de 5 mogelijke ingangen voor het toevoeren van een ingangssignaal aangegeven of de op de verschillende punten in de schakeling optredende spanningen en stromen een laag-, hoog- ofwel banddoorlatend karakter bezitten. In deze tabel is voor twee gevallen aangegeven, dat zowel een signaal met een laagdoorlatende karakteristiek als een signaal met een 10 hoogdoorlatende karakteristiek aanwezig is. Indien een ingangsspanning wordt toegevoerd aan de emitter van de eerste transistor is volgens deze tabel op de basis hiervan een spanning met een tweede-orde laagdoorlatende karakteristiek aanwezig en vormt de kollektorstroom van de eerste transistor een tweede-orde hoogdoorlatende signaalstroom. Deze 15 signaalstroom is, zoals in de beschrijving van het octrooischrift is aangegeven, echter niet beschikbaar om verder gebruikt te worden. Bij aansturing op de emitter is dus niet zowel een signaal met een laagdoorlatende als een signaal met een hoogdoorlatende karakteristiek beschikbaar. Indien een ingangsspanning wordt toegevoerd aan de basis 20 van de tweede transistor dan is volgens de genoemde tabel op de emitter hiervan een spanning met een tweede-orde laagdoorlatende karakteristiek aanwezig en vormt de kollektorstroom van de tweede transistor een signaalstroom met een tweede-orde hoogdoorlatend karakteristiek. Om deze signaalstroom te kunnen benutten zijn echter nog wel extra middelen 25 benodigd, zoals bijvoorbeeld een diode in de kollektorleiding van de tweede transistor met een daaraan parallel geschakelde verdere transistor. De schakeling bezit in dat geval een relatief groot aantal componenten.

Het is dan ook het doel van de uitvinding om een 30 filterschakeling aan te geven, die uit een minimaal aantal komponenten is opgebouwd en waarvan zowel een uitgangssignaal met een tweede-orde laagdoorlatend karakteristiek als een uitgangssignal met een tweede-orde hoogdoorlatend karakteristiek kan worden afgenomen. Een filterschakeling van een in de aanhef genoemde soort wordt volgens de uitvinding 35 gekenmerkt, doordat de kollektor van de transistor is gekoppeld met een tweede uitgang voor het afnemen van een tweede uitgangssignaal.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht, dat de stroom door de eerste 8603152 * * PHN 11.976 3 condensator een tweede-orde hoogdoorlatend karakteristiek bezit. Deze stroom wordt aan de emitter van de transistor toegevoerd, zodat de stroom ook nagenoeg volledig in de kollektor van deze transistor vloeit. De kollektorstroom wordt nu gebruikt om een tweede 5 uitgangssignaal te genereren. De filterschakeling bevat slechts één transistor, zodat deze uit een minimaal aantal komponenten is opgebouwd en op een zeer klein oppervlak kan worden geïntegreerd. Bovendien benodigt de filterschakeling slechts een zeer lage voedingsspanning en een gering stroomverbruik.

10 Een eerste uitvoeringsvorm van een filterschakeling volgens de uitvinding kan worden gekenmerkt, doordat de kollektor door middel van een derde weerstand met een tweede voedingsspanningsaansluitpunt is gekoppeld. De signaalspanning die over de derde weerstand wordt afgenomen vormt hierbij het uitgangssignaal met 15 een tweede-orde hoogdoorlatend karakteristiek.

Een tweede uitvoeringsvorm van een filterschakeling volgens de uitvinding kan worden gekenmerkt, doordat de versterkerschakeling een tweede transistor bevat, waarvan de basis met de basis van de eerste transistor, de emitter door middel van een tweede 20 aan de eerste gelijke stroombron met het eerste voedingsaansluitpunt en de kollektor door middel van een vierde aan de derde gelijke weerstand met het tweede voedingsaansluitpunt en met een derde uitgang is gekoppeld, waarbij het tweede uitgangssignaal tussen de tweede en de derde uitgang wordt afgenomen. Door deze maatregelen worden in de 25 uitgangsspanning optredende stoorspanningen tengevolge van voedingsspanningsvariaties en variaties in de instelstroom sterk onderdrukt. De onderdrukking van de signaalspanning in de zogenaamde stopband wordt hierdoor sterk verbeterd.

Een derde uitvoeringsvorm van een filterschakeling 30 volgens de uitvinding kan worden gekenmerkt, doordat de kollektor van de transistor door middel van een aan de eerste nagenoeg gelijke tweede stroombron met een tweede voedingsspanningsaansluitpunt is gekoppeld. De tweede stroombron compenseert de stroom van de eerste stroombron, zodat aan de tweede uitgang direct de door de eerste condensator vloeiende 35 signaalstroom kan worden afgenomen.

Een vierde uitvoeringsvorm van een filterschakeling volgens de uitvinding kan worden gekenmerkt, doordat de tweede 8603152 f / PHN 11.976 4 condensator door middel van een vijfde weerstand met een voedingsaansluitpunt en met een uitgang voor het afnemen van een derde uitgangssignaal is gekoppeld. De stroom door de tweede condensator bezit een eerste-orde banddoorlatende karakteristiek. Deze stroom wordt nu 5 benut door in serie met de tweede condensator een weerstand aan te brengen, waarover dan een uitgangsspanning met een eerste-orde banddoorlatende karakteristiek kan worden afgenomen.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van bijgaande tekening, waarin 10 figuur 1 een eerste uitvoeringsvorm van een filterschakeling volgens de uitvinding weergeeft, figuur 2 een tweede uitvoeringsvorm van een filterschakeling volgens de uitvinding weergeeft, figuur 3 een derde uitvoeringsvorm van een 15 filterschakeling volgens de uitvinding weergeeft, en figuur 4 een vierde uitvoeringsvorm van een filterschakeling volgens de uitvinding weergeeft.

In figuur 1 is de eenvoudigste uitvoeringsvorm van een filterschakeling volgens de uitvinding weergegeven. De schakeling bevat 20 een versterker 1, die bij deze uitvoeringsvorm wordt gevormd door een transistor T^, waarvan de basis met de ingang 2 van de versterker, de emitter met een eerste uitgang 3 en via een stroombron I-j met het negatieve voedingsaansluitpunt, in dit geval massa en de kollektor met een tweede uitgang 4 en via een weerstand R3 met het positieve 25 voedingsaansluitpunt is gekoppeld. Tussen een ingangssignaal en de ingang 2 van versterker 1 is de serieschakeling van twee weerstanden R.j en R2 aangebracht. Het verbindingspunt 6 van deze weerstanden is door middel van een eerste condensator met de eerste uitgang 3 verbonden. De ingang 2 van versterker 1 is door middel van 30 een condensator C2 met het negatieve voedingsaansluitpunt gekoppeld. Opgemerkt wordt, dat deze condensator ook met het positieve voedingsaansluitpunt kan worden gekoppeld.

De schakeling zonder weerstand R3 en uitgang 4, waarbij de kollektor van transistor T1 rechtstreeks met het positieve 35 voedingsaansluitpunt is verbonden, is een op zich bekende tweede-orde laagdoorlatende filterschakeling, waarbij het uitgangssignaal van de emitter van transistor wordt afgenomen. De werking van deze bekende 8603152

«I

PHN 11.976 5 schakeling kan in het kort als volgt worden verklaard. Voor lage frequenties is de reactantie van de condensators Cj en C2 zo groot, dat deze geen invloed hebben op de werking van de schakeling. De signaalspanning op de uitgang 3 is dan nagenoeg gelijk aan die op de 5 ingang 5. Bij toenemende frequentie neemt de reactantie van de condensators Cj en C2 af. Door de werking van condensator C2 gedraagt de schakeling zich dan als een eerste-orde RC-filter, waarbij de signaalspanning op de uitgang 3 met nagenoeg 6 dB/octaaf afneemt. Bij toenemende frequentie wordt de signaalspanning op de uitgang 3 dermate 10 klein, dat deze uitgang als een virtueel massapunt kan worden beschouwd. Hierdoor komt ook condensator Cj tegen massa te liggen. De schakeling gedraagt zich dan als een tweede-orde RC-filter, waarbij de signaalspanning op de uitgang 3 met nagenoeg 12 dB/octaaf afneemt.

De overdrachtsfunctie naar uitgang 3 van de 15 filterschakeling kan als volgt worden afgeleid. Indien bij een ingangsspanning v^ en een uitgangsspanning vQ de stroom door weerstand Rj gelijk aan ij, de stroom door condensator Cj gelijk aan i2 en de stroom door weerstand R2 gelijk aan 13 is, dan geldt: 20 ij = i2 + (1)

Indien de spanning op het verbindingspunt 6 van de weerstanden Rj en R2 gelijk gesteld wordt aan Vj en verder wordt aangenomen, dat de spanning op de ingang 2 gelijk is aan vQ, dan kan voor vergelijking 1 25 worden geschreven 8603152 f * PHN 11.976 6

Ingevuld in vergelijking 2 volgt dan voor de overdracht <«> vi P2t1t2 + P(t2+R1C2) + 1 5 waarbij T1 = en T2 = R2C2.

Vergelijking (4) bezit het kenmerkende karakter van de overdrachtsfunctie van een tweede-orde laagdoorlatende filterschakling. Voor de stroom door condensator geldt: 10 i2 = (v1 - vQ)pC1 = P2C-|T2V0 (5)

Tussen deze stroom en de ingangsspanning geldt het volgende verband: i^= p2C1T2 (6)

15 v^ N

Deze vergelijking bezit het kenmerkende karakter van de overdrachtsfunctie van een tweede-orde hoogdoorlatende filterschakeling. De uitvinding is gebaseerd op het herkennen van de 20 stroom i2 als een signaal met een tweede-orde hoogdoorlatende karakteristiek. Volgens de uitvinding wordt deze stroom nu benut om naast een tweede-orde laagdoorlatend gefilterd uitgangssignaal met dezelfde filterschakeling ook een tweede-orde hoogdoorlatend gefilterd uitgangssignaal te verkrijgen. De stroom i2 wordt geïnjecteerd op de 25 emitter van transistor en vloeit, afgezien van de basisstroom, ook in de kollektor van deze transistor. Deze kollektor is bij deze uitvoeringsvorm via een weerstand R3 met de positieve voedingsspanningaansluiting gekoppeld. Over deze weerstand is dan een signaalspanning aanwezig, die gegeven wordt door 30 V * P2Cl*2«3 <7>

V£ N

De spanning vQ' kan van de uitgang 4 worden afgenomen.

35 In figuur 2 is een tweede uitvoeringsvorm van een filterschakeling volgens de uitvinding weergegeven, waarbij gelijke onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers als in figuur 1 zijn 8603152 £ PHN 11.976 7 weergegeven. Hierbij is parallel aan transistor T-j een transistor T2 geschakeld, waarvan de emitter via een aan de stroombron Ij gelijke stroombron I2 met massa en waarvan de kollektor via een aan de weerstand R3 gelijke weerstand R4 met het positieve 5 voedingsspanningsaansluitpunt is gekoppeld. De kollektor van transistor T2 is verder met een uitgang 7 gekoppeld. De uitgangsspanning wordt nu differentieel afgenomen tussen de uitgangen 4 en 7. Dit heeft het volgende voordeel. Tengevolge van voedingsspanningsvariaties treden door de terugwerking variaties in de stroom door transistor Tj op. Ondat 10 stroonbron ïj een eindige uitgangsinpedantie bezit, treden bovendien variaties in de stroon door transistor op tengevolge van de laagfrequente spanningsvariaties op de enitter van transistor T2. Deze beide stroonvariaties veroorzaken stoorspanningen op de uitgang 4, waardoor de onderdrukking van voedingsspanningsvariaties en de 15 zogenaande stopband onderdrukking op de uitgang 4 betrekkelijk laag zijn. Op de kollektor van transistor T2 worden dezelfde stoorspanningen opgewekt als op de kollektor van transistor T^. Door het hoogdoorlatend gefilterde signaal nu differentieel af te nemen, worden deze stoorspanningen sterk onderdrukt.

20 In figuur 3 is een derde uitvoeringsvorm van een filterschakeling volgens de uitvinding weergegeven, waarbij gelijke onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers als in figuur 1 zijn aangegeven. De kollektor van transistor is bij deze uitvoeringsvorm niet via een weerstand maar via een stroombron I3 met het positieve 25 voedingsaansluitpunt gekoppeld. De stroombron I3 kompenseert de stroom van stroombron 1^. Aan de uitgang 4 is dan rechtstreeks de signaalstroom i2 (zie vergelijking 6) beschikbaar.

In figuur 4 is een vierde uitvoeringsvorm van een filterschakeling volgens de uitvinding weergegeven, waarbij gelijke 30 onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers als in figuur 1 zijn aangegeven. Deze uitvoeringsvorm verschilt met die van figuur 1 daarin, dat in serie met condensator C2 een weerstand Rg is aangebracht.

Voor de stroom door condensator C2 geldt: i3 = v0pC2 (8) zodat tussen deze stroom en de ingangsspanning het volgende verband aanwezig is: 35 8603152 r % PHN 11.976 8 ij = P£2 <*>

V| N

5 Deze vergelijking is karakteristiek voor de overdrachtsfunctie van een eerste-orde banddoorlatende filterschakeling. De stroom i3 wordt nu over de weerstand R5 omgezet in spanning, die van de uitgang 8 kan worden afgenomen. Deze spanning is dan gelijk aan: 10 (10)

V£ N

Opgemerkt wordt, dat indien condensator C2 met het positieve voedingsaansluitpunt is verbonden de weerstand R«j dan met het 15 positieve voedingsaansluitpunt is verbonden.

De uitvinding is niet beperkt tot de getoonde uitvoeringsvoorbeelden. Binnen het kader van de uitvinding zijn voor de vakman een aantal variaties te bedenken. Zo wordt bij de getoonde uitvoeringsvoorbeelden de versterker door slechts één transistor 20 gevormd. De versterker kan echter ook door een Darlington-transistor worden gevormd. Verder wordt bij het getoonde uitvoeringsvoorbeeld van figuur 1 het hoogfrequente signaal aan de uitgang 4 ten opzichte van de positieve voedingsspanning afgenomen. Het is echter ook mogelijk de kollektorstroom van transistor T.j eerst met behulp van een 25 stroomspiegelschakeling te spiegelen en dan over de weerstand R3 in een spanning om te zetten, zodat het signaal aan uitgang 4 ten opzichte van massa wordt afgenomen.

8503152

Claims

1. Filterschakeling bevattende de serieschakeling van ten minste een eerste en een tweede weerstand tussen een ingangsaansluitpunt voor het toevoeren van een ingangssignaal en een ingang van een versterker, welke wordt gevormd door een transistor, waarvan de 5 basis met de ingang en de emitter door middel van een stroombron met een eerste voedingsaansluitpunt en met een eerste uitgang voor het afnemen van een eerste uitgangssignaal is gekoppeld, welke eerste uitgang door middel van een eerste condensator is gekoppeld met het verbindingspunt van de eerste en de tweede weerstand en welke ingang door middel van een 10 tweede condensator met een voedingsaansluitpunt is gekoppeld, met het kenmerk, dat de kollektor van de transistor is gekoppeld met een tweede uitgang voor het afnemen van een tweede uitgangssignaal.

2. Filterschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kollektor door middel van een derde weerstand met een tweede 15 voedingsspanningsaansluitpunt is gekoppeld.

3. Filterschakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de versterkerschakeling een tweede transistor bevat, waarvan de basis met de basis van de eerste transistor, de emitter door middel van een tweede aan de eerste gelijke stroombron met het eerste 20 voedingsaansluitpunt en de kollektor door middel van een vierde aan de derde gelijke weerstand met het tweede voedingsaansluitpunt en met een derde uitgang is gekoppeld, waarbij het tweede uitgangssignaal tussen de tweede en de derde uitgang wordt afgenomen.

4. Filterschakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, 25 dat de kollektor van de transistor door middel van een aan de eerste nagenoeg gelijke tweede stroombron met een tweede voedingsspanningsaansluitpunt is gekoppeld.

5. Filterschakeling volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat de tweede condensator door middel van een vijfde weerstand 30 met een voedingsaansluitpunt en met een uitgang voor het afnemen van een derde uitgangssignaal is gekoppeld. 8603152