穆格濾波器的小信號開環(huán)傳遞函數(shù)
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2024-08-05 16:42:51 | 416 次閱讀
壓控濾波器(VCF)是模擬頻率合成器的支柱。但有一個過濾器比其他過濾器更勝一籌,因為它具有創(chuàng)造性、有效性,而且(我有很好的權威)聽起來“出色”:穆格梯形過濾器。
在本系列文章中,我們將分析穆格梯形濾波器的行為,從小信號開環(huán)分析開始。
在上一篇文章中,我們介紹了濾波器的主要元素,并分析了驅動程序部分?,F(xiàn)在,我們將分析拓撲的核心(濾波器部分),并將濾波器的小信號開環(huán)傳遞函數(shù)作為一個整體來表示。 在第 1 部分中,我們看到了 Moog 梯形濾波器的完整原理圖,并將其簡化為圖 1 所示的形式。

我們將拓撲劃分為三個元素:
駕駛員階段
中間過濾階段
輸出濾波器級 這三個階段如圖 2 所示。

同樣在第 1 部分中,我們推導出了驅動器級中的電壓和電流之間的關系,如上圖 2(a) 所示?,F(xiàn)在,我們將分析圖2(b)和圖2(c)中所示的濾波器級。
穆格濾波器的各個濾波器 濾波器部分彼此相似,不同之處在于一個驅動梯形圖中的另一個級,而另一個則連接到電源。兩者中都有相同的機制在起作用,因此我們只分析圖 3 中所示的機制。


圖4. 利用基極保持恒定電位并使電容器作為電抗離開這一事實。


圖7. 二極管/晶體管最終被混合 pi 模型取代。
這是公平的,像這樣的電流驅動RC電路并不常見。但是,注意到兩個并聯(lián)組件充當分流器而不是電壓分壓器,它開始變得有意義。
作為容抗Xc減小(隨著頻率的增加),電容器兩端的電壓減小。
用于晶體管偏置(驅動)電流 IC,我們假設貝塔系數(shù)很高。
對于中間濾波級,輸出電流—gmv外—成為下一部分的輸入電流。目前這個電流是:
這是我們計算開環(huán)增益所需的唯一其他結果。
總結一下這個濾波器部分:我們已經證明,輸入電流會導致電容器兩端的電壓降與容抗成正比。隨著頻率的增加,電壓會降低,從而產生低通動作。它就像電容器和晶體管等效基極阻抗(跨導)之間的電流驅動RC濾波器。對于中間級,晶體管電流用作下一部分的輸入電流,而電容器電壓本身則用作最頂部級的輸出。
綜合起來:計算開環(huán)增益
我們已經介紹了驅動器和濾波器部分的傳遞函數(shù)?,F(xiàn)在我們準備計算開環(huán)增益。對于 n 個濾波器級,我們可以結合之前的結果(一個驅動器、n-1 個中階梯濾波器部分和一個輸出濾波器部分),并找到,將輸出電容的左側為正:
$$ v_{out} = \left ({g_m v_{in}}\right ) \left ( \frac{-g_m}{2j\omega C + g_m} \right )^{n-1} \left ( \frac{-1}{2j\omega C + g_m} \right ) $$
這簡化為:
$$ v_{out} = \pm v_{in} \left ( \frac{g_m}{2j\omega C + g_m} \right )^{n} $$
其中 $$v_{out}$$ 表示 哪里 個偶數(shù)為正數(shù),而 n 個奇數(shù)為負數(shù)。開環(huán)電壓增益為:
$$ A = \pm \left ( \frac{g_m}{2j\omega C + g_m} \right )^{n} $$
利用 $$g_{m}$$ 大約等于 $$\frac{1}{{r_e} '}$$ 這一事實,我們可以改寫這是一個更熟悉的形式,
$$ A = \pm \left ( \frac{1}{j\omega r_e'C + 1}\right )^n $$ 您可能會注意到,這與RC低通濾波器的傳遞函數(shù)非常相似,

忽略反饋,左側的輸入電壓驅動小信號電流通過分支。支路之間的差分信號在電容器兩端產生電位差,從而允許發(fā)生“濾波”。一種觀察方式是,晶體管的跨阻與電容器產生一個RC濾波器。
輸出(作為最頂部電容器的電位)取決于流過該電容器的小信號電流。
到目前為止,我們已經假設了一些重要的事情:
所有晶體管都共享相同的 beta(即,它們都匹配)。
通過每個晶體管基極的電流可以忽略不計。
晶體管充當理想的相關電流源(無早期效應)。
所有晶體管都在有源區(qū)域偏置。
驅動器級共模電壓可以忽略不計。
偏置電流源是理想的。
即使有這些理想化,電路也會受到溫度依賴性的影響(隱藏在 gm術語和晶體管貝塔)。但是,回想一下,該電路用于模擬合成器,這些缺陷被認為賦予了濾波器“特性”。
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