[其他]一种采用负阻抗变换器(NIC)的有源电阻电容模拟电感电容梯形滤波器

说明书

一种采用负阻抗变换器（ＮＩＣ）的有源ＲＣ模拟ＬＣ梯形滤波器，它和ＲＣ无源网络的结合实现带通、低通和高通滤波器，工作稳定可靠，具有最大动态范围，使用元件数少，容易调整，特性接近于无源滤波器。

本发明涉及一种用分立元件或薄膜集成电路构成的有源RC带通、低通和高通滤波器。当采用晶体管模拟有源元件时，可实现高频滤波器，属于基本电子电路。

有源RC滤波器是林威尔（LinVill）于1954年首次提出的。它用负阻抗变换器（NIC）综合转移阻抗的方法实现了有源RC滤波器，但由于当时技术水平的限制，有源元件的特性不能作得理想，所以制成的高阶滤波器性能很不稳定，又由于当时有源元件价格昂贵，故用NIC实现滤波器的方法被否定了。

近年来，随着有源元件的成本和价格的降低，使用多个NIC模拟LC梯形滤波器变得很容易实现，其特性和稳定性均能做得很好。因此用NIC的有源RC模拟LC滤波的问题重新受到科学家的关注。就此专题，各国发表了许多有价值的文章和专利文献。现针对这些文献给以综合的扼要的评述：

文献〔1～3〕介绍了在同一变换下用不同的频变负阻抗变换器〔FDNIC〕电路模拟梯形网络的方法，该方法虽然能够将含L、C、R元件的网络变换为只含R、C元件的网络，但其缺点是：难以通过调整FDNIC电路来改进电路特性，它不适用于窄带带通滤波器。

文献〔5〕介绍了用NIC电路模拟L元件或FDNR元件直接取代原型LC网络或频变后的R、D网络，此方案的优点是实现手段简单。但在实现带通滤波器时。NIC电路不能满足可靠的稳定条件，也不能达到最大动态范围，并且有源元件用得多，因此也缺乏实用价值。

文献〔6〕介绍了一种分析NIC电路的新方法。通过调整参数ξ可以对NIC电路的幅度特性在全频带内补偿。因而适用于高频范围，此外，文中还给出了用三个晶体管构成的NIC电路，可见应用NIC电路无论在调整的灵敏性方面还是在改进电路的特性方面都要比采用FDNIC电路来得优越。

为了获得接近理想特性的有源RC滤波器。要求将模拟滤波器中有源元件的影响减至最小。原因是：运算放大器不理想特性的影响和频变标定后此种影响的增强造成文献〔1～4〕中各种电路特性不好的原因。由此可见。性能良好的滤波器电路中一定要慎用FDNIC电路，文献〔4〕中的电路本质上仍采用FDNIC的。而且在实现带通滤波器时，不能保证NIC电路在直流情况下的可靠的稳定，而且动态范围也不是最佳的;使用运算放大器的数量也太多，不经济。

鉴于现有技术的不足，现提出的本发明的任务是：设计并制造一种以NIC作为有源元件的又具有可靠的稳定性和最佳动态范围的RC模拟LC梯形滤波器。该滤波器能克服FDNIC电路调整困难和运放不理想特性对滤波器特性影响大的缺点，并使这种影响减至最小。此种滤波器可以实现带通，低通和高通滤波器，当采用晶体管电路实现NIC时，因NIC频带很宽，它在有源电路中只起“负号转换”的作用。从而使制成的滤波器特性很接近无源LC原型滤波器的特性。

上述任务是用相应于权项1、2、3的特征部分所述的方案解决的。

以下结合三种实例详细叙述本发明的内容：

一、附图1为单个运放构成的NIC电路。按文献〔6〕的分析方法，此电路的变换系数为-1，所以取R₁和R₂数值相同。为叙述方便起见。命“a”对应运放的同相输入端，而“b”对应运放的反相输入端，文献〔6〕中介绍了用晶体管构成NIC电路的方案，给出了三个晶体管构成的NIC交流等效电路。并用该电路实现了通带边界频率为1MHz的五阶椭圆低通滤波器。

二、附图2（a）为双端终接电阻负载的十阶椭圆函数原型LC带通滤波器，附图2（b）为相应的NIC梯形模拟滤波器，它使用的运放数目与用级联SAB方法实现有源滤波器时相同，为最少数量。RC元件数目略少于级联方法，但性能却比级联方法理想得多。