很少有在壓控音頻濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用的濾波器。這引起了我對這種電路的興趣。壓控濾波器（VCF）在音頻電路中是一個有用的，甚至是必不可少的元件。憑借20世紀(jì)模擬工程師的所有創(chuàng)造力，這些電路稀缺的事實令人著迷。為什么拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)這么少？為什么現(xiàn)有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)看起來都不像濾波器？

用于音頻應(yīng)用的壓控濾波器

壓控濾波器（VCF）是模擬合成器的支柱。最常見的配置是使用基于運算跨導(dǎo)放大器（OTA）的濾波器，LM13600和LM3080等集成電路是受歡迎的選擇。Korg根據(jù)Sallen-Key或OTA制造了諸如Korg35、4023、4025和4075等芯片。但是有一個濾波器比其他濾波器更出色，因為它具有創(chuàng)造性、有效性，而且（很好的權(quán)威性）可以聽到出色的聲音。這是Moog階梯濾波器。

Moog梯形濾波器原理圖

下面來看看Moog濾波器。

圖1.MoogProdigy模擬合成器中出現(xiàn)的著名Moog濾波器。

在這里看到八個晶體管在一個階梯中，有一個電阻分壓器鏈，由一個偏壓/控制電流Ibias驅(qū)動。音頻輸入應(yīng)用于Q1，反饋（用于共振，在電子音樂中也稱為強調(diào)）應(yīng)用于Q2，而其他晶體管成對，連接在基極，電容器并聯(lián)其發(fā)射器。作為最頂部電容兩端的電壓輸出。為了簡化這一點，我們可以（小心）去掉偏置組件，得到如圖2所示的原理圖。

圖2.Moog濾波器的簡化原理圖

這只是有點誤導(dǎo)，因為基地不是浮動的，而是通過一個除法器保持恒定的電位。

Moog梯形濾波器解釋

來看看電路。電路的截止頻率控制是施加到差分對Q1-Q2的電流Ibias。對于整個網(wǎng)絡(luò)，改變Ibiass會導(dǎo)致晶體管的偏置電流發(fā)生變化。忽略基極電流（即假設(shè)高β）我們看到流過Q1的直流電流必須流過左側(cè)階梯的其余部分，同樣，對于Q2和右側(cè)階梯的直流電流也必須流過。

晶體管對Q3-Q4、Q5-Q6和Q7-Q8均具有兩個晶體管和一個電容器。成對的晶體管共享相同的基極電壓但具有不同的發(fā)射極電流。由于小信號電流是不同的，用于晶體管的小信號Vbe將是不同的，因此在發(fā)射極電容器之間會產(chǎn)生電位。電容器是頻率相關(guān)的電抗，產(chǎn)生濾波效應(yīng)。為了了解這有多精確，必須分析濾波器的三個不同部分，如圖3所示。

圖3.梯形濾波器拓?fù)涞娜齻€元素（a）驅(qū)動差分對（b）中間階梯低通濾波器部分（c）最頂部的輸出濾波器部

該電路可分為驅(qū)動器（圖3a）和低通濾波器（圖3b和3c）。（b）和（c）的輸入源是電流信號，在反饋側(cè)接地以便于分析（通過對稱確認(rèn)這是安全的）。

驅(qū)動

圖4.濾波器的驅(qū)動部分。

驅(qū)動部分是差分對，也稱為發(fā)射極耦合對。為了從小信號的角度分析該電路，我們可以用適當(dāng)?shù)囊纛l有源區(qū)模型替換晶體管。兩種常見的選擇是混合π模型（以輸入電阻建模的跨導(dǎo)）或T模型（以基極發(fā)射極電阻建模的跨導(dǎo)）。

圖5.三種晶體管模型（a）NPN晶體管（b）T模型（c）混合π模型

T模型和混合π模型中的電阻與等于晶體管β的因子相關(guān)。雖然它們具有不同的電路配置，但模型在分析上是相同的。對于驅(qū)動電路，我們可以使用混合π模型。

圖6.用晶體管的低頻混合π等效模擬驅(qū)動器中的晶體管。

用開路代替恒流源，用接地代替恒壓源，可以簡化電路，如圖7所示。對于小信號電流增益計算、負(fù)載短路，使我們能夠有效地將集電器接地。通常，我們也會計算輸出阻抗來計算負(fù)載，但在這種情況下，我們不必這樣做。這可以通過依賴電流源的存在來證明，并且因為沒有考慮厄利效應(yīng)（其表現(xiàn)為與電流源并聯(lián)的輸出阻抗）。我們不會考慮共模效應(yīng)，因為晶體管的偏置點足夠小。最后，為了模擬差分輸入，我們將向兩個晶體管施加相等和相反的輸入電壓。這不是絕對必要的，但它會使分析更容易。

圖7.使用一些簡化技術(shù)進行分析的小信號電路。
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