Moog梯形滤波器原理图解析

很少有在压控音频滤波器拓扑结构使用的滤波器。这引起了我对这种电路的兴趣。压控滤波器（VCF）在音频电路中是一个有用的，甚至是必不可少的元件。凭借20世纪模拟工程师的所有创造力，这些电路稀缺的事实令人着迷。为什么拓扑结构这么少？为什么现有的拓扑结构看起来都不像滤波器？

用于音频应用的压控滤波器

压控滤波器（VCF）是模拟合成器的支柱。最常见的配置是使用基于运算跨导放大器（OTA）的滤波器，LM13600和LM3080等集成电路是受欢迎的选择。Korg根据Sallen-Key或OTA制造了诸如Korg35、4023、4025和4075等芯片。但是有一个滤波器比其他滤波器更出色，因为它具有创造性、有效性，而且（很好的权威性）可以听到出色的声音。这是Moog阶梯滤波器。

Moog梯形滤波器原理图

下面来看看Moog滤波器。

图1.MoogProdigy模拟合成器中出现的著名Moog滤波器。

在这里看到八个晶体管在一个阶梯中，有一个电阻分压器链，由一个偏压/控制电流Ibias驱动。音频输入应用于Q1，反馈（用于共振，在电子音乐中也称为强调）应用于Q2，而其他晶体管成对，连接在基极，电容器并联其发射器。作为最顶部电容两端的电压输出。为了简化这一点，我们可以（小心）去掉偏置组件，得到如图2所示的原理图。

图2.Moog滤波器的简化原理图

这只是有点误导，因为基地不是浮动的，而是通过一个除法器保持恒定的电位。

Moog梯形滤波器解释

来看看电路。电路的截止频率控制是施加到差分对Q1-Q2的电流Ibias。对于整个网络，改变Ibiass会导致晶体管的偏置电流发生变化。忽略基极电流（即假设高β）我们看到流过Q1的直流电流必须流过左侧阶梯的其余部分，同样，对于Q2和右侧阶梯的直流电流也必须流过。

晶体管对Q3-Q4、Q5-Q6和Q7-Q8均具有两个晶体管和一个电容器。成对的晶体管共享相同的基极电压但具有不同的发射极电流。由于小信号电流是不同的，用于晶体管的小信号Vbe将是不同的，因此在发射极电容器之间会产生电位。电容器是频率相关的电抗，产生滤波效应。为了了解这有多精确，必须分析滤波器的三个不同部分，如图3所示。

图3.梯形滤波器拓扑的三个元素（a）驱动差分对（b）中间阶梯低通滤波器部分（c）最顶部的输出滤波器部

该电路可分为驱动器（图3a）和低通滤波器（图3b和3c）。（b）和（c）的输入源是电流信号，在反馈侧接地以便于分析（通过对称确认这是安全的）。

驱动

图4.滤波器的驱动部分。

驱动部分是差分对，也称为发射极耦合对。为了从小信号的角度分析该电路，我们可以用适当的音频有源区模型替换晶体管。两种常见的选择是混合π模型（以输入电阻建模的跨导）或T模型（以基极发射极电阻建模的跨导）。

图5.三种晶体管模型（a）NPN晶体管（b）T模型（c）混合π模型

T模型和混合π模型中的电阻与等于晶体管β的因子相关。虽然它们具有不同的电路配置，但模型在分析上是相同的。对于驱动电路，我们可以使用混合π模型。

图6.用晶体管的低频混合π等效模拟驱动器中的晶体管。

用开路代替恒流源，用接地代替恒压源，可以简化电路，如图7所示。对于小信号电流增益计算、负载短路，使我们能够有效地将集电器接地。通常，我们也会计算输出阻抗来计算负载，但在这种情况下，我们不必这样做。这可以通过依赖电流源的存在来证明，并且因为没有考虑厄利效应（其表现为与电流源并联的输出阻抗）。我们不会考虑共模效应，因为晶体管的偏置点足够小。最后，为了模拟差分输入，我们将向两个晶体管施加相等和相反的输入电压。这不是绝对必要的，但它会使分析更容易。

图7.使用一些简化技术进行分析的小信号电路。
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