JP2001308662A - 可変利得増幅回路 - Google Patents

可変利得増幅回路

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JP2001308662A
JP2001308662A JP2000127476A JP2000127476A JP2001308662A JP 2001308662 A JP2001308662 A JP 2001308662A JP 2000127476 A JP2000127476 A JP 2000127476A JP 2000127476 A JP2000127476 A JP 2000127476A JP 2001308662 A JP2001308662 A JP 2001308662A
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gain
transistors
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Inventor
Tamotsu Nishikawaji
保 西川路
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変利得の最小値を任意に設定でき、しかも
低電圧駆動にも好適に使用できる可変利得増幅回路の提
供。 【解決手段】 入力信号が印加される第1の差動対のト
ランジスタQ1,Q2による差動増幅回路と、これらの
トランジスタのエミッタに共通接続してバイアス電流を
供給する第1のカレントミラー回路Q5〜Q7と、利得
制御電圧が印加される第2の差動対のトランジスタQ
3,Q4と、これらのトランジスタのエミッタに共通接
続してバイアス電流を供給する第2のカレントミラー回
路Q8〜Q10と、第2の差動対の一方のトランジスタ
Q3のコレクタ電流と第2のカレントミラー回路の電流
とを供給する第3のカレントミラー回路Q12〜Q14
とを備え、第1の差動対のトランジスタの増幅回路の利
得を、第3のカレントミラー回路の出力電流から第2の
差動対のトランジスタQ3の利得制御電圧で制御された
コレクタ電流で減算した電流値で決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラモノリ
シック集積回路における可変利得増幅回路に係り、特に
可変利得の最小値を任意に設定できるとともに低電圧駆
動が可能な可変利得増幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】AV機器等に搭載される光リモートコン
トロールの受光ICには、外乱ノイズ等の抑制及び入力
信号のダイナミックレンジを得るため、可変利得増幅回
路が組み込まれる。このような可変利得増幅回路として
は、たとえばトランジスタの差動増幅回路を基本構成と
する平衡形変調回路の変形回路が従来から知られてお
り、その一例を図3に示す。
【0003】図3において、第1の差動対のトランジス
タQ23,Q24及び第2の差動対のトランジスタQ2
5,Q26のベースには利得制御電圧Vcが印加され、
この利得制御電圧Vcは対応するトランジスタQ23,
Q24,Q25,Q26のバイアス電流I1,I2,I
3,I4の分配を制御する。すなわち、利得制御電圧V
cとバイアス電流I1〜I4の関係式は、Vtを熱電圧
とするとき、次式のようになる。
【0004】 I1/I2=exp(Vc/Vt)・・・・(1) I4/I3=exp(Vc/Vt)・・・・(2) すなわち、I1/I2=I4/I3となる関係に分配さ
れる。
【0005】また、第3の差動対のトランジスタQ2
1,Q22のベースには入力信号Vinが印加される。
この入力信号Vinとバイアス電流I1〜I4の関係
は、第3の差動対のトランジスタQ21,Q22のエミ
ッタ抵抗REを用いると次式で表せる。
【0006】 Vin/RE=(I1+I2)−(I3+I4)・・・・(3) そして、出力電圧Voは、負荷抵抗RL及びこの負荷抵
抗RLを流れるI2,I3により次式で表される。
【0007】 Vo=(I2−I3)×RL・・・・(4) よって、式(1)〜(3)により式(4)は次式に書き
換えられる。
【0008】 Vo=(RL/RE)×(1/(1+exp(Vc/Vt))×Vin ) ・・・・(5) したがって、この可変利得増幅回路の利得Avは、式
(5)をVinで微分することによって導かれ、次式
(6)で与えられる。
【0009】 Av=(RL/RE)×(1/(1+exp(Vc/Vt)))・・(6) この式(6)から明らかなように、利得制御電圧Vcに
対する利得Avの指数関数的な依存性により、比較的に
小さい制御電圧で広いダイナミックレンジにわたっての
可変利得制御が可能である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図3に示し
た従来の可変利得増幅回路は、利得制御電圧Vcに対す
る利得Avの変化が指数関数的に依存するので、利得A
vの低下の極限値はほぼ零に近づいていく。したがっ
て、利得Avの低下の下限値すなわち可変利得の最小値
を設けることが要望される用途の分野では、このような
利得Avの低下が零に近づく制御回路は障害をもたらす
ことになる。
【0011】また、第3の差動対のトランジスタQ2
1,Q22と第1の差動対のトランジスタQ23,Q2
4及び第2の差動対のトランジスタQ25,Q26と
は、電源間に直列に接続されているため、低電源電圧駆
動には不適であり、特に3ボルト動作には対応できな
い。
【0012】このように従来の可変利得増幅回路では、
利得Avが零に近づくことや低電圧駆動には適している
とはいえない。したがって、光リモートコントローラの
受光ICに使用するとき、信号光を復調不可能なまでに
利得Avを低下させてしまうことが発生し得る。また、
低電圧駆動化できないことは、セットの消費電力の低減
化には貢献できない。特に、リモートコントローラ受光
ICの待期時(無信号時)における不必要な電力の消費
は、今日の大きな課題となっている。
【0013】本発明は、広いダイナミックレンジの可変
利得を備えるとともに可変利得の最小値を任意に設定で
きしかも低電圧駆動にも好適に使用できる可変利得増幅
回路を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、ベースに入力
信号が印加される第1の差動対のトランジスタによる差
動増幅回路と、前記第1の差動対のトランジスタのそれ
ぞれのエミッタに共通接続してバイアス電流を供給する
第1のカレントミラー回路と、ベースに利得制御電圧が
印加される第2の差動対のトランジスタと、前記第2の
差動対のトランジスタのそれぞれのエミッタに共通接続
してバイアス電流を供給する第2のカレントミラー回路
と、前記第2の差動対の一方のトランジスタが利得制御
電圧により制御されたコレクタ電流と前記第2のカレン
トミラー回路の電流とを供給する第3のカレントミラー
回路とを備え、前記第1の差動対のトランジスタの増幅
回路の利得を、前記第3のカレントミラー回路の出力電
流から前記第2の差動対のトランジスタの利得制御電圧
で制御されたコレクタ電流で減算した電流値で決定する
構成としたことを特徴とする。
【0015】このような構成において、前記第2のカレ
ントミラー回路は、トランジスタ比または抵抗比で設定
するミラー比によって可変利得の最小値を任意に設定可
能な構成とすることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、ベース
に入力信号が印加される第1の差動対のトランジスタに
よる差動増幅回路と、前記第1の差動対のトランジスタ
のそれぞれのエミッタに共通接続してバイアス電流を通
電する第1のカレントミラー回路と、ベースに利得制御
電圧が印加される第2の差動対のトランジスタと、前記
第2の差動対のトランジスタのそれぞれのエミッタに共
通接続してバイアス電流を供給する第2のカレントミラ
ー回路と、前記第2の差動対の一方のトランジスタが利
得制御電圧により制御されたコレクタ電流と前記第2の
カレントミラー回路の電流とを供給する第3のカレント
ミラー回路とを備え、前記第1の差動対のトランジスタ
の増幅回路の利得を、前記第3のカレントミラー回路の
出力電流から前記第2の差動対のトランジスタの利得制
御電圧で制御されたコレクタ電流で減算した電流値で決
定する構成としたことを特徴とする可変利得増幅回路で
あり、光リモートコントローラの受光ICに使用すれば
利得Avは設定する最小値以下には下がり得ないので、
安定した信号の復調ができるとともに低電圧動作も可能
になるという作用を有する。
【0017】請求項2に記載の発明は、前記第2のカレ
ントミラー回路は、トランジスタ比または抵抗比で設定
するミラー比によって可変利得の最小値を任意に設定可
能な構成としたことを特徴とする請求項1記載の可変利
得増幅回路であり、光リモートコントローラの受光IC
に使用すれば利得Avは設定する最小値以下には下がり
得ないので、安定した信号の復調ができるとともに低電
圧動作可能になるという作用を有する。
【0018】以下、本発明の実施の形態について図面に
基づき説明する。
【0019】図1は本発明の一実施の形態による可変利
得増幅回路の回路図である。
【0020】図示のように、回路には、定電流源1とベ
ースに入力信号が印加される第1の差動対のトランジス
タQ1,Q2による差動信号増幅回路と、この第1の差
動対のトランジスタQ1,Q2にバイアス電流を流すべ
くこれらの第1の差動対のトランジスタQ1,Q2のエ
ミッタに共通接続された第1のカレントミラー回路Q
5,Q6,Q7と、ベースに利得制御電圧が印加される
第2の差動対のトランジスタQ3,Q4と、この第2の
差動対のトランジスタQ3,Q4のバイアス電流を流す
べくこれらの第2の差動対のトランジスタQ3,Q4の
エミッタに共通接続した第2のカレントミラー回路Q
8,Q9,Q10と、第2の差動対のトランジスタQ3
の利得制御電圧により制御されたコレクタ電流と第2の
カレントミラー回路Q8,Q9,Q10の電流を供給す
る第3のカレントミラー回路Q12,Q13,Q14と
が含まれている。
【0021】ここで、第1の差動対のトランジスタQ
1,Q2による差動増幅回路の利得Avは負荷抵抗がR
Lでバイアス電流がI1なので、熱電圧をVtとすると
き次式で表せる。
【0022】 Av=I1×RL/2Vt・・・・(7) バイアス電流I1は、第3のカレントミラー回路Q12
の出力電流I2から制御電圧Vcにより得られる第2の
差動対のトランジスタQ3のコレクタ電流を減算した値
となる。
【0023】第2のカレントミラー回路Q8,Q9,Q
10のミラー比をMとすると、バイアス電流I1は次式
で表せる。ミラー比はトランジスタ比N’:Nを用いる
ものとする。
【0024】M=N’/N・・・・(8) また、バイアス電流I1は熱電圧をVtとするとき、次
式で表せる。
【0025】 I1=I2×(1−M×(1/(1+exp(−Vc/Vt)))) ・・・・(9) すなわち、図1に示した可変利得増幅回路の利得Av
は、式(9)を式(7)に代入することで得られ、次式
で表せる。
【0026】 Av=I2×(1−M×(1/(1+exp(−Vc/Vt))))×RL /2Vt ・・・・(10) ゆえに、本回路の利得Avは第3のカレントミラー回路
Q12,Q13,Q14の出力電流から第2の差動対の
トランジスタQ3のコレクタ電流を減算した電流値で決
定する。また、制御電圧Vcに対する利得Avは指数関
数的な依存をする。
【0027】ここで、本回路における利得Avの低下率
は以下のように説明できる。
【0028】制御電圧Vc=0のとき、第2の差動対の
トランジスタQ3,Q4のコレクタ電流は均等に分配さ
れる。このとき、回路の利得Avは最大値をとり、式
(9)のQ3のコレクタ電流の項はほぼM×I2とな
る。このような条件のとき、回路の利得Avは最大値と
なり、次式で表せる。
【0029】 Av(max)=I2×(1−M/2)×RL/2Vt・・・・(11) 次に、制御電圧Vc>>0のとき、式(9)のコレクタ
電流の項はほぼM×I2となる。この条件のとき、回路
の利得Avは最小値となり、次式で表せる。
【0030】 Av(min)=I2×(1−M)×RL/2Vt・・・・(12) よって、本実施の形態の回路における利得Avの最大、
最小比すなわち最大低下率をΔGとすると、次式で表せ
る。
【0031】 ΔG=(1−M)/(1−M/2)・・・・・(13) また、利得Avの最大低下率ΔGに対するミラー比Mの
設定は式(13)により次のように算出すれば、所望の
利得Avの最大低下率すなわち可変利得の最小値が設定
できる。
【0032】 M=(1−ΔG)/(1−ΔG/2)・・・・(14) 本実施の形態においては、ΔG=0.25(1/4)と
して、トランジスタ比を用いてミラー比を設定し、M=
0.857(6/7)すなわち第2の差動対のトランジ
スタQ3,Q4のミラー比を6:7とすることができ
る。
【0033】図2はトランジスタ比で実現不可能なミラ
ー比において、エミッタ抵抗R1,R2を用いて実現で
きるようにしたもので、その他の回路構成は図1に示し
たものと同じである。
【0034】図2の例では、ミラー比Mは次式で表され
る。
【0035】M=R2/R1・・・・(15) なお、このときの抵抗の電圧降下は、ミラー比が抵抗比
でほぼ支配されるように設定するのはいうまでもない。
【0036】
【発明の効果】本発明では、従来の可変利得増幅回路で
は設定することができなかった可変利得の最小値を用途
に応じてトランジスタ比または抵抗比で設定するミラー
比によって任意に設定できる。このため、たとえば光リ
モートコントローラの受光ICに使用すれば、利得Av
は設定する最小値以下には下がり得ないので、安定した
信号の復調が可能となる。
【0037】また、入力信号が印加される増幅回路の差
動対のトランジスタと制御電圧が印加される差動対のト
ランジスタが、従来では電源間に直列に接続されていた
が、本発明では並列に接続しているので、低電圧駆動と
くに3ボルトの動作にも適合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による可変利得増幅回路
の構成を示す回路図
【図2】エミッタ抵抗を用いてミラー比を設定できるよ
うにした実施の形態による可変利得増幅回路の構成を示
す回路図
【図3】従来の可変利得増幅回路の構成を示す回路図
【符号の説明】
1 定電流源 Q1〜Q4 トランジスタ Q5〜Q10 カレントミラー回路 Q12〜Q14 カレントミラー回路 Q21〜Q26 トランジスタ RL,RE,R1,R2 抵抗

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベースに入力信号が印加される第1の差
    動対のトランジスタによる差動増幅回路と、前記第1の
    差動対のトランジスタのそれぞれのエミッタに共通接続
    してバイアス電流を供給する第1のカレントミラー回路
    と、ベースに利得制御電圧が印加される第2の差動対の
    トランジスタと、前記第2の差動対のトランジスタのそ
    れぞれのエミッタに共通接続してバイアス電流を供給す
    る第2のカレントミラー回路と、前記第2の差動対の一
    方のトランジスタが利得制御電圧により制御されたコレ
    クタ電流と前記第2のカレントミラー回路の電流とを供
    給する第3のカレントミラー回路とを備え、前記第1の
    差動対のトランジスタの増幅回路の利得を、前記第3の
    カレントミラー回路の出力電流から前記第2の差動対の
    トランジスタの利得制御電圧で制御されたコレクタ電流
    で減算した電流値で決定する構成としたことを特徴とす
    る可変利得増幅回路。
  2. 【請求項2】 前記第2のカレントミラー回路は、トラ
    ンジスタ比または抵抗比で設定するミラー比によって可
    変利得の最小値を任意に設定可能な構成としたことを特
    徴とする請求項1記載の可変利得増幅回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100501187B1 (ko) * 2003-02-19 2005-07-18 삼성전기주식회사 전류미러를 이용한 가변 이득 증폭기
KR100852186B1 (ko) 2006-11-02 2008-08-13 삼성전자주식회사 광 대역 프로그래머블 가변 이득 증폭기 및 그를 포함하는무선 수신기
US7602247B2 (en) 2005-08-31 2009-10-13 Panasonic Corporation Variable gain amplifier and AC power supply device using the same

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100501187B1 (ko) * 2003-02-19 2005-07-18 삼성전기주식회사 전류미러를 이용한 가변 이득 증폭기
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