JP2001352223A - 前置増幅器 - Google Patents

前置増幅器

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JP2001352223A
JP2001352223A JP2000170839A JP2000170839A JP2001352223A JP 2001352223 A JP2001352223 A JP 2001352223A JP 2000170839 A JP2000170839 A JP 2000170839A JP 2000170839 A JP2000170839 A JP 2000170839A JP 2001352223 A JP2001352223 A JP 2001352223A
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JP
Japan
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transistor
input
circuit
preamplifier
signal
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JP2000170839A
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English (en)
Inventor
Taiichi Ikedo
耐一 池戸
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大振幅の入力電流に対して側路となる減衰器
を具備し、入力電流が流れる他のインピーダンス素子の
電圧により減衰器特性を制御できる前置増幅器を提供す
ること。 【解決手段】 入力信号を減衰させるインピーダンス素
子12と、出力端子と入力端子とを接続した負帰還増幅回
路14、16、18を具備する前置増幅器において、インピー
ダンス素子12と並列接続され、インピーダンス素子の両
端子間の信号出力により減衰量が制御される信号減衰器
19、20、21を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信シス
テムにおいて使用する受信装置に用いて好適な前置増幅
器に関する。
【0002】
【従来の技術】光通信システムに使用する受信装置で
は、フォトダイオードのような光電変換素子によって光
信号から変換された電流信号を低雑音で且つ低歪みで増
幅するための前記増幅器が必要である。その増幅器の特
性として、電源電圧変動や温度変化に対して、トランス
インピーダンスが安定であることも要求される。そのた
め、この種前置増幅器として、トランスインピーダンス
を安定化し、増幅帯域を広くするため、出力電圧を電流
に変換して入力に帰還する負帰還増幅回路が用いられて
いる。
【0003】従来の前置増幅器を例示すると、図3に示
すように、光電変換素子31と、光電変換素子31に直流バ
イアスを与えるためのバイアス抵抗32と、直流遮断用コ
ンデンサ33と、ベースが前記直流遮断用コンデンサ33に
接続され、エミッタが接地されているトランジスタ34
と、ベースがトランジスタ34のコレクタに接続され、コ
レクタが電源に接続されたトランジスタ36と、トランジ
スタ36のエミッタと接地との間に接続された抵抗37と、
トランジスタ34のベースとトランジスタ36のエミッタと
の間に接続された帰還抵抗38とから構成されており、出
力信号はトランジスタ36のエミッタより出力される。
【0004】図3に示す前置増幅器の動作について以下
説明する。図3において、入力光信号として強度変調さ
れた光信号を対象とする。
【0005】光電変換素子31の変換効率をk、光電変換
素子31に入力される光の平均電力をPi、強度変調度を
mとすると、光電変換素子31には(k×Pi)の直流電
流が流れる。ここで光信号は(m×k×Pi)の電流振
幅を有する電気信号に変換される。簡単のため、入力電
流振幅をΔiiとし、トンジスタ34へ流れるベース電流
振幅をΔibとすると、帰還抵抗38を流れる電流振幅は
(Δii−Δib)となる。よって出力電圧振幅ΔV0
は、帰還抵抗38の抵抗地をRfとすると、(式1)で与
えられる。 ΔV0=−(Δii−Δib)×Rf …(1) ここで、(式1)におけるマイナスの符号はトランジス
タ34への入力電流に対して出力電圧が逆相になることを
表している。
【0006】一方、トランジスタ34の電流増幅率をβと
すると、トランジスタ34のコレクタ電流は(β×Δ
b)で表されるため、トランジスタ34のコレクタで発
生する電圧振幅ΔVcは、抵抗35の抵抗値をRcとする
と、(式2)で与えられる。 ΔVc=−β×Δib×Rc …(2)
【0007】ここで、(式2)におけるマイナスの符号
は、(式1)と同様、トランジスタ34への入力電流に
対して出力電圧が逆相になることを表している。ΔVc
はトランジスタ36のエミッタフォロアにより、そのまま
出力電圧になると考えられるので、出力電圧振幅ΔVo
は、(式3)と表すことができる。 ΔVo=−β×Δib×Rc …(3)
【0008】前置増幅器としてのトランスインピーダン
スをZtとすると、Ztは(式1)と(式3)からΔi
bを消去して、出力電圧振幅と入力電流振幅との比、即
ちΔVo/Δiiの形にすることで求められ、(式4)
で与えられる。 Zt=ΔVo/Δii=Rf/{1+Rf/(β×Rc)} …(4)
【0009】通常、(式4)における(β×Rc)の値
はRfより十分大きく設定されるため、ZtはRfとほ
ぼ等しくなり、抵抗という安定な受動素子で決定される
ため、安定したトランスインピーダンスが得られること
が判る。
【0010】次に、図3と類似する技術が特開平8-1395
26号公報に記載されているため、その技術を図3に類似
・変形して図4に示す。図4においては、図3のバイア
ス抵抗32の代わりに可変インピーダンス回路40を用い
て、レベル検出回路41により入力電流のレベルを検出
し、その結果により可変インピーダンス回路40を制御す
ることで、負帰還増幅回路の飽和を防ぐことが示されて
いる。
【0011】また、特開平9-130157号公報記載の技術
も、図3と類似する。図4と同様に、図3を変形して図
5に示す。図5において、トランジスタ34のエミッタと
接地との間にダイオード接続したトランジスタ51を接続
し、トランジスタ34に流れる電流を検出して、検出した
電流が増加した場合に、入力電流をバイパスさせること
で、回路のインピーダンスを低下させ、負帰還増幅回路
の飽和を防ぐことが示されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】図3で構成される前置
増幅器は、入力電流が大きいときには負帰還抵抗38での
電圧降下が大きくなり、回路が飽和する。この問題を回
避する一般的な手法は、帰還抵抗38の抵抗値を小さくす
ることである。この手法を適用すると、雑音特性が劣化
するという問題があり、前置増幅器の第1の目的である
低雑音化を実現することが困難となる。
【0013】図4では、レベル検出回路41が入力信号ラ
インに直列に入ってしまうために、レベル検出回路41か
ら発生する雑音により、回路の雑音特性を劣化させてし
まうという問題点がある。
【0014】図5では、トランジスタ34のエミッタと接
地との間に挿入されたトランジスタ51から発生する雑音
により、回路の雑音特性を劣化させてしまうという問題
がある。
【0015】本発明の目的は前述の欠点を改善し、大振
幅の入力電流の場合は接地に流す側路を設定し、この側
路を流れる入力電流自体を減衰させる減衰器を備え、入
力電流が流れる他のインピーダンス素子の両端間の電圧
により、この減衰器の特性を制御することで、大入力電
流における歪み特性を改善できる前置増幅器を提供する
ことである。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の発明は、入力信号を減衰させるインピーダンス素子
と、出力端子と前記入力端子とを接続した負帰還増幅回
路を具備する前置増幅器において、前記インピーダンス
素子と並列接続され、且つ該インピーダンス素子の両端
子間の信号出力により減衰量が制御される信号減衰器を
具備することを特徴とする。
【0017】この構成により、入力信号が大振幅の時で
あっても、前置増幅器の歪み特性を改善させることがで
きる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面により詳細に説明する。
【0019】図1は、実施の形態として得られた前置増
幅器の回路構成図である。図1において、光電変換素子
11、バイアス抵抗12、直流遮断コンデンサ13、トランジ
スタ14、抵抗素子15、トランジスタ16、抵抗17、帰還抵
抗18については、符号の数字20を加算したものが図3に
対応して示され、その構成は同様である。例えば、図1
における光電変換素子11が、図3において光電変換素子
31に対応し、バイアス抵抗12が、バイアス抵抗33にそれ
ぞれ対応する。バイアス抵抗12が請求項1記載のインピ
ーダンス素子に相当する。
【0020】図1において、ベース及びコレクタが光電
変換素子11とバイアス抵抗12とに接続されたトランジス
タ19と、トランジスタ19のエミッタと接地との間に接続
された抵抗20と、抵抗20に並列に接続されたコンデンサ
21が、新規な接続素子である。これらトランジスタ19と
抵抗20とコンデンサ21とで、入力電流を減衰させる減衰
器を構成する。ここでトランジスタ19は前置増幅器とし
ての周波数特性劣化を防ぐために、トランジスタ14と比
較して十分に小さいサイズのトランジスタを使用するこ
とが望ましい。この前置増幅器は、入力信号光が光電変
換素子11に印加され、出力信号はトランジスタ16のエミ
ッタより出力される。
【0021】次に、図1に示す回路の動作について説明
する。光信号としては強度変調されているものとする。
【0022】光電変換素子11の変換効率をk、光電変換
素子11に入力される光の平均電力をPi、強度変調度を
mとする。光電変換素子11には(k×Pi)の直流電流
が流れ、(m×k×Pi)の電流振幅をもった電気信号
に変換される。
【0023】ここで簡単のため、入力電流振幅がΔiの
とき、光電変換素子11に流れている直流電流をIdとす
ると、Idは(式5)により与えられる。 Id=Δi/m …(5)
【0024】ハイアス抵抗12の抵抗値をRbとすると、
バイアス抵抗12に発生する直流電圧は(Rb×Id)と
なるので、トランジスタ19のベース・エミッタ間電圧を
Vbe、抵抗20の抵抗値をReとすると、トランジスタ
19に流れる直流電流Itは、(式6)で与えられる。 It=(Rb×Id−Vbe)/Re …(6)
【0025】よって、トランジスタ19の相互コンダクタ
ンスgmは、電圧をVtとすると、(It/Vt)で与
えられるため、(式7)のように表される。 gm=(Rb×Id−Vbe)/(Re×Vt) …(7)
【0026】(式7)に(式5)を代入すると、gmは
(式8)で与えられる。 gm=(Rb×Δi/m−Vbe)/(Re×Vt) …(8)
【0027】コンデンサ21の容量値を、取り扱う周波数
に対してインピーダンスが十分に小さくなるように設定
すれば、入力線と接地間のインピーダンスは(1/g
m)になると考えて良い。
【0028】(式8)から明らかなように、gmは入力
電流振幅Δiが大きくなるほど、大きい値となることが
判る。このことは、入力電流振幅Δiが大きくなるほ
ど、入力線と接地間のインピーダンス(1/gm)は小
さくなり、入力電流を減衰させる効果が大きくなること
を意味している。
【0029】また、入力電流振幅Δiが小さいとき、g
mは小さい値となり、このことは、入力線と接地間のイ
ンピーダンス(1/gm)は入力電流振幅Δiが小さい
ときに大きくなり、回路に対して影響を与えないことを
意味している。よって雑音特性を劣化させることはな
い。
【0030】図2は、図1の回路と図3の回路とで減衰
器以外の回路を同一構成で、同一素子値のものとし、入
出力特性を比較したもので、2次および3次高調波歪み
特性を含めて示した図である。2次高調波、3次高調波
は、図2において、それぞれ2HD、3HDと表示して
いる。図2により、図1の回路による実線表示は図3の
回路による破線表示と比較して、特に3次高調波曲線が
大入力振幅時において、滑らかな下降曲線となっている
から、高調波歪み成分が低減されていることが判る。
【0031】図6は、図1の回路と図3の回路との雑音
特性の比較図であって、入力換算雑音電流密度の周波数
特性を示したものである。図6から明らかなように、入
力電流が小さいときは、減衰器は回路に対して影響を与
えないために、雑音電流密度がより小さいことが判る。
【0032】
【発明の効果】以上で説明したとおり、本発明の前置増
幅器によれば、入力電流を減衰させる減衰器を備え、こ
の減衰器の特性を入力信号回路において発生する直流電
圧により制御することで、大入力振幅時の歪み特性を改
善することができる。
【0033】また、このような直流電圧により制御する
ため、入力信号のレベルを検出するような回路を新規に
設けることがなく回路構成も簡単となる。
【0034】この前置増幅器は、入力が振幅変化の大き
いパルス信号であるとき、雑音特性を劣化させることな
く動作するため、光通信システムにおいて使用すること
に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す前置増幅器の回路構
成を示す図、
【図2】図2は、図1に示す本発明の実施の形態の回路
と、従来技術による回路との入出力特性を比較した図、
【図3】従来の前置増幅器の構成を示す図、
【図4】従来の他の技術を示す図、
【図5】従来の他の技術を示す図、
【図6】本発明の実施の形態と従来技術との雑音特性を
比較した図である。
【符号の説明】
11、31 光電変換素子 12、15、17、18、20、32、35、45、37、38 抵抗 13、21、33 コンデンサ 14、16、19、34、36、51 トランジスタ 40 可変インピーダンス回路 41 レベル検出回路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年6月14日(2000.6.1
4)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】光通信システムに使用する受信装置で
は、フォトダイオードのような光電変換素子によって光
信号から変換された電流信号を低雑音で且つ低歪みで増
幅するための前増幅器が必要である。その増幅器の特
性として、電源電圧変動や温度変化に対して、トランス
インピーダンスが安定であることも要求される。そのた
め、この種前置増幅器として、トランスインピーダン
スを安定化し、増幅帯域を広くするため、出力電圧を電
流に変換して入力に帰還する負帰還増幅回路が用いられ
ている。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】従来の前置増幅器を例示すると、図3に示
すように、光電変換素子31と、光電変換素子31に直流バ
イアスを与えるためのバイアス抵抗32と、直流遮断用コ
ンデンサ33と、ベースが前記直流遮断用コンデンサ33に
接続され、エミッタが接地されているトランジスタ34
と、トランジスタ34のコレクタと電源との間に接続され
た抵抗35と、ベースがトランジスタ34のコレクタに接続
され、コレクタが電源に接続されたトランジスタ36と、
トランジスタ36のエミッタと接地との間に接続された抵
抗37と、トランジスタ34のベースとトランジスタ36のエ
ミッタとの間に接続された抵抗37と、トランジスタ34の
ベースとトランジスタ36のエミッタとの間に接続された
帰還抵抗38とから構成されており、出力信号はトランジ
スタ36のエミッタより出力される。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0030
【補正方法】変更
【補正内容】
【0030】図2は、図1の回路と図3の回路とで減衰
器以外の回路を同一構成で、同一素子値のものとし、入
出力特性を比較したもので、2次および3次高調波歪み
特性を含めて示した図である。2次高調波、3次高調波
は、図2において、それぞれ2HD、3HDと表示して
いる。図2により、図1の回路による実線表示は図3の
回路による破線表示と比較して、高調波歪み成分が低減
されていることが判る。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0031
【補正方法】変更
【補正内容】
【0031】なお、入力電流が小さいときは、減衰器は
回路に対して影響を与えないために、雑音電流密度が
化してないことが判る。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す前置増幅器の回路構
成を示す図、
【図2】図2は、図1に示す本発明の実施の形態の回路
と、従来技術による回路との入出力特性を比較した図、
【図3】従来の前置増幅器の構成を示す図、
【図4】従来の他の技術を示す図、
【図5】従来の他の技術を示す図である。
【手続補正6】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】削除
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 10/04 10/06

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号を減衰させるインピーダンス素
    子と、増幅段出力端子と増幅段入力端子間とを接続した
    負帰還増幅回路とを具備する前置増幅器において、 前記インピーダンス素子と並列接続され、且つ該インピ
    ーダンス素子の両端子間の信号出力により減衰量が制御
    される信号減衰器を具備することを特徴とする前置増幅
    器。
JP2000170839A 2000-06-07 2000-06-07 前置増幅器 Pending JP2001352223A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7989380B2 (en) 2008-11-26 2011-08-02 Ceradyne, Inc. High resistivity SiC material with B, N and O as the only additions

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7989380B2 (en) 2008-11-26 2011-08-02 Ceradyne, Inc. High resistivity SiC material with B, N and O as the only additions

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