JP2002158547A - 最適な直線性を有する増幅装置 - Google Patents

最適な直線性を有する増幅装置

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JP2002158547A
JP2002158547A JP2001274864A JP2001274864A JP2002158547A JP 2002158547 A JP2002158547 A JP 2002158547A JP 2001274864 A JP2001274864 A JP 2001274864A JP 2001274864 A JP2001274864 A JP 2001274864A JP 2002158547 A JP2002158547 A JP 2002158547A
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JP
Japan
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amplifier
signal
gain
value
present
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JP2001274864A
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English (en)
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Nicolas Constantinidis
ニコラ、コンタンティニディス
Guillaume Crinon
ギヨーム、クリナン
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/08Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
    • H03F1/22Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3211Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in differential amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03F3/60Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
    • H03F3/602Combinations of several amplifiers
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【解決手段】カスケード状に配置された第1および第2
の増幅器AMP1およびAMP2を備えた増幅装置AD
に関し、それぞれの増幅器は、フィードバック・ループ
Zi(ここで、i=1または2)が与えられ、Ai/(1+Ai・
Zi)に等しいゲイン特性Giを有する。本発明によれ
ば、第1の増幅器AMP1のゲイン特性Giの逆数の値
は、第2の増幅器AMP2のゲイン特性G2の3乗の逆
数の値の3倍、即ち、(1/G1)=3/(G2)ほぼ等しい。 【効果】最適な直線性を有する増幅装置ADが提供され
る。増幅装置ADはオーディオやビデオ信号の増幅に適
用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、カスケード状(in cascade)に
配置された第1および第2の増幅器を備えている増幅装
置であって、それぞれの増幅器が、あるゲイン特性を有
し、フィードバック・ループを有する増幅装置に関す
る。
【0002】このような装置は、マグローヒル社(McGr
aw-Hill International)によって出版された、Mr.Serg
io Francoによる“Design with Operational Amplifier
s and Analog Integrated Circuits”というマニュアル
の223ページに記載されている。
【0003】この文書には、その2つの増幅器の間の全
体としての装置のゲインを等しく分配すること、即ち、
装置としてできるだけ大きな通過帯域(passband)を得
るという観点から、第1の増幅器および第2の増幅器の
ゲイン特性に等しい値を割り当てることが推奨されてい
る。
【0004】この文書は、増幅装置の直線性については
触れていない。しかし、信号の増幅が必要とされている
ほとんどの装置において、増幅された信号値は増幅され
た信号値に関して直線的に上昇すべきであり、そのこと
は、信号が伝達する情報を変化させてしまう増幅信号に
おいて生じているひずみの危険性を容認しなければなら
ないことを意味する。
【0005】本発明の目的は、許容できる通過帯域を維
持しつつも、2段からなる増幅装置の直線性の観点にお
ける実行を最適にすることである。
【0006】通過帯域を最適化するために常に推奨され
ていたゲインの分配は増幅装置の最も良い可能性のある
直線性につながるものではない、ということを発明者は
実際に発見した。本発明によれば、初頭の段落において
記載した増幅回路は、第1の増幅器のゲイン特性の逆数
の値が第2の増幅器のゲイン特性を3乗にしたものの逆
数の3倍にほぼ等しいことを特徴とする。
【0007】前述の選択がその増幅装置の直線性の値を
最大にするということをこれから記述する。
【0008】もちろんのこと、第1および第2の増幅器
の多数の実施の形態は、当業者に知られており、可能で
ある。
【0009】これらの実施の形態の1つによると、各増
幅器は、反転演算増幅器(operational inverting ampl
ifier)を含む。
【0010】他の実施の形態によれば、各増幅器は、非
反転演算増幅器を含む。
【0011】さらに他の実施の形態によれば、各増幅器
は、それ自体カスケード状に配置された複数の増幅器を
含み得る。
【0012】本発明の範囲は、無数の用途、例えば、テ
レビ受像器の信号の増幅器やデコーダのハウジング、無
線電話器内部まで含まれるほど広い。このように、本発
明は、無線電気信号(radioelectric signals)を受信
する装置であって、 ・ そのような信号を受信して、その信号を一般に無線
信号と呼ばれている電気信号へ変換するアンテナ・シス
テム、 ・ 無線信号の代表として、いわゆる中間周波数(i
ntermediate frequency)を有する中間信号(intermedi
ate signal)を供給するための周波数コンバータ、 ・ 増幅された中間信号を供給するための請求項1
に記載された増幅装置、 ・ その増幅装置によって供給される信号を復調す
るための復調器および、 ・ 復調された信号を利用するための信号プロセッ
サ、 を有する装置にも関わる。
【0013】本発明のこれらのおよび他の特徴は、限定
されない実施の形態および添付図面において開示され、
説明される。
【0014】図1は、カスケード状に配置された第1お
よび第2の増幅器AMP1およびAMP2を備えた増幅
装置ADを図式的に示す。それぞれの増幅器AMPi
は、ゲインA1を有する増幅段を含み、ループ・ゲイン
Z1を有するフィードバック・ループが設けられてい
る。それぞれの増幅器AMP1は、このように、Ai/(1+
Ai・Zi)に等しいゲイン特性Giを有する。Ai/(1+Ai
・Zi)は、出力信号とこの増幅器AMPiの入力信号と
間の振幅の比率として定義される。
【0015】発明者は、増幅装置ADの直線性LINが次
の式から導かれ得ることを発見した。
【0016】(1/LIN)2=(1/LIN1)2+(G1/LIN2) ここで、LINiはI番目の増幅器(ith amplifier)の直
線性であり、次のように表現され得る。
【0017】LINi=(LINAi)・(Ai・Zi)3/2 LINAiは増幅器Aiに含まれる増幅段での直線性であ
る。
【0018】第1および第2の増幅器の増幅段が類似し
ており、それらのゲイン特性が互いに等しくかつAに等
しく、その値はループのゲイン値Z1およびZ2に比較し
て大きく、即ち、それぞれの増幅器AMPiのゲイン特
性Giが1/Ziに等しい場合に、 (1/LIN)2=(1/LINA・A)・[(1/Z1)+(G1/Z
2)] を先の式から導き出すことができる。
【0019】Z=Z1・Z2であると仮定した場合、LIN2
=K・[(Z1)/(Z1+Z)]である。ここで、
Kは本実施の形態において影響のない定数である。
【0020】前述の装置を考えたときに増幅装置のゲイ
ンが固定されるので、先の式のZ1に関する導関数は、
(K/D)Z・Z1・[3Z−Z1]となり、ここで、D
は分母を表し、その値は常に正の値である。
【0021】上記した導関数は、Z1<(3Z1/4
の場合には正であり、Z1>(3Z1/4の場合には
負である。このように、Z1=(3Z1/4の値に対
応して、即ち、Z1=3・(Z2)または(1/G1)=3/
(G2)の値にも対応して、増幅装置の直線性LINの最
大になる。
【0022】このように、第2の増幅器AMP2のゲイ
ン特性G2を3乗にしたものの逆数の3倍が、第1の増幅
器AMP1のゲイン特性G1の逆数の値として選択され
た場合には、増幅装置ADは最適な直線性を有する。
【0023】本実施の形態によれば、増幅装置ADの全
ゲインの値が20dBに設定された場合には、前述の仮定を
考慮すると、G1・G2=10、従って、Z=Z1・Z2=0.
1を意味する。
【0024】増幅装置ADの最大の直線性LINは、Z1=
0.234、つまり、Z2=0.427としたときに得られる。従
って、第1の増幅器AMP1のゲインG1の値は4.27に
近付き、一方で、第2の増幅器AMP2のゲインG2の
値は2.34に近付く。
【0025】公知の装置において、2つの増幅器AMP
1およびAMP2の間の装置の全ゲインを等しく分配す
ることが推奨された場合には、前述の増幅器のそれぞれ
のゲインの値は3.33付近になり、その値では増幅装置は
最も良い可能性のある直線性を得ることはできないであ
ろう。
【0026】しかし、本発明により推奨される第1およ
び第2の増幅器AMP1およびAMP2のゲインの値
は、本発明による装置の通過帯域の幅が容認できるほど
に公知の装置において推奨されてきた値に近い。
【0027】図2は、本発明による増幅装置ADの実施
の形態の機能についての回路である。本実施の形態によ
れば、各増幅器AMPiは反転演算増幅器AOiを含む。
【0028】実際には、各演算増幅器AOiは、本実施
の形態においてグランドを形成する基準電圧端子に接続
された非反転入力端子と、第1の抵抗器Ri1を介して増
幅器AMPiの入力に接続され、演算増幅器AOiの出力
によって形成された増幅器AMPiの出力に第2の抵抗
器Ri2を介して接続された反転入力端子とを備えてい
る。
【0029】本実施の形態によれば、それぞれの増幅器
AMPiのゲイン特性Giの絶対値はRi2/Ri1と表され
ることは公知である。本発明による前述した実施の形態
に戻り、次の比率が増幅装置ADの最適な直線性を得る
ために選択される。即ち、R12/R11=4.27およびR22
/R21=2.34である。
【0030】図3は、本発明による増幅装置ADの他の
実施の形態による機能を示す回路図である。本実施の形
態において、それぞれの増幅器AMPiは非反転演算増
幅器AOiを備える。
【0031】実際には、それぞれの非反転演算増幅器A
Oiは、増幅器AMPiの入力を形成する非反転入力端子
と、本実施の形態においてグランドを形成する基準電圧
端子に第1の抵抗器Ri1を介して接続され、演算増幅器
AOiの出力によって形成された増幅器AMPiの出力に
第2の抵抗器Ri2を介して接続された反転入力端子とを
備えている。
【0032】本実施の形態によれば、それぞれの増幅器
AMPiのゲイン特性Giは、1+(Ri2/Ri1)と表され
ることは公知である。本発明による前述した実施の形態
に戻り、次の比率が増幅装置ADの最適な直線性を得る
ために選択される。即ち、R12/R11=3.27およびR22
/R21=1.34である。
【0033】図4は、第1の増幅器AMP1のゲイン特
性G1の変化の関数として図1に示された増幅装置にお
ける直線性LINの変化を示す。非対称のカップ型のよう
な形状のこの曲線は、増幅器の全ゲインが20dBで固定さ
れ、即ち、0<G1<10である場合に、ここで示す場合に
おいてはG1=4.27の最大値を有する。
【0034】図5は、本発明の多くの可能な実施の形態
のうちの1つを示す。この図は、無線電気信号を受信す
るための装置であって、 ・ このような信号を受信して、その信号を一般に無線
信号と呼ばれている電気信号へ変換するアンテナ・シス
テム、 ・ 無線信号の代表として、いわゆる中間周波数を
有する中間信号を供給するための周波数コンバータFC
ONV、 ・ 増幅された中間信号を供給するための上述され
た増幅装置AD、 ・ 増幅装置ADによって供給される信号を復調す
るための復調器DEMおよび、 ・ 復調された信号を利用するための信号プロセッ
サPU、を有する装置を示す。
【0035】本発明による増幅器ADを使用することに
よって、信号プロセッサPUによって受信された信号に
ひずみをなくし、信号プロセッサPUは、当初に伝搬さ
れた情報と一致するこれらの信号から情報を抜き出すこ
とが確実に可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が実施された場合の増幅装置の回路図。
【図2】本発明による実施の形態における機能を示す回
路図。
【図3】本発明による他の実施の形態における機能を示
す回路図。
【図4】第1の増幅器のゲインの機能として直線的変化
を意味する曲線を示した図。
【図5】本発明が実施された場合の受信器を示した機能
の回路図。
フロントページの続き (71)出願人 590000248 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, Th e Netherlands (72)発明者 ギヨーム、クリナン フランス国ドゥーブル、ラ、ドリブラン ド、リュ、デ、スマーユ、6 Fターム(参考) 5J069 AA01 AA47 CA21 FA12 HA25 KA01 KA32 KA34 KA55 MA08 MA11 SA13 TA01 TA02 5J090 AA01 AA47 CA21 DN02 FA12 GN01 GN06 HA25 KA01 KA32 KA34 KA55 MA08 MA11 MN01 SA13 TA01 TA02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カスケード状に配置された第1および第2
    の増幅器を備え、 それぞれの増幅器はゲイン特性を有し、フィードバック
    ・ループが設けられ、 前記第1の増幅器のゲイン特性の逆数の値は、前記第2
    の増幅器のゲイン特性を3乗にしたものの逆数の3倍にほ
    ぼ等しいことを特徴とする増幅装置。
  2. 【請求項2】それぞれの増幅器は反転演算増幅器を有す
    ることを特徴とする請求項1に記載の増幅装置。
  3. 【請求項3】それぞれの増幅器は非反転演算増幅器を有
    することを特徴とする請求項1に記載の増幅装置。
  4. 【請求項4】前記信号を受信して、該信号を一般に無線
    信号と呼ばれている電気信号へ変換するアンテナ・シス
    テムと、 無線信号の代表として、いわゆる中間周波数を有する中
    間信号を供給するための周波数コンバータと、 増幅された中間信号を供給するための請求項1に記載さ
    れた増幅装置と、 前記増幅装置によって供給される前記信号を復調するた
    めの復調器と、 復調された信号を利用するための信号プロセッサと、を
    備えた無線電気信号を受信する装置。
JP2001274864A 2000-09-12 2001-09-11 最適な直線性を有する増幅装置 Pending JP2002158547A (ja)

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