JP2002280850A - 可変利得増幅回路 - Google Patents
可変利得増幅回路Info
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Abstract
ンジスタのエミッタ面積の比との積で決定され、出力端
子における直流電位の変動が少ない可変利得増幅回路を
提供する。 【解決手段】 利得制御差動回路A2として、入力差動
回路A1の第1、第2の差動出力電流で各々駆動される
第2差動回路と第3駆動回路を設ける。第2差動回路は
エミッタ結合されたトランジスタ13、15、17、1
9を持ち、第3差動回路はエミッタ結合されたトランジ
スタ14、16、18、20を持つ。利得制御電圧Vd
は、トランジスタ13、14の結合ベースと、トランジ
スタ15〜20の結合ベースの間に印加する。トランジ
スタ13、17、20のコレクタ電流を直列接続の負荷
抵抗器31、33に流し、トランジスタ15のコレクタ
電流を負荷抵抗器33に流す。トランジスタ14、1
8、19のコレクタ電流を直列接続の負荷抵抗器32、
34に流し、トランジスタ16のコレクタ電流を負荷抵
抗器34に流す。トランジスタ13と14のコレクタ間
から出力電圧VOUTを取り出す。
Description
に関し、さらに言えば、広い利得可変幅を有するととも
に、低周波の入力信号に対して直流結合が可能な(つま
り容量結合が不要な)可変利得増幅回路に関する。
Access)などの移動体通信方式では、移動局と基地局
との間の距離に応じて電力制御を行なうため、当該方式
で使用される携帯端末には80dB以上にわたる高精度
の送信電力制御特性が必要とされる。また、近年、この
種の携帯端末には、長い通話可能時間や良好な通話品質
だけでなく、小型で軽量であることも、商品価値を左右
する重要な要素となっている。このため、この種の携帯
端末では、従来、利得可変幅や消費電流、ノイズ、歪み
を各々最適化した複数段の可変利得増幅回路を縦続接続
することにより、これらの要求を満たしている。その例
を図14に示す。
路(Valuable Gain Amplifier, VGA)201の次
に、レベルシフタ回路203と、容量素子からなる結合
回路204とを介して、第2段の可変利得増幅回路20
2が接続されている。一対の入力端子INとINXの間
に入力電圧VINが差動入力され、第1段の可変利得増幅
回路201はそれを増幅して出力電圧VOUT’として出
力する。レベルシフタ回路203は、こうして出力され
た出力電圧VOUT’の直流電位を調整する。結合回路2
04は、その出力電圧VOUT’の直流分をカットして電
圧VIN’を生成する。こうして生成された電圧VIN’
は、バイアス回路205によって生成された所定のバイ
アス電圧と共に、第2段の可変利得増幅回路202に入
力される。第2段の可変利得増幅回路202は、電圧V
IN’を増幅して出力電圧VOUTを一対の出力端子OUT
とOUTXの間に生成する。
回路の例としては、特開平11−136051号公報、
特開平11−055054号公報、特開平11−239
034号公報に記載されているものが挙げられる。以
下、これら従来の回路について説明する。
051号公報に記載された可変利得増幅回路を示す。
幅回路は、エミッタ結合された二個のnpn型バイポー
ラ・トランジスタ51、52と定電流源49を含む入力
差動回路A1と、四個のnpn型バイポーラ・トランジ
スタ53、54、55、56を含む利得制御差動回路A
2と、六個の負荷抵抗器71、72、73、74、7
5、76とを備えている。この可変利得増幅回路は、電
源端子47と接地端子48との間に接続されており、一
対の利得制御端子41、42間に入力される利得制御電
圧Vdに従って、一対の入力端子43、44間に入力さ
れる入力電圧VINを差動増幅し、一対の出力端子45、
46間に出力電圧VOUTを出力する。
と52の結合エミッタが定電流源49の一端に接続され
ており、それらのベースが入力端子43と44にそれぞ
れ接続されている。定電流源49の他端は接地端子48
に接続されている。
53と55の結合エミッタが、入力差動回路A1のトラ
ンジスタ51のコレクタに接続され、トランジスタ54
と56の結合エミッタが、入力差動回路A1のトランジ
スタ52のコレクタに接続されている。トランジスタ5
3と54のベースは、利得制御端子41に共通接続さ
れ、トランジスタ55と56のベースは、利得制御端子
42に共通接続されている。トランジスタ53と55の
コレクタは、負荷抵抗器71と73を介して電源端子4
7にそれぞれ接続されている。トランジスタ54と56
のコレクタは、負荷抵抗器72と74を介して電源端子
47にそれぞれ接続されている。換言すれば、負荷抵抗
器71と73は、トランジスタ53と55のコレクタと
電源端子47との間に各々接続され、負荷抵抗器72と
74は、トランジスタ54と56のコレクタと電源端子
47との間に各々接続されている。さらに、トランジス
タ53と55のコレクタの間には、負荷抵抗器75が接
続され、トランジスタ54と56のコレクタの間には、
負荷抵抗器76が接続されている。
のコレクタに接続され、他方の出力端子46は、トラン
ジスタ54のコレクタに接続されている。
幅回路は、次のように動作する。
に差動入力される入力電圧VINは、入力差動回路A1に
おいてトランジスタ51と52によって二個の差動電流
に変換される。そして、一方の差動電流は、利得制御差
動回路A2のトランジスタ53と55の結合エミッタに
入力される。他方の差動電流は、利得制御差動回路A2
のトランジスタ54と56の結合エミッタに入力され
る。こうして利得制御差動回路A2に入力された二個の
差動電流は、一対の利得制御端子41と42の間に入力
される利得制御電圧Vdに従って、トランジスタ53と
55のコレクタとトランジスタ54と56のコレクタに
それぞれ分配される。
スタ53、54、55、56のコレクタ電流の交流成分
を各々、iCQ3、iCQ4、iCQ5、iCQ6とし、トランジス
タ51、52のコレクタ電流の交流成分を各々i0、−
i0とすると、iCQ3、iCQ4、iCQ5、iCQ6は次の数式
(1a)、(1b)で表される。
タ電流の交流成分iCQ3とiCQ5によって生成される二つ
の出力電圧における負荷抵抗器71、73、75の抵抗
値の寄与分RL3、RL5を求めるために、全交流成分io
に対するiCQ3とiCQ5の比を以下の数式(2a)と(2
b)のように設定する。
々R1、R3、R2とすると、iCQ3によって生成される出
力電圧に対する負荷抵抗器71、73、75の寄与分R
L3と、iCQ5によって生成される出力電圧に対する負荷
抵抗器71、73、75の寄与分RL5は、それぞれ次の
数式(3a)、(3b)のように表される。
るRL3とRL5の和が、入力差動回路A1に対する等価的
な負荷抵抗値と考えることができる。そこで、この等価
的な負荷抵抗値をRLeqとすれば、RLeqは数式(3
a)、(3b)より次の数式(4)のようになる。
タンスをGmとすれば、入力差動回路A1の利得Gは、
次の数式(5)で表される。
利得増幅回路の最大利得Gmaxと最小利得Gminは、各
々、次の数式(6a)、(6b)のように表される。
路の利得可変幅ΔGは、数式(6a)、(6b)を用い
て次の数式(7)で与えられる。
幅回路の利得可変幅ΔGは、負荷抵抗器73、74、7
5、76の抵抗値R2、R3の比のみで決定されることが
分かる。
OUT(DC)は、上記数式(5)を用いて次の数式(8)で
与えられる。
力直流電位VOUT(DC)は、上記数式(8)を用いて、各
々次の数式(9a)、(9b)のように表される。
従来の可変利得増幅回路では、利得可変幅ΔGを大きく
すると、つまり数式(7)における抵抗値の比[1+
(R2/R3)]を大きくすると、出力端子46の直流電
位VOUT(DC)の変動が大きくなることが分かる。
回路の利得制御電圧−利得制御特性および利得制御電圧
−出力直流電位特性の一例を示す。利得Gの変化を実線
で、出力直流電位VOUT(DC)の変化を破線で示してあ
る。
3と74、75と76の抵抗値R1、R2、R3を各々2
30Ω、23Ω、2300Ωとし、トランジスタ51、
52のエミッタ電流I0を各々1mAとしている。この
場合、利得可変幅ΔGは約40dB、最大利得Gmaxは
約12dBである。また、出力端子46の直流電位VO
UT(DC)の変動は、約207mVとかなり大きな値となっ
ている。
054号公報に記載された従来の可変利得増幅回路を示
す。
した従来の可変利得増幅回路と同じ構成の入力差動回路
A1と、六個のnpn型バイポーラ・トランジスタ6
3、64、65、66、67、68を含む利得制御差動
回路A2と、四個の負荷抵抗器81、82、83、84
とを備えている。この可変利得増幅回路は、図7に示し
た従来の可変利得増幅回路と同様に、電源端子47と接
地端子48との間に接続されており、一対の利得制御端
子41、42間に入力される利得制御電圧Vdに従っ
て、一対の入力端子43、44間に入力される入力電圧
VINを差動増幅し、一対の出力端子45、46間に出力
電圧VOUTを出力する。
図7のそれと同じであるから、それらに関する説明は省
略する。
ジスタ63と65と67の結合エミッタが、入力差動回
路A1のトランジスタ51のコレクタに接続され、トラ
ンジスタ64と66と68の結合エミッタが、入力差動
回路A1のトランジスタ52のコレクタに接続されてい
る。トランジスタ63と64のベースは、利得制御端子
41に共通接続され、トランジスタ65と66と67と
68のベースは、利得制御端子42に共通接続されてい
る。トランジスタ63のコレクタは、直列接続された負
荷抵抗器81と83を介して電源端子47に接続され、
トランジスタ65のコレクタは、負荷抵抗器83を介し
て電源端子47に接続されている。トランジスタ64の
コレクタは、直列接続された負荷抵抗器82と84を介
して電源端子47に接続され、トランジスタ66のコレ
クタは、負荷抵抗器84を介して電源端子47に接続さ
れている。トランジスタ67と68のコレクタは、負荷
抵抗器を介さずに直接、電源端子47に接続されてい
る。換言すれば、負荷抵抗器81は、トランジスタ63
のコレクタとトランジスタ65のコレクタの間に接続さ
れ、負荷抵抗器83は、トランジスタ65のコレクタと
電源端子47の間に接続されている。負荷抵抗器82
は、トランジスタ64のコレクタとトランジスタ66の
コレクタの間に接続され、負荷抵抗器84は、トランジ
スタ66のコレクタと電源端子47の間に接続されてい
る。
のコレクタに接続され、他方の出力端子46は、トラン
ジスタ64のコレクタに接続されている。
互いに同一であり、トランジスタ65と66のエミッタ
面積も互いに同一であり、トランジスタ67と68のエ
ミッタ面積も互いに同一である。トランジスタ63と6
4のエミッタ面積とトランジスタ65、66のエミッタ
面積とトランジスタ67、68のエミッタ面積との比は
任意であり、ここではl:m:nに設定されているとす
る(l、m、nは正の定数)。
一(R1)であり、負荷抵抗器83、84の抵抗値も互
いに同一(R2)である。R1とR2との比は任意であ
る。
うに動作する。
3、64、65、66、67、68のコレクタ電流の交
流成分を各々iCQ3、iCQ4、iCQ5、iCQ6、iCQ7、i
CQ8とし、入力差動回路A1のトランジスタ51、52
のコレクタ電流の交流成分を各々iO、−iOとすると、
iCQ3、iCQ4、iCQ5、iCQ6、iCQ7、iCQ8は次の数式
(10a)、(10b)、(10c)で与えられる。
電流の交流成分iCQ3とiCQ5による出力電圧における負
荷抵抗器81と83の抵抗値の寄与分RL3とRL5は、次
のようにして求められる。
iCQ3とiCQ5の比を、次の数式(11a)、(11b)
のように設定する。
タ電流の交流成分iCQ7とiCQ8は出力に寄与しないため
無視できるから、負荷抵抗器81、83の抵抗値の寄与
分R L3、RL5は次の数式(12a)、(12b)のよう
に表される。
抗値RLeqは、負荷抵抗器81、83の抵抗値の寄与分
RL3とRL5の和で与えられるから、数式(12a)、
(12b)を用いると、次の数式(13)のようにな
る。
Gmとおくと、図9の従来の可変利得増幅回路の利得G
は、数式(13)を用いて次の数式(14)で与えられ
る。
大利得Gmaxと最小利得Gminは、各々、次の数式(15
a)、(15b)のようになる。
いて、その利得可変幅ΔGは次の数式(16)で与えら
れる。
増幅回路では、利得可変幅ΔGは、抵抗値の比[1+
(R2/R1)]と利得制御差動回路A2のトランジスタ
のエミッタ面積比[l+(n/m)]との積で決まるこ
とが分かる。
OUT(DC)は、次の数式(17)で与えられる。
力直流電位は、数式(17)を用いて、次の数式(18
a)、(18b)のように表される。
(16)で与えられる利得可変幅ΔGを大きくすると、
つまりエミッタ面積比[1+(n/m)]を大きくする
と、出力端子の直流電位VOUT(DC)の変動が大きくなる
ことが分かる。
幅回路の利得制御電圧−利得制御特性および利得制御電
圧−出力直流電位特性の一例を示す。利得Gの変化を実
線、出力端子の直流電位VOUT(DC)の変化を破線で示し
ている。
と84の抵抗値R1、R2を各々200Ω、20Ωとし、
トランジスタ63、65、67のエミッタ面積比を1:
1:8とし、トランジスタ64、66、68のエミッタ
面積比を同じく1:1:8とし、トランジスタ51、5
2のエミッタ電流I0を各々1mAとしている。この場
合、利得可変幅ΔGは約40dBであり、最大利得G
maxは約12.5dBである。出力直流電位VOUT(DC)の
変動は、約217mVと大きな値になっている。
9034号公報に記載された従来の可変利得増幅回路を
示す。
示した従来の可変利得増幅回路と同じ構成の入力差動回
路A1と、六個のnpn型バイポーラ・トランジスタ9
3、94、95、96、97、98を含む利得制御差動
回路A2と、二個の負荷抵抗器101、102とを備え
ている。この可変利得増幅回路は、図7に示した従来の
可変利得増幅回路と同様に、電源端子47と接地端子4
8との間に接続されており、一対の利得制御端子41、
42間に入力される利得制御電圧Vdに従って、一対の
入力端子43、44間に入力される入力電圧VINを差動
増幅し、一対の出力端子45、46間に出力電圧VOUT
を出力する。
93と95と97のエミッタが、入力差動回路A1のト
ランジスタ51のコレクタに共通接続され、トランジス
タ94と96と98のエミッタが、入力差動回路A1の
トランジスタ52のコレクタに共通接続されている。ト
ランジスタ93と94のベースは、利得制御端子41に
共通接続され、トランジスタ95と96と97と98の
ベースは、利得制御端子42に共通接続されている。ト
ランジスタ93のコレクタは、負荷抵抗器101を介し
て電源端子47に接続され、トランジスタ95のコレク
タも、負荷抵抗器101を介して電源端子47に接続さ
れている。トランジスタ97のコレクタは、負荷抵抗器
102を介して電源端子47に接続されている。トラン
ジスタ94のコレクタは、負荷抵抗器102を介して電
源端子47に接続され、トランジスタ96のコレクタ
も、負荷抵抗器102を介して電源端子47に接続され
ている。トランジスタ98のコレクタは、負荷抵抗器1
01を介して電源端子47に接続されている。換言すれ
ば、負荷抵抗器101は、トランジスタ93、95、9
8の結合コレクタと電源端子47の間に接続され、負荷
抵抗器102は、トランジスタ94、96、97の結合
コレクタと電源端子47の間に接続されている。
3、95、98の結合コレクタに接続され、他方の出力
端子46は、トランジスタ94、96,97の結合コレ
クタに接続されている。
同一であり、トランジスタ95と96のエミッタ面積も
同一であり、トランジスタ97と98のエミッタ面積も
同一である。トランジスタ95と96のエミッタ面積
は、トランジスタ97と98のエミッタ面積よりも大き
い。トランジスタ93と94のエミッタ面積とトランジ
スタ95、96のエミッタ面積とトランジスタ97、9
8のエミッタ面積との比は任意であり、ここではl:
m:nに設定されているとする(l、m、nは正の定
数)。
いに同一(R1)である。
ように動作する。
3、94、95、96、97、98のコレクタ電流の交
流成分を各々iCQ3、iCQ4、iCQ5、iCQ6、iCQ7、i
CQ8とし、入力差動回路A1のトランジスタ51、52
のコレクタ電流の交流成分を各々iO、−iOとすると、
iCQ3、iCQ4、iCQ5、iCQ6、iCQ7、iCQ8は次の数式
(19a)、(19b)、(19c)で与えられる。
交流成分iCOは、数式(19a)、(19b)、(19
c)を用いて、次の数式(20)で与えられる。
A1に対する等価的な負荷抵抗値R Leqは、次の数式
(21)で与えられる。
Gmとすると、図11の可変利得増幅回路の利得Gは、
数式(21)を用いて次の数式(22)で与えられる。
幅回路の最大利得Gmaxと最小利得Gminは、各々、次の
数式(23a)、(23b)で与えられる。
a)、(23b)を用いて、次の数式(24)で与えら
れる。
得増幅回路では、利得可変幅ΔGは、利得制御差動回路
A2のトランジスタのエミッタ面積比[(m+n)/
(m−n)]で決まることが分かる。
レクタ電流の直流成分ICQ3、ICQ5、ICQ8は、次の数
式(25a)、(25b)、(25c)で与えられる。
OUT(DC)は、数式(25a)、(25b)、(25c)
を用いて次の数式(26)で与えられる。
得増幅回路では、出力端子の直流電位VOUT(DC)は、利
得Gを変化させても変動しないことが分かる。
路の利得制御電圧−利得制御特性および利得制御電圧−
出力直流電位特性の一例を示す。利得Gの変化を実線、
出力直流電位VOUT(DC)の変化を破線で示している。
抵抗値R1を220Ωとし、トランジスタ93、95、
97のエミッタ面積比を45:45:44、トランジス
タ94、96、98のエミッタ面積比を同じく45:4
5:44とし、トランジスタ51、52のエミッタ電流
I0を各々1mAとしている。この場合、利得可変幅Δ
Gは約39dB、最大利得Gmaxは約12.5dBであ
る。出力直流電位VOUT (DC)の変動は見られない。
て、次のものがある。すなわち、特開平8−51326
号公報には、利得制御の際に出力直流電位の変動しな
い、バイポーラ・トランジスタを利用した利得制御回路
が開示されている。また、特開平3−153113号公
報には、利得を調整しても出力信号の直流変動がない、
バイポーラ・トランジスタを利用した可変利得増幅器が
開示されている。
来の可変利得増幅回路にはそれぞれ、次のような問題が
ある。
上記の数式(7)で与えられる利得可変幅ΔGを大きな
値に設定しようとすると、ペレットサイズ(半導体チッ
プのサイズ)が大きくなってしまう、という問題があ
る。これは、利得可変幅ΔGを大きくするには、数式
(7)より明らかなように、抵抗値の比[1+(R2/
R3)]の値を大きくしなければならないからである。
器を通常の集積回路(IC)プロセスで実現しようとす
れば、負荷抵抗器の面積(チップエリア)が非常に大き
くなる。その結果、負荷抵抗器の面積に応じてペレット
サイズが大きくなる。
るように、利得制御信号Vdによって利得Gを最大にし
た場合と最小にした場合とでは、出力直流電位V
OUT(DC)が大きく異なる。このため、例えば、図13に
示すように、結合回路204を介さずに、レベルシフタ
回路203のみを用いて縦続接続された2段の可変利得
増幅回路201と202として、図7の可変利得増幅回
路を使用すると、第2段の可変利得増幅回路202にお
いて入力差動回路A1のトランジスタ51、52が飽和
状態で動作する恐れが生じる。
うに、容量素子を含む結合回路204を介して段間を結
合すると共に、第2段の入力差動回路A1用に改めてバ
イアス回路205が必要となる。つまり、それらの結合
回路204とバイアス回路205が占有する面積の分だ
けペレットサイズが大きくなるのである。
も、図7の従来の可変利得増幅回路と同様に、結合回路
204とバイアス回路205の面積だけペレットサイズ
が大きくなる、という問題がある。
では、数式(16)から分かるように、利得可変幅ΔG
が抵抗値の比[l+(R2/R3)]と利得制御差動回路
A2のトランジスタのエミッタ面積比[l+(n/
m)]との積で決まる。このため、大きな利得可変幅Δ
Gは、抵抗値比[l+(R2/R3)]だけでなく、エミ
ッタ面積比[l+(n/m)]を大きくすることによっ
ても実現できる。よって、図7の回路に比べて、ペレッ
トサイズの増加は抑制できる。
明らかなように、エミッタ面積比[l+(n/m)]を
大きくすると、それに応じて出力直流電位VOUT(DC)の
変動が大きくなってしまう。このため、図9の回路にお
いても、図7の可変利得増幅回路の持つ出力直流電位V
OUT(DC)の変動に関する問題を解消することはできな
い。
回路では、図7と図9の従来の可変利得増幅回路とは異
なり、出力直流電位VOUT(DC)の変動がないため、図1
3のように段間を直流結合できる。よって、結合回路2
04とバイアス回路205は不要となる。その反面、大
きな利得可変幅ΔGを得るには、数式(24)より明ら
かなように、トランジスタのエミッタ面積比[(m+
n)/(m−n)]を大きくする必要がある。
エミッタ面積がわずかに異なる2つの小トランジスタ
で、所望のエミッタ面積比[(m+n)/(m−n)]
を実現することは難しい。そこで、実際には、最小エミ
ッタ面積のトランジスタを複数個並べるか、または、僅
かにエミッタ面積の異なる二つの大きいトランジスタを
用いて実現することになる。
においても、図7の可変利得増幅回路の持つペレットサ
イズに関する問題を解消することはできない。
幅回路は、入力周波数の低い中間周波数(IF)増幅段
において必要性が高いため、この場合には上記問題の解
決はより重要なものになる。
のであり、その目的とするところは、ペレットサイズを
増大することなく大きな利得可変幅が得られ、しかも出
力端子における直流電位の変動も抑制できる可変利得増
幅回路を提供することにある。
抗器の抵抗値の比とトランジスタのエミッタ面積の比と
の積で決定され、しかも出力端子における直流電位の変
動が少ない可変利得増幅回路を提供することにある。
変幅に設定しながら、直流結合して複数段に縦続接続で
きる可変利得増幅回路を提供することにある。
接続する場合にペレットサイズの増加を抑制できる可変
利得増幅回路を提供することにある。
するために、本発明の可変利得増幅回路は、(a) 一
対の入力端子と、(b) 一対の利得制御端子と、
(c) エミッタ結合された第1トランジスタと第2ト
ランジスタを有し、且つ、定電流により駆動されて、前
記一対の入力端子間に印加される入力電圧に応じて、前
記第1トランジスタのコレクタと前記第2トランジスタ
のコレクタにそれぞれ第1出力電流と第2出力電流を生
成する第1差動回路と、(d) エミッタ結合された第
3トランジスタ、第5トランジスタ、第7トランジスタ
および第9トランジスタを有すると共に、前記第1差動
回路の前記第1出力電流で駆動される第2差動回路と、
(e) エミッタ結合された第4トランジスタ、第6ト
ランジスタ、第8トランジスタおよび第10トランジス
タを有すると共に、前記第1差動回路の前記第2出力電
流で駆動される第3差動回路と、(f) 前記第2差動
回路の前記第3トランジスタのコレクタに接続された、
互いに直列接続された第1負荷抵抗器および第3負荷抵
抗器と、(g) 前記第3差動回路の前記第4トランジ
スタのコレクタに接続された、互いに直列接続された第
2負荷抵抗器および第4負荷抵抗器とを備えており、前
記第2差動回路の前記第5トランジスタのコレクタは、
前記第1負荷抵抗器と前記第3負荷抵抗器の接続点に接
続され、前記第2差動回路の前記第7トランジスタのコ
レクタは、前記第3トランジスタのコレクタに接続さ
れ、前記第2差動回路の前記第9トランジスタのコレク
タは、前記第3差動回路の前記第4トランジスタのコレ
クタに接続され、前記第3差動回路の前記第6トランジ
スタのコレクタは、前記第2負荷抵抗器と前記第4負荷
抵抗器の接続点に接続され、前記第3差動回路の前記第
8トランジスタのコレクタは、前記第4トランジスタの
コレクタに接続され、前記第3差動回路の前記第10ト
ランジスタのコレクタは、前記第2差動回路の前記第3
トランジスタのコレクタに接続され、前記一対の利得制
御端子間に印加される利得制御電圧は、前記第2差動回
路の第3トランジスタおよび前記第3差動回路の第4ト
ランジスタの結合されたベースと、前記第2差動回路の
第5トランジスタ、第7トランジスタ、第9トランジス
タおよび前記第3差動回路の第6トランジスタ、第8ト
ランジスタおよび第10トランジスタの結合されたベー
スとの間に印加され、前記第2差動回路の前記第3トラ
ンジスタのコレクタと、前記第3差動回路の前記第4ト
ランジスタのコレクタは、一対の出力端子を形成してい
て、出力電圧は前記一対の出力端子から取り出されるよ
うにしている。
エミッタ結合された第1および第2のトランジスタを有
し、且つ、定電流により駆動されて、一対の入力端子間
に印加される入力電圧に応じて、それら第1および第2
のトランジスタのコレクタにそれぞれ第1出力電流と第
2出力電流を生成する第1差動回路を有している。そし
て、それら第1および第2の出力電流により、エミッタ
結合された第3、第5、第7および第9のトランジスタ
を有する第2差動回路と、エミッタ結合された第4、第
6、第8および第10のトランジスタを有する第3差動
回路をそれぞれ駆動する。
および第9のトランジスタのベースと、第3差動回路の
第4、第6、第8および第10のトランジスタのベース
は、上記のように接続されていて、一対の利得制御端子
間に印加される利得制御電圧は、それらベースの間に印
加される。第2差動回路と第3差動回路は、こうして印
加された利得制御電圧に応じてそれぞれ出力電流を生成
し、それら出力電流が上記のように接続された第1負荷
抵抗器および第3負荷抵抗器と第2負荷抵抗器および第
4負荷抵抗器によって電圧にそれぞれ変換されて、一対
の出力端子から出力電圧として取り出される。
(入力電圧に対する出力電圧の比)の利得可変幅(利得
の最小値に対する最大値の比)は、第1〜第4の負荷抵
抗器の抵抗値の比と、第2および第3の差動回路を構成
する第3〜第10のトランジスタのエミッタ面積の比と
の積で表される。しかも、利得可変幅を大きくしても、
一対の出力端子における直流電位の変動は小さい、ある
いはまったく生じない。
く大きな利得可変幅が得られ、しかも出力端子における
直流電位の変動も抑制できる。また、このために、大き
な利得可変幅に設定しながら、直流結合して複数段に縦
続接続することが可能となる。よって、当該可変利得増
幅回路を複数段に縦続接続した場合にも、ペレットサイ
ズの増加を抑制できる。
しい例では、前記第2差動回路が第11バイポーラ・ト
ランジスタをさらに含むと共に、前記第3差動回路が第
12バイポーラ・トランジスタをさらに含む。前記第1
1トランジスタのエミッタ、ベース、コレクタは、前記
第3、第5、第7および第9のトランジスタの結合エミ
ッタと、前記第3トランジスタのベースと、前記第5ト
ランジスタのコレクタにそれぞれ接続され、前記第12
トランジスタのエミッタ、ベース、コレクタは、前記第
4、第6、第8および第10のトランジスタの結合エミ
ッタと、前記第4トランジスタのベースと、前記第6ト
ランジスタのコレクタにそれぞれ接続される。この例で
は、前記一対の出力端子における直流電位の変動をゼロ
に設定できる利点がある。
例では、前記第1差動回路の前記第1トランジスタと前
記第2トランジスタのエミッタが、前記第1差動回路を
駆動する前記定電流を生成する共通の定電流源に共通に
接続される。この場合、前記第1トランジスタと前記第
2トランジスタがそれぞれ第1エミッタ帰還抵抗器と第
2エミッタ帰還抵抗器を有するのが好ましい。
例では、前記第1差動回路の前記第1トランジスタと前
記第2トランジスタのエミッタが、前記第1差動回路を
駆動する前記定電流を生成する第1定電流源と第2定電
流源にそれぞれ接続される。この場合、前記第1トラン
ジスタのエミッタと前記第2トランジスタのエミッタの
間に、共通のエミッタ帰還抵抗器が接続されるのが好ま
しい。
ましい例では、前記第3トランジスタと前記第4トラン
ジスタのエミッタ面積は同一とされ、前記第5トランジ
スタと前記第6トランジスタのエミッタ面積は同一とさ
れ、前記第7トランジスタと前記第8トランジスタと前
記第9トランジスタと前記第10トランジスタのエミッ
タ面積は同一とされる。また、前記第3トランジスタの
エミッタ面積と、前記第5トランジスタエミッタ面積
と、前記第7トランジスタのエミッタ面積は、l:m:
nに設定される(l、m、nはそれぞれ任意の正の定
数)。
ましい例では、前記第3トランジスタと前記第4トラン
ジスタのエミッタ面積は同一とされ、前記第5トランジ
スタと前記第6トランジスタのエミッタ面積は同一とさ
れ、前記第7トランジスタと前記第8トランジスタと前
記第9トランジスタと前記第10トランジスタのエミッ
タ面積は同一とされ、前記第11トランジスタと前記第
12トランジスタのエミッタ面積は同一とされる。ま
た、前記第3トランジスタのエミッタ面積と、前記第1
1トランジスタのエミッタ面積と、前記第5トランジス
タのエミッタ面積と、前記第7トランジスタのエミッタ
面積と、前記第9トランジスタのエミッタ面積は、
l1:l2:m:n:nに設定される(l1、l2、m、n
はそれぞれ任意の正の定数)。
ましい例では、前記第1負荷抵抗器と前記第2負荷抵抗
器の抵抗値は同一とされ、前記第3負荷抵抗器と前記第
4負荷抵抗器の抵抗値は同一とされ、前記第1負荷抵抗
器の抵抗値と前記第3負荷抵抗器の抵抗値とは、所定の
比に設定される。
て添付図面を参照して詳細に説明する。
施形態の可変利得増幅回路を示す回路図である。
の可変利得増幅回路は、入力差動回路A1と、利得制御
差動回路A2と、四個の負荷抵抗器31、32、33、
34とを備えている。負荷抵抗器31と32の抵抗値は
共にR2であり、負荷抵抗器33と34の抵抗値は共に
R1である。
値:VCC)7と接地端子(電位:0)8との間に接続さ
れており、一対の利得制御端子1、2の間に印加される
利得制御電圧Vdによって設定される利得で、一対の入
力端子3、4の間に入力される入力電圧VINを差動増幅
し、一対の出力端子5、6間に出力電圧VOUTを生成す
る。
二つのnpn型バイポーラ・トランジスタ11、12か
らなる差動対と、この差動対を駆動する定電流源9(電
流値:2I0)とを含んでいる。トランジスタ11、1
2のベースは、一対の入力端子3、4にそれぞれ接続さ
れており、入力端子3、4の間に差動入力される入力電
圧VINはトランジスタ11、12のベース間に印加され
る。トランジスタ11、12のエミッタ面積は同一であ
る。トランジスタ11と12の結合エミッタは、定電流
源9の一端に接続されている。定電流源9の他端は、接
地端子8に接続されている。
定電流源9は、「第1差動回路」を構成し、入力電圧V
INに応じて第1および第2の差動出力電流をトランジス
タ11、12のコレクタにそれぞれ生成する。
型バイポーラ・トランジスタ13、14、15、16、
17、18、19、20を有している。
13、15、17、19のエミッタは、互いに結合され
ており、それらの結合エミッタはさらに入力差動回路A
1のトランジスタ11のコレクタに接続されている。こ
れらトランジスタ13、15、17、19は、「第2差
動回路」を構成しており、第1差動回路の第1差動出力
電流で駆動される。
18、20のエミッタは、互いに結合されており、それ
らの結合エミッタはさらに入力差動回路A1のトランジ
スタ12のコレクタに接続されている。これらトランジ
スタ14、16、18、20は、「第3差動回路」を構
成しており、第1差動回路の第2差動出力電流で駆動さ
れる。
動して利得制御差動回路A2として機能するものであ
り、一対の利得制御端子1、2の間に印加される利得制
御電圧Vdに応じて差動出力電流をそれぞれ生成する。
これらの差動出力電流は、負荷抵抗器31、32、3
3、34によって電圧に変換され、一対の出力端子5、
6間に生成される出力電圧VOUTとなる。
ランジスタ13、14のベースは、利得制御端子1に共
通接続され、トランジスタ15、16、17、18、1
9、20のベースは、利得制御端子2に共通接続されて
いる。その結果、利得制御端子1、2の間に印加される
利得制御電圧Vdは、トランジスタ13、14の結合ベ
ースと、トランジスタ15、16、17、18、19、
20の結合ベースの間に差動入力される。
列接続された二つの負荷抵抗器31と33を介して電源
端子7に接続され、トランジスタ15のコレクタは、負
荷抵抗器33を介して電源端子7に接続されている。ト
ランジスタ17のコレクタは、トランジスタ13のコレ
クタに接続されている。トランジスタ19のコレクタ
は、トランジスタ14のコレクタに接続されている。換
言すれば、負荷抵抗器31は、トランジスタ13のコレ
クタとトランジスタ15のコレクタの間に接続され、負
荷抵抗器33は、トランジスタ15のコレクタと電源端
子7の間に接続されている。
直列接続された二つの負荷抵抗器32と34を介して電
源端子7に接続され、トランジスタ16のコレクタは、
負荷抵抗器34を介して電源端子7に接続されている。
トランジスタ18のコレクタは、トランジスタ14のコ
レクタに接続されている。トランジスタ20のコレクタ
は、トランジスタ13のコレクタに接続されている。換
言すれば、負荷抵抗器32は、トランジスタ14のコレ
クタとトランジスタ16のコレクタの間に接続され、負
荷抵抗器34は、トランジスタ16のコレクタと電源端
子7の間に接続されている。
コレクタに接続され、他方の出力端子6は、トランジス
タ14のコレクタに接続されている。
同一であり、トランジスタ15と16のエミッタ面積も
同一であり、トランジスタ17と18と19と20のエ
ミッタ面積も同一である。トランジスタ13のエミッタ
面積とトランジスタ15のエミッタ面積とトランジスタ
17のエミッタ面積との比は任意であるが、ここでは
l:m:nに設定されているとする(l、m、nは正の
定数)。
2)であり、負荷抵抗器33、34の抵抗値も同一
(R1)である。R1とR2との比は任意である。
変利得増幅回路の動作について説明する。
る入力電圧VINは、エミッタ結合されたトランジスタ1
1、12からなる差動対によって第1および第2の差動
出力電流に変換される。これら第1および第2の差動出
力電流は、トランジスタ11、12のコレクタにそれぞ
れ生成される。
第1差動出力電流は、エミッタ結合されたトランジスタ
13、15、17、19からなる第2差動回路に入力さ
れる。また、トランジスタ12のコレクタに生成された
第2差動出力電流は、エミッタ結合されたトランジスタ
14、16、18、20からなる第3差動回路に入力さ
れる。
れぞれ入力された第1および第2の差動出力電流は、一
対の利得制御端子1、2の間に印加される利得制御電圧
Vdにしたがって、八つのトランジスタ13、14、1
5、16、17、18、19、20に分配される。こう
して分配された電流のうち、トランジスタ13のコレク
タに流れる電流は、直列接続された負荷抵抗器31と3
3によって電圧に変換され、トランジスタ14のコレク
タに流れる電流は、直列接続された負荷抵抗器32と3
4によって電圧に変換される。また、トランジスタ15
のコレクタに流れる電流は、負荷抵抗器33によって電
圧に変換され、トランジスタ16のコレクタに流れる電
流は、負荷抵抗器34によって電圧に変換される。
のコレクタに流れる電流によって生成された電圧と、ト
ランジスタ15のコレクタに流れる電流によって生成さ
れた電圧は、負荷抵抗器31で互いに合成される。ま
た、第3差動回路において、トランジスタ14のコレク
タに流れる電流によって生成された電圧と、トランジス
タ16のコレクタに流れる電流によって生成された電圧
は、負荷抵抗器32で互いに合成される。そして、これ
ら二つの合成電圧が出力電圧VOUTとなって、出力端子
5、6間から差動出力される。
得増幅回路の動作をさらに詳細に説明する。
3、14、15、16、17、18、19、20のコレ
クタ電流の交流成分を各々iCQ3、iCQ4、iCQ5、
iCQ6、iCQ 7、iCQ8、iCQ9、iCQ10とし、入力差動回
路A1のトランジスタ11、12のコレクタ電流の交流
成分を各々iO、−iOとする。すると、iCQ3、iCQ4、
iCQ 5、iCQ6、iCQ7、iCQ8、iCQ9、iCQ10は次の数
式(27a)、(27b)、(27c)、(27d)で
与えられる。
トランジスタ13、17、20、15のコレクタ電流の
交流成分iCQ3、iCQ7、iCQ10、iCQ5による第2差動
回路の出力電流に対して、負荷抵抗器31、33の抵抗
値の寄与分RL3、RL5は、次のようにして求められる。
iCQ3、iCQ7、iCQ10、iCQ5の比は、上記の数式(2
7a)、(27b)、(27c)、(27d)より、次
の数式(28a)、(28b)、(28c)、(28
d)で与えられる。
31、33の抵抗値の寄与分RL3、RL5は、それぞれ次
の数式(29a)、(29b)のようになる。
な負荷抵抗値RLeqは、次の数式(30)のようにな
る。
負荷抵抗器32、34の抵抗値の寄与分は、第2差動回
路におけるものと同じである。
Gmとおくと、第1実施形態の可変増幅回路の利得G
は、次の数式(31)で与えられる。
得増幅回路の最大利得Gmaxと最小利得Gminは、各々、
次の数式(32a)、(32b)のようになる。
b)より、第1実施形態の可変利得増幅回路の利得可変
幅ΔGは、次の数式(33)のようになる。
変幅ΔGは、負荷抵抗器31、32、33、34の抵抗
値の比(R2/R1)と、利得制御差動回路A2のトラン
ジスタ13、14、15、16、17、18、19、2
0のエミッタ面積の比[l+(2n/m)]との積で表
される。
OUT(DC)を以下のようにして求める。
レクタ電流の直流成分をICQ3、IC Q5、ICQ7、ICQ10
とすれば、これらは次の数式(34a)、(34b)、
(34c)、(34d)のように表される。
は、次の数式(35)のようになる。
位VOUT(DC)も、上記数式(35)で与えられる。
最小利得時の出力端子5、6の直流電位VOUT(DCmax)、
VOUT(DCmin)は、各々、次の数式(36a)、(36
b)のようになる。
ように、利得可変幅ΔGを大きくするために、エミッタ
面積比[1+(2n/m)]を大きくすると、出力端子
5、6の直流電位VOUT(DC)の変動は小さくなる。
本発明の第1実施形態の可変利得増幅回路では、利得可
変幅ΔGは、負荷抵抗器31、32、33、34の抵抗
値の比[1+(R2/R1)]と、利得制御差動回路A2
のトランジスタ13、14、15、16、17、18、
19、20のエミッタ面積の比[l+(2n/m)]と
の積で表される。しかも、利得可変幅ΔGを大きくして
も、一対の出力端子5、6における直流電位VOUT(DC)
の変動は低く抑えられる。
く大きな利得可変幅ΔGが得られ、しかも出力端子5、
6における直流電位VOUT(DC)の変動も抑制できる。
ΔGに設定しながら、図13に示したように、複数の当
該可変利得増幅回路を直流結合して縦続接続することが
可能となる。よって、段間の結合回路を省略でき且つバ
イアス回路を各段に設ける必要がないから、複数段に縦
続接続した場合にもペレットサイズの増加を抑制でき
る。
得増幅回路の利得制御電圧−利得制御特性および利得制
御電圧−出力直流電位特性の一例を示す。利得Gを実
線、出力直流電位VOUT(DC)を点線で示してある。
値R2、R1を各々200Ω、20Ωとし、トランジスタ
13、15、17、19のエミッタ面積比を1:1:
4:4、トランジスタ14、16、18、20のエミッ
タ面積比を同じく1:1:4:4とし、トランジスタ1
1、12のエミッタ電流I0を各々1mAとしている。
この例では、利得可変幅ΔGは約40dB、最大利得G
maxは12.5dBであるが、その場合でも、出力端子
の直流電位VOUT(DC)の変動は約22mVに抑えられて
いることが分かる。
施形態の可変利得増幅回路を示す回路図である。
の可変利得増幅回路は、図1に示す第1実施形態の可変
利得増幅回路の八個のnpn型バイポーラ・トランジス
タ13、14、15、16、17、18、19、20に
代えて、十個のnpn型バイポーラ・トランジスタ2
1、22、23、24、25、26、27、28、2
9、30を用いて利得制御回路A2を構成したものであ
る。
は、第1実施形態のトランジスタ13と14にそれぞれ
対応する。第2実施形態のトランジスタ25と26は、
第1実施形態のトランジスタ15と16それぞれ対応す
る。第2実施形態のトランジスタ27と28は、第1実
施形態のトランジスタ17と18にそれぞれ対応する。
第2実施形態のトランジスタ29と30は、第1実施形
態のトランジスタ19と20にそれぞれ対応する。した
がって、第2実施形態の可変利得増幅回路は、第1実施
形態の可変利得増幅回路の構成に、トランジスタ23と
24を追加したものに相当する。
のそれと同じである。負荷抵抗器31、32、33、3
4も第1実施形態の場合と同じ接続である。
第1実施形態の場合と同様に、電源端子(電圧値:
VCC)7と接地端子(電位:0)8との間に接続されて
おり、一対の利得制御端子1、2の間に印加される利得
制御電圧Vdに従って、一対の入力端子3、4の間に入
力される入力電圧VINを差動増幅し、一対の出力端子
5、6間に出力電圧VOUTを生成する。
施形態の場合と同じであるから、それらについての説明
は省略する。
21、23、25、27、29のエミッタが結合されて
おり、それらの結合エミッタはさらに入力差動回路A1
のトランジスタ11のコレクタに接続されている。トラ
ンジスタ21、23、25、27、29は、「第2差動
回路」を構成しており、第1差動回路の第1差動出力電
流で駆動される。
28、30のエミッタが結合されており、それらの結合
エミッタはさらに入力差動回路A1のトランジスタ12
のコレクタに接続されている。トランジスタ22、2
4、26、28、30は、「第3差動回路」を構成して
おり、第1差動回路の第2差動出力電流で駆動される。
動して利得制御差動回路A2として機能するものであ
り、一対の利得制御端子1、2の間に印加される利得制
御電圧Vdに応じて差動出力電流をそれぞれ生成する。
これらの差動出力電流は、負荷抵抗器31、32、3
3、34によって電圧に変換されて、一対の出力端子
5、6に生成される出力電圧VOUTとなる。
ランジスタ21、22、23、24のベースは、利得制
御端子1に共通接続され、トランジスタ25、26、2
7、28、29、30のベースは、利得制御端子2に共
通接続されている。その結果、利得制御端子1、2の間
に印加される利得制御電圧Vdは、トランジスタ21、
22、23、24の結合ベースと、トランジスタ25、
26、27、28、29、30の結合ベースの間に差動
入力される。
列接続された負荷抵抗器31と33を介して電源端子7
に接続され、トランジスタ23、25のコレクタは負荷
抵抗器33を介して電源端子7に共通接続されている。
トランジスタ27のコレクタは、トランジスタ21のコ
レクタに接続されている。トランジスタ29のコレクタ
は、トランジスタ22のコレクタに接続されている。換
言すれば、負荷抵抗器31は、トランジスタ21のコレ
クタと、トランジスタ23、25の結合コレクタの間に
接続され、負荷抵抗器33は、トランジスタ23、25
の結合コレクタと電源端子7の間に接続されている。
直列接続された負荷抵抗器32と34を介して電源端子
7に接続され、トランジスタ24、26のコレクタは、
負荷抵抗器34を介して電源端子7に共通接続されてい
る。トランジスタ28のコレクタは、トランジスタ22
のコレクタに接続されている。トランジスタ30のコレ
クタは、トランジスタ21のコレクタに接続されてい
る。換言すれば、負荷抵抗器32は、トランジスタ22
のコレクタとトランジスタ24、26の結合コレクタの
間に接続され、負荷抵抗器34は、トランジスタ24、
26の結合コレクタと電源端子7の間に接続されてい
る。
コレクタに接続され、他方の出力端子6は、トランジス
タ22のコレクタに接続されている。
同一であり、トランジスタ23と24のエミッタ面積も
同一であり、トランジスタ25と26のエミッタ面積も
同一であり、トランジスタ27と28と29と30のエ
ミッタ面積も同一である。また、トランジスタ21のエ
ミッタ面積とトランジスタ23のエミッタ面積との比
は、トランジスタ27のエミッタ面積およびトランジス
タ29のエミッタ面積の和と、トランジスタ25のエミ
ッタ面積との比に等しい。
積と、トランジスタ23のエミッタ面積と、トランジス
タ25のエミッタ面積と、トランジスタ27のエミッタ
面積と、トランジスタ29のエミッタ面積の比を、
l1:l2:m:n:nに設定されているとする(l1、
l2、m、nは正の定数)。
2)であり、負荷抵抗器33、34の抵抗値も同一
(R1)である。R1とR2との比は任意である。
変利得増幅回路の動作について説明する。
る入力電圧VINは、エミッタ結合されたトランジスタ1
1、12からなる差動対によって第1および第2の差動
出力電流に変換される。これら第1および第2の差動出
力電流は、トランジスタ11、12のコレクタにそれぞ
れ生成される。この点は、第1実施形態の場合と同じで
ある。
第1差動出力電流は、五つのエミッタ結合されたトラン
ジスタ21、23、25、27、29からなる第2差動
回路に入力される。また、トランジスタ12のコレクタ
に生成された第2差動出力電流は、五つのエミッタ結合
されたトランジスタ22、24、26、28、30から
なる第3差動回路に入力される。
れぞれ入力された第1および第2の差動出力電流は、一
対の利得制御端子1、2の間に印加される利得制御電圧
Vdにしたがって、十個のトランジスタ21、22、2
3、24、25、26、27、28、29、30に分配
される。こうして分配された電流のうち、トランジスタ
21のコレクタに流れる電流は、直列接続された負荷抵
抗器31と33によって電圧に変換され、トランジスタ
22のコレクタに流れる電流は、直列接続された負荷抵
抗器32と34によって電圧に変換される。また、トラ
ンジスタ23と25のコレクタに流れる電流の和は、負
荷抵抗器33によって電圧に変換され、トランジスタ2
4と26のコレクタに流れる電流の和は、負荷抵抗器3
4によって電圧に変換される。
のコレクタに流れる電流によって生成された電圧と、ト
ランジスタ23と25のコレクタに流れる電流の和によ
って生成された電圧は、負荷抵抗器31で互いに合成さ
れる。また、第3差動回路において、トランジスタ22
のコレクタに流れる電流によって生成された電圧と、ト
ランジスタ24と26のコレクタに流れる電流の和によ
って生成された電圧は、負荷抵抗器32で互いに合成さ
れる。そして、これら二つの合成電圧が出力電圧VOUT
となって、出力端子5、6間から差動出力される。
得増幅回路の動作をさらに詳細に説明する。
1、22、23、24、25、26、27、28、2
9、30のコレクタ電流の交流成分をiCQ11、iCQ12、
iCQ13、iCQ14、iCQ15、iCQ16、iCQ17、iCQ18、i
CQ19、iCQ20は、入力差動回路A1の第1及び第2のト
ランジスタ11、12のコレクタ電流の交流成分iO、
−iOを用いて、次の数式(37a)、(37b)、
(37c)、(37d)、(37e)のように表され
る。
トランジスタ21、27、30、23、25のコレクタ
電流の交流成分iCQ11、iCQ17、iCQ20とiCQ13、i
CQ15による第2差動回路の出力電流において、負荷抵抗
器31、33の抵抗値の寄与分RL11、RL15は、次のよ
うにして求められる。
iCQ11、iCQ17、iCQ20とiCQ13、iCQ15の比は、上記
の数式(37a)、(37b)、(37c)、(37
d)、(37e)より、次の数式(38a)、(38
b)、(38c)、(38d)、(38e)で与えられ
る。
31、33の抵抗値の寄与分RL11、RL15は、次の数式
(39a)、(39b)で与えられる。
力差動回路A1に対する等価的な負荷抵抗値RLeqは、
次の数式(40)のようになる。
Gmとおくと、第2実施形態の可変利得増幅回路の利得
Gは、次の数式(41)で与えられる。
得増幅回路の最大利得Gmaxと最小利得Gminは、各々、
次の数式(42a)、(42b)のようになる。
b)より、第2実施形態の可変利得増幅回路の利得可変
幅ΔGは、次の数式(43)のようになる。
4)が成立している。
式(43)は次の数式(45)のように書き換えられ
る。
変幅ΔGは、負荷抵抗器31、32、33、34の抵抗
値の比[1+(R2/R1)]と、利得制御差動回路A2
のトランジスタ21、22、23、24、25、26、
27、28、29、30のエミッタ面積の比(2n/
m)との積で表される。
OUT(DC)を求める。
0のコレクタ電流の直流成分をICQ 11、ICQ13、
ICQ15、ICQ17、ICQ20とすれば、これらは次の数式
(46a)、(46b)、(46c)、(46d)、
(46e)のように表される。
は、次の数式(47)のようになる。
(44)が成立するので、上記数式(47)は次の数式
(48)のように書き換えられる。
であるから、出力端子6の直流電位VOUT(DC)も上記数
式(48)で与えられる。
力端子5、6の直流電位VOUT(DC)は、利得Gを変化さ
せても変動しない。
本発明の第2実施形態の可変利得増幅回路では、利得可
変幅ΔGは、負荷抵抗器31、32、33、34の抵抗
値の比[1+(R2/R1)]と、利得制御差動回路A2
のトランジスタ21、22、23、24、25、26、
27、28、29、30のエミッタ面積の比(2n/
m)との積で表される。しかも、利得可変幅ΔGを大き
くしても、一対の出力端子5、6における直流電位V
OUT(DC)の変動はゼロである。
く大きな利得可変幅ΔGが得られ、しかも出力端子5、
6における直流電位VOUT(DC)の変動も生じない。
ΔGに設定しながら、図13に示したように、複数の当
該可変利得増幅回路を直流結合して縦続接続することが
可能となる。よって、段間の結合回路を省略でき且つバ
イアス回路を各段に設ける必要がないから、複数段に縦
続接続した場合にもペレットサイズの増加を抑制でき
る。
増幅回路の利得制御電圧−利得制御特性および利得制御
電圧−出力直流電位特性の一例を示す。利得Gを実線、
出力直流電位VOUT(DC)を点線で示してある。
値R2、R1を各々200Ω、20Ωとし、トランジスタ
21、23、25、27、30のエミッタ面積比を8:
1:1:4:4、トランジスタ22、24、26、2
8、29のエミッタ面積比を同じく8:1:1:4:4
とし、さらに、トランジスタ11、12のエミッタ電流
I0を各々1mAとしている。この場合、利得可変幅Δ
Gは39dB、最大利得Gmaxは11.6dBである
が、出力直流電位VOUT(DC)の変動はゼロである。
施形態の可変利得増幅回路を示す回路図である。
の可変利得増幅回路は、図1に示す第1実施形態の可変
利得増幅回路において、入力増幅回路A1のトランジス
タ11と12のエミッタにそれぞれエミッタ帰還抵抗器
35、36を接続したものである。エミッタ帰還抵抗器
35は、トランジスタ11のエミッタと定電流源9の間
に接続され、エミッタ帰還抵抗器36は、トランジスタ
12のエミッタと定電流源9の間に接続されている。そ
れ以外の構成は、第1実施形態の可変利得増幅回路と同
じであり、その動作も同じである。
では、エミッタ帰還抵抗器35、36が挿入されたこと
により、トランジスタ11、12のエミッタ電流を各々
Ioとし、エミッタ帰還抵抗器35、36の抵抗値を共
にREとすれば、入力差動回路の線形動作範囲が(2IO
×RE)だけ広がる。このため、第1実施形態における
効果に加えて、入力端子3、4からの入力信号VINの振
幅が大きい場合でも歪み特性が劣化しない、という効果
がある。
施形態の可変利得増幅回路を示す回路図である。
の可変利得増幅回路は、図1に示す第1実施形態の可変
利得増幅回路において、入力増幅回路A1のトランジス
タ11と12のエミッタ間に共通のエミッタ帰還抵抗器
37を接続し、さらに、定電流源9に代えて、トランジ
スタ11と12のエミッタに定電流源9aと9b(いず
れも電流値:I0)をそれぞれ接続したものである。定
電流源9aは、トランジスタ11のエミッタと接地端子
8の間に接続され、定電流源9bは、トランジスタ12
のエミッタと接地端子8の間に接続されている。それ以
外の構成は、第1実施形態の可変利得増幅回路と同じで
あり、その動作も同じである。
電流源9に代えて、トランジスタ11と12をそれぞれ
駆動する定電流源9aと9bが設けられているため、ト
ランジスタ11、12のエミッタ電流を各々Ioとし、
エミッタ帰還抵抗器37の抵抗値を2REとすれば、入
力差動回路の線形動作範囲が(2IO×RE)だけ広が
る。このため、第1実施形態における効果に加えて、入
力端子3、4からの入力信号VINの振幅が大きい場合で
も歪み特性が劣化しない、という効果がある。
直流電位降下が生じないため、第1および第3の実施形
態の可変利得増幅回路よりも低い電源電圧VCCで動作が
可能となる、という効果もある。
可変利得増幅回路では、図1に示す第1実施形態の可変
利得増幅回路において、入力増幅回路A1のトランジス
タ11と12のエミッタにそれぞれエミッタ帰還抵抗器
35、36を接続している。しかし、エミッタ帰還抵抗
器35、36は、図3に示す第2実施形態の可変利得増
幅回路にも適用できる。
回路(図示省略)においても、第2実施形態の可変利得
増幅回路と同じ効果が得られる。
可変利得増幅回路では、図1に示す第1実施形態の可変
利得増幅回路において、入力増幅回路A1のトランジス
タ11と12のエミッタ間に共通のエミッタ帰還抵抗器
37を接続し、さらに、定電流源9に代えて、トランジ
スタ11と12のエミッタに定電流源9aと9b(いず
れも電流値:I 0)をそれぞれ接続している。しかし、
エミッタ帰還抵抗器37と定電流源9aと9bは、図3
に示す第2実施形態の可変利得増幅回路にも適用でき
る。
回路(図示省略)においても、第2実施形態の可変利得
増幅回路と同じ効果が得られる。
について説明したが、本発明の可変利得増幅回路は上記
第1〜第6の実施形態のみに限定されるものではなく、
これら実施形態の構成に種々の修正や変更を施した可変
利得増幅回路も本発明の範囲に含まれる。
pn型バイポーラ・トランジスタを用いているが、pn
p型バイポーラ・トランジスタを用いてもよいことは言
うまでもない。また、負荷抵抗器の抵抗値の比やエミッ
タ面積の比についても、上記第1〜第6の実施形態で述
べたものに限定されるものではなく、本発明の作用効果
が得られるものであれば、任意に変更できる。
増幅回路は、利得可変幅が負荷抵抗器の抵抗値の比とト
ランジスタのエミッタ面積の比との積で決定され、しか
も出力端子における直流電位の変動が少ない。したがっ
て、ペレットサイズを増大することなく大きな利得可変
幅が得られ、しかも出力端子における直流電位の変動も
抑制できる。
ら、直流結合して複数段に縦続接続することができる。
よって、複数段に縦続接続した場合にもペレットサイズ
の増加を抑制できる。
構成を示す回路図である。
おいて、利得の変化と出力端子の直流電位の変化を示す
特性図である。
構成を示す回路図である。
と出力端子の直流電位の変化を示す特性図である。
構成を示す回路図である。
構成を示す回路図である。
す回路図である。
得の変化と出力端子の直流電位の変化を示す特性図であ
る。
す回路図である。
利得の変化と出力端子の直流電位の変化を示す特性図で
ある。
示す回路図である。
て、利得の変化と出力端子の直流電位の変化を示す特性
図である。
接続する場合の構成を示す回路図である。
て縦続接続する場合の構成を示す回路図である。
9、20、21、22、23、24、25、26、2
7、28、29、30 バイポーラ・トランジスタ 31、32、33、34 負荷抵抗器 35、36、37、 エミッタ帰還抵抗器
Claims (8)
- 【請求項1】 (a) 一対の入力端子と、 (b) 一対の利得制御端子と、 (c) エミッタ結合された第1トランジスタと第2ト
ランジスタを有し、且つ、定電流により駆動されて、前
記一対の入力端子間に印加される入力電圧に応じて、前
記第1トランジスタのコレクタと前記第2トランジスタ
のコレクタにそれぞれ第1出力電流と第2出力電流を生
成する第1差動回路と、 (d) エミッタ結合された第3トランジスタ、第5ト
ランジスタ、第7トランジスタおよび第9トランジスタ
を有すると共に、前記第1差動回路の前記第1出力電流
で駆動される第2差動回路と、 (e) エミッタ結合された第4トランジスタ、第6ト
ランジスタ、第8トランジスタおよび第10トランジス
タを有すると共に、前記第1差動回路の前記第2出力電
流で駆動される第3差動回路と、 (f) 前記第2差動回路の前記第3トランジスタのコ
レクタに接続された、互いに直列接続された第1負荷抵
抗器および第3負荷抵抗器と、 (g) 前記第3差動回路の前記第4トランジスタのコ
レクタに接続された、互いに直列接続された第2負荷抵
抗器および第4負荷抵抗器とを備えており、 前記第2差動回路の前記第5トランジスタのコレクタ
は、前記第1負荷抵抗器と前記第3負荷抵抗器の接続点
に接続され、 前記第2差動回路の前記第7トランジスタのコレクタ
は、前記第3トランジスタのコレクタに接続され、 前記第2差動回路の前記第9トランジスタのコレクタ
は、前記第3差動回路の前記第4トランジスタのコレク
タに接続され、 前記第3差動回路の前記第6トランジスタのコレクタ
は、前記第2負荷抵抗器と前記第4負荷抵抗器の接続点
に接続され、 前記第3差動回路の前記第8トランジスタのコレクタ
は、前記第4トランジスタのコレクタに接続され、 前記第3差動回路の前記第10トランジスタのコレクタ
は、前記第2差動回路の前記第3トランジスタのコレク
タに接続され、 前記一対の利得制御端子間に印加される利得制御電圧
は、前記第2差動回路の第3トランジスタおよび前記第
3差動回路の第4トランジスタの結合されたベースと、
前記第2差動回路の第5トランジスタ、第7トランジス
タ、第9トランジスタおよび前記第3差動回路の第6ト
ランジスタ、第8トランジスタおよび第10トランジス
タの結合されたベースとの間に印加され、 前記第2差動回路の前記第3トランジスタのコレクタ
と、前記第3差動回路の前記第4トランジスタのコレク
タは、一対の出力端子を形成していて、出力電圧は前記
一対の出力端子から取り出される可変利得増幅回路。 - 【請求項2】 前記第2差動回路が第11バイポーラ・
トランジスタをさらに含むと共に、前記第3差動回路が
第12バイポーラ・トランジスタをさらに含んでおり、 前記第11トランジスタのエミッタ、ベース、コレクタ
は、前記第3、第5、第7および第9のトランジスタの
結合エミッタと、前記第3トランジスタのベースと、前
記第5トランジスタのコレクタにそれぞれ接続され、 前記第12トランジスタのエミッタ、ベース、コレクタ
は、前記第4、第6、第8および第10のトランジスタ
の結合エミッタと、前記第4トランジスタのベースと、
前記第6トランジスタのコレクタにそれぞれ接続されて
いる請求項1に記載の可変利得増幅回路。 - 【請求項3】 前記第1差動回路の前記第1トランジス
タと前記第2トランジスタのエミッタが、前記第1差動
回路を駆動する前記定電流を生成する共通の定電流源に
共通に接続されている請求項1または2に記載の可変利
得増幅回路。 - 【請求項4】 前記第1トランジスタと前記第2トラン
ジスタがそれぞれ第1エミッタ帰還抵抗器と第2エミッ
タ帰還抵抗器を有している請求項1〜3のいずれか1に
記載の可変利得増幅回路。 - 【請求項5】 前記第1差動回路の前記第1トランジス
タと前記第2トランジスタのエミッタが、前記第1差動
回路を駆動する前記定電流を生成する第1定電流源と第
2定電流源にそれぞれ接続され、且つ前記第1トランジ
スタのエミッタと前記第2トランジスタのエミッタの間
に、共通のエミッタ帰還抵抗器が接続されている請求項
1または2に記載の可変利得増幅回路。 - 【請求項6】 前記第3トランジスタと前記第4トラン
ジスタのエミッタ面積は同一とされ、前記第5トランジ
スタと前記第6トランジスタのエミッタ面積は同一とさ
れ、前記第7トランジスタと前記第8トランジスタと前
記第9トランジスタと前記第10トランジスタのエミッ
タ面積は同一とされ、 前記第3トランジスタのエミッタ面積と、前記第5トラ
ンジスタエミッタ面積と、前記第7トランジスタのエミ
ッタ面積は、l:m:nに設定されている(l、m、n
はそれぞれ任意の正の定数)請求項1〜5のいずれか1
に記載の可変利得増幅回路。 - 【請求項7】 前記第3トランジスタと前記第4トラン
ジスタのエミッタ面積は同一とされ、前記第5トランジ
スタと前記第6トランジスタのエミッタ面積は同一とさ
れ、前記第7トランジスタと前記第8トランジスタと前
記第9トランジスタと前記第10トランジスタのエミッ
タ面積は同一とされ、前記第11トランジスタと前記第
12トランジスタのエミッタ面積は同一とされ、 前記第3トランジスタのエミッタ面積と、前記第11ト
ランジスタのエミッタ面積と、前記第5トランジスタの
エミッタ面積と、前記第7トランジスタのエミッタ面積
と、前記第9トランジスタのエミッタ面積は、l1:
l2:m:n:nに設定されている(l1、l2、m、n
はそれぞれ任意の正の定数)請求項2〜5のいずれか1
に記載の可変利得増幅回路。 - 【請求項8】 前記第1負荷抵抗器と前記第2負荷抵抗
器の抵抗値は同一とされ、前記第3負荷抵抗器と前記第
4負荷抵抗器の抵抗値は同一とされ、前記第1負荷抵抗
器の抵抗値と前記第3負荷抵抗器の抵抗値とは所定の比
に設定されている請求項1〜7のいずれか1に記載の可
変利得増幅回路。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001075097A JP3544950B2 (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 可変利得増幅回路 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001075097A JP3544950B2 (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 可変利得増幅回路 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002280850A true JP2002280850A (ja) | 2002-09-27 |
JP3544950B2 JP3544950B2 (ja) | 2004-07-21 |
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JP (1) | JP3544950B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007529149A (ja) * | 2003-07-07 | 2007-10-18 | アナログデバイス,インコーポレイテッド | システム |
JP2015192268A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 日本電信電話株式会社 | 可変利得トランスインピーダンスアンプ |
-
2001
- 2001-03-15 JP JP2001075097A patent/JP3544950B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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