JP2643751B2 - 帰還増幅回路 - Google Patents

帰還増幅回路

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JP2643751B2 JP5017782A JP1778293A JP2643751B2 JP 2643751 B2 JP2643751 B2 JP 2643751B2 JP 5017782 A JP5017782 A JP 5017782A JP 1778293 A JP1778293 A JP 1778293A JP 2643751 B2 JP2643751 B2 JP 2643751B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、帰還増幅回路、特に、
モノリシック集積化に適し、可変抵抗を変化させ帰還量
を調節することにより、帯域・利得を変化させる高周波
増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】増幅回路に電流帰還を用いて回路の周波
数特性の広帯域化を図ることは、例えば図5に示される
ような回路が、文献(Paul R.Gray,Rob
ertG.Meyer,“Analysis and
Design of Analog Integrat
ed Circuits”,JOHN WILEY&
SONS,Inc.pp.566−571)によって従
来から知られている。図5において、1は入力信号Vi
nが入力される入力端子、10は出力信号Voutが出
力される出力端子、2,4は入力増幅トランジスタ、
3,5は負荷抵抗、9は帰還抵抗、7は容量、11は高
電圧側電源端子(VCC)、12は低電圧側電源端子(V
EE)を表している。
【0003】この回路は、帰還抵抗9による電流帰還を
入力トランジスタ2にかけることによって広帯域動作を
実現している。このとき帰還量fは帰還抵抗9の抵抗値
により決定し、回路の開ループ利得Aとの積で回路の閉
ループ利得T=Afが決まる。開ループ利得Aは周波数
依存性を持ち、これから閉ループ利得の周波数依存性が
決まる。実際には容量7を用いて位相補償を行うことに
より、回路を安定にし、平坦な周波数特性を得る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
従来技術の回路は、次のような欠点を有している。帰還
抵抗9の値をRe、容量7の値をCeとすると、帰還増
幅回路に与える影響は、帰還抵抗と容量の時定数Re×
Ceと入力トランジスタの内部の時定数とで決まる。シ
ミュレーションなどを用いて回路を設計する場合、トラ
ンジスタなどの内部のパラメータを設定して最適化を行
うが、実際、回路をモノリシックに設計した場合、素子
のばらつきのため、最適値のずれが生じ、回路の安定性
を失い、最適な周波数特性が得難くなる。
【0005】本発明の目的は、このような問題を解決し
た帰還増幅回路を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力端子と2
つの出力端子からなる3端子型の第1の増幅素子と、第
1の増幅素子の一方の出力端子に接続された第1の抵抗
素子と、第1の増幅素子の一方の出力端子に接続された
入力端子と2つの出力端子からなる3端子型の第2の増
幅素子と、第2の増幅素子の一方の出力端子に接続され
た第2の抵抗素子と、帰還回路とからなる帰還増幅回路
において、 前記帰還回路は、入力端子と2つの出力端子
からなる3端子の第3の増幅素子と、第1の可変抵抗素
子と第3の抵抗素子とによって構成され、 第3の増幅素
子の一方の出力端子は第1の可変抵抗素子に接続され、
第3の増幅素子の入力端子は第2の増幅素子の一方の出
力端子に接続され、第1の可変抵抗素子と第3の抵抗素
子は、第1の増幅素子の入力端子に接続され、 第1の抵
抗素子と第2の増幅素子の他方の出力端子と第3の増幅
素子の他方の出力端子は共通に接続されて、第1の電源
素子に接続され、 第1の増幅素子の他方の出力端子と第
2の抵抗素子と第3の抵抗素子とは共通に接続されて、
第2の電源端子に接続されていることを特徴とする。
【0007】また本発明は、上記の帰還増幅回路におい
て、第3の抵抗素子の代わりに第2の可変抵抗素子を用
い、第2の可変抵抗素子を第1の可変抵抗素子と同じ比
率で変化させることを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明の帰還増幅回路は、従来の回路の帰還部
分に可変抵抗を用いて帰還量を変化させ、所望の帯域利
得特性を得ることができる。これは可変抵抗の抵抗値を
増加させると、負荷抵抗との分圧比で帰還される信号量
が増加することにより、帰還量が変化する。このとき帰
還量を増加させることにより、増幅差としての利得は減
少するが帯域は向上する。逆に帰還量を減少させること
により、帯域は狭くなるが、利得を増加させることがで
きる。このように、帰還量を調節することにより、利得
・帯域特性を可変することができる。
【0009】また本発明の帰還増幅回路は、第2の可変
抵抗を第1の可変抵抗と同じ比率で変化させることによ
り、2つの可変抵抗の分圧比で決まる入力部分のDCバ
イアスを一定にし、さらに可変抵抗の抵抗値を変化させ
ることで、帰還量を調節することができ、所望の利得・
帯域を得ることができる。
【0010】
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例を示す。図5
と同じ回路要素には、同一の参照番号を付して示してい
る。本実施例の増幅回路は、入力増幅トランジスタ2
と、このトランジスタのコレクタに接続された負荷抵抗
3と、トランジスタ2のコレクタにベースが接続された
入力増幅トランジスタ4と、このトランジスタのエミッ
タに接続された負荷抵抗5とから構成されている。負荷
抵抗3とトランジスタ4のコレクタは、高電圧側電源端
子11に接続され、負荷抵抗5とトランジスタ2のエミ
ッタは、低電圧側電源端子12に接続されている。トラ
ンジスタ2のベースは、入力端子1に接続され、トラン
ジスタ4のエミッタは、出力端子10に接続されてい
る。
【0011】この増幅回路は、帰還回路13を備えてい
る。この帰還回路は、トランジスタ6と、このトランジ
スタ6のエミッタに接続された可変抵抗7と、この可変
抵抗7に接続された負荷抵抗8とから構成されている。
トランジスタ6のコレクタは、高圧側電源端子11に接
続され、負荷抵抗8は、低圧側電源端子12に接続され
ている。トランジスタ6のベースは、出力端子10に接
続され、抵抗7と抵抗8との接続点は、入力端子1に接
続されている。
【0012】本実施例の帰還増幅回路では、帰還回路1
3の可変抵抗7を用いて帰還量を変化させる。可変抵抗
7の抵抗値を増加させると、負荷抵抗8との分圧比で帰
還される信号量が増加することにより、帰還量が変化す
る。このとき帰還量を増加させることにより、増幅差と
しての利得は減少するが帯域は向上する。逆に帰還量を
減少させることにより、帯域は狭くなるが、利得を増加
させることができる。このように、帰還量を調節するこ
とにより、利得・帯域特性を可変することができる。
【0013】図2は、本発明の第2の実施例を示す。こ
の帰還増幅回路は、図1の第1の実施例における帰還回
路13の可変抵抗7を、トランジスタ17で構成したも
のであり、他の構成は第1の実施例と同じである。トラ
ンジスタ17のコレクタは、トランジスタ6のエミッタ
に接続され、トランジスタ17のエミッタは負荷抵抗8
に接続されている。
【0014】本実施例では、トランジスタ17のベース
に入力する電圧Vcontを変化させることにより、トラン
ジスタのコレクタ−エミッタ内の抵抗成分を可変し帰還
量を変化させることができる。
【0015】実際にfT =40GHzのトランジスタを
用いて回路を試作した。負荷抵抗3の抵抗値は800
Ω、負荷抵抗5の抵抗値は600Ωとし、帰還回路内の
負荷抵抗8の抵抗値を300Ωとして、トランジスタ1
7のベース電圧Vcontを用いて電流値を制御する。最初
にVcontを入力信号VinのDC電圧に対して0.85
V増やし、入力信号Vinと出力信号Voutの間の利
得を測定した結果、利得12dBで帯域8GHzを得
た。このときVcontの電圧値を増加させると、帰還量は
増加し、利得6dBで帯域15GHzを得ることができ
た。逆に、Vcontを減少させると、利得18dBで帯域
4GHzを得た。
【0016】図3は本発明の第3の実施例を示す。この
帰還増幅回路は、図2の第2の実施例における帰還回路
の可変抵抗としてのトランジスタ17に並列に帰還抵抗
14を加えたものである。その他の構成は、第2の実施
例と同じである。
【0017】この実施例においては、第2の実施例に比
べて、Vcontで変化する帰還量が少なく、微調用の可変
抵抗としてトランジスタ17が動作する。
【0018】帰還抵抗14の値を300Ωとし、他の抵
抗値は第2の実施例と同じものを用いた。本実施例は第
2の実施例に比べ温度変動・電圧変動を受けにくく、可
変帯域として6GHzから12GHzを得た。
【0019】図4は、本発明の第4の実施例を示す。こ
の帰還増幅回路は、第2の実施例において、負荷抵抗8
の代わりに第2の可変抵抗としてのトランジスタ15を
用いる。また、第1の可変抵抗としてのトランジスタ1
7のベースと第2の可変抵抗としてのトランジスタ15
のベースとをレベルシフトダイオード18を用いて接続
し、電源電圧Vcontに接続する。
【0020】このとき、Vcontを変化させることによ
り、第1の可変抵抗としてのトランジスタ17と第2の
可変抵抗としてのトランジスタ15ともに抵抗値が同じ
比率で変化し、帰還量は変化する。しかし、第1の可変
抵抗としてのトランジスタ17と第2の可変抵抗として
のトランジスタ15の抵抗値の分圧比は一定に保たれ、
入力部分のDCバイアス値は変化せず、幅広い可変範囲
が可能となる。
【0021】抵抗値は第2の実施例と同じものを用い
た。第2の実施例と同様にVcontを変化させたところ、
可変帯域幅として2GHzから16GHzの値を得た。
【0022】以上実施例を用いて本発明を説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、様々
な態様で実現できる。例えば、実施例においてはトラン
ジスタを用いて説明したが、これは他のどのような3端
子型増幅器によっても可能である。また、実施例では可
変抵抗としてトランジスタのコレクタ−エミッタ内の抵
抗を用いて説明したが、他のどのような可変抵抗を使っ
ても可能であることは言うまでもない。
【0023】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によって、
所望の利得帯域特性を得ることができる。モノリシック
回路の場合、どうしても各素子のばらつきが生じてしま
い設計値とずれてしまう。このため帰還量を容易に調節
でき利得帯域の周波数特性を最適に設定できることは、
回路の信頼性を向上する上で極めて大きなものであると
言える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す回路図である。
【図3】本発明の第3の実施例を示す回路図である。
【図4】本発明の第4の実施例を示す回路図である。
【図5】従来の電流帰還回路を示す回路図である。
【符号の説明】
1 帰還増幅器の入力 10 帰還増幅器の出力 2,4 増幅トランジスタ 3,5 負荷抵抗 6,17 帰還回路におけるトランジスタ 7,15 可変抵抗 8 帰還回路における負荷抵抗 9,14 帰還抵抗 11 高電圧側電源端子 12 低電圧側電源端子 13 帰還回路 18 レベルシフトダイオード

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力端子と2つの出力端子からなる3端子
    型の第1の増幅素子と、第1の増幅素子の一方の出力端
    子に接続された第1の抵抗素子と、第1の増幅素子の一
    方の出力端子に接続された入力端子と2つの出力端子か
    らなる3端子型の第2の増幅素子と、第2の増幅素子の
    一方の出力端子に接続された第2の抵抗素子と、帰還回
    路とからなる帰還増幅回路において、 前記帰還回路は、入力端子と2つの出力端子からなる3
    端子の第3の増幅素子と、第1の可変抵抗素子と第3の
    抵抗素子とによって構成され、 第3の増幅素子の一方の出力端子は第1の可変抵抗素子
    に接続され、第3の増幅素子の入力端子は第2の増幅素
    子の一方の出力端子に接続され、第1の可変抵抗素子と
    第3の抵抗素子は、第1の増幅素子の入力端子に接続さ
    れ、 第1の抵抗素子と第2の増幅素子の他方の出力端子と第
    3の増幅素子の他方の出力端子は共通に接続されて、第
    1の電源素子に接続され、 第1の増幅素子の他方の出力端子と第2の抵抗素子と第
    3の抵抗素子とは共通に接続されて、第2の電源端子に
    接続されていることを特徴とする帰還増幅回路。
  2. 【請求項2】請求項1記載の帰還増幅回路において、 第3の抵抗素子の代わりに第2の可変抵抗素子を用い、
    第2の可変抵抗素子を第1の可変抵抗素子と同じ比率で
    変化させることを特徴とする帰還増幅回路。
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