JP2734368B2 - 広帯域増幅回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は広帯域増幅回路に関し、
特に直流成分を含む広帯域な高速ＰＣＭ信号の増幅に好
適な広帯域増幅回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の高速ＰＣＭ信号の増幅に
は、ＰＣＭ信号が直流成分を含むために直流域から高域
の周波数成分まで広い帯域に亘って増幅特性を有する直
流増幅器が必要となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の広帯域直流増
幅器では、出力電圧にオフセツトが生ずることは避けら
れず、このオフセツト電圧は温度により変化する。

【０００４】特に、回路を構成する半導体の温度特性に
起因してオフセツト電圧の変動が生じ、よって当該温度
特性を補償するための回路が特別に必要とすると共に、
その調整も複雑になるという欠点がある。

【０００５】本発明の目的は複雑な調整等が不要な極め
て簡単な構成でオフセツト電圧を抑圧した広帯域増幅回
路を提供することである。

【０００６】本発明による広帯域増幅回路は、直流成分
を含む広帯域の入力信号を１入力とする演算増幅器と、
この演算増幅器の出力信号及び前記入力信号を差動入力
とし前記第１の演算増幅器よりもオフセツト電圧が大で
かつ利得が小なる直流増幅器と、この直流増幅器の出力
を前記演算増幅器へ負帰還する負帰還手段とを含み、前
記直流増幅器の出力を増幅出力とするようにした広帯域
増幅回路であって、前記入力信号は前記演算増幅器に分
圧手段を介して供給されており、前記分圧手段の分圧比
αと前記負帰還手段の帰還率βとの関係は、α／β＝Ｇ
２（Ｇ２は前記直流増幅器の利得）に設定されているこ
とを特徴としている。

【０００７】

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【０００８】図１は本発明の実施例の回路図である。１
は高利得Ｇ１の演算増幅器であり、増幅可能な信号帯域
幅は狭いが、オフセツト電圧△ｅi1は非常に小さく、か
つその温度変動も極めて小さく抑えられているもので、
一般に市販のオペアンプを用いることができる。

【０００９】２は低利得Ｇ２の直流増幅器であり、増幅
可能な信号の帯域は直流成分から高域まで広帯域となっ
ており、オフセツト電圧Δｅi2は大きくまたその温度変
動も一般に大きいものとなっている。この直流増幅器２
も一般に市販のＤＣアンプを用いることができる。

【００１０】直流を含む広帯域の（例えばＰＣＭ信号）
入力信号ｅi は、オペアンプ１の反転入力へ、分圧器Ｒ
３，Ｒ４により分圧されて印加されると共に、ＤＣアン
プ２の正転入力へも印加される。

【００１１】このＤＣアンプ２の出力ｅo は負帰還抵抗
Ｒ１，Ｒ２によりオペアンプ１の正転入力へ帰還されて
おり、ＤＣアンプ２の出力ｅo が回路出力信号となって
導出されている。

【００１２】分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４による分圧比αは、 α＝Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４） であり、また帰還抵抗Ｒ１，Ｒ２による帰還率βは、 β＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） となる。

【００１３】かかる構成の増幅回路において広帯域でか
つオフセツト電圧が非常に小さなものとなることを以下
に定量的に説明する。

【００１４】オペアンプ１の反転入力の入力電圧は、 αｅi ＝｛Ｒ３／（Ｒ3 ＋Ｒ4 ）｝ｅi であり、正転入力の電圧は、 βｅo ＝｛Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）｝ｅo である。

【００１５】オペアンプ１の裸の利得はＧ１であるか
ら、その出力電圧は、 ｛Δｅi1＋（βｅo −αｅi ）｝Ｇ１ となり、この電圧がＤＣアンプ２の反転入力となってい
る。

【００１６】また、ＤＣアンプ２の正転入力の入力電圧
はｅi であり、その入力換算オフセツト電圧はΔｅi2で
あり、利得はＧ２である。従って、ＤＣアンプ２の出力
電圧ｅo は、 ｅo ＝［Δｅi2＋ｅi −｛Δｅi1＋（βｅo −αｅi
）｝Ｇ１］Ｇ２ となる。

【００１７】上式を変形して整理すると、 ｅo （１＋βＧ１Ｇ２）＝ｅi （Ｇ２＋αＧ１Ｇ２）＋
Δｅi2Ｇ２−Δｅi1Ｇ１Ｇ２ となり、更に変形すると、 ｅo ＝｛（Ｇ２＋αＧ１Ｇ２）／（１＋βＧ１Ｇ２）｝ｅi ＋Ｇ２（Δｅi2−Δｅi1Ｇ１）／（１＋βＧ１Ｇ２）………（１） となる。

【００１８】入力電圧ｅi に対応する出力電圧は（１）
式の第１項であるから、回路の利得は、 ｅo ／ｅi ＝（Ｇ２＋αＧ１Ｇ２）／（１＋βＧ１Ｇ２）………（２） となるが、オペアンプ１の裸の利得Ｇ１は１×１０⁶ 以
上であり、これに対しＤＣアンプ２の利得Ｇ２は１〜３
０程度で、Ｇ１に対し著しく小である。

【００１９】従って、（２）式は、 ｅo ／ｅi ＝αＧ１Ｇ２／βＧ１Ｇ２＝α／β………（３） となり、回路全体の直流利得は、各々の利得Ｇ１，Ｇ２
には左右されずα／βとなる。

【００２０】オペアンプ１は増幅帯域幅は狭く高周波帯
域ではその利得Ｇ１は非常に小さくなる。従って、高周
波帯域におけるオペアンプの利得Ｇ１を略０とすると、
（２）式は、 ｅo ／ｅi ＝（Ｇ２＋αＧ１Ｇ２）／（１＋βＧ１Ｇ２） ＝Ｇ２ ………（４） とみなすことができる。

【００２１】そこで、直流における利得α／βと高域に
おける利得Ｇ２とを等しくして周波数特性を平坦化する
には、αとβとの関係を、 α／β＝Ｇ２ とする様に設定すれば良い。

【００２２】更に、全ての周波数において利得を一様に
Ｇ２とするには、α＝１，１／β＝Ｇ２とすれば良く、
このときの利得はＧ２となる。

【００２３】すなわち、（２）式においてα＝１とする
と、 ｅo ／ｅi ＝（Ｇ２＋Ｇ１Ｇ２）／（１＋βＧ１Ｇ２） となり、１／β＝Ｇ２とすると、 ｅo ／ｅi ＝Ｇ２（１＋Ｇ１）／（１＋Ｇ１）＝Ｇ２ となるのである。

【００２４】この様に、α＝１、１／β＝Ｇ２とするこ
とにより、直流から高周波域まで一様な利得Ｇ２の増幅
回路が構成できることになる。

【００２５】次に、この回路のオフセツト電圧は非常に
小となることを説明する。（１）式において、オフセツ
ト電圧に相当する電圧は第２項であり、これをΔｅo と
すると、 Δｅo ＝Ｇ２（Δｅi2−Δｅi1Ｇ１）／（１＋βＧ１Ｇ
２） となる。ここに、Ｇ１はＧ２に比し著しく大であるか
ら、 Δｅo ＝（Δｅi2−Δｅi1Ｇ１）／βＧ１ となる。

【００２６】１／β＝Ｇ２とすると、 Δｅo ＝（Ｇ２／Ｇ１）（Δｅi2−Δｅi1Ｇ１） ＝（Ｇ２／Ｇ１）Δｅi2−Δｅi1Ｇ２ ………（５） となる。

【００２７】この（５）式より、増幅回路のオフセツト
電圧は次の様に説明できる。（５）式の第１項はＤＣア
ンプ２によるオフセツト電圧であるが、Δｅi2はＧ２／
Ｇ１（＜１）に圧縮されて非常に小となる。

【００２８】例えば、Ｇ２＝１０，Ｇ１＝１０⁵ ，Δｅ
i2＝１０ｍＶとすると、 （Ｇ２／Ｇ１）Δｅi2＝１μＶ となり、極めて小さなオフセツト電圧に圧縮されること
が判る。

【００２９】また、（５）式の第２項はオペアンプ１に
よるオフセツト電圧であるが、Δｅi1は非常に小さく、
Ｇ２も１〜３０程度であるために、この第２項によるオ
フセツト電圧は第１項に比較して無視可能な程度に小さ
いものである。例えば、Δｅi1＝２０ｎＶ，Ｇ２＝１０
とすると、Δｅi1Ｇ２＝２００ｎＶとなり、第１項に比
し小さな値になる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、高利
得、低オフセツト電圧のオペアンプを前段に設け、広帯
域ではあるがオフセツト電圧の大きいＤＣアンプを後段
に設けてこれ等を縦続接続して負帰還をかけるようにし
たので、後段のＤＣアンプのオフセツト電圧は前段のオ
ペアンプの利得により圧縮されるという効果がある。

【００３１】また、負帰還率及び入力信号分圧比を適宜
選定することにより、広帯域に亘り利得が一定の増幅回
路を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の回路図である。

【符号の説明】

１ オペアンプ ２ ＤＣアンプ Ｒ１，Ｒ２ 負帰還抵抗 Ｒ３，Ｒ４ 分圧抵抗

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流成分を含む広帯域の入力信号を１入
   力とする演算増幅器と、この演算増幅器の出力信号及び
   前記入力信号を差動入力とし前記第１の演算増幅器より
   もオフセツト電圧が大でかつ利得が小なる直流増幅器
   と、この直流増幅器の出力を前記演算増幅器へ負帰還す
   る負帰還手段とを含み、前記直流増幅器の出力を増幅出
   力とするようにした広帯域増幅回路であって、 前記入力信号は前記演算増幅器に分圧手段を介して供給
   されており、前記分圧手段の分圧比αと前記負帰還手段
   の帰還率βとの関係は、α／β＝Ｇ２（Ｇ２は前記直流
   増幅器の利得）に設定されている ことを特徴とする広帯
   域増幅回路。
2. 【請求項２】 α＝１，１／β＝Ｇ２に選定されている
   ことを特徴とする請求項１記載の広帯域増幅回路。
3. 【請求項３】 前記直流増幅器の利得Ｇ２は前記演算増
   幅器の利得に対して著しく小であることを特徴とする請
   求項１〜２いずれか記載の広帯域増幅回路。