JP2901397B2 - 非線型増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非線型増幅器に関し、特
に、ビデオカメラ等の映像信号処理回路において使用さ
れているニー（ＫＮＥＥ）回路に適用される非線型増幅
器に関する。

【従来の技術】一般に、この種の非線型増幅器は、ビデ
オカメラ等における映像信号処理回路において、入力電
圧に対して、特定の折れ曲り出力特性を有するニー回路
として用いられている。

【０００２】従来の、この種の非線型増幅器は、その一
例が図３に示されるように、入力信号源２７に対応し
て、ＮＰＮトランジスタ１７および１８、定電流源１９
および２０、そして抵抗２１および２２とにより形成さ
れる差動増幅器１６と、抵抗２３、ダイオード２４、定
電圧源２５および２６とを備えて構成される。ここにお
いて、定電圧源２６は、線型増幅器において、入力電圧
に対応するニー・ポイント（折れ曲り点電圧）を設定す
るための定電圧源である。また、図４（ａ）および
（ｂ）に示されるのは、本従来例における動作特性を示
す図である。

【０００３】図３において、抵抗２１、２２および２３
の抵抗値をそれぞれＲ₂₁、Ｒ₂₂およびＲ₂₃とし、ダイオ
ード２４のインピーダンスをＲ_D24 とすると、出力負荷
抵抗Ｒ_L は次式にて表わされる。

【０００４】 Ｒ_L ＝Ｒ₂₁−（Ｒ₂₁）² ／（Ｒ₂₁＋Ｒ₂₃＋Ｒ_D24 ）………（１） ダイオード２４に流れる電流をＩ_D24 とすると、ダイオ
ード２４のインピーダンスＲ_D24 は次式にて表わされ
る。

【０００５】Ｒ_D24 ＝ｋＴ／ｑＩ_D24 ‥‥‥‥‥‥‥‥
‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２）上記（２）式にお
いて、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電子の
電荷である。

【０００６】図４（ｂ）を参照して、入力信号源２７の
入力電圧Ｖ_i が、０≦Ｖ_i ＜Ｖ₁ のレベル範囲にあり、
出力電圧がＶ_o より低いレベル状態にある場合において
は、ダイオード２４は遮断状態にある。即ちＩ_D24 ＝０
であり、上記（２）式より、ダイオード２４のインピー
ダンスＲ_D24 は無限大となる。従って、この場合には、
（１）式より、Ｒ_L ＝Ｒ₂₁となり、この間における電圧
利得はＲ₂₁／Ｒ₂₂となる。

【０００７】次に、図４（ｂ）を参照して、入力電圧Ｖ
_i が、Ｖ_i ＞Ｖ₂ のレベル範囲にある時には、ダイオー
ド２４は導通状態にあり、電流Ｉ_D24 としては、数百μ
Ａ程度流れることになる。これにより、ダイオード２４
のインピーダンスＲ_D24 は、（２）式により明らかなよ
うに、Ｒ_D24 の値は、Ｒ₂₁およびＲ₂₃の値に比較して極
めて小さい値となる。従って、合成出力負荷抵抗は、上
記（１）式において、近似的にＲ_D24 ＝０とすることが
可能となり、Ｒ_L ＝Ｒ₂₁・Ｒ₂₃／（Ｒ₂₁＋Ｒ₂₃）となっ
て、この間における電圧利得としては、Ｒ_L ／Ｒ₂₂＝Ｒ
₂₁・Ｒ₂₃／Ｒ₂₂（Ｒ₂₁＋Ｒ₂₃）となる。

【０００８】次に、図４（ｂ）を参照して、入力電圧Ｖ
_i が、Ｖ₁ ＜Ｖ_i ≦Ｖ₂ のレベル範囲にある時には、ダ
イオード２４が遮断状態より導通状態に変化する領域に
あり、ダイオード２４のインピーダンスＲ_D24 が、Ｒ₂₁
およびＲ₂₃に対して無視することができない値となるた
め、合成出力負荷抵抗は、図４（ａ）に示されるように
変化することになる。従って、この間における電圧利得
Ｒ_L ／Ｒ₂₂は、図４（ｂ）に示されるように緩かに変化
してゆき、出力電圧におけるニー・ポイント（折れ曲り
点）が明確には現われない。

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の非線形
増幅器においては、図４（ａ）に示されるように、出力
負荷抵抗を変化させることによって電圧利得を変化さ
せ、所望の出力波形を得ているが、入力電圧Ｖ_i が、Ｖ
₁ ＜Ｖ_i ≦Ｖ₂ のレベル範囲にある状態において、ダイ
オード２４が遮断状態から導通状態に移行する状態にお
いては、ダイオード２４のインピーダンスの値が負荷抵
抗に対比して無視することができない値となり、図４
（ａ）の入力電圧Ｖ_i が電圧Ｖ₂ に近接する状態におい
ては、動作時における合成出力負荷抵抗は鋭く変化する
ことができずに緩かに変化してゆく。このために、図４
（ｂ）に見られるように、出力電圧の変化として、ニー
・ポイントを明確に設定することができないという欠点
がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の非線形増幅器
は、所定の入力信号源に対応して、エミッタ抵抗により
相互のエミッタが連結される第１および第２のＮＰＮト
ランジスタを含み、前記第２のＮＰＮトランジスタのコ
レクタを出力端子として形成される差動増幅器と、高電
位直流電源と前記第１のＮＰＮトランジスタのコレクタ
との間に挿入接続される定電流源と、前記高電位直流電
源と前記出力端子との間に直列接続される負荷抵抗と、
ベースが所定の定電圧源の正極側に共通接続され、エミ
ッタが共に前記第１のＮＰＮトランジスタのコレクタに
共通接続されるとともに、コレクタがそれぞれ前記高電
位直流電源および前記出力端子に個別に接続される第３
および第４のＮＰＮトランジスタと、エミッタが前記第
１のＮＰＮトランジスタのコレクタに接続され、ベース
が前記第３および第４のＮＰＮトランジスタのベースに
接続されるとともに、コレクタが接地電位に接続される
ＰＮＰトランジスタと、を備えて構成される。

【００１０】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１１】図１は本発明の一実施例を示す回路図であ
る。図１に示されるように、本実施例は、入力信号源１
３に対応して、ＮＰＮトランジスタ２および３、定電流
源４および５、そして抵抗６により形成される差動増幅
器１と、ＮＰＮトランジスタ８および９、ＰＮＰトラン
ジスタ１０および定電圧源１１により形成される分流整
流回路７と、定電圧源１２、ニー・ポイント電圧を設定
する定電流源１４および負荷抵抗として機能する抵抗１
５とを備えて構成される。なお、ＮＰＮトランジスタ８
および９は分流回路を形成しており、両ＮＰＮトランジ
スタのエミッタ面積比を適当にすることによって、分流
比が設定される。また、図２（ａ）および（ｂ）に示さ
れるのは、本実施例における動作特性を示す図であり、
図２（ａ）は、入力電圧Ｖ_i に対応するＮＰＮトランジ
スタ３および９のコレクタ電流Ｉ_C3およびＩ_C9の電流変
化量を示しており、図２（ｂ）は、入力電圧Ｖ_i に対応
する出力電圧Ｖ_O を示している。なお、図２（ａ）にお
いて、ＮＰＮトランジスタ９のコレクタ電流Ｉ_C9が、入
力電圧Ｖ_i の入力に対応して、定常レベル状態から漸次
増大するレベル状態に移行する点における入力電圧Ｖ₁
が、Ｖ₁ ＝Ｒ₆ （Ｉ₁₄−Ｉ₄ ）として設定されており、
この入力電圧Ｖ₁ に対応するＮＰＮトランジスタ３のコ
レクタ電流Ｉ _C3 は、Ｉ _C3 ＝Ｉ ₅ −Ｖ ₁ ／Ｒ ₆ ＝Ｉ ₅ ＋Ｉ
₄ −Ｉ ₁₄ として示されている。また、図２（ｂ）におい
ては、当該入力電圧Ｖ₁ に対応する出力電圧Ｖ_O が、Ｖ
_O ＝Ｒ ₁₅ Ｉ _C3 ＝Ｒ ₁₅ （Ｉ ₅ ＋Ｉ ₄ −Ｉ ₁₄ ）として示され
ている。

【００１２】図１において、抵抗６および１５の抵抗値
をそれぞれＲ₆ およびＲ₁₅とし、ＮＰＮトランジスタ２
のコレクタ電流をＩ_c2とし、定電流源４、５および１４
の電流値をＩ₄ 、Ｉ₅ およびＩ₁₄とすると、図２（ｂ）
を参照して、入力信号源１３の入力電圧Ｖ_i が、０≦Ｖ
_i ＜Ｖ₁ のレベル範囲にあり、出力電圧がニー・ポイン
ト電圧Ｖ1 よりも低い場合には、ＮＰＮトランジスタ２
のコレクタ電流Ｉ_c2は次式にて表わされる。

【００１３】 Ｉ_c2＝Ｖ_i ／Ｒ₆ ＋Ｉ₄ （＜Ｉ₁₄） …………………（３） 従って、Ｉ_c2とＩ₁₄との差電流（Ｉ₁₄−Ｉ_c2）は、ＰＮ
Ｐトランジスタ１０を通して流れる。この時には、ＮＰ
Ｎトランジスタ８および９は遮断状態にあるために電流
は流れない。従って、ＮＰＮトランジスタ３を介して、
負荷抵抗を形成する抵抗１５に流れる電流により、出力
端子５１における出力電圧Ｖ_o は、次式にて与えられ
る。

【００１４】 Ｖ_o ＝Ｖ_i （Ｒ₁₅／Ｒ₆ ） ………………………………（４） 即ち、入力電圧Ｖ_i が、０≦Ｖ_i ＜Ｖ₁のレベル範囲に
ある場合においては、出力電圧Ｖ_o は（Ｒ₁₅／Ｒ₆ ）を
比例常数とする形で変化してゆく（図２（ｂ）参照）。

【００１５】次に、入力電圧Ｖ_i が、Ｖ_i ≧Ｖ₁ のレベ
ル範囲にあり、出力電圧がニー・ポイント電圧よりも高
くなる状態においては、ＮＰＮトランジスタ２のコレク
タ電流Ｉ_c2は、前述の（３）式と同様に次式にて表わさ
れる。

【００１６】 Ｉ_c2＝Ｖ_i ／Ｒ₆ ＋Ｉ₄ （≧Ｉ₁₄） …………………（６）また、前述のように、入力電圧Ｖ ₁ は、Ｖ ₁ ＝Ｒ ₆ （Ｉ
₁₄ −Ｉ ₄ ）として設定されているので、Ｉ ₁₄ ＝Ｖ ₁ ／Ｒ
₆ ＋Ｉ ₄ となり、これにより、上記（６）式の Ｉ_c2とＩ
₁₄との差電流（Ｉ_c2−Ｉ₁₄）は、次式により表わされ
る。

【００１７】 Ｉ_C2−Ｉ₁₄＝（Ｖ_i ／Ｒ₆ ＋Ｉ₄ ）−（Ｖ₁ ／Ｒ₆ ＋Ｉ₄ ） ＝（Ｖ_i −Ｖ₁ ）／Ｒ₆ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（７） この差電流（Ｉ_C2−Ｉ₁₄）は、ＮＰＮトランジスタ８お
よび９を通して流れることになる。今、ｎの値を１より
小さい数値とし、ＮＰＮトランジスタ８および９のエミ
ッタ・サイズ比をｎ：（１−ｎ）とする。ＮＰＮトラン
ジスタ８および９のコレクタ電流をＩ₈ およびＩ₉ とす
ると、Ｉ ₈ およびＩ ₉ は、次式により与えられる。

【００１８】 Ｉ ₈ ＝nＶ_i ／Ｒ₆ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（８） Ｉ ₉ ＝（1−n）Ｖ_i ／Ｒ₆ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（９） 従って、出力端子５１における出力電圧Ｖ_O は、次式に
よって与えられる。

【００１９】 Ｖ_O ＝Ｖ_i Ｒ₁₅／Ｒ₆ −Ｒ ₁₅ Ｉ ₉ ＝Ｖ_i Ｒ₁₅／Ｒ₆ −（1−ｎ）Ｖ_i Ｒ₁₅／Ｒ₆ ＝ｎＶ_i Ｒ₁₅／Ｒ₆ ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１０）

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、差動増
幅器の一方の増幅回路に直列に接続される分流整流回路
を設け、差動増幅器の出力側に直列接続される負荷抵抗
に流れる電流を、前記分流整流回路を介してニー・ポイ
ント電圧を越える入力電圧に対応して比例的に増大させ
ることにより見掛け上の電圧利得を低下させ、出力電圧
におけるニー・ポイントを明確に設定することができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】本実施例における動作特性を示す図である。

【図３】従来例を示す回路図である。

【図４】従来例における動作特性を示す図である。

【符号の説明】

１、１６ 差動増幅器 ２、３、８、９、１７、１８ ＮＰＮトランジスタ ４、５、１４、１９、２０ 定電流源 ６、１５、２１〜２３ 抵抗 ７ 分流整流回路 １０、１７、１８ ＰＮＰトランジスタ １１、１２、２５、２６ 定電圧源 １３、２７ 入力信号源 ２４ ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−156010（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−256203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−6907（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H03G 11/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の入力信号源に対応して、エミッタ
   抵抗により相互のエミッタが連結される第１および第２
   のＮＰＮトランジスタを含み、前記第２のＮＰＮトラン
   ジスタのコレクタを出力端子として形成される差動増幅
   器と、 高電位直流電源と前記第１のＮＰＮトランジスタのコレ
   クタとの間に挿入接続される定電流源と、 前記高電位直流電源と前記出力端子との間に直列接続さ
   れる負荷抵抗と、 ベースが所定の定電圧源の正極側に共通接続され、エミ
   ッタが共に前記第１のＮＰＮトランジスタのコレクタに
   共通接続されるとともに、コレクタがそれぞれ前記高電
   位直流電源および前記出力端子に個別に接続される第３
   および第４のＮＰＮトランジスタと、 エミッタが前記第１のＮＰＮトランジスタのコレクタに
   接続され、ベースが前記第３および第４のＮＰＮトラン
   ジスタのベースに接続されるとともに、コレクタが接地
   電位に接続されるＰＮＰトランジスタと、 を備えることを特徴とする非線型増幅器。