JP3168724B2 - 可変利得広帯域増幅器 - Google Patents

可変利得広帯域増幅器

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JP3168724B2
JP3168724B2 JP25582792A JP25582792A JP3168724B2 JP 3168724 B2 JP3168724 B2 JP 3168724B2 JP 25582792 A JP25582792 A JP 25582792A JP 25582792 A JP25582792 A JP 25582792A JP 3168724 B2 JP3168724 B2 JP 3168724B2
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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、利得を変化できる広帯
域増幅器に関し、特に精密に利得の制御を行なう必要が
あり、しかも広帯域特性が必要とされる用途に有用な、
可変利得広帯域増幅器に関するものである。
【0002】超音波探傷器,超音波濃度計,超音波ボル
ト軸力計等においては、センサから受信された超音波信
号を増幅するために可変利得広帯域増幅器を必要とす
る。
【0003】このような目的に使用される可変利得広帯
域増幅器は、数[KHz]〜数十[MHz]の広帯域におい
て、一定利得で増幅を行なうことができるとともに、制
御電圧に応じて希望する一定利得に、高精度かつ高安定
に設定可能であることが要求されている。
【0004】
【従来の技術】図9は、従来の可変利得増幅器の一例を
示したものであって、ラジオ受信機等に使用されている
自動利得制御(AGC)増幅回路を例示し、Q1,2
トランジスタ、VAGC はAGC電圧の端子電圧を示す。
【0005】また図10は、トランジスタのエミッタ電
流による特性変化を例示したものであって、同図(a)
はエミッタ電流(IE )対電力利得(Gpr)の特性を示
し、同図(b)はエミッタ電流(IE )対利得帯域幅積
(fT )の特性を示す。
【0006】図9に示されたAGC増幅回路は、VAGC
端子の電圧を変化させて、トランジスタQ2 のエミッタ
電流(コレクタ電流)を変化させることによって、図1
0(a)に示される特性に基づいてその電力利得を変化
させて、増幅回路の利得を変化させるものである。
【0007】図10(a)の特性から示されるように、
電力利得Gprは、ある電流値IG において最大値Gmax
となり、これよりもエミッタ電流が多くても、少なくて
も、電力利得は低下する。
【0008】この際、AGC電圧VAGC を低下させて、
エミッタ電流が減少する方向に制御する方法を、リバー
ス形AGCと呼び、消費電流を少なくできるが、反面、
歪みが多くなる欠点を有している。
【0009】これに対して、AGC電圧VAGC を上昇さ
せて、エミッタ電流が増加する方向に制御する方法を、
フォワード形AGCと呼び、歪みは少なくなるが、反
面、消費電流が多くなる欠点を有している。
【0010】このような原理に基づく利得可変方式は、
エミッタ電流を変化させたときの電力利得の変化を利用
しているので、抵抗を負荷とする広帯域増幅器において
は、トランジスタの動作点が変化するため、実現が困難
である。
【0011】また図10(b)に示すように、エミッタ
電流の変化に伴って、トランジスタの利得帯域幅積fT
が変化するため、周波数特性自体が変化するという欠点
も存在する。このため、可変利得広帯域増幅器への応用
には、不向きである。
【0012】可変利得増幅器としては、この他に、演算
増幅器(OPアンプ)のフィードバック抵抗をアナログ
スイッチを用いて切り換える方法や、PINダイオード
を使用する方法等があるが、前者の方法は、演算増幅器
自体、高周波用として対応しにくいという欠点があり、
また後者の方法は、微小信号レベルでしか使用できない
という欠点があり、いずれにしても、可変利得広帯域増
幅器への応用は困難である。
【0013】近年において、ビデオ信号増幅器等におい
て、広帯域の可変利得増幅器が用いられるようになっ
た。図11は、従来の可変利得増幅器の他の例を示した
ものであって、差動増幅器を基本とした回路からなるも
のである。図中、Q1,〜Q4 はトランジスタ、D1,2
はダイオード、R1 〜R4 は抵抗、符号100は定電流
源である。図12は、差動増幅器の構成例を示したもの
であって、Q1,2 はトランジスタ、R1 〜R5 は抵抗
である。
【0014】また、図12に示された差動増幅器におい
ては、抵抗R3,45 のとき、入力端子in1,i
n2から信号を入力すると、出力端子out1,out
2から差動信号出力として取り出すことができる。この
場合、、抵抗R1 の大きさが抵抗R5 のおおむね数十倍
以下のとき、増幅度Gは次式によって求められる。 G=R1 /R5 …(1) ここで、 R1 =R2,3 =R4
【0015】これは、抵抗R3,4 からトランジスタQ
1,2 への負帰還の量が、抵抗R5によって制御され、
その結果、トランジスタQ1,2 のパラメータには左右
されずに、抵抗値の比によって増幅度が定まることを意
味している。
【0016】図11に示された可変利得増幅器は、トラ
ンジスタQ1,2 のエミッタ側に利得可変回路を設ける
ことによって、等価的に抵抗R5 を可変にして利得制御
を行なうものである。
【0017】図11において、AGC電圧VAGC を高く
してトランジスタQ3 をオンにすると、トランジスタQ
1,2 のエミッタ電流は、ダイオードD1,2 を経てト
ランジスタQ3 に流れる。その結果、等価的に、図12
において抵抗R5 が非常に小さくなり利得Gは大きくな
る。
【0018】逆に、AGC電圧VAGC を負側に大きくす
ると、トランジスタQ4 がオンになって、トランジスタ
1,2 のエミッタ電流は、抵抗R3,4 を経てトラン
ジスタQ4 に流れることとなる。その結果、等価的に、
図11において、抵抗R5 が無限大となって、利得は
(1)式では表されなくなって、次式のようになる。 G=R1 /R3 …(2)
【0019】従ってこの範囲内で、AGC電圧VAGC
変化させることによって、増幅度Gを制御することが可
能となる。この回路では、トランジスタQ1,2 に流れ
るバイアス電流が一定しているため、出力out1,o
ut2の動作点は、利得制御動作によって変化しないと
いう利点がある。しかしながら、AGC電圧VAGC に対
する利得制御が非線形となり、高精度に利得制御を行な
うことは困難である。
【0020】図13は、ビデオ信号可変利得増幅器の一
例を示すものであって、図中、Q1〜Q16はそれぞれト
ランジスタ、R1 〜R21は抵抗である。この回路も、図
12に示された差動増幅器を基本とした構成を有してい
るが、この場合は、図12におけるトランジスタQ1,
2 の負荷抵抗R1,2 を変えることによって、利得を制
御するようになっている。
【0021】図13の場合、図12に示された差動増幅
器のトランジスタQ12 に相当する部分は、トランジ
スタQ5,6 であり、その負荷抵抗R1,2 の部分に、
カスケード増幅器Q1 〜Q4 を設けている。負荷抵抗
は、トランジスタQ1,4 のコレクタに接続された抵抗
2,3 である。
【0022】カスケード増幅器Q1〜Q4のうち、負荷抵
抗が接続されていない、トランジスタQ2,3 のコレク
タは、直接、電源ラインに接続されている。このトラン
ジスタQ2,3 のベースは、相互に接続されて分圧抵抗
1,4 を介してVAGC 端子に接続されている。
【0023】そして、入力端子in(+),in(−)
から入力された信号は、トランジスタQ5,6 によって
差動増幅されて、それぞれのトランジスタのコレクタ電
流の変化を生じる。ここでトランジスタQ5 のコレクタ
電流は、トランジスタQ1,2 のエミッタ電流の和であ
り、トランジスタQ6 のコレクタ電流は、トランジスタ
3,4 のエミッタ電流の和となる。
【0024】VAGC 端子の電圧が低く、トランジスタQ
2,3 がオフの状態では、トランジスタQ5 のコレクタ
電流の大部分は、トランジスタQ1 を経て負荷抵抗R2
に流れて、最大利得となる。またVAGC 端子の電圧が高
く、トランジスタQ2,3 がオンの状態では、トランジ
スタQ5 のコレクタ電流の大部分が、トランジスタQ2
のコレクタ電流となるため、負荷抵抗R2 に流れる電流
は最小となって、最小利得となる。トランジスタQ6
についても、全く同様の動作状態となる。
【0025】このため、この図13においても、VAGC
端子の電圧を上記の電圧範囲内で制御することによっ
て、利得を制御することが可能となる。
【0026】しかしながら、この方式では、出力端,
の動作点が、利得制御に伴って変化するという欠点が
ある。また、出力を取り出すトランジスタのコレクタ電
流自体が大幅に変化して、周波数特性が変化しやすいと
いう問題がある。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
可変利得広帯域増幅器においては、利得可変に伴って動
作点の変化を生じるため、抵抗を負荷とする回路構成が
困難であったり、また利得変化に伴う周波数特性の変化
が生じるという問題があった。そのため、広帯域増幅を
可能とし且つ電圧制御によって高精度に利得制御を行な
うことが可能な、可変利得広帯域増幅器を実現すること
はできなかった。
【0028】
【発明の目的】本発明は、このような従来技術の課題を
解決しようとするものであって、広帯域増幅回路であっ
て、しかも電圧制御によって高精度に利得制御を行なう
ことができる、可変利得広帯域増幅器を提供することを
目的としている。
【0029】
【課題を解決するための手段】本発明では、入力信号が
ベースに接続されエミッタが抵抗R2 を介して負電源に
接続された第1のトランジスタQ1 と、固定電源がベー
スに接続されコレクタが抵抗R1 を介して正電源に接続
され当該コレクタより増幅信号を外部出力する第2のト
ランジスタQ2 と、第1のトランジスタQ1 と第2のト
ランジスタQ2との間に接続されベースにAGC電圧V
AGC が接続された第3のトランジスタQ 3 とを有する増
幅回路を設ける。また、第2のトランジスタQ2 と第3
のトランジスタQ3 の直列回路部分に、当該第2のトラ
ンジスタQ2 のベース電位より低い電位にベース電位が
設定された第4のトランジスタQ4 を並列接続し、第2
のトランジスタQ2 のエミッタを、第5のトランジスタ
5 と定電流源とから成る直列回路を介して接地すると
共に、この第5のトランジスタQ5 のべース電位を第2
のトランジスタQ2 のベース電位よりも低く設定する。
更に、第4のトランジスタQ4 への通電電流値に応じて
定電流源の電流値が調整されるようにする、という構成
を採っている。これによって前述した目的を達成しよう
とするものである。
【0030】
【作用】図1において、入力端子inから入力した信号
は、トランジスタQ1,抵抗R2によって定まる増幅度に
よって増幅され、トランジスタQ1 のコレクタ電流の変
化として出力される。トランジスタQ1 のコレクタ電流
3 は、トランジスタQ3 のエミッタ電流i1 と、トラ
ンジスタQ4 のエミッタ電流i2 の和となっており、こ
の電流の配分比がAGC電圧VAGC によって定まること
になる。トランジスタQ4 のコレクタは、抵抗等からな
る電流検出部2を経て、正電源VCCに接続されている。
トランジスタQ3 のコレクタは、トランジスタQ2 のエ
ミッタに接続され、トランジスタQ2 のコレクタは、負
荷抵抗R1 を経て正電源VCCに接続されていて、トラン
ジスタQ2 のコレクタから出力信号outが発生する。
ここでトランジスタQ5 がない場合には、負荷抵抗R1
にはトランジスタQ2 の電流i1 から、トランジスタQ
2,Q3 のベース電流を差し引いた分の電流(≒i1 )が
流れ、出力電圧Vout ≒R1 ・i1 が生じる。電流i1
は、AGC電圧VAGCによって制御されているため、こ
の増幅器の利得は、VAGC によって定まる。ところが、
トランジスタQ2 のバイアス電流も同時に増減するた
め、利得制御に伴ってトランジスタQ2 の動作点も大幅
に変化し、出力動作基準電圧の大幅な変化と、周波数特
性の大幅な変化を生じる。
【0031】このような欠点を解消するため、本発明で
は、トランジスタQ4 のコレクタ電流i2 を抵抗等から
なる電流検出部2で検出し、ローパスフィルタ3を介し
てその直流分を取り出して、トランジスタQ5 のエミッ
タ側に接続された定電流源1を制御して、トランジスタ
5 に電流i2 の直流分と同じ電流が流れるようにする
ことによって、トランジスタQ2 に対するバイアス電流
が常に一定になるようにする。トランジスタQ5 の作用
としては、この他に、トランジスタQ3 のコレクタから
の有効な信号成分が、トランジスタQ5 側に流れること
なく、すべてトランジスタQ2 に流れるように、トラン
ジスタQ5 のコレクタ電流の交流分に対するインピーダ
ンスを大きくする役割を果たしている。すなわち、トラ
ンジスタQ5 は、直流定電流源であって、交流成分の電
流変化を妨げる役割を有している。これによって、図1
の回路では、利得の制御に伴うトランジスタQ2 の動作
点の変化がなく、従って、前述のような問題点のない、
増幅動作を行なうことができる。
【0032】
【発明の実施例】以下、本発明の第1実施例としての原
理的構成(その1)を、図1に基づいて説明する。この
図1に示す第1実施例は、入力信号がベースに接続され
エミッタが抵抗R2 を介して負電源に接続された第1の
トランジスタQ1 と、固定電源がベースに接続されコレ
クタが抵抗R1 を介して正電源に接続され当該コレクタ
より増幅信号を外部出力する第2のトランジスタQ
2 と、第1のトランジスタQ1 と第2のトランジスタQ
2 との間に接続されベースにAGC電圧VAGC が接続さ
れた第3のトランジスタQ3 とを有する増幅回路を有し
ている。また、第2のトランジスタQ2 と第3のトラン
ジスタQ3 の直列回路部分に、前記第2のトランジスタ
2 のベース電位より低い電位にベース電位が設定され
た第4のトランジスタQ4を並列接続し、第2のトラン
ジスタQ2 のエミッタを、第5のトランジスタQ5と定
電流源とから成る直列回路を介して接地し、この第5の
トランジスタQ5 のべース電位が第2のトランジスタQ
2 のベース電位よりも低く設定されている。そして、第
4のトランジスタQ4 への通電電流値に応じて前記定電
流源の電流値を調整するようになっている。これを更に
詳述すると、図1は、本発明の可変利得広帯域増幅器の
原理的構成(その1)を示したものであって、Q1 〜Q
5 はトランジスタ、符号1は定電流源、符号2は電流検
出部、符号3はローパスフィルタ(L.P.F)を示
す。また、VA,B,C は基準電圧である。
【0033】図1において、入力端子inから入力した
信号は、トランジスタQ1,抵抗R2によって定まる増幅
度によって増幅されて、トランジスタQ1 のコレクタ電
流の変化として出力される。トランジスタQ1 のコレク
タ電流i3 は、トランジスタQ3 のエミッタ電流i1
と、トランジスタQ4 のエミッタ電流i2 の和となって
おり、この電流の配分比がAGC電圧VAGC によって定
まることになる。
【0034】すなわちi3 =i1 +i2 であって、トラ
ンジスタQ3 とQ4 の特性が揃っていれば、VA =V
AGC のとき、i1 =i2 となって、電流は1:1の割合
で流れる。VAGC <VA のときは、i1 <iz となる。
【0035】トランジスタQ4 のコレクタは、抵抗等か
らなる電流検出部2を経て、正電源VCCに接続されてい
る。トランジスタQ3 のコレクタは、トランジスタQ2
のエミッタに接続され、トランジスタQ2 のコレクタ
は、負荷抵抗R1 を経て正電源VCCに接続されていて、
トランジスタQ2 のコレクタから出力信号outが発生
する。
【0036】ここでトランジスタQ5 がない場合には、
負荷抵抗R1 にはトランジスタQ2の電流i1 から、ト
ランジスタQ2,3 のベース電流を差し引いた分の電流
(≒i1 )が流れ、これによって出力電圧Vout ≒R1
1 が生じる。電流i1 は、AGC電圧VAGC によって
制御されているため、この増幅器の利得は、VAGC によ
って定まることになる。
【0037】ところが、トランジスタQ2 のバイアス電
流も同時に増減するため、利得制御に伴ってトランジス
タQ2 の動作点も大幅に変化し、出力動作基準電圧の大
幅な変化と、周波数特性の大幅な変化を生じることにな
る。
【0038】このため、本第1実施例では、トランジス
タQ4 のコレクタ電流i2 を抵抗等からなる電流検出部
2で検出し、ローパスフィルタ3を介してその直流分を
取り出して、トランジスタQ5 のエミッタ側に接続され
た定電流源1を制御して、トランジスタQ5 に電流i2
の直流分と同じ電流が流れるようにすることによって、
トランジスタQ2 に対するバイアス電流が常に一定にな
るようにする。
【0039】トランジスタQ5 の作用としては、この他
に、トランジスタQ3 のコレクタからの有効な信号成分
が、トランジスタQ5 側に流れることなく、すべてトラ
ンジスタQ2 に流れるように、トランジスタQ5 のコレ
クタ電流の交流分に対するインピーダンスを大きくする
役割を果たしている。すなわち、トランジスタQ5 は、
直流定電流源であって、交流成分の電流変化を妨げる役
割を有している。
【0040】これによって、図1の回路では、利得の制
御に伴うトランジスタQ2 の動作点の変化がなく、従っ
て、前述のような問題点のない、増幅動作を行なうこと
ができる。
【0041】さらにトランジスタQ3 は、利得可変動作
によって、コレクタ電流が大幅に変化するが、コレクタ
電圧は「VB −0.6V」であってほぼ一定であり、ま
たエミッタ電圧も「VA −0.6V」であってほぼ一定
であって、VCE(コレクタ−エミッタ間電圧)はほぼ一
定である。
【0042】またトランジスタQ3 では、信号の増幅は
行なわず、トランジスタQ1 の出力電流をそのままトラ
ンジスタQ2 に伝える役割を果たしているだけなので、
コレクタ電流の変化に伴う、周波数特性その他の性能へ
の影響を極力少なくすることができる。
【0043】
【第2実施例】図2にこれを示す。この図2に示す第2
実施例は、図1に示す実施例と同様に、まず、入力信号
がベースに接続されエミッタが抵抗R2 を介して負電源
に接続された第1のトランジスタQ1 と、固定電源がベ
ースに接続されコレクタが抵抗R1 を介して正電源に接
続され当該コレクタより増幅信号を外部出力する第2の
トランジスタQ2 と、第1のトランジスタQ1 と第2の
トランジスタQ2 との間に接続されベースが前記第2の
トランジスタQ2 の電位よりも低く設定された第3のト
ランジスタQ3 とを有する増幅回路を備えている。ま
た、抵抗R1 と第2のトランジスタQ2 と第3のトラン
ジスタQ3 の直列回路部分に、AGC電圧VAG C がベー
スに接続された第4のトランジスタQ4 が並列接続され
ている。更に、第2のトランジスタQ2 のエミッタを、
第5のトランジスタQ5 と定電流源とから成る直列回路
を介して接地すると共に、この第5のトランジスタQ5
のべース電位が第2のトランジスタQ2 のベース電位よ
りも低く設定されている。そして、第4のトランジスタ
4 への通電電流値に応じて定電流源の電流値が調整さ
れるようになっている。この図2に示す第2実施例は、
本発明の可変利得広帯域増幅器の他の原理的構成(その
2)を示したものであって、上述した如く図1における
と同じものを同じ記号で示しているが、AGC電圧V
AGC の接続方法が異なっている。
【0044】図2において、VAGC 端子をトランジスタ
4 のベースに接続し、トランジスタQ3 のベースを電
源VA の正側端子に接続するようにしても、図1の回路
と同様な動作を行なわせることができる。この場合は、
AGC電圧VAGC が高くなると、利得が低下するように
動作する。
【0045】
【第3実施例】図3にこれを示す。この図3に示す第3
実施例は、図1に示す実施例と同様に、まず、入力信号
がベースに接続されエミッタが抵抗R2 を介して負電源
に接続された第1のトランジスタQ1 と、固定電源がベ
ースに接続されコレクタが抵抗R1 を介して正電源に接
続され当該コレクタより増幅信号を外部出力する第2の
トランジスタQ2 と、第1のトランジスタQ1 と第2の
トランジスタQ2 との間に接続されベースにAGC電圧
AGC が接続された第3のトランジスタQ3 とを有する
増幅回路を備えている。また、第2のトランジスタQ2
と第3のトランジスタQ3 の直列回路部分に、当該第2
のトランジスタQ2 のベース電位より低い電位にベース
電位が設定された第4のトランジスタQ4 が並列接続さ
れ、第2のトランジスタQ2 のエミッタを、第5のトラ
ンジスタQ5 と定電流源とから成る直列回路を介して接
地され、この第5のトランジスタQ5 のべース電位が第
2のトランジスタQ2 のベース電位よりも低く設定され
ている。そして、第2のトランジスタQ2 のコレクタ出
力電圧値に応じて、定電流源の電流値が調整されるよう
になっている。この図3に示す第3実施例は、本発明の
可変利得広帯域増幅器の原理的構成(その3)を示した
ものであって、図1におけると同じものを同じ記号で示
しているが、電流検出部に代えてて電圧検出部4が設け
られている点に特徴を有する。
【0046】図3に示された回路においては、AGC電
圧VAGC が低下して、トランジスタQ3 の電流が減少す
ると、抵抗R1 における電圧降下が小さくなり、出力端
子outの電圧が上昇する。そのため、電圧検出部4に
よってout端子の電圧を監視し、ローパスフィルタ3
を経て、その直流分によって定電流源1を制御して、ト
ランジスタQ2 に対するバイアス電流を一定に保つこと
によって、動作点を安定化している。
【0047】
【第4実施例】図4にこれを示す。この図4に示す実施
例は、図1に示た実施例と同様に、まず、入力信号がベ
ースに接続されエミッタが抵抗R2 を介して負電源に接
続された第1のトランジスタQ1 と、固定電源がベース
に接続されコレクタが抵抗R1を介して正電源に接続さ
れ且つ当該コレクタより増幅信号を外部出力する第2の
トランジスタQ2 と、前記第1のトランジスタQ1 と第
2のトランジスタQ2 との間に接続された第3のトラン
ジスタQ3 とを有する増幅回路を備えている。また、第
2のトランジスタQ2 と第3のトランジスタQ3 の直列
回路部分には、当該第2のトランジスタQ2 のベース電
位より低い電位にベース電位が設定された第4のトラン
ジスタQ4 が並列接続され、第2のトランジスタQ2
エミッタが、第5のトランジスタQ5 と定電流源1と抵
抗R3 とから成る直列回路を介して接地され、この第5
のトランジスタQ5 のべース電位が第2のトランジスタ
2のベース電位よりも低く設定されている。
【0048】そして、第4のトランジスタQ4 への通電
電流値に応じて定電流源1の電流値を調整するように構
成すると共に、抵抗R3 の出力電位が外部から送り込ま
れるAGC電圧VAGC に等しくなるように第3のトラン
ジスタQ3 のベース電流を制御する演算増幅器OP1
第3のトランジスタQ3 に併設されている。すなわち、
この図4に示す実施例は、本発明の可変利得広帯域増幅
器の原理的構成(その4)を示したものであって、図1
におけると同じものを同じ記号で示しているが、OP1
は演算増幅器(OPアンプ)である。
【0049】上述の原理的構成(1)〜(3)において
は、広帯域増幅器としての諸特性を維持しながら、利得
制御を行なうことができる構成を有している。この場
合、利得を決定するのは、トランジスタQ3,4 の電流
分配比であるが、トランジスタQ3 の電流を決定するの
は、AGC電圧VAGC に応じてトランジスタQ3 に流れ
るベース電流iB と、トランジスタQ3 の電流増幅率h
feである。
【0050】VAGC 対iB 特性と、電流増幅率hfe
は、トランジスタの個体差および温度による影響, トラ
ンジスタQ3 のコレクタ電流値等による影響が大きく、
このままでは、一定のAGC電圧VAGC に対して、一定
の出力レベルを保証することは困難である。そこで、デ
ィジタルアナログ(D/A)コンバータの出力電圧等を
利用して、安定かつ高精度に、増幅器の利得を設定する
方法が考えられる。
【0051】図4において、電流検出部2はトランジス
タQ4 のコレクタ電流を検出し、ローパスフィルタ3を
経て定電流源1を制御することによって、トランジスタ
4と同一の電流を、トランジスタQ5 のエミッタに生
じる。演算増幅器OP1 は、抵抗R3 の電圧降下と、A
GC電圧VAGC とが等しくなるように、トランジスタQ
3 のベース電流を制御する。
【0052】これにより、AGC電圧VAGC によってト
ランジスタQ4 のコレクタ電流、ひいてはトランジスタ
3 のコレクタ電流をも、VAGC によって精密に制御す
ることができる。従って、AGC電圧VAGC に基づく出
力レベルの安定化が可能になるとともに、次のような効
果も生じる。
【0053】AGC電圧VAGC と、トランジスタQ3
コレクタ電圧の関係が、直線的な比例関係となり、利得
制御も線形となり、制御性が向上する。また、電流検出
抵抗の一端が接地されているので、回路構成が簡単にな
る。更に、AGC電圧VAGCも0V〜数Vの範囲で制御
することになり、トランジスタQ3 のベース電位をその
まま制御する場合と比べて、AGC電圧VAGC に接続さ
れる回路が簡単になる。
【0054】
【第5実施例】図5にこれを示す。この図5に示す実施
例は、前述した図1に示す実施例と同様に、入力信号が
ベースに接続されエミッタが抵抗R2 を介して負電源に
接続された第1のトランジスタQ1 と、固定電源がベー
スに接続されコレクタが抵抗R1 を介して正電源に接続
され当該コレクタより増幅信号を外部出力する第2のト
ランジスタQ2 と、第1のトランジスタQ1 と第2のト
ランジスタQ2 との間に接続されベースにAGC電圧V
AGC が接続された第3のトランジスタQ3 とを有する増
幅回路を備えている。また、第2のトランジスタQ2
第3のトランジスタQ3 の直列回路部分には、当該第2
のトランジスタQ2 のベース電位より低い電位にベース
電位が設定された第4のトランジスタQ4 と予め別に設
けられた第7のトランジスタQ7 との直列回路が並列接
続されている。また、第2のトランジスタQ2 のエミッ
タは第5のトランジスタQ5 と抵抗R9 とから成る直列
回路を介して接地されている。
【0055】第5のトランジスタQ5 と共にカレントミ
ラー回路をなす第6のトランジスタQ6 が装備され、ま
た第7のトランジスタQ7 と共にカレントミラー回路を
形成する第8のトランジスタQ8 が装備されている。そ
して、カレントミラー回路の内の第8のトランジスタQ
8 は、第6のトランジスタQ6 及び抵抗R8 の直列回路
を介して接地されている。すなわち、この第5実施例
は、本発明の応用的実施例(1)を示したものであっ
て、図1に示された原理的構成に基づいている。Q1
8 はトランジスタ、R1 〜R9 は抵抗、C1,2 はコ
ンデンサである。
【0056】図5に示された回路において、トランジス
タQ7,8 からなる回路は、前述した如くカレントミラ
ー回路を形成し、トランジスタQ4 のコレクタ電流に等
しい電流が、トランジスタQ8 のコレクタに流れる。ま
た、トランジスタQ6,5 からなる回路もカレントミラ
ー回路を形成し、トランジスタQ8 のコレクタ電流に等
しい電流がトランジスタQ5 のコレクタに流れる。これ
によって、トランジスタQ4 のコレクタ電流に等しい電
流が、トランジスタQ5 のコレクタに流れることにな
る。
【0057】コンデンサC1,2 は高周波電流分を除去
するためのバイパスコンデンサであって、これによっ
て、トランジスタQ5 のコレクタ電流が、トランジスタ
4 のコレクタ電流の直流分に等しくなる。
【0058】抵抗R6,7 はバイパスコンデンサC1
高周波電流除去作用を助け、またカレントミラー回路を
形成するトランジスタQ7,8 間のばらつきを吸収する
作用を行なう。抵抗R9,8 も同様に、バイパスコンデ
ンサC2 の高周波電流除去作用を助け、またカレントミ
ラー回路を形成するトランジスタQ6,5 間のばらつき
を吸収する作用を行なう。また、抵抗R3,4,5 は、
図1に示された基準電圧VC,B,A を作成するための
分圧回路を構成している。
【0059】
【第6実施例】図6にこれを示す。この図6に示す実施
例は、前述した図1に示す実施例と同様に、入力信号が
ベースに接続されエミッタが抵抗R2 を介して負電源に
接続された第1のトランジスタQ1 と、固定電源がベー
スに接続されコレクタが抵抗R1 を介して正電源に接続
され当該コレクタより増幅信号を外部出力する第2のト
ランジスタQ2 と、第1のトランジスタQ1 と第2のト
ランジスタQ2 との間に接続されベースにAGC電圧V
AGC が接続された第3のトランジスタQ3 とを有する増
幅回路を備えている。
【0060】第3のトランジスタQ3 のコレクタとエミ
ッタとの間には第4のトランジスタQ4 と第5のトラン
ジスタQ5 から成る直列回路が装備されている。また、
第4のトランジスタQ4 のベース電位は第2のトランジ
スタQ2 のベース電位より低く設定されている。第5の
トランジスタQ5 のベース電位は第4のトランジスタQ
4 のベース電位より低く設定されている。そして、第4
のトランジスタQ4 と第5のトランジスタQ5 との間
に、当該第5のトランジスタQ5 の高周波成分を除去す
るローパスフィルタが装備されている。すなわち、この
第6実施例は、本発明の応用的実施例(2)を示したも
のであって、Q1 〜Q5 はトランジスタ、R1 〜R6
抵抗、Cはコンデンサ、Lはコイルである。図6に示さ
れた回路は、図1に示された原理的構成を多少変形した
ものであるが、動作原理は同様である。
【0061】コンデンサC,コイルLは、ローパスフィ
ルタを形成し、トランジスタQ4 のコレクタ電流におけ
る高周波分を除去する。トランジスタQ5 は、このロー
パスフィルタに対して、直接そのエミッタを接続されて
おり、トランジスタQ4 側に分流した電流は、トランジ
スタQ5 を経てそのまま供給される。ローパスフィルタ
としては、コイルLの代わりに抵抗を使用してもよい。
抵抗R3 〜R6 は、図1に示された基準電圧VC,B,
A を作成するための分圧回路を構成している。
【0062】
【第7実施例】図7にこれを示す。この図7に示す実施
例は、前述した第3実施例(図3参照)の場合と同様
に、入力信号がベースに接続されエミッタが抵抗R2
介して負電源に接続された第1のトランジスタQ1 と、
固定電源がベースに接続されコレクタが抵抗R1 を介し
て正電源に接続され当該コレクタより増幅信号を外部出
力する第2のトランジスタQ2 と、第1のトランジスタ
1 と第2のトランジスタQ2 との間に接続されベース
にAGC電圧VAGC が接続された第3のトランジスタQ
3 とを有する増幅回路を備えている。
【0063】第2のトランジスタQ2 と第3のトランジ
スタQ3 の直列回路部分には、当該第2のトランジスタ
2 のベース電位より低い電位にベース電位が設定され
た第4のトランジスタQ4 が並列接続され、第2のトラ
ンジスタQ2 のエミッタが、第5のトランジスタQ5
抵抗R8 とから成る直列回路を介して接地されている。
この第1乃至第3のトランジスタQ1 乃至Q3 から成る
増幅回路に、抵抗R6と前記第2のトランジスタQ2
コレクタ出力をベースに入力する第6のトランジスタQ
6 と抵抗R7 とから成る直列回路が並列接続され、この
第6のトランジスタQ6 のエミッタ端子が出力端子out
として設定されている。そして、この出力端子out の直
流出力をゼロに設定制御する演算増幅器OP1 を装備す
ると共に、この演算増幅器OP1 の制御信号が第5のト
ランジスタQ5 のべースに入力するように構成されてい
る。すなわち、この図7に示す実施例は、本発明の応用
的実施例(3)を示したものであって、図3に示された
原理的構成に基づいている。Q1 〜Q6 はトランジス
タ、R1 〜R10は抵抗、C1 はコンデンサ、OP1 は演
算増幅器(OPアンプ)である。
【0064】トランジスタQ2 からの出力信号は、トラ
ンジスタQ6 によって、抵抗R6,7 の比によって定ま
る増幅度で増幅されて、負荷抵抗R7 に接続された出力
端子outに出力を発生する。
【0065】出力信号電圧を演算増幅器OP1 によって
検出し、さらにコンデンサC1 によって直流成分のみを
抽出して、トランジスタQ5 のベースに入力して、直流
出力レベルを0とするように制御する。なお、図7にお
いては、out端子の直流出力レベルを0とするため
に、演算増幅器OP1 の+端子を接地している。out
端子の直流出力レベルを他の電圧レベルにするときは、
+端子にその電圧を接続すればよい。
【0066】
【第8実施例】図8にこれを示す。この図8に示す実施
例は、本発明の応用的実施例(4)を示したものであっ
て、図4に示された原理的構成に基づいている。Q1
8 はトランジスタ、R1 〜R11は抵抗、C1 〜C3
コンデンサ、OP2 は演算増幅器(OPアンプ)であ
る。
【0067】図8において、抵抗R9 は電流検出用の抵
抗である。この回路の場合、トランジスタQ6 のコレク
タ電圧または抵抗R8 の両端の電圧を用いてもよい。抵
抗R1 0,R1 1 は、演算増幅器OP2 の利得決定用抵
抗、C2 は積分用コンデンサであって、フィードバック
ループの安定度を考慮して、その値を定める。なお、本
実施例の方法は、図3に示された原理的構成に対して
も、全く同様に適用可能である。
【0068】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
利得可変に伴って動作点の変化を生じないので、抵抗を
負荷とする回路構成が可能であるとともに、利得変化に
伴う周波数特性の変化を生じることがない。従って本発
明によれば、広帯域増幅が可能であるとともに、電圧制
御によって高精度に利得制御を行なうことができるとい
う従来にない優れた可変利得広帯域増幅器を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す回路図である。
【図2】本発明の第2実施例を示す回路図である。
【図3】本発明の第3実施例を示す回路図である。
【図4】本発明の第4実施例を示す回路図である。
【図5】本発明の第5実施例を示す回路図である。
【図6】本発明の第6実施例を示す回路図である。
【図7】本発明の第7実施例を示す回路図である。
【図8】本発明の第8実施例を示す回路図である。
【図9】従来の可変利得増幅器の一例を示す図である。
【図10】トランジスタのエミッタ電流による特性変化
を例示する図であって、図10(a)はエミッタ電流
(IE )対電力利得(Gpr)の特性を示し、図10
(b)はエミッタ電流(IE )対利得帯域幅積(fT
の特性を示す。
【図11】従来の可変利得増幅器の他の例を示す図であ
る。
【図12】差動増幅器の構成例を示す図である。
【図13】ビデオ信号可変利得増幅器の一例を示す図で
ある。
【図14】基本増幅回路を示す図である。
【符号の説明】
1 トランジスタ Q2 トランジスタ Q3 トランジスタ Q4 トランジスタ Q5 トランジスタ R1 抵抗 R2 抵抗 1 定電流源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03G 1/00 - 3/18

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号がベースに接続されエミッタが
    抵抗R2 を介して負電源に接続された第1のトランジス
    タQ1 と、固定電源がベースに接続されコレクタが抵抗
    1 を介して正電源に接続され当該コレクタより増幅信
    号を外部出力する第2のトランジスタQ2 と、前記第1
    のトランジスタQ1 と第2のトランジスタQ2 との間に
    接続されベースにAGC電圧VAGC が接続された第3の
    トランジスタQ3 とを有する増幅回路を設け、 前記第2のトランジスタQ2 と第3のトランジスタQ3
    の直列回路部分に、前記第2のトランジスタQ2 のベー
    ス電位より低い電位にベース電位が設定された第4のト
    ランジスタQ4 を並列接続し、前記第2のトランジスタ
    2 のエミッタを、第5のトランジスタQ5 と定電流源
    とから成る直列回路を介して接地すると共に、この第5
    のトランジスタQ5 のべース電位を前記第2のトランジ
    スタQ2のベース電位よりも低く設定し、 前記第4のトランジスタQ4 への通電電流値に応じて前
    記定電流源の電流値が調整されるように構成されている
    ことを特徴とした可変利得広帯域増幅器。
  2. 【請求項2】 入力信号がベースに接続されエミッタが
    抵抗R2 を介して負電源に接続された第1のトランジス
    タQ1 と、固定電源がベースに接続されコレクタが抵抗
    1 を介して正電源に接続され当該コレクタより増幅信
    号を外部出力する第2のトランジスタQ2 と、前記第1
    のトランジスタQ1 と第2のトランジスタQ2 との間に
    接続されベースが前記第2のトランジスタQ2 の電位よ
    りも低く設定された第3のトランジスタQ3 とを有する
    増幅回路を設け、 前記抵抗R1 と第2のトランジスタQ2 と第3のトラン
    ジスタQ3 の直列回路部分に、AGC電圧VAGC がベー
    スに接続された第4のトランジスタQ4 を並列接続し、
    前記第2のトランジスタQ2 のエミッタを、第5のトラ
    ンジスタQ5 と定電流源とから成る直列回路を介して接
    地すると共に、この第5のトランジスタQ5 のべース電
    位を前記第2のトランジスタQ2 のベース電位よりも低
    く設定し、 前記第4のトランジスタQ4 への通電電流値に応じて前
    記定電流源の電流値が調整されるように構成されている
    ことを特徴とした可変利得広帯域増幅器。
  3. 【請求項3】 入力信号がベースに接続されエミッタが
    抵抗R2 を介して負電源に接続された第1のトランジス
    タQ1 と、固定電源がベースに接続されコレクタが抵抗
    1 を介して正電源に接続され当該コレクタより増幅信
    号を外部出力する第2のトランジスタQ2 と、前記第1
    のトランジスタQ1 と第2のトランジスタQ2 との間に
    接続されベースにAGC電圧VAGC が接続された第3の
    トランジスタQ3 とを有する増幅回路を設け、 前記第2のトランジスタQ2 と第3のトランジスタQ3
    の直列回路部分に、前記第2のトランジスタQ2 のベー
    ス電位より低い電位にベース電位が設定された第4のト
    ランジスタQ4 を並列接続し、前記第2のトランジスタ
    2 のエミッタを、第5のトランジスタQ5 と定電流源
    とから成る直列回路を介して接地すると共に、この第5
    のトランジスタQ5 のべース電位を前記第2のトランジ
    スタQ2のベース電位よりも低く設定し、 前記第2のトランジスタQ2 のコレクタ出力電圧値に応
    じて前記定電流源の電流値が調整されるように構成され
    ていることを特徴とした可変利得広帯域増幅器。
  4. 【請求項4】 入力信号がベースに接続されエミッタが
    抵抗R2 を介して負電源に接続された第1のトランジス
    タQ1 と、固定電源がベースに接続されコレクタが抵抗
    1 を介して正電源に接続され且つ当該コレクタより増
    幅信号を外部出力する第2のトランジスタQ2 と、前記
    第1のトランジスタQ1 と第2のトランジスタQ2 との
    間に接続された第3のトランジスタQ3 とを有する増幅
    回路を設け、 前記第2のトランジスタQ2 と第3のトランジスタQ3
    の直列回路部分に、前記第2のトランジスタQ2 のベー
    ス電位より低い電位にベース電位が設定された第4のト
    ランジスタQ4 を並列接続し、前記第2のトランジスタ
    2 のエミッタを、第5のトランジスタQ5 と定電流源
    と抵抗R3 とから成る直列回路を介して接地すると共
    に、この第5のトランジスタQ5 のべース電位を前記第
    2のトランジスタQ2 のベース電位よりも低く設定し、 前記第4のトランジスタQ4 への通電電流値に応じて前
    記定電流源の電流値を調整するように構成すると共に、
    前記抵抗R3 の出力電位が外部から送り込まれるAGC
    電圧VAGC に等しくなるように前記第3のトランジスタ
    3 のベース電流を制御する演算増幅器OP1 を前記第
    3のトランジスタQ3 に併設したことを特徴とした可変
    利得広帯域増幅器。
  5. 【請求項5】 入力信号がベースに接続されエミッタが
    抵抗R2 を介して負電源に接続された第1のトランジス
    タQ1 と、固定電源がベースに接続されコレクタが抵抗
    1 を介して正電源に接続され当該コレクタより増幅信
    号を外部出力する第2のトランジスタQ2 と、前記第1
    のトランジスタQ1 と第2のトランジスタQ2 との間に
    接続されベースにAGC電圧VAGC が接続された第3の
    トランジスタQ3 とを有する増幅回路を設け、 前記第2のトランジスタQ2 と第3のトランジスタQ3
    の直列回路部分に、前記第2のトランジスタQ2 のベー
    ス電位より低い電位にベース電位が設定された第4のト
    ランジスタQ4 と予め別に設けられた第7のトランジス
    タQ7 との直列回路を並列接続し、前記第2のトランジ
    スタQ2 のエミッタを、第5のトランジスタQ5 と抵抗
    9 とから成る直列回路を介して接地し、 この第5のトランジスタQ5 と共にカレントミラー回路
    をなす第6のトランジスタQ6 を装備し、前記第7のト
    ランジスタQ7 と共にカレントミラー回路を形成する第
    8のトランジスタQ8 を装備し、 前記カレントミラー回路の内の第8のトランジスタQ8
    を前記第6のトランジスタQ6 及び抵抗R8 の直列回路
    を介して接地したことを特徴とする可変利得広帯域増幅
    器。
  6. 【請求項6】 入力信号がベースに接続されエミッタが
    抵抗R2 を介して負電源に接続された第1のトランジス
    タQ1 と、固定電源がベースに接続されコレクタが抵抗
    1 を介して正電源に接続され当該コレクタより増幅信
    号を外部出力する第2のトランジスタQ2 と、前記第1
    のトランジスタQ1 と第2のトランジスタQ2 との間に
    接続されベースにAGC電圧VAGC が接続された第3の
    トランジスタQ3 とを有する増幅回路を設け、 前記第3のトランジスタQ3 のコレクタとエミッタとの
    間に第4のトランジスタQ4 と第5のトランジスタQ5
    から成る直列回路を装備し、前記第4のトランジスタQ
    4 のベース電位を前記第2のトランジスタQ2 のベース
    電位より低く設定すると共に、前記第5のトランジスタ
    5 のベース電位を前記第4のトランジスタQ4 のベー
    ス電位より低く設定し、 前記第4のトランジスタQ4 と第5のトランジスタQ5
    との間に、当該第5のトランジスタQ5 の高周波成分を
    除去するローパスフィルタを装備したことを特徴とする
    可変利得広帯域増幅器。
  7. 【請求項7】 入力信号がベースに接続されエミッタが
    抵抗R2 を介して負電源に接続された第1のトランジス
    タQ1 と、固定電源がベースに接続されコレクタが抵抗
    1 を介して正電源に接続され当該コレクタより増幅信
    号を外部出力する第2のトランジスタQ2 と、前記第1
    のトランジスタQ1 と第2のトランジスタQ2 との間に
    接続されベースにAGC電圧VAGC が接続された第3の
    トランジスタQ3 とを有する増幅回路を設け、 前記第2のトランジスタQ2 と第3のトランジスタQ3
    の直列回路部分に、前記第2のトランジスタQ2 のベー
    ス電位より低い電位にベース電位が設定された第4のト
    ランジスタQ4 を並列接続し、前記第2のトランジスタ
    2 のエミッタを、第5のトランジスタQ5 と抵抗R8
    とから成る直列回路を介して接地し、 この第1乃至第3のトランジスタQ1 乃至Q3 から成る
    増幅回路に、抵抗R6と前記第2のトランジスタQ2
    コレクタ出力をベースに入力する第6のトランジスタQ
    6 と抵抗R7 とから成る直列回路を並列接続すると共
    に、この第6のトランジスタQ6 のエミッタ端子を出力
    端子として設定すると共に、前記出力端子の直流出力を
    ゼロに設定制御する演算増幅器OP1 を装備し、 この演算増幅器OP1 の制御信号を前記第5のトランジ
    スタQ5 のべースに入力するように構成したことを特徴
    とする可変利得広帯域増幅器。
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