JP3821988B2 - 増幅回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、増幅回路に係り、特に、入力信号と同相の非反転増幅出力と入力信号と逆相の反転増幅出力とを、単一の回路の切替制御によって選択的に得ることを可能とする増幅回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、増幅回路には、入力信号と同相の非反転増幅出力を得る非反転増幅回路つまり同相増幅回路と、入力信号と逆相の反転増幅出力を得る反転増幅回路つまり逆相増幅回路とがある。入力信号の種類及び増幅出力の供給先の状況等によって、入力信号と同相の非反転増幅出力を得たい場合、入力信号と逆相の反転増幅出力を得たい場合、及びこれらのどちらでもよくとにかく増幅出力を得たい場合がある。多くの場合、増幅回路を構成するトランジスタ等の能動素子の特性等に起因して、増幅回路を構成する個々の増幅段は、反転増幅回路（逆相増幅回路）として構成される。
【０００３】
ところで、入力信号の種類及び増幅出力の供給先の状況等によっては、増幅出力の位相を選択的に切替変更したい場合がある。
従来は、このような場合には、次の(1) 〜(3) の方法のいずれかによって、位相、すなわち極性、の切替えを行っていた。
(1) 同相増幅回路（非反転増幅回路）と、逆相増幅回路（反転増幅回路）とを個々に用意して両者を選択的に切り替える。
(2) 複数段の反転増幅段により増幅回路を構成し、信号の入力位置を変更するなどして、有効段数を切り替える。
(3) 演算増幅器（ＯＰアンプ）等を用いた回路で多用されるように、入力信号を入力する非反転入力端と反転入力端との間で、入力端子を入れ替える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
増幅回路における位相の反転切り替えに、上述した(1) 〜(3) の方法を用いる場合、いずれも機械的接点又は電子スイッチ等による回路の切替えが発生する。このため、増幅回路における位相の反転切り替えのために、機械的接点又は電子スイッチ等の外付け部品が必要となり、切替え時にノイズ及び歪が発生し易いという問題がある。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、入力信号と同相の非反転増幅出力を得る同相増幅と、入力信号と逆相の反転増幅出力を得る逆相増幅とを、簡単な構成を用いて、切替え時のノイズ及び歪の発生なしに、選択的に切り替えることを可能とする増幅回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる増幅回路は、能動素子を有し、該能動素子の動作領域が能動領域であるときは、入力信号を能動素子により反転増幅し、且つ該動作領域が飽和領域であるときは、前記入力信号をそのまま出力する第１の増幅段と、前記第１の増幅段からの出力信号を入力信号として、該入力信号を反転増幅し、増幅信号を出力する第２の増幅段と、前記第１の増幅段を制御して、該第１の増幅段を構成する能動素子の動作領域を能動領域と飽和領域との間で切り替え、前記第１および第２の増幅段により前記入力信号と同相の増幅出力と逆相の増幅出力とを選択的に出力させる制御手段と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
前記制御手段は、前記第１の増幅段を構成する能動素子の動作バイアスを制御して、該能動素子の動作領域を能動領域と飽和領域との間で切り替えるバイアス制御手段を含んでいてもよい。
【００１１】
この発明に係る増幅回路は、複数の増幅段に、能動素子の動作領域が能動領域であるときは、入力信号を能動素子により反転増幅し、且つ該動作領域が飽和領域であるときは、前記入力信号をそのまま次段に供給する増幅段を含み、該増幅段を制御して、能動素子の動作領域を能動領域と飽和領域との間で切り替え、前記複数の増幅段により前記入力信号と同相の増幅出力と逆相の増幅出力とを選択的に出力させる。この増幅回路では、複数の増幅段のうちの一段を構成する能動素子の動作領域の制御により、入力信号と同相の非反転増幅出力を得る同相増幅と、入力信号と逆相の反転増幅出力を得る逆相増幅とを、切替え時のノイズ及び歪の発生なしに、簡単な構成を用いて、選択的に切り替えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る増幅回路を説明する。
図１は、この発明の実施の形態に係る増幅回路の構成を模式的に示している。
図１に示す増幅回路は、第１のトランジスタＴＲ１、第２のトランジスタＴＲ２、第３のトランジスタＴＲ３、第４のトランジスタＴＲ４、ダイオードＤｉ、コンデンサＣ１、第１の抵抗Ｒ１、第２の抵抗Ｒ２、第３の抵抗Ｒ３、第４の抵抗Ｒ４、第５の抵抗Ｒ５、第６の抵抗Ｒ６、第７の抵抗Ｒ７及び第８の抵抗Ｒ８を備えている。
【００１３】
図示するように、トランジスタＴＲ１は、ｐｎｐトランジスタであり、エミッタには、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３の各一端が接続される。抵抗Ｒ１の他端にはコンデンサＣ１の一端が接続され、コンデンサＣ１の他端は、抵抗Ｒ２の他端に接続される。すなわち、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の直列回路と抵抗Ｒ２とが並列に接続されている。トランジスタＴＲ１のベースは、電源Ｖccとグラウンド（共通電位）との間に順次直列に接続された抵抗Ｒ７、ダイオードＤｉ及び抵抗Ｒ８の直列回路における抵抗Ｒ７とダイオードＤｉのアノードとの接続点に接続される。また、トランジスタＴＲ１のコレクタには、トランジスタＴＲ２のベースが接続される。
【００１４】
トランジスタＴＲ２は、ｎｐｎトランジスタであり、エミッタはグラウンドに接続される。トランジスタＴＲ２のコレクタには、抵抗Ｒ３の他端及び抵抗Ｒ４の一端が接続される。抵抗Ｒ４の他端は電源Ｖccに接続される。
【００１５】
抵抗Ｒ７とダイオードＤｉのアノードとの接続点には、トランジスタＴＲ３のコレクタも接続される。トランジスタＴＲ３は、ｎｐｎトランジスタであり、エミッタは、ダイオードＤｉのカソードと抵抗Ｒ８との接続点に接続される。トランジスタＴＲ３のベースには、抵抗Ｒ６の一端が接続され、該抵抗Ｒ６の他端にはトランジスタＴＲ４のエミッタが接続される。
【００１６】
トランジスタＴＲ４は、ｎｐｎトランジスタであり、ベースには抵抗Ｒ５の一端が接続される。抵抗Ｒ５の他端は、電源（１／２）Ｖcc、すなわち電源Ｖccの１／２の電位の電源、に接続される。トランジスタＴＲ４のコレクタは、コンデンサＣ１の他端と抵抗Ｒ２の他端との接続点に接続される。
【００１７】
入力信号ＩＮは、入力端ＴｉからダイオードＤｉのカソードと抵抗Ｒ８との接続点に入力され、トランジスタＴＲ２のコレクタにおける信号が増幅出力ＯＵＴとして出力端Ｔｏから導出される。トランジスタＴＲ４のエミッタには、制御端Ｔｃを介して制御電位が入力される。制御端Ｔｃにおける制御電位は、電源Ｖccの電位又はグラウンド電位、すなわち０Ｖ、である。
【００１８】
なお、例えば、図１に示すように、抵抗Ｒ２は６２ｋΩ、抵抗Ｒ３は５１０ｋΩ、抵抗Ｒ４は１２０ｋΩ、抵抗Ｒ５は１００ｋΩ、抵抗Ｒ６は５ＭΩ、そして抵抗Ｒ７は５ＭΩとする。
【００１９】
図１に示す増幅回路は、トランジスタＴＲ１による初段増幅部とトランジスタＴＲ２による第２段増幅部とを用いて構成される２段構成の増幅回路である。該増幅回路の初段のトランジスタＴＲ１の動作バイアスを制御して、動作領域を、通常の反転増幅動作を行う能動領域と、単なる導通状態と同等となる飽和領域とに選択的に切り替える。この切替えにより、２段増幅回路全体では、位相を切り替え、入力端Ｔｉの入力信号ＩＮに対する出力端Ｔｏにおける増幅出力ＯＵＴの位相を変更する。
【００２０】
すなわち、初段のトランジスタＴＲ１が能動領域にあるときは、通常の２段増幅であるため、出力端Ｔｏにあらわれる増幅出力ＯＵＴは、入力端Ｔｉに与えられる入力信号ＩＮと同相となる。ところが、初段のトランジスタＴＲ１が飽和領域にある場合には、初段増幅部がスルーとなり、該初段増幅部の入力と出力が同一（同相）となるため、２段目の第２段増幅部の入力が入力端Ｔｉにおける入力信号ＩＮと同相となり、出力端Ｔｏにおける増幅出力ＯＵＴは入力信号ＩＮと逆相となる。
【００２１】
次に、このような図１の増幅回路の動作について詳細に説明する。図1の増幅回路は、制御端Ｔｃにグラウンド電位すなわち０Ｖが与えられると、同相増幅回路となり、制御端Ｔｃに＋電位（正電位）、例えば正電源Ｖccの電位（＋Ｖcc）が与えられると、逆相増幅回路となる。トランジスタＴＲ３及びトランジスタＴＲ４は初段増幅部のトランジスタＴＲ１の動作バイアスを変更して動作領域を能動領域と飽和領域との間で切り替え制御するためのスイッチとして動作する。
【００２２】
(1) 制御端Ｔｃにグラウンド電位（０Ｖ）が与えられた場合、トランジスタＴＲ３がオフとなり、トランジスタＴＲ４がオンとなる。このとき、トランジスタＴＲ１のベース電位は、入力信号ＩＮの電位に対して、ダイオードＤｉの順方向電圧分上昇し、コレクタ〜エミッタ間に電圧があらわれて、トランジスタＴＲ１は能動状態になる。また、トランジスタＴＲ４はオンしているため、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の直列回路と抵抗Ｒ２との並列回路がトランジスタＴＲ１のエミッタとグラウンド電位との間に接続された形となり、抵抗Ｒ３に対する負帰還量を決定する。
したがって、このとき、増幅回路は、図２に示す等価回路であらわされ、通常の２段増幅となり、出力端Ｔｏには、入力端Ｔｉの入力信号ＩＮと同相の増幅出力ＯＵＴが得られる。
【００２３】
(2) 制御端Ｔｃに正電源Ｖccの電位（＋Ｖcc）が与えられた場合、トランジスタＴＲ３がオンとなり、トランジスタＴＲ４がオフとなる。このとき、トランジスタＴＲ１のベース電位は、グラウンド電位、つまり０電位となり、トランジスタＴＲ１は飽和状態すなわちショート（短絡）状態となる。このとき、抵抗Ｒ３はトランジスタＴＲ２のベース帰還抵抗として働く。
したがって、このとき増幅回路は、図３に示す等価回路であらわされ、トランジスタＴＲ１による初段増幅部は、存在しない場合と同様に、単なる導通状態となり、増幅回路全体が１段の反転増幅動作となり、出力端Ｔｏには、入力端Ｔｉの入力信号ＩＮと逆相の増幅出力ＯＵＴが得られる。
【００２４】
これら同相増幅及び逆相増幅の両者においては、出力位相が逆であるにもかかわらず、共に負帰還がかかり、歪の少ない増幅動作による増幅出力ＯＵＴを得ることができる。この増幅回路の増幅度は、電源Ｖccの電源電圧を制御することにより、−∞から＋∞まで連続的に変化させることができる。また、増幅度を変更しても、電源Ｖccの電源電圧の変化に対して安定した増幅出力を得ることができる。
【００２５】
このようにして、簡単な構成であるにもかかわらず、２段構成の初段の増幅部のトランジスタＴＲ１の動作バイアスにより、能動素子であるトランジスタＴＲ１の動作領域を能動領域と飽和領域との間で制御し、入力信号と同相の非反転増幅出力を得る同相増幅と、入力信号と逆相の反転増幅出力を得る逆相増幅とを、切替え時のノイズ及び歪の発生なしに、選択的に切り替えることができる。
【００２６】
このように、同相増幅／逆相増幅を切り替えて使用する回路は、アナログ回路を初めとして、ディジタルロジック回路の分野でも幅広く用いることができる。上述した回路は、外付け部品が不要となることから、特にディジタル回路においては、ロジック回路の構成がシンプルになり、設計の簡素化及び製造コストの低廉化につながる。
【００２７】
なお、上述においては、２段構成の増幅回路を例として示したが、３段構成又は、それ以上の多段構成でもよく、いずれか１段の能動素子において、能動領域と飽和領域との切替制御を行えばよい。この場合、信号電力の小さな初段又はそれに近い低次の増幅段において動作領域の制御を行うようにし、高次の増幅段、特に大出力となっている最終段においては、動作領域の制御は行わないようにすることが望ましい。
【００２８】
また、上述においては、増幅段を構成する能動素子として通常のｐｎｐ及びｎｐｎ型のトランジスタを用いた場合について説明したが、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等の能動素子を用いる場合にも上述と同様にして実施することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、入力信号と同相の非反転増幅出力を得る同相増幅と、入力信号と逆相の反転増幅出力を得る逆相増幅とを、簡単な構成を用いて、切替え時のノイズ及び歪の発生なしに、選択的に切り替えることを可能とする増幅回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る増幅回路の構成を模式的に示す回路構成図である。
【図２】図１の増幅回路の動作を説明するための同相増幅時の等価回路を模式的に示す図である。
【図３】図１の増幅回路の動作を説明するための逆相増幅時の等価回路を模式的に示す図である。
【符号の説明】
ＴＲ１ 第１のトランジスタ
ＴＲ２ 第２のトランジスタ
ＴＲ３ 第３のトランジスタ
ＴＲ４ 第４のトランジスタ
Ｄｉ ダイオード
Ｃ１ コンデンサ
Ｒ１ 第１の抵抗
Ｒ２ 第２の抵抗
Ｒ３ 第３の抵抗
Ｒ４ 第４の抵抗
Ｒ５ 第５の抵抗
Ｒ６ 第６の抵抗
Ｒ７ 第７の抵抗
Ｒ８ 第８の抵抗

Claims (2)

1. 能動素子を有し、該能動素子の動作領域が能動領域であるときは、入力信号を能動素子により反転増幅し、且つ該動作領域が飽和領域であるときは、前記入力信号をそのまま出力する第１の増幅段と、
   前記第１の増幅段からの出力信号を入力信号として、該入力信号を反転増幅し、増幅信号を出力する第２の増幅段と、
   前記第１の増幅段を制御して、該第１の増幅段を構成する能動素子の動作領域を能動領域と飽和領域との間で切り替え、前記第１および第２の増幅段により前記入力信号と同相の増幅出力と逆相の増幅出力とを選択的に出力させる制御手段と、
   を具備することを特徴とする増幅回路。
2. 前記制御手段は、前記第１の増幅段を構成する能動素子の動作バイアスを制御して、該能動素子の動作領域を能動領域と飽和領域との間で切り替えるバイアス制御手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の増幅回路。

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