JP3834422B2 - Variable gain amplifier - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるTVチューナやBSチューナ等におけるいわゆるIF(Intermediate Frequency)周波数帯あるいはRF(Radio Frequency)周波数帯等の信号を、その入力レベルに応じた増幅度で増幅する可変利得増幅器に係り、特に、利得減衰時における歪み特性の改善を図ったものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の回路としては、例えば、図5に示されたようなものがある。以下、同図を参照しつつ、この従来回路について概括的に説明する。
この従来回路は、入力信号に対して差動増幅動作するよう構成されてなる第1の差動増幅回路100と、この第1の差動増幅回路100の差動出力信号の一方に対して差動的に動作するよう構成されてなる第2の差動増幅回路101Aと、同じく第1の差動増幅回路100の差動出力信号の他方に対して差動的に動作するよう構成されてなる第3の差動増幅回路102Aとを具備してなるものである。
第1の差動増幅回路100を構成する第1及び第2のトランジスタ1,2のベースには、それぞれ抵抗19,20を介して所定の第3のバイアス電圧Vcが印加されると共に、入力信号が印加されるようになっており、その増幅出力が第2及び第3の差動増幅回路101A,102Aへ入力されるようになっている。
また、第2の差動増幅回路101Aを構成する第3のトランジスタ3及び第3の差動増幅回路102Aを構成する第6のトランジスタ6のそれぞれのベースには、所定の第1のバイアス電圧VAが印加されるようになっている一方、第2の差動増幅回路101Aを構成する第4のトランジスタ4及び第3の差動増幅回路102Aを構成する第5のトランジスタ5のそれぞれのベースには、入力信号の大きさに応じて変化する第2のバイアス電圧VBが印加されるようになっている。
そして、第2のバイアス電圧VBの変化により抵抗器11,12に流れる電流が制御される結果、出力利得が変わるようになっているものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような増幅回路において、利得を下げるといわゆる出力歪み特性が悪化するが、この歪み特性を良くするには、一般的には、増幅トランジスタに十分なドライブ電流を流し、かつ、充分なコレクタ・エミッタ間電圧VCEを与えて歪みの少ない動作領域を使用するようにするとよい。すなわち、換言すれば、良い歪み特性を得るには、高い電源電圧と充分ないわゆるドライブ電流とが必要になるということができる。
しかしながら、一般的に、使用する装置等の条件等により電源電圧にはおのずから制限があり、歪み特性を考慮した充分高い電圧を用いることはできないことが多く、そのため、充分な電流を流せないのが常である。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、利得低下の際の出力歪み特性が劣化することがなく、安定した動作が確保できる可変利得増幅回路を提供するものである。
本発明の他の目的は、簡易な構成で利得低下の際の出力歪み特性の劣化を抑圧することのできる可変利得増幅器を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明に係る可変利得増幅回路は、
入力信号に対して差動的に動作するよう構成されてなる第1の差動増幅回路と、
前記第1の差動増幅回路の差動出力信号の一方に対して差動的に動作するよう構成されてなる第2の差動増幅回路と、
前記第1の差動増幅回路の差動出力信号の他方に対して差動的に動作するよう構成されてなる第3の差動増幅回路とを具備し、
前記第1の差動増幅回路は、第1及び第2のトランジスタを用いてなり、これら第1及び第2のトランジスタの各々のベースが所定バイアス状態で入力信号が印加される入力端とされ、
前記第2の差動増幅回路は、第3及び第4のトランジスタを用いてなり、これら第3及び第4のトランジスタのエミッタは、前記第1の差動増幅回路の第1のトランジスタのコレクタに接続され、
前記第3の差動増幅回路は、第5及び第6のトランジスタを用いてなり、これら第5及び第6のトランジスタのエミッタは、前記第1の差動増幅回路の第2のトランジスタのコレクタに接続され、
前記第3及び第6のトランジスタのコレクタには電源電圧が印加され、
前記第4及び第5のトランジスタの各々のコレクタには、それぞれ負荷抵抗器を介して電源電圧が印加され、
前記第3及び第6のトランジスタのベースには、所定電圧の第1のバイアス電圧が、前記第4及び第5のトランジスタのベースには、入力信号に応じて変化される第2のバイアス電圧が、それぞれ印加されるよう構成されてなる可変利得増幅器において、
前記第3及び第6のトランジスタのベースには、第1のバイアス用抵抗素子を介して、前記第1のバイアス電圧を出力する第1のバイアス電源が接続され、
前記第4及び第5のトランジスタのベースには、第2のバイアス用抵抗素子を介して、前記第2のバイアス電圧を出力する第2のバイアス電源が接続されてなるものである。
【0005】
かかる構成においては、特に、第3及び第6のトランジスタのベースバイアス電圧を第1のバイアス用抵抗素子を介して印加するようにすると共に、第4及び第5のトランジスタのベースバイアス電圧を第2のバイアス用抵抗素子を介して印加するようにしたことで、第1の差動増幅回路における歪みと第2及び第3の差動増幅回路における歪みとが相殺されて、利得低下の際の出力歪み特性が劣化することがなく、安定した動作が確保できるようになるものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図1乃至図4を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、図1を参照しつつ第1の回路構成例について説明する。なお、図5に示された従来回路と同一の構成要素については、同一の符号を付すこととする。可変利得増幅回路は、入力段を構成する第1の差動増幅回路100と、次段を構成する第2及び第3の差動増幅回路101,102とに大別されて構成されたものとなっている。
第1の差動増幅回路100は、npn型の第1及び第2のトランジスタ(図1においてはそれぞれ「Q1」、「Q2」と表記)1,2を主たる構成要素としてなるもので、第1のトランジスタ1のベースには、第1の入力端子7が、第2のトランジスタ2のベースには、第2の入力端子8が、それぞれ接続されており、それぞれのベースが入力端となっている。
【0007】
また、第1のトランジスタ1のベースは、第9の抵抗器(図1においては「R9」と表記)19を介して、第2のトランジスタ2のベースは、第10の抵抗器(図1においては「R10」と表記)20を介して、共に第3のバイアス電源27に接続されて、所定の第3のバイアス電圧VCが印加されるようになっている。
一方、第1のトランジスタ1のエミッタは、エミッタ抵抗器としての第3の抵抗器(図1においては「R3」と表記)13を介して、第2のトランジスタ2のエミッタは、エミッタ抵抗器としての第4の抵抗器(図1においては「R4」と表記)14を介して、それぞれアースに接続されると共に、双方のエミッタは、電流帰還抵抗器としての第5の抵抗器(図1においては「R5」と表記)15を介して相互に接続されている。
【0008】
さらに、第1のトランジスタ1のコレクタは、第2の差動増幅回路101を構成する第3及び第4のトランジスタ(図1においてはそれぞれ「Q3」、「Q4」と表記)3,4のエミッタに、第2のトランジスタ2のコレクタは、第3の差動増幅回路102を構成する第5及び第6のトランジスタ(図1においてはそれぞれ「Q5」、「Q6」と表記)5,6のエミッタに、それぞれ接続されている。
【0009】
第2の差動増幅回路101は、npn型の第3及び第4のトランジスタ3,4を主たる構成要素としてなるもので、この第3及び第4のトランジスタ3,4は、エミッタは、先に述べたように第1のトランジスタ1のコレクタに共通に接続される一方、第3のトランジスタ3のコレクタは、所定の電源電圧Vccが印加されるようになっている。
一方、第4のトランジスタ4のコレクタは、負荷抵抗器としての第1の抵抗器(図1においては「R1」と表記)11に接続されており、この第1の抵抗器11を介して電源電圧Vccが印加されるようになっていると共に、第1の出力端子9に接続されており、出力端となっている。
【0010】
また、第3のトランジスタ3のベースは、第3の差動増幅回路102を構成する第6のトランジスタ6のベースと相互に接続されると共に、第1のバイアス用抵抗素子としての第6の抵抗器(図1においては「R6」と表記)16を介して第1のバイアス電源25に接続されて、所定の第1のバイアス電圧VAが印加されるようになっている。
一方、第4のトランジスタ4のベースは、第3の差動増幅回路102を構成する第5のトランジスタ5のベースと相互に接続されると共に、第2のバイアス用抵抗素子としての第7の抵抗器(図1においては「R7」と表記)17を介して第2のバイアス電源26に接続されて、次述するような第2のバイアス電圧VBが印加されるようになっている。
【0011】
すなわち、第2のバイアス電源26は、入力信号の強度によって、いわゆるAGC(Automatic Gain Control)信号を発生するよう構成されたいわゆるAGC回路によって実現されるもので、このようなAGC信号を発生する回路としては、例えば、平均値AGC回路、尖頭値AGC回路、キードAGC回路等の公知・周知の回路でよく、何れか特定のものに限定される必要はないので、ここでの詳細な説明は省略することとする。
なお、この回路構成例において、第2のバイアス電圧VBは、第1及び第2の入力端子7,8に外部の回路から印加される入力信号が大きくなるに伴い、逆に小さくなるように設定されたものとなっている。
【0012】
第3の差動増幅回路102は、npn型の第5及び第6のトランジスタ5,6を主たる構成要素としてなるもので、それぞれのベース、エミッタの接続は、先に説明した通りである。
そして、第5のトランジスタ5のコレクタは、負荷抵抗器としての第2の抵抗器(図1においては「R2」と表記)12に接続されており、この第2の抵抗器12を介して電源電圧Vccが印加されるようになっていると共に、第2の出力端子10に接続されており、出力端となっている。
また、第6のトランジスタ6のコレクタは、所定の電源電圧Vccが印加されるようになっている。
【0013】
次に、上記構成における動作について説明する。
まず、前提として、第2のバイアス電源26の電圧VBは、第1及び第2の入力端子7,8に印加される入力信号の変化に応じて変わるものであり、入力信号が小さい場合は、電圧VBは大きく、入力信号が大きい場合には、電圧VBは小さくなるものとする。また、第2のバイアス電圧VBが小さい場合に、その大きさは、第1のバイアス電源25の電圧VA以下となるように相互の関係が予め設定されているものとする。
かかる前提の下、第1及び第2の入力端子7,8に入力信号が印加されると、その入力信号は、第1の差動増幅回路100により増幅され、その増幅出力は、次段の第2及び第3の差動増幅回路101,102に入力される。例えば、第1及び第2の入力端子7,8に印加された入力信号が小さくなると、それに伴い第2のバイアス電圧VBは大きくなり、所定電圧の第1のバイアス電圧VAを越えると、第4及び第5のトランジスタ4,5のエミッタ電流は増加し始める一方、第3及び第6のトランジスタ3,6のエミッタ電流は減少することとなる。
【0014】
そして、入力信号がさらに小さくなり、第2のバイアス電圧VBが所定電圧の第1のバイアス電圧VAに比して充分大きくなると、第3及び第6のトランジスタ3,6のエミッタ電流は流れなくなる一方、第4及び第5のトランジスタ4,5のエミッタ電流は最大となり、それぞれ入力段の第1及び第2のトランジスタ1,2のコレクタ電流と等しくなる。したがって、第1及び第2の入力端子7,8に印加され、第1の差動増幅回路100を介して、第2及び第3の差動増幅回路101,102へ入力された入力信号に対する第3及び第6のトランジスタ3,6による減衰量は最小となる。一方、この場合、第4及び第5のトランジスタ4,5の増幅度が最大となるため、第1の差動増幅回路100を経た入力信号は、この第4及び第5のトランジスタ4,5による最大の増幅を受け、第1及び第2の出力端子9,10には最大出力が得られることとなる。
【0015】
次に、入力信号が大きくなった場合の動作について説明すれば、この場合は、入力信号の増大と共に、第2のバイアス電圧VBは、減少してゆくこととなる。そして、この第2のバイアス電圧VBが、第1のバイアス電圧VA以下となると、第4及び第5のトランジスタ4,5のそれぞれのエミッタ電流が減少する一方、第3及び第6のトランジスタ3,6のエミッタ電流は、共に増加することとなる。
【0016】
そして、入力信号がさらに大となり、それに伴い第2のバイアス電圧VBが第1のバイアス電圧VAに比して充分小さくなると、第4及び第5のトランジスタ4,5のエミッタ電流は流れなくなる一方、第3及び第6のトランジスタ3,6のそれぞれのエミッタ電流は最大値となり、その電流は、入力段の第1及び第2のトランジスタ1,2のコレクタ電流とそれぞれ等しくなる。したがって、第3及び第6のトランジスタ3,6のエミッタ入力インピーダンスは最小となり、これら第3及び第6のトランジスタ3,6における入力信号に対する減衰量は、最大となる。すなわち、換言すれば、第3及び第6のトランジスタ3,6は、入力信号に対して、いわばシャント・トランジスタとして作用するようになっている。一方、この際、第4及び第5のトランジスタ4,5のそれぞれのエミッタ電流は流れなくなるので、これら第4及び第5のトランジスタ4,5における入力信号に対する増幅度は最小となり、結局、第1及び第2の出力端子9,10における出力信号は最小の状態となる。
【0017】
このように、この可変利得増幅回路においては、第3及び第6のトランジスタ3,6のエミッタ入力インピーダンスの変化と、第4及び第5のトランジスタ4,5の電流制御による増幅度の変化との二重の効果により、大きな利得制御が得られるようになっているものである。
そして、この可変利得増幅回路においては、第6の抵抗器16を介して第3及び第6のトランジスタ3,6のベースに第1のバイアス電圧VAを、第7の抵抗器17を介して第4及び第5のトランジスタ4,5のベースに第2のバイアス電圧VBを、それぞれ印加するようにしたことで、低利得時における出力歪み特性の改善がなされるものとなっている。
【0018】
出力歪み特性の改善は、具体的には、次述するような試験例によって確認することができる。
まず、図3には、上述した第1の回路構成例と、後述する第2の回路構成例と、従来回路のそれぞれにおける第2のバイアス電圧VBの変化に対する出力レベルと相互変調歪みレベルとの差についての試験例が示されており、以下、同図について説明する。
最初に、この試験例は、第1の入力信号として45MHzを、第2の入力信号として47MHzを、共に−30dBmで入力した場合において、第2のバイアス電圧VBを変化させた際のものである。
図3において、「FULL-GAIN」と表記された行において、「従来例」、「構成例1」、「構成例2」のそれぞれの欄に記載された数値は、回路を最大利得の状態とした場合における各々の出力レベルを示すものであり、同図によれば、いずれも20dBの出力レベルが得られたことを示している。また、同図において、「-10dBmOUT-IMD」は、ー10dBmの出力レベルと、このー10dBmの出力レベルが得られた際の相互変調歪みのレベルとの差を意味し、その行の「従来例」、「構成例1」、「構成例2」の各欄に記載された数値は、その差を表すものである。なお、「-20dBmOUT-IMD」、「-30dBmOUT-IMD」の各々の意味も上述した「-10dBmOUT-IMD」の意味に準ずるものとする。
【0019】
しかして、かかる試験例において、従来例及び構成例1について見れば、出力レベルがー30dBmの際、その出力レベルと相互変調歪みレベルとの差が、従来例では、50dBであったものが、構成例1では、61dBと、従来例から11dBもの改善がなされていることが確認できる。なお、構成例2については、後述する。
図4には、上述した試験結果の内、構成例1について線図に表した特性線図が示されたおり、同図において、二点鎖線で示された特性曲線は、先に述べたような入力条件の下において第2のバイアス電圧変化に伴う出力レベルの変化を示すものである。また、同図において、実線で示された特性曲線は、2つの入力信号(45MHz,47MHz)のそれぞれについての第2のバイアス電圧変化に伴う相互変調歪み(インターモジュレーション)レベルの変化を示すものである。なお、図4において「IMDレベル」は、相互変調歪みレベルの意味である。
【0020】
次に、第2の回路構成例について、図2を参照しつつ説明する。
なお、図1に示された構成例と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
この第2の回路構成例は、第1のバイアス電源25を第3及び第6のトランジスタ3,6のべースに直接接続すると共に、第1のバイアス用抵抗素子としての第8の抵抗器18を介して第4及び第5のトランジスタ4,5のベースへも接続した構成としてなるものである。
かかる構成においては、特に、第4及び第5のトランジスタ4,5のベース電圧は、所定電圧である第1のバイアス電圧VAに第2のバイアス電圧VBが重畳されものとなる。
なお、回路全体の増幅動作は、図1に示された回路構成例と基本的に同様であるので、ここでの詳細な説明は省略することとする。
【0021】
ここで、この第2の回路構成例について、先の図3に示された試験例について見れば、出力レベルがー30dBmの際、その出力レベルと相互変調歪みレベルとの差は、58dBであるのに対して、従来例では、50dBであり、この第2の回路構成例により8dBもの改善がなされていることが確認できる。
【0022】
上述した発明の実施の形態においては、いずれの回路構成例も、npn型トランジスタを用いたが、勿論これに限定される必要はなく、pnp型トランジスタを用いて同様に構成してもよく、さらに、バイポーラトランジスタに代えて電界効果トランジスタ等の他の形態のトランジスタを用いて構成してもよいものである。
また、第1及び第2のバイアス用抵抗素子は、抵抗器に変えて、例えば、トランジスタを設けるようにして、このトランジスタの動作状態における抵抗を利用するようにしてもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、コレクタが電源に接続された第3及び第6のトランジスタのベースに第1のバイアス用抵抗素子を介して固定のバイアス電圧を印加するようにすると共に、第3のトランジスタと差動増幅回路を構成する第4のトランジスタと、第6のトランジスタと差動増幅回路を構成する第5のトランジスタの各々のベースに、第2のバイアス用抵抗素子を介して入力信号の大きさと共に変化する第2のバイアス電圧を印加するようにすることで、簡易な構成により、利得低下の際の出力歪み特性が劣化することがなく、安定した動作が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における第1の回路構成例を示す回路図である。
【図2】本発明の実施の形態における第2の回路構成例を示す回路図である。
【図3】第2のバイアス電圧の変化に対する出力レベルと相互変調歪みレベルとの差の試験例を説明する説明図である。
【図4】図3に示された試験例の内、第1の回路構成例について、第2のバイアス電圧の変化に対する出力レベルの変化特性及び相互変調歪みレベルの変化特性を示す特性曲線である。
【図5】従来回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
16…第6の抵抗器(第1のバイアス用抵抗素子)
17…第7の抵抗器(第2のバイアス用抵抗素子)
18…第8の抵抗器(第1のバイアス用抵抗素子)
25…第1のバイアス電源
26…第2のバイアス電源
100…第1の差動増幅回路
101…第2の差動増幅回路
102…第3の差動増幅回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable gain amplifier that amplifies a signal in a so-called IF (Intermediate Frequency) frequency band or RF (Radio Frequency) frequency band in a so-called TV tuner, BS tuner, etc. with an amplification degree according to its input level, In particular, the present invention relates to an improvement in distortion characteristics during gain attenuation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of circuit is, for example, as shown in FIG. The conventional circuit will be generally described below with reference to FIG.
This conventional circuit has a difference between a first differential amplifier circuit 100 configured to perform a differential amplification operation on an input signal and one of differential output signals of the first differential amplifier circuit 100. The second differential amplifier circuit 101A configured to operate dynamically is configured to operate differentially with respect to the other differential output signal of the first differential amplifier circuit 100. And a third differential amplifier circuit 102A.
A predetermined third bias voltage Vc is applied to the bases of the first and second transistors 1 and 2 constituting the first differential amplifier circuit 100 via resistors 19 and 20, respectively, and an input signal Is applied, and the amplified output is input to the second and third differential amplifier circuits 101A and 102A.
Further, a predetermined first bias voltage VA is applied to the bases of the third transistor 3 constituting the second differential amplifier circuit 101A and the sixth transistor 6 constituting the third differential amplifier circuit 102A. Is applied to each base of the fourth transistor 4 constituting the second differential amplifier circuit 101A and the fifth transistor 5 constituting the third differential amplifier circuit 102A. A second bias voltage VB that changes in accordance with the magnitude of the input signal is applied.
As a result of controlling the current flowing through the resistors 11 and 12 by the change of the second bias voltage VB, the output gain is changed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in such an amplifier circuit, when the gain is lowered, so-called output distortion characteristics are deteriorated. However, in order to improve the distortion characteristics, in general, a sufficient drive current is allowed to flow through the amplification transistor, and sufficient characteristics are obtained. It is preferable to use a collector-emitter voltage VCE to use an operation region with less distortion. In other words, it can be said that a high power supply voltage and sufficient so-called drive current are required to obtain good distortion characteristics.
However, in general, the power supply voltage is naturally limited depending on the conditions of the device to be used, etc., and it is often impossible to use a sufficiently high voltage in consideration of distortion characteristics. Therefore, a sufficient current cannot flow. Always.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a variable gain amplifier circuit capable of ensuring stable operation without deteriorating output distortion characteristics at the time of gain reduction.
Another object of the present invention is to provide a variable gain amplifier capable of suppressing deterioration of output distortion characteristics when gain is reduced with a simple configuration.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
A variable gain amplifier circuit according to the invention of claim 1 is provided.
A first differential amplifier circuit configured to operate differentially with respect to an input signal;
A second differential amplifier circuit configured to operate differentially with respect to one of the differential output signals of the first differential amplifier circuit;
A third differential amplifier circuit configured to operate differentially with respect to the other differential output signal of the first differential amplifier circuit;
The first differential amplifier circuit includes first and second transistors, and each of the first and second transistors has an input terminal to which an input signal is applied in a predetermined bias state.
The second differential amplifier circuit uses third and fourth transistors, and the emitters of the third and fourth transistors are connected to the collector of the first transistor of the first differential amplifier circuit. Connected,
The third differential amplifier circuit uses fifth and sixth transistors, and the emitters of the fifth and sixth transistors are connected to the collector of the second transistor of the first differential amplifier circuit. Connected,
A power supply voltage is applied to the collectors of the third and sixth transistors,
A power supply voltage is applied to each collector of the fourth and fifth transistors via a load resistor,
The bases of the third and sixth transistors have a first bias voltage having a predetermined voltage, and the bases of the fourth and fifth transistors have a second bias voltage that changes according to an input signal. In each variable gain amplifier configured to be applied,
A first bias power source that outputs the first bias voltage is connected to the bases of the third and sixth transistors via a first bias resistance element,
The bases of the fourth and fifth transistors are connected to a second bias power source that outputs the second bias voltage via a second bias resistance element.
[0005]
In this configuration, in particular, the base bias voltages of the third and sixth transistors are applied via the first bias resistance element, and the base bias voltages of the fourth and fifth transistors are set to the second. By applying the voltage via the bias resistive element, the distortion in the first differential amplifier circuit and the distortion in the second and third differential amplifier circuits are canceled out, and the output at the time of gain reduction is obtained. The distortion characteristics are not deteriorated and stable operation can be secured.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
The members and arrangements described below do not limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention.
First, a first circuit configuration example will be described with reference to FIG. The same components as those in the conventional circuit shown in FIG. The variable gain amplifier circuit is roughly divided into a first differential amplifier circuit 100 constituting an input stage and second and third differential amplifier circuits 101 and 102 constituting the next stage. It has become.
The first differential amplifier circuit 100 includes npn-type first and second transistors (indicated as “Q1” and “Q2” in FIG. 1 respectively) 1 and 2 as main components. The first input terminal 7 is connected to the base of the transistor 1, and the second input terminal 8 is connected to the base of the second transistor 2, and each base serves as an input terminal. .
[0007]
The base of the first transistor 1 is connected to a tenth resistor (in FIG. 1) via a ninth resistor (indicated as “R9” in FIG. 1) 19. Are both connected to a third bias power source 27 via a power supply 20 and a predetermined third bias voltage VC is applied thereto.
On the other hand, the emitter of the first transistor 1 is a third resistor (denoted as “R3” in FIG. 1) 13 as an emitter resistor, and the emitter of the second transistor 2 is an emitter resistor. The fourth resistor (indicated as “R4” in FIG. 1) 14 is connected to the ground, and both emitters are connected to a fifth resistor (in FIG. 1 as a current feedback resistor). Are connected to each other via 15).
[0008]
Further, the collector of the first transistor 1 is the emitter of the third and fourth transistors (indicated as “Q3” and “Q4” in FIG. 1) 3 and 4 constituting the second differential amplifier circuit 101, respectively. The collectors of the second transistors 2 are the emitters of the fifth and sixth transistors (indicated as “Q5” and “Q6” in FIG. 1) 5 and 6 constituting the third differential amplifier circuit 102, respectively. Are connected to each other.
[0009]
The second differential amplifier circuit 101 has npn-type third and fourth transistors 3 and 4 as main components, and the third and fourth transistors 3 and 4 have the emitter first. As described above, while being commonly connected to the collector of the first transistor 1, a predetermined power supply voltage Vcc is applied to the collector of the third transistor 3.
On the other hand, the collector of the fourth transistor 4 is connected to a first resistor (denoted as “R1” in FIG. 1) 11 as a load resistor, and a power source is connected via the first resistor 11. A voltage Vcc is applied, and the voltage Vcc is connected to the first output terminal 9 and serves as an output terminal.
[0010]
Further, the base of the third transistor 3 is mutually connected to the base of the sixth transistor 6 constituting the third differential amplifier circuit 102, and a sixth resistor as a first biasing resistive element. A predetermined first bias voltage VA is applied to the first bias power supply 25 via a device (denoted as “R6” in FIG. 1) 16.
On the other hand, the base of the fourth transistor 4 is mutually connected to the base of the fifth transistor 5 constituting the third differential amplifier circuit 102, and a seventh resistor as a second biasing resistive element is connected. The second bias voltage VB as described below is applied to the second bias power supply 26 via a device (indicated as “R7” in FIG. 1) 17.
[0011]
That is, the second bias power supply 26 is realized by a so-called AGC circuit configured to generate a so-called AGC (Automatic Gain Control) signal according to the strength of the input signal, and a circuit for generating such an AGC signal. For example, it may be a well-known or well-known circuit such as an average value AGC circuit, a peak value AGC circuit, a keyed AGC circuit, etc., and need not be limited to any specific one. It will be omitted.
In this circuit configuration example, the second bias voltage VB is set to decrease as the input signal applied from the external circuit to the first and second input terminals 7 and 8 increases. It has been made.
[0012]
The third differential amplifier circuit 102 has npn-type fifth and sixth transistors 5 and 6 as main components, and the connection of each base and emitter is as described above.
The collector of the fifth transistor 5 is connected to a second resistor 12 (denoted as “R2” in FIG. 1) 12 as a load resistor, and a power source is connected via the second resistor 12. A voltage Vcc is applied, and the voltage Vcc is connected to the second output terminal 10 and serves as an output terminal.
A predetermined power supply voltage Vcc is applied to the collector of the sixth transistor 6.
[0013]
Next, the operation in the above configuration will be described.
First, as a premise, the voltage VB of the second bias power supply 26 changes according to the change of the input signal applied to the first and second input terminals 7 and 8, and when the input signal is small, It is assumed that the voltage VB is large and the voltage VB is small when the input signal is large. Further, when the second bias voltage VB is small, the mutual relationship is set in advance so that the magnitude thereof is equal to or lower than the voltage VA of the first bias power supply 25.
Under this assumption, when an input signal is applied to the first and second input terminals 7 and 8, the input signal is amplified by the first differential amplifier circuit 100, and the amplified output is The signals are input to the second and third differential amplifier circuits 101 and 102. For example, when the input signals applied to the first and second input terminals 7 and 8 are reduced, the second bias voltage VB is increased accordingly, and when the first bias voltage VA of a predetermined voltage is exceeded, the fourth bias voltage VB is increased. The emitter currents of the third and fourth transistors 4 and 5 start to increase, while the emitter currents of the third and sixth transistors 3 and 6 decrease.
[0014]
When the input signal is further reduced and the second bias voltage VB is sufficiently larger than the first bias voltage VA having a predetermined voltage, the emitter currents of the third and sixth transistors 3 and 6 do not flow. The emitter currents of the fourth and fifth transistors 4 and 5 are maximum, and are equal to the collector currents of the first and second transistors 1 and 2 in the input stage, respectively. Therefore, the second input signals applied to the first and second input terminals 7 and 8 and input to the second and third differential amplifier circuits 101 and 102 via the first differential amplifier circuit 100 are obtained. The attenuation by the third and sixth transistors 3 and 6 is minimized. On the other hand, in this case, since the amplification degree of the fourth and fifth transistors 4 and 5 is maximized, the input signal that has passed through the first differential amplifier circuit 100 is generated by the fourth and fifth transistors 4 and 5. In response to the maximum amplification, the maximum output is obtained at the first and second output terminals 9 and 10 .
[0015]
Next, the operation when the input signal increases will be described. In this case, the second bias voltage VB decreases as the input signal increases. When the second bias voltage VB becomes equal to or lower than the first bias voltage VA, the respective emitter currents of the fourth and fifth transistors 4 and 5 decrease, while the third and sixth transistors 3 and 3 Both emitter currents of 6 will increase.
[0016]
When the input signal becomes larger and the second bias voltage VB becomes sufficiently smaller than the first bias voltage VA, the emitter currents of the fourth and fifth transistors 4 and 5 do not flow. The emitter current of each of the third and sixth transistors 3 and 6 has a maximum value, and the current is equal to the collector current of each of the first and second transistors 1 and 2 in the input stage. Therefore, the emitter input impedances of the third and sixth transistors 3 and 6 are minimized, and the attenuation amount with respect to the input signal in the third and sixth transistors 3 and 6 is maximized. In other words, the third and sixth transistors 3 and 6 act as shunt transistors for the input signal. On the other hand, since the emitter currents of the fourth and fifth transistors 4 and 5 do not flow at this time, the amplification degree with respect to the input signal in the fourth and fifth transistors 4 and 5 is minimized. The output signals at the second output terminals 9 and 10 are in a minimum state.
[0017]
As described above, in this variable gain amplifier circuit, the change in the emitter input impedance of the third and sixth transistors 3 and 6 and the change in the amplification factor by the current control of the fourth and fifth transistors 4 and 5 Due to the double effect, a large gain control can be obtained.
In this variable gain amplifier circuit, the first bias voltage VA is applied to the bases of the third and sixth transistors 3 and 6 through the sixth resistor 16 and the seventh resistor 17 through the seventh resistor 17. By applying the second bias voltage VB to the bases of the fourth and fifth transistors 4 and 5, the output distortion characteristics at the time of low gain can be improved.
[0018]
Specifically, the improvement of the output distortion characteristic can be confirmed by a test example as described below.
First, FIG. 3 shows the first circuit configuration example described above, the second circuit configuration example described later, and the output level and intermodulation distortion level with respect to the change of the second bias voltage VB in each of the conventional circuits. The test example about the difference is shown, and the figure will be described below.
First, in this test example, when 45 MHz is input as the first input signal and 47 MHz is input as the second input signal at both −30 dBm, the second bias voltage VB is changed. .
In FIG. 3, in the row labeled “FULL-GAIN”, the values described in the “Conventional example”, “Configuration example 1”, and “Configuration example 2” columns indicate that the circuit is in the maximum gain state. In this case, the respective output levels are shown. According to the figure, it is shown that an output level of 20 dB is obtained. In the figure, “−10 dBm OUT-IMD” means the difference between the output level of −10 dBm and the level of intermodulation distortion when the output level of −10 dBm is obtained. The numerical values described in the columns of “example”, “configuration example 1”, and “configuration example 2” represent the difference. Note that the meanings of “−20 dBm OUT-IMD” and “−30 dBm OUT-IMD” also conform to the meaning of “−10 dBm OUT-IMD” described above.
[0019]
Therefore, in the test example, when the conventional example and the configuration example 1 are viewed, when the output level is −30 dBm, the difference between the output level and the intermodulation distortion level is 50 dB in the conventional example. In the configuration example 1, it can be confirmed that 61 dB is improved by 11 dB from the conventional example. Configuration example 2 will be described later.
FIG. 4 shows a characteristic diagram shown in the diagram for the configuration example 1 among the test results described above. In the figure, the characteristic curve indicated by a two-dot chain line is as described above. This shows a change in output level accompanying a change in the second bias voltage under various input conditions. In the same figure, the characteristic curve indicated by the solid line shows the change in the intermodulation distortion (intermodulation) level accompanying the change in the second bias voltage for each of the two input signals (45 MHz and 47 MHz). is there. In FIG. 4, “IMD level” means an intermodulation distortion level.
[0020]
Next, a second circuit configuration example will be described with reference to FIG.
The same components as those in the configuration example shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Hereinafter, different points will be mainly described.
In the second circuit configuration example, the first bias power supply 25 is directly connected to the bases of the third and sixth transistors 3 and 6, and an eighth resistor as a first bias resistance element is used. This configuration is also connected to the bases of the fourth and fifth transistors 4 and 5 via 18.
In this configuration, in particular, the base voltages of the fourth and fifth transistors 4 and 5 are obtained by superimposing the second bias voltage VB on the first bias voltage VA that is a predetermined voltage.
The amplifying operation of the entire circuit is basically the same as that of the circuit configuration example shown in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted here.
[0021]
Here, regarding the second circuit configuration example, in the test example shown in FIG. 3, when the output level is −30 dBm, the difference between the output level and the intermodulation distortion level is 58 dB. On the other hand, in the conventional example, it is 50 dB, and it can be confirmed that this second circuit configuration example has improved by 8 dB.
[0022]
In the embodiments of the present invention described above, each circuit configuration example uses an npn-type transistor. However, of course, the invention is not limited to this, and may be configured similarly using a pnp-type transistor. Instead of the bipolar transistor, another type of transistor such as a field effect transistor may be used.
Further, the first and second bias resistance elements may be replaced with resistors, for example, by providing a transistor, and utilizing the resistance in the operating state of the transistor.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a fixed bias voltage is applied to the bases of the third and sixth transistors whose collectors are connected to the power supply via the first bias resistance element. In addition, a second bias resistance element is provided at the base of each of the fourth transistor that constitutes the differential amplifier circuit with the third transistor and the fifth transistor that constitutes the differential amplifier circuit with the sixth transistor. By applying a second bias voltage that varies with the magnitude of the input signal through a simple configuration, the output distortion characteristics at the time of gain reduction are not deteriorated and a stable operation can be ensured with a simple configuration. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first circuit configuration example according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second circuit configuration example according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a test example of a difference between an output level and an intermodulation distortion level with respect to a change in a second bias voltage.
4 is a characteristic curve showing a change characteristic of an output level and a change characteristic of an intermodulation distortion level with respect to a change of a second bias voltage in the first circuit configuration example in the test example shown in FIG. 3; .
FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional circuit example.
[Explanation of symbols]
16 ... Sixth resistor (first biasing resistance element)
17 ... Seventh resistor (second biasing resistance element)
18: Eighth resistor (first biasing resistance element)
25 ... 1st bias power supply 26 ... 2nd bias power supply 100 ... 1st differential amplifier circuit 101 ... 2nd differential amplifier circuit 102 ... 3rd differential amplifier circuit

Claims (4)

入力信号に対して差動的に動作するよう構成されてなる第1の差動増幅回路と、
前記第1の差動増幅回路の差動出力信号の一方に対して差動的に動作するよう構成されてなる第2の差動増幅回路と、
前記第1の差動増幅回路の差動出力信号の他方に対して差動的に動作するよう構成されてなる第3の差動増幅回路とを具備し、
前記第1の差動増幅回路は、第1及び第2のトランジスタを用いてなり、これら第1及び第2のトランジスタの各々のベースが所定バイアス状態で入力信号が印加される入力端とされ、
前記第2の差動増幅回路は、第3及び第4のトランジスタを用いてなり、これら第3及び第4のトランジスタのエミッタは、前記第1の差動増幅回路の第1のトランジスタのコレクタに接続され、
前記第3の差動増幅回路は、第5及び第6のトランジスタを用いてなり、これら第5及び第6のトランジスタのエミッタは、前記第1の差動増幅回路の第2のトランジスタのコレクタに接続され、
前記第3及び第6のトランジスタのコレクタには電源電圧が印加され、
前記第4及び第5のトランジスタの各々のコレクタには、それぞれ負荷抵抗器を介して電源電圧が印加され、
前記第3及び第6のトランジスタのベースには、所定電圧の第1のバイアス電圧が、前記第4及び第5のトランジスタのベースには、入力信号に応じて変化される第2のバイアス電圧が、それぞれ印加されるよう構成されてなる可変利得増幅器において、
前記第3及び第6のトランジスタのベースには、第1のバイアス用抵抗素子を介して、前記第1のバイアス電圧を出力する第1のバイアス電源が接続され、
前記第4及び第5のトランジスタのベースには、第2のバイアス用抵抗素子を介して、前記第2のバイアス電圧を出力する第2のバイアス電源が接続されてなることを特徴とする可変利得増幅器。
A first differential amplifier circuit configured to operate differentially with respect to an input signal;
A second differential amplifier circuit configured to operate differentially with respect to one of the differential output signals of the first differential amplifier circuit;
A third differential amplifier circuit configured to operate differentially with respect to the other differential output signal of the first differential amplifier circuit;
The first differential amplifier circuit includes first and second transistors, and each of the first and second transistors has an input terminal to which an input signal is applied in a predetermined bias state.
The second differential amplifier circuit uses third and fourth transistors, and the emitters of the third and fourth transistors are connected to the collector of the first transistor of the first differential amplifier circuit. Connected,
The third differential amplifier circuit uses fifth and sixth transistors, and the emitters of the fifth and sixth transistors are connected to the collector of the second transistor of the first differential amplifier circuit. Connected,
A power supply voltage is applied to the collectors of the third and sixth transistors,
A power supply voltage is applied to each collector of the fourth and fifth transistors via a load resistor,
The bases of the third and sixth transistors have a first bias voltage having a predetermined voltage, and the bases of the fourth and fifth transistors have a second bias voltage that changes according to an input signal. In each variable gain amplifier configured to be applied,
A first bias power source that outputs the first bias voltage is connected to the bases of the third and sixth transistors via a first bias resistance element,
A variable gain characterized in that a base of each of the fourth and fifth transistors is connected to a second bias power source that outputs the second bias voltage via a second bias resistance element. amplifier.
入力信号に対して差動的に動作するよう構成されてなる第1の差動増幅回路と、前記第1の差動増幅回路の差動出力信号の一方に対して差動的に動作するよう構成されてなる第2の差動増幅回路と、
前記第1の差動増幅回路の差動出力信号の他方に対して差動的に動作するよう構成されてなる第3の差動増幅回路とを具備し、
前記第1の差動増幅回路は、第1及び第2のトランジスタを用いてなり、これら第1及び第2のトランジスタの各々のベースが所定バイアス状態で入力信号が印加される入力端とされ、
前記第2の差動増幅回路は、第3及び第4のトランジスタを用いてなり、これら第3及び第4のトランジスタのエミッタは、前記第1の差動増幅回路の第1のトランジスタのコレクタに接続され、
前記第3の差動増幅回路は、第5及び第6のトランジスタを用いてなり、これら第5及び第6のトランジスタのエミッタは、前記第1の差動増幅回路の第2のトランジスタのコレクタに接続され、
前記第3及び第6のトランジスタのコレクタには電源電圧が印加され、
前記第4及び第5のトランジスタの各々のコレクタには、それぞれ負荷抵抗器を介して電源電圧が印加され、
前記第3及び第6のトランジスタのベースには、所定電圧の第1のバイアス電圧が、前記第4及び第5のトランジスタのベースには、入力信号に応じて変化される第2のバイアス電圧が、それぞれ印加されるよう構成されてなる可変利得増幅器において、
前記第3及び第6のトランジスタのベースには、第1のバイアス電源を直接接続する一方、
前記第4及び第5のトランジスタのべースには、第1のバイアス用抵抗素子を介して前記第1のバイアス電源を接続すると共に、第2のバイアス用抵抗素子を介して、前記第2のバイアス電圧を出力する第2のバイアス電源を接続してなることを特徴とする可変利得増幅器。
A first differential amplifier circuit configured to operate differentially with respect to an input signal and a differential output signal of the first differential amplifier circuit so as to operate differentially. A second differential amplifier circuit configured;
A third differential amplifier circuit configured to operate differentially with respect to the other differential output signal of the first differential amplifier circuit;
The first differential amplifier circuit includes first and second transistors, and each of the first and second transistors has an input terminal to which an input signal is applied in a predetermined bias state.
The second differential amplifier circuit uses third and fourth transistors, and the emitters of the third and fourth transistors are connected to the collector of the first transistor of the first differential amplifier circuit. Connected,
The third differential amplifier circuit uses fifth and sixth transistors, and the emitters of the fifth and sixth transistors are connected to the collector of the second transistor of the first differential amplifier circuit. Connected,
A power supply voltage is applied to the collectors of the third and sixth transistors,
A power supply voltage is applied to each collector of the fourth and fifth transistors via a load resistor,
The bases of the third and sixth transistors have a first bias voltage having a predetermined voltage, and the bases of the fourth and fifth transistors have a second bias voltage that changes according to an input signal. In each variable gain amplifier configured to be applied,
A first bias power source is directly connected to the bases of the third and sixth transistors,
The bases of the fourth and fifth transistors are connected to the first bias power source via a first bias resistance element and to the second bias resistance element via the second bias resistance element . A variable gain amplifier, characterized in that a second bias power supply for outputting a bias voltage is connected.
第1及び第2のバイアス用抵抗素子は、抵抗器であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の可変利得増幅器。  3. The variable gain amplifier according to claim 1, wherein the first and second bias resistance elements are resistors. 第1及び第2のバイアス用抵抗素子は、半導体素子を用いてなるものであることを特徴とする請求項1または請求項2記載の可変利得増幅器。  3. The variable gain amplifier according to claim 1, wherein the first and second bias resistance elements are made of semiconductor elements.
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