JPH021949Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案は入力信号の変化に応じた制御電圧で出
力振幅即ち出力信号の利得を一定にする自動利得
制御回路に関する。

〔考案の技術分野とその問題点〕

一般に、差動増幅器は良好なAGC（自動利得制
御）特性が得られるため、また、多段構成するこ
とにより高周波動作も安定するため、とくに集積
回路の基本回路に用いられている。この差動増幅
器の利得を制御し、出力される信号の振幅が一定
となるようにする自動利得制御回路は、この差動
増幅器の差動対をなす各トランジスタのエミツタ
に入力信号を供給し、差動ベース側に基準ベース
電圧と利得可変用の制御電圧とを印加して出力信
号を一定にする方法と、差動ベース側に差動入力
信号を供給し、その差動入力レベルを制御して出
力振幅を一定にする方法等がある。

第１図は前者によつた場合の回路構成を示し、
２つの差動増幅器を平衡接続して一方のエミツタ
側に入力信号が供給され、各対をなすトランジス
タの互い違いのベースに基準ベース電圧と制御電
圧が印加されるようにしたダブルバランス形差動
増幅器である。以下詳述すれば電源端子１は符号
１にて示され、平衡接続した差動対をなすトラン
ジスタQ₁，Q₂とトランジスタQ₃，Q₄との互い違
いのコレクタ同士に電源電圧を供給している。た
だし、トランジスタQ₂とQ₄のコレクタ同士は負
荷抵抗R_Lが設けられ、これに流れる電流を出力
信号として出力端子２に導出すると共に、コンデ
ンサC₁を介してAGC検波器３を介して緩衝制御
トランジスタQ₅のベースに接続されている。前
記AGC検波器３の出力ラインにはコンデンサC₂
で構成したAGCフイルターがラグ型に接続され
ている。

かくて、前記緩衝制御トランジスタQ₅のコレ
クタからは直流化された制御電圧V₁が取り出さ
れる。この制御電圧V₁はトランジスタQ₁，Q₄の
ベースに印加される。これに対し、基準電圧Vo
はトランジスタQ₂，Q₃のベースに印加され、そ
の供給源は電圧端子４である。即ち、電圧端子４
は抵抗R₀を介して緩衝制御トランジスタQ₅のコ
レクタに接続されるとともに、ダイオードD₁及
び抵抗R₁を介して接地され、前記ダイオードD₁
の両端電圧を抵抗R₂とR₃との直列がその中端で
分圧するが如く前記ダイオードD₁に並列接続さ
れている。また、前記抵抗R₂とR₃との中端（接
続点）は抵抗R₄を介して前記トランジスタQ₂，
Q₃のベースに接続されている。また、差動対ト
ランジスタQ₁，Q₂のエミツタ側には所定のバイ
アス源となる電流源I₁が設けられ、差動対トラン
ジスタQ₃，Q₄のエミツタ側には入力信号が供給
される信号源I₂が設けられている。

上記回路において、入力信号が通常のレベルで
変化する時の動作を説明する。入力信号が小さい
ときには緩衝制御トランジスタQ₅のコレクタ電
圧、即ち、制御電圧V₁が高くなるようにAGC検
波器３等で設定されている。つまり、ベースを共
通にしたトランジスタQ₁，Q₄側の負荷抵抗R_Lを
流れる電流は入力信号に応じて変化するから、こ
のときのAGC検波器３から繰り出されるAGC電
圧が緩衝制御トランジスタQ₅を活性領域の遮断
領域に近いところで動作するように前記制御電圧
V₁を高くする。前記緩衝制御トランジスタQ₅の
制御電圧V₁が高くなると、トランジスタQ₄，Q₁
のコレクタ電流が増加し、出力信号振幅が大きく
なり、入力信号に対してAGCがかかつたことに
なる。また入力信号が大きくなると、負荷抵抗
R_Lにて発生する出力信号が大きくなるから、
AGC検波器３は、前記トランジスタQ₄側のコレ
クタ電流を小さくする方向に緩衝制御トランジス
タQ₅を動作させる。これによつて、緩衝制御ト
ランジスタQ₅のコレクタ電圧は下がり、トラン
ジスタQ₂，Q₃側のコレクタ電流を増加するよう
にさせる。ところで、信号源I₁には何の信号も入
力していない定電流源であることから、信号成分
は差動対トランジスタQ₃，Q₄のエミツタ信号源
I₂、即ち入力信号分のみであり、前記AGC電圧
によつてこの入力信号は小さくなる。かくて、こ
の回路は入力信号が小さくなると出力信号を大き
くし、入力信号が大きくなると出力信号を小さく
するAGC動作をする。

しかしながら、入力信号が上記動作の範囲を越
えてさらに大きくなつた場合、差動ベース電圧、
即ち、制御電圧V₁と基準電圧V₀との差電圧が負
に転ずるときがある。この過程において両電圧が
略等しいときは、第１図の差動増幅器の相互コン
ダクタンスgmは第２図に示す特性に従つた最大
点を呈する。この第２図は縦軸に相互コンダクタ
ンスgmをとり、横軸に差動ベース電圧V₁〜V₀＝
△Ｖをとつた差動増幅器の相互コンダクタンス特
性を示す。この相互コンダクタンスgmが最大と
なる動作範囲は差動増幅器の直線動作範囲であ
り、差動対トランジスタQ₃又はQ₄（及びトランジ
スタQ₁又はQ₂）に流れる電流が極端にいずれか
に片寄るようなことがない動作であるため、トラ
ンジスタ雑音等が少なく信号対雑音比もある一定
の許容限度内に維持されている。しかし、上記差
動ベース電圧が反転すると、トランジスタQ₂，
Q₃側を流れる電流の方がトランジスタQ₁，Q₄側
を流れる電流より多くなり、負荷抵抗R_Lにはト
ランジスタQ₂のコレクタ電流が主に流れる。こ
のため負荷抵抗R_Lは入力信号を抑制した電流分
より信号源I₁の電流分で占められ、出力信号とし
ては余分な電流が増加して結果的に信号対雑音比
を悪化させるものであつた。

上記回路の欠点を補なうため、従来第３図に示
す回路が提案された。第３図は差動増幅器が
AGC電圧の変化によつて直線動作範囲を逸脱す
ることがないようにしたもので、基本差動増幅器
を構成する差動対トランジスタQ₆，Q₇の各ベー
スにエミツタホロワトランジスタQ₈，Q₉のエミ
ツタを夫々抵抗R₅，R₆を介して接続し、そのト
ランジスタQ₆，Q₇のベースに夫々ダイオードD₁，
D₂の一端を接続し、このダイオードD₁，D₂の他
端を共に緩衝制御トランジスタQ₅のコレクタに
接続して、AGC電圧はこの緩衝制御トランジス
タQ₅のベースより各ダイオードD₁，D₂を通して
差動対トランジスタQ₆，Q₇のベースに加わるよ
うにしてある。また、入力信号は端子５よりコン
デンサC₃を介して前記トランジスタQ₈のベース
に入力し、差動対トランジスタQ₆のベースに印
加されるようになつている。また、これらエミツ
タホロワトランジスタQ₈，Q₉の各ベースには、
バイアス端子６の固定電圧が夫々抵抗R₇，R₈を
介して供給され、その各エミツタバイアス電圧を
夫々抵抗R₅，R₆を介して差動対トランジスタQ₆，
Q₇の差動ベース電圧となるように印加してある。
これにより、この基本差動増幅器の動作点は相互
コンダクタンスgmが最大である範囲に設定され
る。尚、この差動対トランジスタQ₆，Q₇の各エ
ミツタと定電流源I₃とに介装された抵抗R₉，R₁₀
は相互コンダクタンスgmが最大となる範囲、即
ち、直線動作範囲を拡大するための抵抗である。
この他、出力信号は負荷抵抗R_Lを設けた差動対
トランジスタQ₇のコレクタより取り出し、コン
デンサC₁を介してAGC検波器３に印加されるよ
うになつている。また、このAGC電圧は緩衝制
御トランジスタQ₅を介して夫々前記ダイオード
D₁，D₂のカソードに供給されるようになつてい
る。

上記回路において、入力信号が小さいときは、
各エミツタホロワトランジスタQ₈，Q₉から供給
されるところの差動対トランジスタQ₆，Q₇の差
動ベース電圧に従つた増幅率により差動対トラン
ジスタQ₆のベースに入力する信号を差動対トラ
ンジスタQ₇のコレクタ側より出力する。そして、
入力信号が大きくなるに従つて、AGC機能が動
作し、緩衝制御トランジスタQ₅のベースにAGC
電圧が印加するようになる。これにより出力信号
は第４図のレベルＣで一定に保持される。また、
緩衝制御トランジスタQ₅は遮断領域から活性領
域に移り、そのコレクタ電流が流れ出す。このコ
レクタ電流はダイオードD₁，D₂で２分される。
この各ダイオードD₁，D₂を流れる電流は、緩衝
制御トランジスタQ₅のベース電圧、つまりAGC
電圧の変化に応じて増減するから、各ダイオード
D₁，D₂のインピーダンスを前記AGC電圧によつ
て可変することができる。これは、差動対トラン
ジスタQ₆，Q₇の各ベース入力インピーダンスに
前記ダイオードD₁，D₂のインピーダンスと抵抗
R₅，R₆との夫々の合成インピーダンスによつて
整合することができ、差動対トランジスタQ₆，
Q₇の差動ベース電圧を一定に抑え、トランジス
タQ₇から出力する信号振幅を一定にするもので
ある。このとき、入力信号が減少すれば、これに
合わせて逆方向にAGCがかかり、前記と逆の作
用で出力信号振幅が一定にされる。したがつて、
この場合には差動ベース電圧が差動対トランジス
タQ₆，Q₇を直線動作範囲にあるようにダイオー
ドD₁，D₂等のインピーダンス変化によつて調整
するので、相互コンダクタンスgmが最大範囲で
あり、信号対雑音比がAGC動作に応じて悪化す
ることはない。

しかしながら、この構成によれば入力信号の大
きさによつては差動対トランジスタQ₆，Q₇が飽
和領域に近ずき、等価的にエミツタ接地増幅トラ
ンジスタとなつてしまう虞れがあつた。これは、
入力信号の増大によつてAGCが入力信号を抑え
る方向にかかり過ぎるため、緩衝制御トランジス
タQ₅のコレクタ電流及びこれに伴つて各ダイオ
ードD₁，D₂の電流がさらに増え、抵抗R₅及びR₆
の電圧降下がエミツタホロワトランジスタQ₈，
Q₉の各エミツタ電位に夫々加算して差動対トラ
ンジスタQ₆，Q₇のベースに印加するからである。
このため、出力信号は第４図に示す入力出力特性
のＡ点で一気に上昇するが、入力信号をこのＡ点
のときのレベルに下げてもAGCのかかつた一定
レベルには戻らずさらに小さいレベルのＢ点にま
で下げなければAGCのかかつたレベルに戻らな
いというヒステリシス特性をもつようになつてし
まう。これは、緩衝制御トランジスタQ₅にAGC
電圧がかかり過ぎて飽和し、入力信号が少しばか
り下がつてもこの飽和状態の緩衝制御トランジス
タQ₅を活性領域に戻すようにするためには、ベ
ース蓄積電荷を一掃するだけのAGC電圧をかけ
なければならないためである。このように従来、
差動ベース電圧をAGC電圧に応じて制御する方
式の差動増幅器を用いた利得制御回路は、入力信
号の振幅変化を一定に保つAGC動作に雑音特性
及び動作特性上限界があつた。尚、第４図は入力
信号INを横軸に取り、出力信号OUTを縦軸に取
つた利得制御特性を示し、入力信号INの過大時
に出力信号OUTを一定レベルＣに維持できなく
なつたときの特性を示すものである。

〔考案の目的〕

本考案は上記事情に鑑みてなされてもので、入
入力信号のどのような振幅変動に対してもAGC
機能が回路的飽和を受けることなく、出力信号を
一定に抑圧でき、また、そのときの雑音も少ない
利得制御回路を提供することを目的とする。

〔考案の概要〕

本考案は差動増幅器の第１、第２のトランジス
タのベースにそれぞれバイアス電圧および入力信
号を供給する手段と、この差動増幅器の出力信号
から直流化されたAGC電圧を取出す手段と、こ
のAGC電圧を利得制御用トランジスタのベース
に供給する手段と、第１、第２のトランジスタの
ベースにそれぞれ一端が接続され、他端が共通に
利得制御用トランジスタのコレクタに接続され、
利得制御用トランジスタを流れる電流量に応じて
インピーダンスが変化する単方向導通素子とを備
えるものにあつて、前記利得制御用トランジスタ
のベースに加わるAGC電圧が所定値以上になら
ないように電圧抑圧手段を設けたことを特徴とす
る利得制御回路である。

〔考案の実施例〕

以下本考案を第５図以下の図に基づいて説明す
る。第５図は本考案の一実施例を示し、第１図及
び第３図と同一要素には同符号を附すと共に、そ
の構成の説明は省略する。本実施例は第３図の従
来例から構成し、その特徴とするところは、
AGC検波器３で検出されたAGC電圧を差動対ト
ランジスタQ₆，Q₇の差動ベース端子に導くよう
に緩衝的に設けられた緩衝制御トランジスタQ₅
の入力側、即ち、ベースと基準電位端子との間に
同一方向に直列接続したダイオードD₃，D₄を介
装したものである。この緩衝制御トランジスタ
Q₅のエミツタは抵抗R_Eを介して接地してあり、
抵抗R_Eの両端電圧とトランジスタQ₅のベース・
エミツタ電圧との和の電圧を各ダイオードD₃，
D₄の両端電圧で規制するようにしてある。即ち、
この各ダイオードD₃，D₄はAGC検波器３で検出
されるAGC電圧を同一方向接続の一端に印加さ
れるようになつており、本実施例では２個直列に
用いたが、使用ダイオードの容量によつては１個
でも良く、また多数を直並的に構成したものを用
いても良い。要は、前記AGC電圧が入力信号の
変動に対して極端にかかり過ぎたとき、前記緩衝
制御トランジスタQ₅が飽和しないようにして
AGC機能を抑制し、差動ベース電圧を制御され
る差動対トランジスタQ₆，Q₇が出力信号を一定
に出力するように構成したものである。尚、本実
施例では差動対トランジスタQ₇の出力側、即ち、
コレクタに出力用トランジスタQ₁₀のベースを接
続し、そのエミツタより出力信号を取り出すよう
にしてある。そして、この出力用トランジスタ
Q₁₀のエミツタを出力端子２に接続すると共に、
前記AGC検波器３はこのトランジスタQ₁₀のエミ
ツタよりコンデンサC₁を介して前記出力信号を
取り込むようになつている。

次に、上記回路の動作を説明する。ここで、第
６図は本考案によつた場合の入力出力特性を示す
特性図であり、第７図は横軸に検波用の信号、つ
まり、出力信号OUTを取り、縦軸にAGC電圧
V_AGCを取つたAGC電圧特性を示す特性図である。

始めに、入力信号が小さいときは、端子５の入
力信号はコンデンサC₃を通つてエミツタホロワ
トランジスタQ₈のベースに入力し、そのエミツ
タより抵抗R₅を介して差動対トランジスタQ₆の
ベースに入力する。このベース入力はもう一方の
差動対トランジスタQ₇のコレクタに現われ、出
力用トランジスタQ₁₀を介して出力端子２に導出
される。入力信号が大きくなるに従つて出力信号
が増すから、これを一定にするために、AGC検
波器３が働いてAGC電圧を発生する。このAGC
電圧はコンデンサC₂で平滑されて緩衝制御トラ
ンジスタQ₅のベースに印加する。このとき、
AGC電圧が緩衝制御トランジスタQ₅を活性領域
で動作させるように除々に増大してそのコレクタ
電流がダイオードD₁，D₂に分流する。この各ダ
イオードD₁，D₂に分流した電流の変化に対して
各ダイオードD₁，D₂のインピーダンスが変化し、
差動対トランジスタQ₆，Q₇の各ベースとの整合
が図られる。これによつて、差動対トランジスタ
Q₆，Q₇の差動ベース電圧が一定に抑えられ、動
作点が常に直線動作範囲内にあるようにして出力
信号を一定振幅にする。

しかして、この緩衝制御トランジスタQ₅にこ
のトランジスタQ₅を飽和させるに足るAGC電圧
がかかるとそのベースに設けられたダイオード
D₃，D₄が導通する。このため、緩衝制御トラン
ジスタQ₅のベース電圧はこれらダイオードD₃，
D₄の和の順方向電圧によつて規制される。この
電圧を前記緩衝制御トランジスタQ₅が飽和しな
い値に設定しておけば、緩衝制御トランジスタ
Q₅はそのコレクタ電流がある一定量より増加さ
れず、したがつて、各ダイオードD₁，D₂の分電
流も一定値に抑えられる。故に、差動対トランジ
スタQ₆，Q₇に供給される差動ベース電圧は、こ
れらトランジスタQ₆，Q₇を直線動作範囲に動作
点があるように制御する。かくて、過大入力信号
に対して出力信号が増大してもAGC検波器３か
ら発生するAGC電圧はダイオードD₃，D₄によつ
て規制された振幅範囲内で差動対トランジスタ
Q₆，Q₇のAGCがかかるように抑圧する。この抑
圧比はダイオードD₁，D₂の順方向抵抗をReとす
れば(1)式のように与えられる。

20logRe／R₆＋Re ……(1) また、このときの入力出力特性は第６図に示す
ようにAGCがかかる入力信号値P₁から過大な入
力信号になつた値P₂まで出力信号を一定に保つ
特性となる。この特性は従来のように緩衝制御ト
ランジスタQ₅の飽和によつて特性がヒステリシ
ス性を呈することはない。また、AGC機能が抑
圧されるので、破線にて示す雑音レベル特性は入
力信号が大きくなつても略一定である。

また、前記した(1)式は、AGC電圧V_AGCを第７
図に示すように抑圧する。破線で示した特性が従
来のもので、AGC電圧V_AGCは出力信号に応じて
緩衝制御トランジスタQ₅に十分印加されること
を示している。かくして、本実施例のダイオード
D₃，D₄を設けたことにより、AGC電圧V_AGCの上
限が2Vdに刻限される。電圧Vdは各ダイオード
D₃，D₄の順方向電圧である。

尚、第６図において、入力信号が本考案で制御
するように目標とした値P₂より大きくなると、
差動対トランジスタQ₆，Q₇は飽和領域で作用す
るようになる。

〔考案の効果〕

以上述べたように本考案によれば、差動増幅器
の動作点を設定する差動入力電圧をAGC電圧に
よつて制御し、出力信号を一定にする利得制御回
路において、入力信号の変化に応じて発生する
AGC電圧をある一定範囲の電圧に抑圧して前記
差動入力電圧を制御したから、AGC動作によつ
て差動増幅器の信号対雑音比が悪化したり、過大
入力信号時に回路的飽和を起こし、入力出力特性
がヒステリシス性を帯びるという利得制御回路を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のダブルバランス型差動増幅器を
用いた利得制御回路を示す回路図、第２図は差動
増幅器の相互コンダクタンス特性を示す特性図、
第３図は従来の基本差動増幅器を用いた利得制御
回路を示す回路図、第４図は従来のAGCをかけ
た差動増幅器の入力出力特性を示す特性図、第５
図は本考案の実施例に係る利得制御回路を示す回
路図、第６図は本考案によつた入力出力特性を示
す特性図、第７図は本考案によりAGCを抑圧さ
れたAGC電圧特性を示す特性図である。 Q₅〜Q₉……トランジスタ、３……AGC検波
器、D₁〜D₄……ダイオード、R₅，R₆，R_E……抵
抗。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 エミツタが共通に定電流源に接続された第１、
   第２のトランジスタを有する差動増幅器と、 ベースにバイアス電圧および入力信号が供給さ
   れた第３のトランジスタを有する第１のエミツタ
   フオロア回路と、 ベースにバイアス電圧が供給された第４のトラ
   ンジスタを有する第２のエミツタフオロア回路
   と、 前記第１、第２のエミツタフオロア回路の出力
   をそれぞれ第１、第２の抵抗を介して前記第１、
   第２のトランジスタのベースに供給する手段と、 前記差動増幅器の出力信号から、入力信号レベ
   ルに応じて変化する直流AGC電圧を取り出す手
   段と、 前記AGC電圧がベースに供給される第５のト
   ランジスタと、 前記第１、第２のトランジスタのベースに一端
   がそれぞれ接続され、他端が共通に前記第５のト
   ランジスタのコレクタに接続された第１、第２の
   単方向導通素子を有し、前記第５のトランジスタ
   を流れる電流量に応じて第１、第２の単方向導通
   素子のインピーダンスが変化するようにしたイン
   ピーダンス可変手段と、 前記第５のトランジスタのベースと基準電圧点
   の間に設けられ、このベースに供給される前記
   AGC電圧が所定値以上になることを抑える電圧
   抑圧手段とを具備して成る利得制御回路。