JPH02211708A - 可変利得増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、利得によらず一定の出力バイアスが得られ
る直流結合型の可変利得増幅器に関するものである。

（従来の技術〕 第２図は例えば、通信学技報Ｖｏ１．８３　Ｎｏ、２７
９Ｃ５８３−１７５ｒ４００Ｍｂ／Ｓ集積化海底光中継
機の試作」に記載された従来の可変利得増幅器の回路図
である。同図において、トランジスタ差動対を形成する
トランジスタ（１）　、　（２）の各エミッタが抵抗（
９）。

（１０）の直列接続回路を介して相互に接続される。

一方、トランジスタ（１）のベースが正相信号入力端子
（２１）に、トランジスタ（２）のベースが逆相信号入
力端子（２２）にそれぞれ接続され、さらに、抵抗（９
）　、　（１０）の相互接合点と電源端子（２３）との
間に定電流源（８）が挿設されている。また、トランジ
スタ差動対を形成するトランジスタ（３）のエミッタと
トランジスタ（４）のエミッタとが相互に接続されると
共に、トランジスタ（１）のコレクタに接続される。も
う１組のトランジスタ差動対を形成するトランジスタ（
５）のエミッタとトランジスタ（６）のエミッタとが相
互に接続されると共に、トランジス（２）のコレクタに
接続される。さらに、トランジスタ（３）のベースとト
ランジスタ（６）のベースとが利得制御基準電圧端子（
１９）に、トランジスタ（４）のベースとトランジスタ
（５）のベースとが利得制御電圧端子（２０）にそれぞ
れ接続されている。また、トランジスタ（３）　のコレ
クタとトランジスタ（６）のコレクタとがそれぞれ負荷
抵抗（１１）、　　（１２）を介してトランジスタ（７
）のエミッタに接続され、このトランジスタ（７）のコ
レクタが電源端子（１８）に接続されている。また、こ
のトランジスタ（７）のベースがトランジスタ（４）の
コレクタとトランジスタ（５）のコレクタとに接続され
ると共に、抵抗（１３）を介して電源端子（１８）に接
続されている。一方、トランジスタ（６）のコレクタが
正相信号出力端子（２４）に、トランジスタ（３）のコ
レクタが逆相信１号出力端子（２５）にそれぞれ接続さ
れている。

次に上記第２図に示す従来の可変利得増幅器の動作につ
いて説明する。正相信号入力端子（２１）と、逆相信号
入力端子（２２）との間に電圧差が現れると、トランジ
スタ（１）　、　（２）に流れる電流が変化し、負荷抵
抗（１１）、　（１２）の値と流れる電流とにともなう
電圧が、信号出力端子（２４）、　（２５）に現れる。

これは、正相信号入力端子（２１）にｖｌｎ、逆相信号
入力端子（２２）Ｖ、ｌｌ−の電圧を与えたとすると、
正相入力電圧と逆相入力端子の差は（ｖＩｎｖＩｎ＋）
であり、このときのトランジスタ（２）のコレクタに流
れる電流値をｉとすると、 １＝ｇｗａ・　（Ｖｌｎ−−Ｖｌｎ”）　　　　　　　
　　・・・（１）で表される。

上記（１）式においてｇｓは差動増幅器の入力端子差を
電流に変換する定数であり、トランジスタ差動対を構成
するトランジスタ（１）　、　（２）のエミッタ間に挿
入されている抵抗（９）　、　（１０）の抵抗値をＲ６
とすると、ｇ、は、 ｇ−ａ＝ｇｗ＝。／２（１◆２”ｇｍ。−ＲＥ）　　　
　　　・（２）ｇ、ｏ　＝■／４ｖｔ　　　　　　　　
　　　　　　　・（３）で表される。ここで％ｇ１ｍ。

はトランジスタ（１）。

（２）の相互コンダクタンス、ｖｔは熱電圧、■は電流
源（８）の供給電流である。

正相信号出力端子（２４）の入力端子差による出力電圧
をΔＶｏｕｔとすると、ΔＶｏｕｔは入力端子差より流
れる電流値ｉと、負荷抵抗（１２）の値ＲＬとの積とな
るが、第２図の回路では、利得制御電圧により電流分配
を行うトランジスタ差動対のトランジスタ（３）　、　
（４）及び他方のトランジスタ（５）　、　（６）によ
り負荷抵抗（１２）に流れる電流を任意に決めている。

ここで電流を分配する電流分配率をｍとし、負荷抵抗（
１２）に流れる電流を（１−ｍ）　ｉとすると、ΔＶｏ
ｕｔ＝ＲＬ・（１−ｍ）ｉ　　　　　　　　　　・・・
（４）（１）式を（４）式に代入して、 ΔＶｏｕｔ＝ＲＬ・（１−ｍ）　　・ｇ、・　（Ｖ’ｌ
ｎ−−Ｖｌｎ”）・・・（５） となり、第２図に示す可変利得増幅器の利得Ｇは、 Ｇ”ＲＬ・　（１−ａ）　ｇｍ　　　　　　　　　　　
　　　　・・・（６）となる。

上記（６）式より、利得制御電圧端子（２０）の調整、
つまり電流分配率ｍの値を変えることにより可変利得増
幅器として機能する。

次に、どの様にして、出力動作点電圧Ｖ。ｕｔが決定さ
れるかを考える。負荷抵抗（１１）　（１２）の値をＲ
い　トランジスタ（３）　、　（６）　に流れる電流値
を１．、トランジスタ（４）　、　（５）に流れる電流
をＩ２　（ＩＩとＩ２の和をＩ）、トランジスタ（７）
のベース・エミッタ間電圧をｖａ！（７）、抵抗（１３
）ノ値をＲＬ／２、電流分配率をｍ、電源端子（１８）
の電圧をＶＣＣとすると、 Ｖｏｕｔ”　Ｖｃｅ　−（ＲＬ　／　２　　’　２ｈ　
　＋　ＶＩＬＥ（７）　＋　ＲＬＩＩ）−Ｖｃｃ　　−
（ＲＬ　　−１２＋Ｒｔ、Ｉ＋＋Ｖａｅ（７））”ｖｃ
ｃ−（肌　・Ｉ　＋Ｖ！ＩＥ（７））　　　　　・・・
（７）ここで、 ＶＩＬＥ（７）　＝　Ｖｔｉ、ｎ（２１＋　／　Ｉｇ）
＝Ｖｔ　・　ＩＬｎ（２（１−ｍ）Ｉ　　／Ｉｓ）　　
　　　　　　”・　（８）とすると、 Ｖｏｕｔ＝Ｖｃｃ　　−［ＲＬ　　−１＋　Ｖ７　・　
ＩＬ　ｎ（２（１−膿）Ｉ／Ｉｓ）］＝Ｖｃｃ−（ＲＬ
−Ｉ　＋Ｖ７−　ＩＬｎ（２Ｉ／　Ｉｓ）＋ｖＴ−ｉｎ
（ト１））　　　−１５）上記（９）式において、Ｖｃ
ｃ、ＲＬ・Ｉ及びＶＴ−ｊ２ｎ（２Ｉ／　Ｉｓ）は定数
であるが、ＶＴ−Ｉｔ　ｎ（１−ｍ）はｍによる変数で
ある。つまり、出力動作点電圧は利得制御により明らか
に変動することが解る。

集積回路における一般的なトランジスタでのＶｏｕｔの
変動量は１００〜２００ｍＶ程度である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の可変利得増幅器は以上のように構成されているの
で、利得制御により電流分配率が変化することとなり、
出力動作点電圧が大きく変動してしまい、直結による次
段の回路設計が難しくなるという課題があった。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので
、利得制御による出力動作点の変動量を抑え、一定の出
力バイアスを得ることのできる可変利得増幅器を得るこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段〕 この発明に係る可変利得増幅器は、第１及び第２のトラ
ンジスタと第１及び第２の抵抗とで形成される差動対に
電流分配回路の一方の電流供給端子を接続し、第３及び
第４のトランジスタとで形成される差動対に電流分配回
路の他方の電流供給端子を接続し、第１及び第２のトラ
ンジスタのコレクタをそれぞれ第３及び第４のトランジ
スタのベースに接続し、第３及び第４のトランジスタの
ベースとコレクタとの間にそれぞれ第３及び第４の抵抗
を接続し、第３及び第４のトランジスタのコレクタと電
源との間にそれぞれ第５及び第６の抵抗を接続したもの
である。

〔作用〕

この発明による可変利得増幅器は、出力動作点電圧を変
動させることなく利得制御を行ない、定の出力バイアス
を得ることができ次段の回路設計の容易化を図るもので
ある。

〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する
。この第１図はこの発明の一実施例に係る可変利得増幅
器の回路構成図であり、図中、第２図と同一の符号を付
したものはそれぞれ同一の要素を示している。第１図に
おいて、本実施例に係る可変利得増幅器は、電源の−の
片端に接続された電流源（８）と、該電流源（８）から
電流を供給されて電流分配比を調整する電流分配回路（
４５）と、該電流分配回路Ｃ４５）と上記電源の他の片
端に接続され、正相・逆相の各信号を出力する増幅回路
（４Ｇ）とを備える構成である。上記電流分配回路（４
５）は、電流源（８）の電流供給端子にそれぞれ一端が
接続された抵抗（３５）　、　（３６）と、この抵抗（
３５）、　　（３６）の他端にそれぞれエミッタが接続
されたトランジスタ（４２）、　（４３）のベース電圧
差を利得制御基準電圧端子（１９）及び利得制御電圧端
子（２０）により調整して電流分配比を変化させる。上
記増幅回路（４６）は、電流分配回路（４５）の一方の
電流供給端子に片端が接続された抵抗（３３）、　（３
４）と、この抵抗（３３）、　　（３４）の他端にそれ
ぞれエミッタが接続されたトランジスタ（４０）、　（
４１）と、電流分配回路（４５）の他方の電流供給端子
にそれぞれエミッタが接続され、ベースがそれぞれトラ
ンジスタ（４０）、　　（４１）のコレクタに接続され
たトランジスタ（３８）　、　　（３９）と、トランジ
スタ（３８）、　　（３９）のベースとコレクタの間に
それぞれ接続された抵抗（３１）。

（３２）と、トランジスタ（３８）、　　（３９）のコ
レクタと電源の他端（１８）との間にそれぞれ接続され
た抵抗（１１）、　　（１２）とで構成される。

次に、上記のように構成された本実施例の動作を以下に
説明する。ここで、電流源（８）が供給する電流を■、
電流分配回路（４５）の一方の電流供給端子が供給する
電流をｉｆ、他方の電流供給端子が供給する電流を（１
−ＩＩｌ）　Ｔ、抵抗（３３）、　（３４）の値をＲい
　トランジスタ差動対を構成するトランジスタ（４０）
、　　（４１）の実効相互コンダクタンスを８．１、ト
ランジスタ差動対を構成するトランジスタ（３８）。

（３９）の相互コンダクタンスをｇｅａｘ　、トランジ
スタの熱電圧を■アとすると、 ｇｍ＋　＝　ｍＩ／　４　（２Ｖ７　＋　ｍＩＲｅ）　
　　　　　　　・・・（１０）ｇ−２＝　（１−ｍ）　
Ｉ／　４ＶＴ　　　　　　　　　　　・・・（１１）と
なる。

信号出力端子（２５）の信号振幅をｖ０８、負荷抵抗（
ｌｉ）、　（１２）の値をＲＬ、正相信号入力端子（２
１）と逆相信号入力端子（２２）間の信号振幅をｖ目、
トランジスタ（３８）のベースとトランジスタ（３９）
のベースとの間の電圧振幅をＶＩ２とすると、 Ｖｏ＋　−ｇａｉ、、Ｖ＋　ｒ　＋　ｇｓｚＲＬＶｔ２
・・・（１２）また、抵抗（３１）、　（３２）の値を
Ｒ，とすると、Ｖ＋＊　−２（ｇｓｔ（ＲＬ＋Ｒｒ）Ｖ
ｓ＋＋ｇｍＪＬＶ＋ｚ）”２（ｇｓｔ（Ｒｂ＋Ｒｒ）Ｖ
＋ｔ／（１−８ｍ２ＲＬ））　　・・・（１３）となる
、　（１２）、　　（１３）式よりＶＯＩは、Ｖｏ＋　
　　−ｇｓｔ”ＲＬＶｓｔ＋　　２ｇｍ　２ＲＬ　ｇｍ
＋　　（ＲＬ　　　＋　　Ｒｒ）Ｖ＋＋／（１−ｇｍＪ
Ｌ）・・・（１４） したがって、利得Ｇは次式となる。

Ｇ＝Ｖｏ＋／ｖ口 ”　ｇｅｔＲＬ＋　２ｇｍＪＬｇ１（ＲＬ　＋　Ｒｒ）
　／（ｔ−ｇｍ２ｎｔ、） ・・・（１５） 上記（１’５）式より、利得制御電圧端子（２０）の調
整、つまり電流分配率■の値を変えることにより可変利
得増幅器として機能する。

次に、出力動作点電圧Ｖｏｕｔを求めると次のようにな
る。電源端子（１８）の電圧をＶＣＣとすると、Ｖｏｕ
ｔ”Ｖｃｃ−（ＩＩＩ／　２　＋　（１−ｍ）Ｉ／　２
）　”　ＲＬ＝　Ｖｃｃ−１／　２　・ＲＬ したがって、Ｖｏｕｔは電流分配率−によらず一定であ
り、出力動作点電圧を変動させることなく利得制御を行
うことができる。

上記の実施例では、第１図に示すようにトランジスタ（
４２）、　　（４３）、抵抗（３５）　、　　（３Ｂ）
とで構成される電流分配回路（４５）を用いて説明した
が、異なる回路構成とすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明に係る可変利得増幅器は、
第１及び第２のトランジスタと第１及び第２の抵抗とで
形成される差動対に電流分配回路の一方の電流供給端子
を接続し、第３及び第４のトランジスタとで形成される
差動対に電流分配回路の他方の電流供給端子を接続し、
第１及び第２のトランジスタのコレクタをそれぞれ第３
及び第４のトランジスタのベースに接続し、第３及び第
４のトランジスタのコレクタとの間にそれぞれ第３及び
第４の抵抗を接続し、第３及び第４のトランジスタのコ
レクタと電源との間にそれぞれ第５及び第６の抵抗を接
続したことにより、出力動作点電圧を変動させることな
く利得制御を行なうことができることとなり、次段の回
路設計の容易化を図ることのできるという効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による可変利得増幅器の回
路図、第２図は従来の可変利得増幅器の回路図である。 図中、 （８）・・・電流源、 （１１）・・・第５の抵抗、 （１２）・・・第６の抵抗、 （１８）・・・電源の他の片端、 （１９）・・・利得制御基準電圧端子、（２０）・・・
利得制御電圧端子、 （２１）・・・正相信号入力端子、 （２２）・・・逆相信号入力端子、 （２３）・・・電源の片端、 （２４）・・・正相信号出力端子、 （２５）・・・逆相信号出力端子、 （３１）・・・第３の抵抗、 （３２）・・・第４の抵抗、 （３３）・・・第１の抵抗、 （３４）・・・第２の抵抗、 （３８）・・・第３のトランジスタ、 （３９）・・・第４のトランジスタ。 （４０）・・・第１トランジスタ、 （４１）−・・第２のトランジスタ、 （４５）・・・電流分配回路、 （４６）・・・増幅回路、 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電源の片端に接続された電流源と、この電流源から電流
   を供給されて電流分配比を調整する電流分配回路と、こ
   の電流分配回路の一方の電流供給端子にそれぞれ片端が
   接続された第１の抵抗及び第２の抵抗と、この第１及び
   第２の抵抗の他端にそれぞれのエミッタが接続された第
   １及び第２のトランジスタと、前記電流分配回路の他方
   の電流供給端子にそれぞれのエミッタが接続され、ベー
   スがそれぞれ前記第１のトランジスタと前記第２のトラ
   ンジスタのコレクタに接続された第３及び第４のトラン
   ジスタと、この第３及び第４のトランジスタのベースと
   コレクタとの間にそれぞれ接続される第３及び第４の抵
   抗と、前記第３及び第４のトランジスタのコレクタと電
   源の他端との間にそれぞれ接続される第５及び第６の抵
   抗とを備えることを特徴とする可変利得増幅器。