JPH0232608A

JPH0232608A - 増幅回路

Info

Publication number: JPH0232608A
Application number: JP1143921A
Authority: JP
Inventors: Jimmie D Felps; ジミー・ドイル・フェルプス
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1988-06-06
Filing date: 1989-06-06
Publication date: 1990-02-02
Also published as: US4891607A; EP0346020A2; EP0346020A3

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〕本発明は増幅回路に関し、特に自動的負荷電流補償機能
を備え、ひずみの低いＸ増幅回路に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

ひずみが低く、性能が負荷電流によって比較的左右され
ない増幅器を製造することが駆動増幅器の分野における
課題である。一般に用いられる駆動増幅器は周知幡エミ
ッタ・フォロワ回路である。

このエミッタ・フォロワ回路はトランジスタのベースに
接続された入力とトランジスタのエミッタ代に接続さでた出力とを有する簡単な共通コレクタ・トラ
ンジスタ増幅器である。エミッタ・フォロワ回路の利点
は中位から高インピーダンスの負荷の場合、この回路の
利得がほとんど１に等しいということである。従って、
エミッタ・フォロワ回路は本質的に低ひずみの入力電圧
信号を複製（ｒｅｐｌｉｃａｔｅ）する単位利得増幅器
（ｕｎｉｔｙ　ｇａｉｎａｍｐｌ　ｉｆ　１ｅｒ）であ
る。エミッタ・フォロワに取り付けられた負荷が逆成端
された　（ｒｅｖｅｒｓｅｔｅｒ＋ｍ１ｎａｔｅｄ）　
５０オームの伝送線等の低インピーダンス値である場合
、逆成端抵抗のインピーダンスを負荷のインピーダンス
に整合させることによって０．５の利得を得ることがで
きる。このような構成の困難さは、エミッタ・フォロワ
回路の出力インピーダンスと前記回路の利得がトランジ
スタのエミッタを導通する電流の関数であるということ
である。従って、負荷抵抗又は、負荷電流に何らかの相
当な変化が生ずると、出力インピーダンスの変化、した
がって負荷電流の非線形関数であるエミッタ・フォロワ
回路の利得の変化によって、エミッタ・フォロワ回路の
動作にひずみが生ずる。

〔発明の目的〕

本願発明の目的は上述の問題点を解消し、ひずみの低い
増幅回路を提供することにある。

〔発明の概要〕

従来の問題点は本発明に係る増幅回路によって解決され
かつ技術的な向上が達成される。本発明は伝送線等の低
インピーダンス負荷を駆動するためエミッタ・フォロワ
回路を用いる。エミッタ・フォロワ回路のエミッタに一
定の電流が流れるようにするため、エミッタ・フォロワ
・トランジスタのエミッタ端子に定電流源が接続される
。定電流源から負荷に流れる負荷電流を相殺するための
補償回路が備えられ、それによってエミッタ・フォロワ
・トランジスタのエミッタへの一定な電流のに導通が保証される。この補償回路はエミッタ・フォロ
ワ回路と並列接続される。本発明に係る一実施例では、
この補償回路は、基本エミッタ・フォロワ駆動増幅器と
導通形式が反対の共通エミッタ増幅器である。このよう
に補償回路はエミッタ・フォロワ駆動増幅器の鏡像で（
ｍｉｒｒｏｒ　ｉｍａｇｅ）であり、入力信号の補数（
ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ）によって起動されるとエミッタ
・フォロワ駆動増幅器と同様に応答する。特定の入力信
号によって発生するエミッタ・フォロワ駆動増幅器内の
エミッタ電流のいかなる変化も補償回路に入力信号の補
数を印加することによって補償回路内で正確に複製され
る。

この補償回路の出力は定電流源に供給され、エミツタ・
フォロワ・トランジスタのエミッタ端子から負荷に流れ
出る電流と置換えられる。それによって、エミッタ・フ
ォロワ駆動増幅器のエミッタ端子内は一定電流に維持さ
れる。このようにして、低インピーダンスの負荷の場合
でも本発明の増幅回路では比較的一定の利得と出力イン
ピーダンスが得られ、それによって伝送線等の低インピ
ーダンス負荷のための低ひずみの駆動回路が提供される
。更に改良された点は本増幅器回路の入力インピーダン
スが増加された点である。

〔発明の実施例〕

駆動増幅器の分野ではひずみが低く、その性能が負荷電
流によって比較的左右されない増幅器を製造することが
課題である。一般に用いられる駆動増幅器は周知のエミ
ッタ・フォロワ回路である。

エミッタ・フォロワ回路はトランジスタのベースに接続
された入力とトランジスタのエミッタに接続された出力
とを有する簡単な共通コレクタ・トランジスタ増幅器で
ある。工°ミッタ・フォロワ回路の利点は、中位から高
インピーダンスの負荷の場合、この回路の利得はほとん
ど１に等しいことである。従ってエミッタ・フォロワ回
路は本質的に低ひずみの入力電圧信号を複製する単位利
得増幅器である。エミッタ・フォロワ回路に取り付けら
れた負荷が逆成端された５０オーム等の伝送線のように
インピーダンス値が小さい負荷である場合は、逆成端抵
抗のインピーダンスと負荷のインピーダンスを整合する
と０．５の利得が生ずる。このような構成の困難さは、
エミッタ・フォロワ回路の出力インピーダンスとこの回
路の利得の双方ともトランジスタのエミッタを導通する
電流の関数であるということである。従って負荷インピ
ーダンス又は負荷電流に相当の変化が生ずると、出力イ
ンピーダンスの変化、したがって、負荷電流の非線形関
数であるエミッタ・フォロワ回路の利得の変化によって
エミッタ・フォロワ回路に動作にひずみが生ずる。

本発明に係る増幅回路はエミッタ・フォロワ回路のエミ
ッタに一定な電流を供給するためエミッタ・フォロワ・
トランジスタのエミッタ端子に接続された定電流源を使
用する。定電流源から負荷に流れ出る負荷電流を相殺す
るための補償回路も備えられ、それによってエミッタ・
フォロワ・トランジスタのエミッタに一定な電流の導通
が保証奄れる。この補償回路はエミッタ・フォロワ回路
と並列接続される。本発明の一実施例では、この補償回
路は基本エミッータ・フォロワ駆動増幅器とは導通形式
が反対の共通エミッタ増幅器である。

マｈこのように補償回路はエミッタ・フォロワ駆導増幅器の
鏡像であり、入力信号の補数によって起動されるとエミ
ッタ・フォロワ駆動増幅器と同様に応答する。特定の入
力信号によって複製されるエミッタ・フォロワ駆動増幅
器内のエミッタ電流のいかなる変化も補償回路に入力信
号の補数を印加することによって補償回路内で正確に複
製される。

この補償回路の出力は定電流源に供給され、エミッタ・
フォロワ・トランジスタのエミッタ端子から負荷に流れ
出る電流と置換えられる。それによってエミッタ・フォ
ロワ駆動増幅器のエミッタ端子内は一定電流に維持され
る。このようにして低インピーダンスの負荷の場合でも
前記増幅回路用に比較的一定の利得と出力インピーダン
スが得られ、それによって伝送線等の低インピーダンス
負荷のための低ひずみの駆動回路が提供される。

第２図は代表的なエミッタ・フォロワ回路２゜Ｏを示す
。エミッタ・フォロワ回路２００は逆成端された５０オ
ームの伝送線２０４等の低インピーダンスの負荷を駆動
する。エミッタ・フォロワ回路２００は破線で囲まれて
いる。このエミッタ・フォロワ回路２００はＮＰＮ　）
ランジスタ２０１を備え、そのコレクタ端子は導線２１
２を経て電圧源に接続される。トランジスタ２０１のベ
ース端子は導線２１１を経て入力抵抗２０２の一端子に
接続される。入力抵抗２０２の他方の端子はエミッタ・
フォロワ回路２００の入力端子２１３に接続される。ト
ランジスタ２０１のエミッタ端子は導線２０９を経て逆
成端抵抗２０３の一端子に接続され、その他方の端子は
出力端子２０８と接続される。加えて、トランジスタ２
０１のエミッタ端子は導線２０９を経て、予め定められ
た、固定値の電流を与える電流源２１０と接続される。

エミッタ・フォロワ回路２００は、本実施例では典型的
な５０オームのインピーダンスを有する伝送線２０４か
ら成る負荷を駆動する。伝送線２０４は導線２０６を経
て負荷インピーダンスと抵抗２０５七、出力電圧が得ら
れる出力端子２０７に接続される。エミッタ・フォロワ
回路２００は、エミッタ・フォロワ回路２００の入力端
子２１３に入力電圧を印加する電圧源２１４によって駆
動される。

動作時には、負荷抵抗２０５のインピーダンスは一般に
伝送線２０４のインピーダンスと整合される。従って、
抵抗２０５と伝送線２０４のインピーダンスは一般に５
０オームである。第２図に示したエミッタ・フォロワ回
路２００の利得は次の式によって誘導される。

ここでＲＯ＝）ランシスタ２υｌ（／ＪｌｆＳ刀１ンこ
一ダンス。

ＲＬ　＝負荷抵抗２０５のインピーダンス。

収ＲＴ　＝伝送線２０４の逆終端抵抗２０３である。

式（１）から明らかであるように、エミッタ・フォロワ
回路２００の利得は逆成端抵抗２０３のインピーダンス
と、負荷抵抗２０５のインピーダンスと、トランジスタ
２０１の出力インピーダンスとの関数である。トランジ
スタ２０１の出力インピーダンス（ＲＯ）はトランジス
タ２０１のエミッタ端子を導通ずる電流の関数である。

代表的にはトランジスタ２０１の出力インピーダンスは
数オームの次数であり、式（１）の他項の値が小さい場
合を除けば、利得式に及ぼす影響は無視できる程度のも
のである。この場合、ＲＬが５０オームでＲＴは約４７
オームであるので、トランジスタ２０１の出力抵抗ＲＯ
のいかなる変化もエミッタ・フォロワ回路２００の利得
の変化に大きな影響を及ぼす。

トランジスタ２０１の出力インピーダンスをより深く理
解するため、以下の式にトランジスタ２０１の出力イン
ピーダンスＲＯを形成する主な成分を定義する。

インピーダンス。

ｂ＝トランジスタ２０１の順方向ベータ。

Ｒｅ’＝）ランジスタ２０１のエミッタ抵抗。

ＩＥ＝）ランジスタ２０１のエミッタ電流である。

式（２）のはじめの２項はほぼ（ｆａｉｒｌｙ）一定で
あり、２オ一ム位である。従って、式（２）の重要な項
は第３項であり、これはトランジスタ２０１のエミッタ
電流の関数である。負荷抵抗２０５に電流が供給されな
い場合は、トランジスタ２０１のエミッタ端子を流れる
電流は２０ミリアンペア程度となりうる電流源２１０よ
り供給される電流と等しい。

この場合、式（２）を用いて、ＲＯは３．３オームと等
しい。従って抵抗２０３のインピーダンスは４６．７オ
ームと等しくなるように選択され、その結果トランジス
タ２０１の出力インピーダンスと伝送線２０４の逆成端
抵抗との総和は負荷抵抗２０５のインピーダンス、すな
わち５０オームと等しい。

この相関関係は次のように表現される。

ＲＬ　＝ＲＴ　＋ＲＯ（３）端子２０７における出力電圧がＯボルトで、エミッタ・
フォロワ回路２００によって負荷抵抗２０５に電流が供
給されない定常状態の場合は、トランジスタ２０１の出
力インピーダンスＲＯは約３．３オームで、式（１）に
よって得られるこの回路の利得は約０．５である。しか
し、負荷抵抗２０５によって導出される負荷電流ＩＬに
よってトランジスタ２０１のエミッタ電流が変化すると
、トランジスタ２０１の出力インピーダンスＲＯは変化
し、それによってエミッタ・フォロワ回路２００の利得
が変化することは明らかである。この利得の変化が原因
で振幅ひずみが発生し、これは駆動増幅器回路にとって
は望ましくない特性である。

負荷インピーダンスは極めて小さいので、トランジスタ
２０１の出力インピーダンスＲＯのいかなる変化もエミ
ッタ・フォロワ回路２００の利得に影響を及ぼし、著し
い振幅ひずみを発生させる。

この回路の振幅ひずみを防止するためにはトランジスタ
２０１のエミッタ電流を一定に保たれなければならない
。

第１図に本発明の一実施例を示す。これは、第２図のエ
ミッタ・フォロワ回路に補償回路１００を付加した増幅
回路である。補償回路１００はトランジスタ２０１の出
力インピーダンスＲＯの変化を防ぐためトランジスタ２
０１内のエミッタ電流を一定に保ち、それによってエミ
ッタ・フォロワ回路２００の利得を一定に保って振幅ひ
ずみを防止する機能を果たす。補償回路１００は電圧源
２１４によって発生される入力信号に応答して、定電流
源２１０に供給される補正電流（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏ−
ｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ）を発生する。定電流源２１０に印
加された補正電流はエミッタ・フォロワ回路２００によ
って付負荷抗２０５に供給された電流と整合する。従っ
て、エミッタ・フォロワ回路２００の出力電流はトラン
ジスタ２０１より流れ、その代りに負荷抵抗２０５に印
加され、補償回路１００はトランジスタ２０１より流れ
る電流とほぼ等しい電流をエミッタ・フォロワ回路２０
０へ挿入し、それによってエミッタ・フォロワ・トラン
ジスタ２０１のエミッタ端子に一定な定電流を維持する
。

補償回路１００はエミッタ・フォロワ回路２００とは導
通形式が反対の共通エミッタ増幅器を備える。この増幅
器は、エミッタ端子が導線１０６によって抵抗１０２と
接続するトランジスタ１０１から成り、前記抵抗のもう
一方は電圧源に接続される。トランジスタ１０１のコレ
クタ端子は補償回路１００の出力端子を介して定電流源
２１０と接続する。増幅器１０３は非反転出力１１０と
反転出力１１１とから成る差分出力（ｄｉｆｆｅｒｅｎ
ｔｉａ−１ｏｕｔｐｕｔｓ）を有する単位利得増幅器で
ある。よって、電圧源２１４で発生した入力信号は導体
１１３を介して単位利得増幅器１０３に供給される。

入力信号は単位利得増幅器１０３によって複製され、エ
ミッタ・フォロワ回路２００の入力端子２１３への導線
１１２上に出力される。単位利得増幅器１０３は更に入
力信号の補数を発生し・この信号をトランジスタ１０１
のベース端子への導線１０９上に出力する。かくしてト
ランジスタ２０１及び１０１は入力信号とその補数をそ
れぞれ受１０に供給される。トランジスタ２０１のエミ
ッタ端子より流れた電流を負荷抵抗２０５と整合させる
ため、抵抗１０２の値（Ｒ１）は負荷抵抗２０５のイン
ピーダンス（ＲＬ）と伝送線２０４の逆成端抵抗（ＲＴ
）との総和からトランジスタ１０１のエミッタ出力イン
ピーダンス（ＲＯ）を差し引いた値と等しくなるように
選択される。この場合もＲＯは式（２）によって表わさ
れ、約３．３オームである。

この関係は式（４）によって表わされる。

Ｒ１＝ＲＴ　＋ＲＬ　−ＲＯ（４）補償回路１００には一対のダイオード１０４．１０５も
備えられる。ダイオード１０４．１０５は相互に直列で
カソードからアノードに接続され、ダイオード１０４の
アノード端子が導線２０９を介してトランジスタ２０１
のエミッタ端子と接続する。一方、ダイオード１０５の
カソード端子は導線１０７によって定電流源２１０の出
力端子に接続される。ダイオード１０４．１０５の機能
はトランジスタ１０１のコレクタからエミッタへの電圧
を増加させることによって所望の信号振幅を達成するた
めトランジスタ１０１のコレクタの飽和を防止すること
である。

エミッタ・フォロワ回路２００の変化の１つとしてトラ
ンジスタ２０１のエミッタ端子に低減した電流が流れる
ことによって伝送線２０４の逆成端抵抗２０３の値が変
更されることが挙げられる。

前例と同様に定電流源２１０は依然として２０ミリアン
ペアの電流を供給するが、本実施例ではこの電流はトラ
ンジスタ１０１とトランジスタ２０１によって等分に供
給される。従って、項ＩＥに１０ミリアンペアの値を代
入し、式（２）を解くことができ、トランジスタ２０１
の出力インピーダンスＲＯとして４．６オームの値が得
られる。式（１）を用いて０．５の利得を得るためには
、伝送線２０４の逆成端抵抗ＲＴＯ値は４５．４オーム
であることが明らかである。何故ならばＲＬによって表
わされる負荷抵抗２０５のインピーダンスは５０オーム
であるからである。

動作においては、第１図に示された本発明の一実施例で
は、一定の利得及び低い振幅ひずみで動作するように機
能する。端子２０７上の出力電圧が正になると、エミッ
タ・、フォロワ回路２００のトランジスタ２０１は逆終
端抵抗２０３と伝送線２０４とを介して負荷電流ＩＬを
負荷抵抗２０５へと供給することが必要になる。トラン
ジスタ２０１内のエミッタ電流がこの量だけ増加するこ
とを防止するため、補償回路１００内のトランジスタ１
０１のコレクタ電流は負荷電流ＩＬと等しい分だけ増加
される。定電流源２１０　ｃ＆雷電流低下させるので、
ダイオード１０４．１０５を流れる電流の量は負荷電流
ＩＬと等しい量だけ低減する。従って、トランジスタ２
０１のエミッタ端子を流れる電流は変化せぬままに保た
れる。端子２０７における出力電圧が負になる場合も、
同様の、しかし逆の現象が起こる。その場合、トランジ
スタ１０１のコレクタ電流は以下のように負荷電流ＩＬ
と比例して変化せしめられる。先ず、トランジスタ１０
１及び２０１を導通する零入力電流（ｑｕｉｅｓｃｅｎ
ｔ　ｃｕｒｒｅｎｔｓ）は１０ミリアンペアに等しくア
ースを中心に対称的な電圧振幅を有している。

抵抗Ｒ１は式（５）に基づいて選択される。

Ｒ１＝ＲＴ　＋ＲＬ　−Ｒｏ　　　　　　　　　　（５
）このように抵抗Ｒ１のインピーダンス値は逆成端抵抗
ＲＴのインピーダンスと負荷抵抗ＲＬのインピーダンス
の和からトランジスタ１０１の出力インピーダンスＲＯ
を差し引いた値に等しい。この出力インピーダンスはト
ランジスタ２０１に用いた前述の式（２）より算出され
る。この式を解くと、抵抗Ｒ１のインピーダンス値は１
０ミリアンペアのエミッタ電流で９０．８オームに選択
される。単位利得増幅器１０３は電圧源２１４によって
印加される入力信号の複製である、振幅が等しく、位相
が逆の信号を生成する差分出力を有している。単位利得
増幅器１０３によって抵抗１０２両端の電圧変化は伝送
線２０４及び負荷抵抗２０５の逆成端抵抗２０３におけ
る電圧変化とほぼ等しくなる。

理想的な補償によってトランジスタ２０１のエミッタ電
流は一定に保たれ、かつ、このトランジスタの出力イン
ピーダンスＲＯはオフセット電圧を発生させるだけであ
り、それが一定であることより、もはや利得式の一部で
はない。このように本願発明の一実施例である、低ひず
みの増幅回路では利得は０．５と一定に保たれ、可変項
（ｖａｒｉａｂｌｅ　ｔｅ−ｒｍｓ）の関数ではなくな
る。何故ならばトランジスタ２０１を流れるエミッタ電
流は一定に保持されているからである。この回路は振幅
ひずみを大幅に低減し、かつ、フィードバック回路を使
用しないことによりその安定性を高めるという利点を備
えており、その結果、本回路を利用して高周波数帯域を
達成可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本願発明ではエミッタ電流の変化等
により生じるひずみを補償機能を備えることで低減し、
高周波域においてもより安定な増幅回路を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である増幅回路の回路図。第２図は基本エミッタ・フォロワ回路の回路図である。１００：補正回路、２００：エミッタ・フォロワ回路、１０１．２０１Ｆ）ランジスタ、２１４：電圧源、２１
０：定電流源、２０５：負荷抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力端子と出力端子とバイアス端子を備えるエミ
ッタ・フォロワ回路と入力端子と出力端子を備え、前記
エミッタ・フォロワ回路と逆の導電型の共通エミッタ増
幅回路と入力信号に応答し、該入力信号を前記エミッタ
・フォロワ回路の前記入力端子へ印加し、該入力信号の
補数を前記共通エミッタ増幅回路の前記入力端子に印加
する入力増幅器と前記エミッタ・フォロワ回路の前記バ
イアス端子と前記共通エミッタ増幅回路の前記出力端子
に接続し、これら前記バイアス端子と前記出力端子より
一定電流を流す定電流源と負荷を前記エミッタ・フォロ
ワ回路の前記出力端子と接続させる手段とから成る増幅
回路。
（２）請求項目第１項記載の増幅回路において、前記共
通エミッタ増幅回路はＰＮＰ型トランジスタとそのエミ
ッタ端子と電源間に接続する抵抗手段より構成すること
を特徴とする。
（３）請求項第１項記載の増幅回路は更に前記バイアス
端子と前記定電流源間に接続する第１と第２のダイオー
ドを有し、前記第１ダイオード手段のアノードは前記バ
イアス端子と接続し、前記第１ダイオード手段のカソー
ドは前記第２ダイオード手段のアノードと接続し、前記
第２ダイオード手段のカソードは前記定電流源と接続す
ることを特徴とする。
（４）入力端子と出力端子とバイアス端子を備えるエミ
ッタ・フォロワ回路と前記エミッタ・フォロワ回路と接
続し、一定電流を引き出す定電流源と前記エミッタ・フ
ォロワ回路の前記入力端子と入力端子間及び前記定電流
源と前記エミッタ・フォロワ回路の前記バイアス端子間
に接続し、前記エミッタ・フォロワ回路によって負荷に
供給される電流と等しい電流を前記定電流源に供給する
補償手段とから成ることを特徴とする増幅回路。
（５）入力端子と出力端子とバイアス端子を備えるエミ
ッタ・フォロワ回路と前記エミッタ・フォロワ回路の前
記バイアス端子と接続し、一定電流を供給する定電流源
と入力端子と出力端子を有する補償増幅手段と前記補償
増幅手段の前記出力端子は前記定電流源と前記エミッタ
・フォロワ増幅器の前記バイアス端子と接続し、前記エ
ミッタ・フォロワ増幅回路の入力端子と前記補償増幅手
段の入力端子に接続し、入力信号に応答し、該入力信号
を前記エミッタ・フォロワ回路の入力端子に印加し、該
入力信号の補数を前記補償増幅手段の入力端子に印可す
る入力増幅手段より成り、前記エミッタ・フォロワ増幅
回路と前記補償増幅手段は前記入力信号とその補数に各
々応答し、負荷に駆動信号と一定電流を印加することに
よって前記エミッタ・フォロワ回路のエミッタからの電
流を一定に維持することを特徴とする増幅回路。