JPH031602A - 自動利得制御増幅回路 - 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〕 この発明は自動利得制御増幅回路に関するものであり、
特に自動利得制御（ＡＧＣ）機能がＯＦＦ状態になった
時のゲインの設定に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は、従来の自動利得制御増幅回路の構成を示す回
路図である。図において、入力端子２を基準として入力
端子１．２間に印加された入力電圧ｖＩＮは、人力段を
構成するトランジスタ７．８のベース間の電位差を与え
る。トランジスタ７゜８のエミッタはそれぞれ抵抗値Ｒ
Ｅを有するエミッタ抵抗１１．１２を介して共通に接続
され、さらに電流値！。を有するバイアス用定電流源１
３を介して接地される。

トランジスタ７のコレクタはトランジスタ３゜４のエミ
ッタに共通に接続され、トランジスタ８のコレクタはト
ランジスタ５．６のエミッタに共通に接続される。トラ
ンジスタ３．６のコレクタは電源電圧■。０に接続され
、トランジスタ４．５のコレクタは抵抗値ＲＬを有する
負荷抵抗９．１０のそれぞれを介して電源電圧Ｖ。０に
接続される。

トランジスタ４のコレクタは出力バッファ１４の人力に
、トランジスタ５のコレクタは出力バッファ１５の入力
に接続される。出力バッファ１４の出力は出力端子１７
に、出力バッファ１５の出力は出力端子１８に接続され
る。出力端子１７゜１８間には出力端子１８を基準とし
た出力電圧Ｖ　　が発生する。出力バッファ１４．１５
の出ＵＴ 力はレベル検出器２１にも与えられる。レベル検出器２
１は出力電圧■　　に対応したＡＧＣ制御ＵＴ 電圧ｖＡｏを発生する。

トランジスタ４，５のベースは共通に、ＡＧＣ基準電圧
源１６の正電位側端子に接続されＡＧＣ基準電圧Ｖ　　
を与えられる。ＡＧＣ基準電圧源ｒｅ「 １６の負電位側端子は接地される。トランジスタ３．６
のベースは共通に、ゲインホールド用のキャパシタ１９
の一端に接続される。キャパシタ１９の他端は接地され
る。またトランジスタ３，６のベースはスイッチ２０を
介してレベル検出器２１の出力に、スイッチ２４を介し
てＡＧＣ機能ＯＦＦ時の固定電位を与える抵抗２５．２
６の相互の接続点に接続される。抵抗２５の他端は電源
電圧Ｖ。０に接続され、抵抗２６の他端は接地される。

なお、後述するようにスイッチ２０．２４の開閉状態に
よってＡＧＣ機能の０Ｎ１０ＦＦ状態が指定される。ま
たトランジスタ３．４およびトランジスタ５．６の組み
合わせのそれぞれは、電流制御のための差動対トランジ
スタを＋１が成している。

次に動作について説明する。スイッチ２０を閉じ、スイ
ッチ２４を開くと、ＡＧＣ機能がＯＮ状態になる。第３
図に示す自動利得制御増幅回路は、以下に示すように、
レベル検出器２１において、出力電圧Ｖ　　に応じたＡ
ＧＣ制御電圧ＶＡｏを発ｔＪＴ 生し、そのＡＧＣ制御電圧ＶＡＣと所定のＡＧＣ基準電
圧Ｖ　　とを各差動対トランジスタにおいてｒｅｒ 比較することにより、全体のゲインを調整し出力電圧Ｖ
　　が設定範囲内に収束するように動作すＯＵＴ る。

トランジスタ３．４において、そのベース・エミッタ間
順方向電圧をそれぞれＶ　　、■　　とＢＨ３１３１３
４ する。またＡＧＣ制御電圧”ＡＣとＡ　ａ　ｃ　）Ｉ５
ｑ電圧Ｖ　　との電位差（ｖ−ｖ）をＶｘとする。

ｒｅｒ　　　　　　　　　　　　　ＡＣｒｅｆトランジ
スタ３，４のそれぞれのコレクタに流れる制御電流Ｉ、
Ｉ４は下記式（ｌａ）　、（ｌｂ）で与えられる。

１　−Ｉ　　　−Ｅ［Ｖ　　　］　　　　　　　　・（
ｌａ）３　　　３　　　　　　ＢＨ３ １−Ｉ　　　−Ｅ［Ｖ　　　］　　　　　　　　・・・
（ｌｂ）４　　　８　　　　　　ＢＦ２ ただし、関数Ｅ　［ｘ］は、 Ｅ　［ｘ］　ｍｅｘｐ　（ｑ−ｘ／に−Ｔ）　　−（２
）で定義され、■８は逆方向飽和電流、ｑは電子の電荷
、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度じＫ）である。式（ｌ
ａ）　、　（Ｌｂ）より、下記式（３）を得る。

１　　／（１＋Ｉ４） Ｉｓ−Ｅ［Ｖ　　　］＋Ｉ　　争Ｅ［Ｖ］ＢＥ３　　　
　　　３　　　　　　　　ＢＦ２−１／　　（Ｅ　　［
Ｖ　　　　−Ｖ　　　　］　　＋１）　　　・（３）Ｂ
Ｈ３８Ｅ４ また、ｖ　　　−ｖ　　　−ｖ　　−ｖ　　　−ｖＢＥ
３　　　　　ＢＦ２　　　　　ＡＣｒｅｒ　　　　　Ｘ
・・・（４） が成立するから、式（３）、（４）より下記式（５）を
得る。

１　　／（１＋１４） −１／　（Ｅ　［Ｖｘ］　＋　１）　　　　　　　−（
５）式（５）より、第３図に示す自動利得制御増幅回路
の端子１と端子１７との間のゲインＡｙは、下記式（６
）によって与えられる。

Ａ　〜Ｉ　　　−Ｒ／　（Ｉ３＋１４）　　・Ｒｅ４Ｌ −（ＲＬ／Ｒ，）／　（Ｅ　［Ｖ、］　＋１）・・・（
６）また、トランジスタ５．６の制御電流■５゜Ｉ６に
ついても同様の関係が成立し、端子２と端子１８との間
のゲインも式（６）によって与えられる。つまり、ＡＧ
Ｃ基準電圧Ｖ　　とＡＧＣ制御ｒｅｄ’ 電圧Ｖ　との間の電位差Ｖｘを制御することによＣ す、入力電圧Ｖ　と出力電圧Ｖ　　との間のゲイ！　Ｎ
　　　　　　　ＯＵＴ ンが調整できる。例えば出力電圧Ｖ　　が比較的ＵＴ 大きくなった場合には比較的大きい差電圧ＶＸを、出力
電圧Ｖ　　が比較的小さくなった場合には比ＵＴ 較的小さい電位差ＶＸを与えるようなＡＧＣ制御電圧Ｖ
Ａｏを発生するようにレベル検出器２１を構成すれば、
出力電圧Ｖ　　を一定の範囲内に収束ＵＴ させることができる。

スイッチ２０を開き、スイッチ２４を閉じるとＡＧＣ機
能がＯＦＦ状態になる。このＯＦＦ状態の初期において
は、キャパシタ１つにＡＧＣ制御電圧ＶＡｃが保持され
ている。キャパシタ１９は抵抗２５または抵抗２６を介
して充電または放電されることにより、抵抗２５．２６
の抵抗分割によって決定される固定の電位を保持するよ
うになる。

その結果、差電圧Ｖ　も固定となり、第３図の回路は、
一定ゲインで動作することになる。

ところで、このキャパシタ１９の電位が安定するまでの
期間は、抵抗２５．２６の抵抗値に依存する。抵抗２５
．２６はこの部分での電流値を抑えるために比較的高い
抵抗値を有する。そのため、キャパシタ１９とこれらの
抵抗２５．２６との結合におけるＲＣ時定数は大きくな
っており、ＡＧＣ機能がＯＦＦ状態になるように指示さ
れてから、キャパシタ１９の保持する電位が安定し、ゲ
インが固定になるまでには、ある程度の時間を必要とす
る。また抵抗２５．２６の抵抗値のバラツキが大きいと
、キャパシタ１９の保持する電位が設計上の電位と大き
く異なることもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の自動利得制御増幅回路は以上のように構成されて
いるので、ＡＧＣ機能がＯＦＦ状態でのゲインを決定す
るための固定電位を抵抗２５．２６の抵抗分割によって
設定していた。

そのため、ＡＧＣ機能がＯＦＦ状態になってから実際に
ゲインを設定するまでに比較的長い時間を要するという
問題点があった。また、抵抗値のバラつきによって固定
電位の値もバラつき、設定されるゲインの精度が悪いと
いう問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、ＡＧＣ機能がＯＦＦ状態になった時のゲイ
ンの設定に要する時間を短縮し、かつ設定されたゲイン
の精度も良い自動利得制御増幅回路を得ることを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る自動利得制御増幅回路は、入力信号を与
えられる入力端子と、増幅度を設定するための制御電位
を制御端子に与えるキャパシタと、制御端子に接続され
、増幅度に応じて入力信号を増幅し、出力信号として出
力端子に与える増幅回路と、出力信号に基づいて制御電
位を決定する利得制御回路と、利得制御回路が動作しな
い時には、制御端子に所定の電位を与える演算増幅器と
を備えたものである。

〔作用〕

この発明における演算増幅器は、比較的低い出力抵抗を
有し、利得制御回路が動作しな、い時には、キャパシタ
に所定の電位を与える。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による自動利得制御増幅回路の
構成を示す回路図である。

図において、ＡＧＣ基準電圧源１６の正電位側端子がク
ランプ用アンプ２２の正入力端子に接続される。またク
ランプ用アンプ２２の出力と負入力端子は接続され、さ
らにキャパシタ１９の一端に接続される。クランプ用ア
ンプ２２の能動化端子はスイッチ２３を介して接地され
ている。スイッチ２３が閉じると、クランプ用アンプ２
２が能動状態になる。

クランプ用アンプ２２は、その内部構造を後述するよう
に調整することにより、出力可変のボルテージフォロア
形式のアンプとして動作する。図に示す構成おいては、
クランプ用アンプ２２が能動状態になると、ＡＧＣ基準
電圧Ｖ　　に応じたｅｒ 電圧がゲインホールド用のキャパシタ１９に与えられる
。

その他の構成は前述した第３図に示す従来の自動利得制
御増幅回路と同様である。

次に動作について説明する。スイッチ２０を閉じスイッ
チ２３を開き、ＡＧＣ機能をＯＮ状態にした時の動作は
、前述した第３図に示す従来の自動利得制御増幅回路と
同様である。

スイッチ２０を開きスイッチ２３を閉じ、ＡＧＣ機能を
０．ＦＦ状態にすると、クランプ用アンプ２２の出力が
キャパシタ１９に与えられる。ＯＦＦ状態の初期にはキ
ャパシタ１９にＯＮ状態でのＡＧＣ制御電圧ｖＡｃが保
持されているが、クランプ用アンプ２２は演算増幅器に
よって構成されており、その出力抵抗は一般に非常に小
さいので、キャパシタ１９は短時間内に充電または放電
されて、トランジスタ３．６のベースにＯＦＦ状態での
設定電位がすみやかに与えられる。またその設定電位は
、クランプ用アンプ２２の構成を後述するように設計す
ることにより、任意の値に、かつ精度良く設定できる。

第２図は第１図に示すクランプ用アンプ２２の入力段の
回路構成の一例を示す回路図である。クランプ用アンプ
２２の負入力端子３５は内部のｎｐｎ）ランジスタ２７
のベースに、正入力端子３６はｎｐｎ　）ランジスタ２
８のベースに接続される。トランジスタ２７．２８のエ
ミッタは共通に接続され、さらにバイアス用定電流源３
７を介して内部の接地電位ＧＮＤに接続される。

トランジスタ２７のコレクタはｐｎｐ　）ランジスタ２
９のコレクタに、トランジスタ２８のコレクタはｐｎｐ
　）ランジスタ３０のコレクタに、それぞれ接続される
。ｐｎｐ　トランジスタ２９．３１のベースは共通に接
続され、コレクタは共通に電源電圧Ｖ。０に接続される
。トランジスタ２９のベースとコレクタは接続されてお
り、トランジスタ２９．３１はカレントミラー回路を構
成している。また同様の構成により、ｐｎｐトランジス
タ３０．３２もカレントミラー回路を構成している。

トランジスタ３１のコレクタとｎｐｎ　）ランジスタ３
２のベースおよびコレクタとは接続され、トランジスタ
３２のコレクタとｎｐｎ）ランジスタ３４のコレクタと
は接続される。トランジスタ３３．３４はカレントミラ
ー回路を構成しており、そのエミッタは接地電位ＧＮＤ
に接続される。

トランジスタ２７のベースとトランジスタ３４のコレク
タとは接続され、さらに図示しない後段の回路に接続さ
れる。また負入力端子３５と出力端子３７とは、第１図
にも示したように外部の配線によって接続されており、
内部の接地電位ＧＮＤは外部のスイッチ２３を介して接
地されている。

次に動作について説明する。スイッチ２３を閉じると、
各カレントミラー回路が活性化され、クランプ用アンプ
２２は能動化される。トランジスタ２７．２８のベース
・エミッタ間順方向電圧をｖＢＥ２７．ｖＢＥ２８、エ
ミツタ面積比をｎ：ｍとすると、それぞれのコレクタ電
流１　　、Ｉ　　は下記式（７）　、　（＋１）のよう
に与えられる。

１　−１　　番ｎ螢Ｅ［Ｖ　　　］　　　　　　−（７
）２７　　　Ｓ　　　　　　　ＢＥ２７ １　−１　　・ｍ−Ｅ［ｖ　　］　　　　　・・・（８
）２８　　　Ｓ　　　　　　　ｌ’３Ｅ２８前述したよ
うに■８は逆方向飽和電流、ｑは電子の電荷、ｋはボル
ツマン定数、Ｔは温度（°Ｋ）である。

トランジスタ２９〜３４の構成する各カレントミラー回
路の動作により、■２７＝　！２８という関係が成立す
るので、式（７）、（８）より、下記式（９）が得られ
る。

１ｓ　―ｎ４Ｅ［ｖ　　］ Ｅ２７ 一■　　・ｍ−Ｅ　［ｖ　　］　　　　　　・・・（９
）Ｓ　　　　　　　　［３Ｅ２８ 式（９）を変形して、 ｎ／ｍ＝Ｅ　［Ｖ　　　−Ｖ　　　］　　　　　−（１
０）ＢＥ２８　　　ｌ３１Ｅ２７ すなわち、 Ｖ　　−Ｖ　　−（ｋψＴ／ｑ）Ｎ　　（ｎ／ｍ）ＢＥ
２８　　　Ｂ［Ｃ２７ｎ ・・・（１１） を得る。式（１１）より、端子３５．３６間の電位差は
面積比ｎ　／　ｍによって決定され、また出力端子３７
は負入力端子３５に接続されているので、正入力端子３
６を基準とした時の出力端子３７の電位も式（１１）に
よって与えられる。従ってＡＧＣ基準電圧Ｖ　　とクラ
ンプ用アンプ２２の出口電圧ａｒ との間の電位差Ｖ７は下記式（１２）によって与えられ
る。

ＶＹ−（ｋ−Ｔ／ｑ）Ｒｏ　（ｎ／ｍ）　　　−（１２
）前述した式（６）に式（１２）を代入して、第１図に
示す自動利得制御増幅回路のＡＧＣ機能ＯＦＦ状態での
ゲインＡｗを下記式（１３）のように得る。

Ａ　　４（ＲＬ／Ｒ，）／（Ｅ［Ｖ、］＋１）１＋ｅｘ
ｐ　　Ｃ１（ｎ／ｍ）］ −（Ｒ／Ｒ）／　　（１＋ｎ／ｍ）　　　　　＝・（＋
３）ＩＥ 以上のように、ＡＧＣ機能ＯＦＦ状態でのゲインＡｙを
、クランプ用アンプ２２の入力段を構成するトランジス
タ２７．２８のエミッタ面積比ｎ／ｍによって設定する
ことができる。エミッタ面積比ｎ　／　ｍは、集積回路
内においては精度良く設定できるので、クランプ用アン
プ２２を集積回路化すればゲインＡｙの設定も精度良く
行える。

なお、上記実施例ではＡＧＣ機能がＯＦＦ状態の時のゲ
インが一定になる自動利得制御増幅回路について説明し
たが、ＯＦＦ状態時のゲインが変動する場合においても
、出力抵抗の小さいアンプを用いることにより、ＯＮ状
態からＯＦＦ状態への切り換えを短時間で行うことがで
きる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、演算増幅器は比較的低
い出力抵抗を有し、利得制御回路が動作しない時にはキ
ャパシタに所定の電位を与える。

そのため、ＡＧＣ機能がＯＦＦ状態になった時のゲイン
の設定に要する時間を短縮し、かつ設定されたゲインの
精度も良い自動利得制御増幅回路を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による自動利得制御増幅回
路の構成を示す回路図、第２図はクランプ用アンプの入
力段を示す回路図、第３図は従来の自動利得制御増幅回
路の構成を示す回路図である。 図において、１．２は入力端子、３〜８はトランジスタ
、９．１０は負荷抵抗、１１．１２はエミッタ抵抗、１
７．１８は出力端子、１９はキャパシタ、２１はレベル
検出器、２２はクランプ用アンプである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号を与えられる入力端子と、 増幅度を設定するための制御電位を制御端子に与えるキ
   ャパシタと、 前記制御端子に接続され、前記増幅度に応じて前記入力
   信号を増幅し、出力信号として出力端子に与える増幅回
   路と、 前記出力信号に基づいて前記制御電位を決定する利得制
   御回路と、 前記利得制御回路が動作しない時には、前記制御端子に
   所定の電位を与える演算増幅器とを備えた自動利得制御
   増幅回路。