JPH03263906A - 利得可変増幅器 - Google Patents
利得可変増幅器Info
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
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Abstract
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Description
増幅器に関し、特に利得が制御電圧に完全比例する利得
可変増幅器に関する。
路において、その利得設定をコンピュータ等からの指令
によりディジタル的に簡単に行おうとする場合、利得が
制御電圧に完全比例する利得可変増幅器を用いることが
便利である。
obertG、Meyer著−Analysis an
d Design of Analog Integr
ated C1rcuit” 1977年 John
Vlley & 5ons。
増幅器を示す回路図である。この利得可変増幅器は周知
の2重平衡変調器を用いたものであって、トランジスタ
Q、Q6の差動対により入力電圧■ に応じ定電流’
EEを電流I5とI6に振り分n けている。電流夏 はトランジスタQ、Q2の1 差動対により制御電圧V に応じ電流11とAGC 12に振り分けられ、電流I6はトランジスタQ3、Q
の差動対により制御電圧V に応じ電4
AGC流i と
i4に振り分けられる。抵抗Rt、に生じる電圧降下に
より出力電圧V が与えられる。
R) ・tanh (V / V7 )L
E AGC・・・(1
) VT−kT/q ・・・(2)k:ボ
ルツマン定数 T:絶対温度 q:電子電荷 制御電圧V に対する利得A の変化をグラAGCv フ表示したのが第12図である。グラフの第1象限は正
転増幅器としての領域、第3象限は反転増幅器としての
領域である。
第12図のグラフより明らかなように、利得A の−1
00%から+100%のほとんど■ の領域で、制御電圧V に比例して利得A を八GC
V 変化させることができる。しかしながら、利得AVが+
100%あるいは一100%付近の領域では、利得A
は制御電圧V に比例して変化v
AGC しない。このため、第11図の利得可変増幅器を制御電
圧−利得・完全比例の増幅器として用いる場合、利得A
が+100%あるいは一100%■ 付近の領域を使うことができないという問題点があった
。
たもので、すべての利得可変範囲において、利得が制御
電圧に完全に比例する利得可変増幅器を得ることを目的
とする。
信号を受ける第1の入力手段と、外部制御電圧を受ける
第2の入力手段と、基準信号を与える信号付与手段と、
内部制御電圧に応じた利得を与える第1の利得可変部を
含み第1の入力手段からの入力信号を第1の利得可変部
の利得に応じて増幅し出力する第1の増幅器と、第1の
利得可変部と同じ利得可変特性で内部制御電圧に応じた
利得を与える第2の利得可変部を含み信号付与手段から
の基準信号を第2の利得可変部の利得に応じて増幅し出
力する第2の増幅器と、一方入力に第2の入力手段から
の外部制御電圧、他方入力に第2の増幅器の出力を受け
、その出力電圧が内部制御電圧として第1および第2の
増幅器の第1および第2の利得可変部に与えられること
により第2の増幅器とともに負帰還ループを形成する電
圧比較器とを備えて構成されている。
御電圧により第2の増幅器の利得が制御され、第2の増
幅器の出力が電圧比較器の他方入力に与えられて一方人
力の外部制御電圧と比較される。この負帰還ループによ
り、第2の増幅器の利得はすべての利得可変範囲におい
て外部制御電圧に完全に比例する。電圧比較器から出力
される内部制御電圧は第1の増幅器にも与えられており
、該第1の増幅器は第2の増幅器の第2の利得可変部と
同じ利得可変特性の第1の利得可変部を含んでいるので
、第1の増幅器の利得も第2の増幅器と同様に、すべて
の利得可変範囲において外部制御電圧に完全に比例する
。
示すブロック図である。この利得可変増幅器は、第1.
第2の増幅器1,2、電圧比較器3および基準直流電圧
源4より成る。基準直流電圧源4の定電圧は第2の増幅
器2に入力され、内部制御電圧V。(1N)に応じた利
得で増幅される。
えられる。比較器3の第2人力には入力端子5を介して
外部制御電圧V。(。6.)が印加されており、比較器
3は第1.第2人力の電圧V。(IN) ’VRを比較
して、その比較結果を内部制御電圧■。(IN)として
出力する。この内部制御電圧V。(IN)は、第1.第
2の増幅器1,2に与えられる。
信号を内部制御電圧V。(1N)に応じた利得で増幅し
、出力端子7に出力する。
圧V。(1N)に対する利得可変特性は等しく設定され
る。この様な設定は、第1.第2の増幅器を同じ回路構
成にし、かつその回路の素子として電気的特性が同一の
素子を用いることにより容易に実現できる。特に集積回
路化した場合にはその実現は容易である。
号を外部から入力される外部制御電圧V c <。□、
)に完全比例した利得で増幅するために用いられ、第2
の増幅器2は第1の増幅器1の時々刻々の利得を検出あ
るいはモニタするために用いられる。すなわち、第2の
増幅器2には基準直流電圧源4より定電圧が入力されて
いるので、第2の増幅器2の出力電圧■2の値は第2の
増幅器2の時々刻々の利得(第1の増幅器1の利得と等
しい)を示す情報としての意味をもつ。このような意味
をもつ第2の増幅器2の出力電圧VRは比較器3の第1
人力に入力され、そこで、比較器3の第2人力に与えら
れている外部制御電圧V。(。UT)と比較される。そ
の比較結果は内部制御電圧V。(IN)として第2の増
幅器2に帰還され、第2の増幅器2の利得が変化される
。この様な負帰還ループにより、第2の増幅器2の出力
電圧VRは外部制御電圧V。(。。、)と常に等しくな
るように動作する。すなわち、 v= vC(OUT) ”’ (3
)が成り立つ。また、第2の増幅器2の利得をA2とし
、基準直流電圧源4の電圧値をV とするrer と、 V w A −V
−(4)R2rer となる。(8)、 (4)式より ’ −vC(OUT)/vrer ”’
(5)となり、ここでV は定数であるので、第2の
rer 増幅器2の利得A は外部制御電圧V。(。。□)に完
全に比例することになる。
する第1.第2の増幅器の利得可変特性は等しくなるよ
うに設定されている。よって、第1の増幅器の利得をA
1とすると、常に A −A 2
・・・ (6)が成り立つ。(5) 、
(B)式よりAl ” VC(OUT)/Vrer
”’ (7)となり、第1の増幅器1の利得A
1も外部制御電圧V。(。、1)に完全に比例して変化
する。すなわち、比較器3を含む負帰還ループにより第
2の増幅器2の利得A が外部制御電圧■。(。UT)
に完全に比例して変化し、これに追従して、第1の増幅
器1の利得A も外部制御電圧V。(。UT)に完全に
比例して変化するのである。このようにして、入力端子
6に与えられる所望の入力信号を増幅するための第1の
増幅器1の利得A1を、すべての利得可変範囲で外部制
御電圧V。(。、1)に完全に比例して変化させること
ができる。
第1の増幅器1の利得A1の変化の様子を表すグラフで
ある。第2図に示すように、外部制御電圧VC(OUT
)の増加に従って、第1の増幅器1の利得A1は0%か
ら100%へと完全に直線的に変化する。
い。必要なのは、第1.第2の増幅器1.2の利得A
、A が内部制御電圧■。(IN)2 の増加に応じて単調増加あるいは単調減少するというこ
とだけである。実際には、入力端子6に与えられる増幅
されるべき信号の種類に応じ、第1゜第2の増幅器1.
2の利得可変特性は最適に設計される。なお第2の増幅
器の利得可変特性が単調増加の場合には、負帰還をかけ
るために、第2の増幅器2に接続された比較器3の第1
人力が負入力、入力端子5に接続された第2人力が正入
力となり、単調減少の場合にはこの逆、すなわち第1人
力が正入力、第2人力が負入力となる。
の利得可変部を有する増幅器を用いて第1図の利得可変
増幅器を形成した場合の構成を示すブロック図である。
電圧−電流(V−1’)変換する電圧−電流変換部8と
、電圧−電流変換部8の出力電流を内部制御電圧VC(
IN)に応じて分配する電流分配部(利得可変部)9と
、電流分配部9の出力電流を電流−電圧(1−V)変換
して出力端子7に出力する電流−電圧変換部10とから
成る。同様に、第2の増幅器2は、基準直流電圧源4の
出力定電圧を電圧−電流変換する電圧−電流変換部11
と、電圧−電流変換部11の出力電流を内部制御電圧■
。(IN)に応じて分配する電流分配部(利得可変部)
12と、電流分配部12の出力電流を電流−電圧変換し
て比較器3の第1人力に与える電流−電圧変換部13と
から成る。
圧V。(。UT)が与えられ、比較器3の出力電圧は内
部制御電圧V として第1.第2の増C(IN> 幅器1,2の電流分配部9.12に与えられる。
) 12での電流分配率が変化することで、増幅器l。
部としての電流分配部9.12での電流分配特性(すな
わち利得可変特性)が等しければ足り、電圧−電流変換
部8.11や電流−電圧変換部10.13の変換特性は
必ずしも同しである必要はない。
回路を示す回路図である。第1の増幅器1において、電
圧−電流変換部8はトランジスタQ および抵抗R3よ
り成る。トランジスタQ11
11
のエミッタは抵抗R3を介して接地され、ベースは結合
容量15を介して入力端子6に接続されるとともに、バ
イアス電圧源14にも接続されている。電流分配部(利
得可変部)9はトランジスタQ7.Q の差動対より
成る。トランジスタQ7゜QBのエミッタは共通にトラ
ンジスタQIIのコレクタに接続される。トランジスタ
Q7のベースは基準電圧源17に接続され、トランジス
タQ8のベースは比較器3の出力に接続される。トラン
ジスタQ のコレクタは電源V。Cに接続される。電流
−電圧変換部10は抵抗R1より成る。抵抗只 の一端
は電源■。0に接続され、他端はトラン■ ジスタQ7のコレクタに接続されるとともに、結合容量
16を介して出力端子7に接続される。
はトランジスタQ および抵抗R4より2 成る。トランジスタQ12のエミッタは抵抗R4を介し
て接地され、ベースは基準直流電圧源4に接続される。
oの差動対より成る。トランジスタQ、Q、oのエミッ
タは共通にトランジスタQ12のコレクタに接続される
。トランジスタQ9のベースは比較器3の出力に接続さ
れ、トランジスタQ1oのベースは第1の増幅器1と共
通の基準電圧源17に接続される。トランジスタQ9の
コレクタは電源vCoに接続される。電流−電圧変換部
13は抵抗R2より成る。抵抗R2の一端は電源V。0
に接続され、他端はトランジスタQ1oのコレクタに接
続される。また抵抗R2の両端には、抵抗R2での電圧
降下値を検出するための電圧検出器18が接続され、電
圧検出器18の出力は比較器3の正入力に与えられてい
る。比較器3の負入力には、入力端子5を介して外部制
御電圧■。(OUT)が印加されている。
等しくするため、電流分配部9のトランジスタQ、Q8
と電流分配部12のトランジスりQ、Q、、は、全く寸
法および電気的特性が同し素子により形成されている。
である必要はなく、対応のトランジスタQ、Q、oおよ
びQ8Q9がそれぞれ同じであれば足りる。従って、集
積回路化する場合、各対応のトランジスタQ7Q およ
びQ、Q9をパターン上で隣接させて10
B 形成することにより、上記のことは容易に実現できる。
得)は比較器3からの内部制御電圧■。(IN)に応じ
て変化される。この実施例では、内部制御電圧V
が増加すると、電流−電圧変換C(IN) 部10.13への出力電流に対する電流分配率は単調減
少する。したがって、負帰還をかけるために、電流−電
圧変換部13の出力電圧は比較器3の正入力に帰還され
る。
おく。
)810’9 (0≦X≦1) ・・・(8)抵抗
R、Rでの電圧降下をV 、■ とする2 4
2 4 と、 (8)式より、 (V /R) ・x −V /R−(9)4
4 2 2 となる。また比較器3を含む負帰還ループにより、比較
器3の両人力が等しくなるようにフィードバックがかか
るため、 V ″ VC(OUT) ・・・(1
0)となる。 (9)、(10)式より V R 2 が得られる。
、その信号成分(交流成分)のみを考慮すれば、 (v /R) ・x−v /R−(12)in
8 out 1となる。なおV
は、出力端子7から出力されouす る交流信号成分である。(12)式よりv / v
= (R/ Rs ) ・x −(13)ou
t i n 1 を得る。よって、(11)式を用いて、第1の増幅器1
の利得Atは A−v/v l out i nR VC(OUT) l 4 − ・□ ・□ ・・・(1
4)v4 R3R2 となる。■ およびR1−R4は定数であるので、第1
の増幅器1の利得A1はすべての利得可変範囲において
外部制御電圧V。(。UT)に完全に比例することがわ
かる。また抵抗比(R/R3)。
場合、製造工程のバラツキによる抵抗値のバラツキや温
度変化による抵抗値の変動をキャンセルすることができ
る。
全に一致させるためには、トランジスタQ−Q1oの動
作条件が同じであることが望ましい。このため、電圧−
電流変換部8から供給される信号電流の無信号時の電流
と、電圧−電流変換部11から供給される定電流とが同
じであることが望ましい。これは、第5図に示すように
、トランジスタQ 、Q のバイアス電圧源を共通
にす11 12 ることにより達成できる。図において、トランジスタQ
のベースは抵抗R5を介して、またトラ1 ンジスタQ のベースは抵抗R6を介して、共通2 のバイアス電圧源4aに接続されている。このバイアス
電圧源4aは、第4図の回路の基準直流電圧源4の役目
と、バイアス電圧源14の役目とをはたす。なお、トラ
ンジスタQ 、Q として、112 サイズおよび電気的特性が同じ素子を使うのが望ましい
。さらに、抵抗R1〜R6についても、対応のものを同
一抵抗値とする方が、トランジスタQ −Q、oの動
作条件が近くなるので望ましい。
、目的に合せた回路構成とすることかできる。第6図は
ベース接地型増幅器にこの発明を適用した実施例を示す
回路図である。第4図の回路と異なり、トランジスタQ
11のエミッタに人力交流信号V、の信号源20が接続
されている。まn たトランジスタQIIのエミッタはバイアス電圧源19
によりバイアスされている。第4図の利得可変増幅器で
は入出力は逆相となるが、この第6図の利得可変増幅器
では入出力は同相となる。
件で動作させるための変形を加えたのが第7図の利得可
変増幅器である。基本的な考え方は第5図の回路の場合
と同様である。すなわち、基準直流電圧源4とバイアス
電圧源14を共通のパイアス電圧源4aに置換するとと
もに、トランジスタQ12のエミッタにもバイアス電圧
源19からバイアスを与えている。なお、対応のトラン
ジスタQ とQ および対応の抵抗RとR,R8と11
12 1
2R4が同一特性であった方が望ましいのは、第5図の
場合と同様である。
圧−電流変換部8,11および電流−電圧変換部10.
13として全く同じ特性のものを準備する必要は必ずし
もない。利得可変部としての電流分配部9,12が同一
特性であれば足りる。
要求される場合には、第2の増幅器2に全く同じものを
準備することが不可能であったり、著しく高価になって
しまったりすることがある。
流−電圧変換部10.13を全く異なった構成の回路と
することも可能である。
電流−電圧変換部10を容量21.インダクタンス22
より成るLC負荷により構成している。容量21.イン
ダクタンス22は並列に接続され、その一端は電源V。
7に接続されている。こうすることにより、外部制御電
圧V。(OU、)に完全比例して利得が変化する同調型
増幅器が得られる。
電流−電圧変換部10を高耐圧トランジスタQ および
抵抗R7により構成している。こ3 れらのトランジスタQ および抵抗R7は、集積3 回路100に外付けして用いられる。また入力信号用の
結合容量15も集積回路100に外付けされる。トラン
ジスタQ のベースは電源Vccに接8 続され、エミッタはトランジスタQ7のコレクタに接続
され、コレクタは抵抗R7を介して高電圧源V、に接続
されるとともに出力端子7にも接続される。これにより
、外部制御電圧■。(。UT)に完全比例して利得が変
化する高電圧出力の増幅器が得られる。
2に基準直流電圧源4から定電圧を印加しているが、基
準直流電圧源4に代えて第10図に示すように基準交流
信号源23を設け、第2の増幅器2に振幅一定の交流電
圧を印加するようにしてもよい。この場合、第2の増幅
器2の出力側に振幅検出器24を設ける。そして、第2
の増幅器2より出力される交流信号の振幅を振幅検出器
24により検出し、第2の増幅器2の利得に対応した電
圧信号として比較器3に与える。これにより第1図の実
施例と同等の動作が行われる。
第1の増幅器と利得検出用の第2の増幅器とを設け、電
圧比較器を用いた負帰還ループにより第2の増幅器の利
得を外部制御電圧に完全に比例して変化させるとともに
、第1の増幅器における利得可変特性を第2の増幅器に
おけるそれと同じにすることにより、第1の増幅器の利
得を第2の増幅器の利得に完全追従して変化させるよう
にしたので、信号増幅用の第1の増幅器の利得も外部制
御電圧に完全に比例して変化することになり、すべての
利得可変範囲において利得が制御電圧に完全に比例する
利得可変増幅器が得られるという効果がある。
すブロック図、第2図はその利得可変特性を示すグラフ
、第3図は電流分配型の増幅器を用いて第1図の利得可
変増幅器を構成した場合の実施例を示すブロック図、第
4図ないし第9図は第3図の利得可変増幅器の具体的な
回路例を示す回路図、第10図はこの発明による利得可
変増幅器の他の実施例を示すブロック図、第11図は従
来の利得可変増幅器を示す回路図、第12図はその利得
可変特性を示すグラフである。 図において、1は第1の増幅器、2は第2の増幅器、3
は電圧比較器、4は基準直流電圧源、6は入力端子、7
は出力端子、■ は外部制御C(OUT) 電圧、VC(IN)は内部制御電圧である。 なお、 各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- (1)増幅されるべき入力信号を受ける第1の入力手段
と、 外部制御電圧を受ける第2の入力手段と、 基準信号を与える信号付与手段と、 内部制御電圧に応じた利得を与える第1の利得可変部を
含み、前記第1の入力手段からの前記入力信号を前記第
1の利得可変部の利得に応じて増幅し出力する第1の増
幅器と、 前記第1の利得可変部と同じ利得可変特性を有し前記内
部制御電圧に応じた利得を与える第2の利得可変部を含
み、前記信号付与手段からの前記基準信号を前記第2の
利得可変部の利得に応じて増幅し出力する第2の増幅器
と、 一方入力に前記第2の入力手段からの前記外部制御電圧
、他方入力に前記第2の増幅器の出力を受け、その出力
電圧が前記内部制御電圧として前記第1および第2の増
幅器の前記第1および第2の利得可変部に与えられるこ
とにより、前記第2の増幅器とともに負帰還ループを形
成する電圧比較器とを備える利得可変増幅器。
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