JPH0433162B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビデオモニタに係り、特に高周波信
号であるビデオ信号を増幅する高周波増幅回路を
具備してなるビデオモニタに関する。

〔従来の技術〕

かかるビデオモニタの高周波増幅回路は、特に
高帯域にして安定な動作が要求される。従来の広
帯域の高周波増幅回路としては、帰還インピーダ
ンスを用いた種々の局部負帰電圧増幅回路が使用
されている。帰還インピーダンスによる局部負帰
電圧増幅回路の場合には、その帰還インピーダン
スに高インピーダンスを使用するときは回路の浮
遊容量により帯域が低下し、またその帰還インピ
ーダンスに低インピーダンスを使用したときには
トランジスタ等の能動素子の直列インピーダンス
の影響を受け易い欠点があつた。

そこで、上記従来の高周波増幅回路の欠点を解
消する意味で、帰還インピーダンスを用いずに利
得を得る広帯域増幅回路として利得セルと呼ばれ
る電流増幅方式が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この電流増幅方式は高利得をう
るには安定な多数の電流バイアス源を必要とし、
しかも多段の直列動作のため比較的高い電源を必
要とするので、低電圧では動作できないという欠
点があつた。

また、他の方式の電流増幅回路として、特開昭
54−125951号公報に記載されたカレントミラー電
流増幅回路が知られている。そして、これをその
まま電圧増幅回路に適用しようとすると、通常、
カレントミラー回路の出力段に抵抗を挿入し、そ
の出力段に流れる増幅された電流を電圧に変換す
る方式となる。しかし、このような電流電圧変換
方式によると、カレントミラー回路の出力段を構
成するトランジスタの入出力間の浮遊容量を介し
て、増幅（Ａ倍）された出力電圧が入力に戻つて
くる。したがつて、その浮遊容量が実質上Ａ倍さ
れたことと等価になり、時定数が大きくなつて、
動作速度が低下する。そのため、カレントミラー
電流増幅回路は低周波には適用できるが、高周波
の増幅回路にそのまま適用するのは困難であると
いう問題があつた。

本発明の目的は、上記従来の高周波増幅回路の
欠点を解消し、安定な利得かつ高速で広帯域動作
をする高周波増幅回路を具備したビデオモニタを
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のビデオモニタは、上記目的を達成する
ため、ビデオ信号を増幅してビデオ表示手段に出
力する高周波増幅回路を具備してなるビデオモニ
タにおいて、前記高周波増幅回路が、ビデオ電流
信号を入力とするカレントミラー電流増幅回路
と、このカレントミラー電流増幅回路の出力段の
電源側にトランジスタと抵抗の直列回路を直列に
挿入接続（以下、カスコード接続という）してな
る電流電圧変換回路とを含み、前記トランジスタ
の制御電極が低インピーダンスの固定バイアス源
に接続され、前記トランジスタと抵抗の接続点が
電圧出力端とされてなることを特徴とする。

〔作用〕

このように構成することにより、本発明によれ
ば、次の作用により上記目的が達成される。ま
ず、ビデオ信号が電流信号の場合はそのまま、電
圧信号の場合は電圧電流変換回路を介して、本発
明にかかる高周波増幅回路に入力する。この入力
された高周波のビデオ信号はカレントミラー電流
増幅回路により電流増幅され、次いでカスコード
接続された電流電圧変換回路により電圧信号に変
換されてビデオ表示手段に出力される。

すなわち、トランジスタ回路の電流増幅動作が
電圧増幅動作よりも高速に動作することに鑑み、
まずカレントミラー回路をもつて高周波増幅する
ことにより、安定な利得かつ高速で高帯域動作さ
せる。そして、増幅された出力電流を電圧に変換
する回路として、トランジスタと抵抗の直列回路
をカスコード接続してなる電流電圧変換回路とす
ることにより、カレントミラー電流増幅回路の出
力段の入出力間の浮遊容量が増大するのを防いで
いるのである。つまり、カスコード接続された電
流電圧変換回路の出力段のトランジスタの制御電
極は、低インピーダンスのバイアス電圧に固定さ
れ、入力信号はカレントミラー電流増幅回路の出
力段の入力端に加えられるから、電圧出力端から
入力端への直接的な帰還はなくなるとともに、カ
レントミラー回路出力の電圧は上記バイアス電圧
によつて固定される。したがつて、時定数はカレ
ントミラー電流増幅回路の出力段の入出力間の浮
遊容量のみによつて決まり、この浮遊容量が電流
増幅率Ａにより増幅されることはない。よつて、
高周波のビデオ信号は安定な利得かつ高速な広帯
域動作で増幅され、高精細な画像が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて
説明するが、その前に本発明で用いるカレントミ
ラー回路について説明する。

第１図はカレントミラー回路の原理を説明する
ために示す回路図である。この図において、トラ
ンジスタQ₁，Q₂を二つ設け、一方のトランジス
タQ₁のベースとコレクターとを共通接続してダ
イオード接続し、このベースコレクターを入力端
子Ｔに接続し、そのエミツタを接地し、また、他
方のトランジスタQ₂のベースをトランジスタQ₁
のコレクターに接続し、そのコレクターを抵抗Ｒ
を介して電源V_Cに接続し、そのエミツタを接地
したものである。このように構成されたカレント
ミラー回路は、入力電流I_iと等しい電流I_C2を負荷
抵抗Ｒに流すことができる。

このように電流を流すことが可能であるが、そ
の理由は以下の通りである。

一般にシリコントランジスタでは、コレクタ
ー・エミツタ間の飽和電圧（0.2V）は、ベー
ス・エミツタ間の電圧（V_DE＝0.7V）より低いこ
とは周知の通りである。したがつて、トランジス
タQ₁は飽和せず、このようにダイオード接続さ
れていてもI_C1＝hfe・I_B1という基本的な関係が成
立している。hfeの大きなトランジスタの場合、
I_B1＜＜I_C1の関係が成立するから、ベース電流I_B1
無視することができ、I_i＝I_C1と考えてもよい。ま
た、トランジスタQ₁にはI_C1というコレクター電
流を流すためのバイアス電圧V_BEがベース・エミ
ツタ間に印加されており、これが同様にトランジ
スタQ₂のベース・エミツタ間にも印加されてい
る。したがつて、トランジスタQ₁，Q₂の特性が
そろつていれば、I_C1＝I_C2換言すれば、I_i＝I_C2とい
う関係が成立することになる。

本発明は上記関係を成立させ安定な増幅をなさ
せようとするものである。

第２図は本発明に係る高周波増幅回路の実施例
を示す回路図である。第２図において、１は高周
波電圧信号を高周波電流信号に変換する電圧電流
変換回路であり、この電圧電流変換回路１は電圧
信号源１００と抵抗（インピーダンス）１１で構
成されている。２はカレントミラー電流増幅回路
であり、この電流増幅回路２は、ベース・コレク
ター間を接続してダイオード接続されたトランジ
スタ２０と、コレクター、ベース、エミツタがそ
れぞれ共通接続されたｎ個のトランジスタ２１₁，
２１₂，２１₃，……，２１_oとを備え、トランジ
スタ２０のベース・エミツタが各トランジスタ２
１₁，２１₂，２１₃……，２１_oの各ベース・エミ
ツタ間に並列接続されてカレントミラー回路構成
とされている。各トランジスタ２０及び２１₁，
２１₂，２１₃，……，２１_oは同種のトランジス
タであり、同じエミツタ面積を有している。ま
た、各トランジスタ２０，２１₁，２１₂，２１₃，
……，２１_oの電流増幅率は十分大きいものとす
る。３は電流電圧変換回路であり、この電流電圧
変換回路３はトランジスタ３１と抵抗（インピー
ダンス）３２の直列回路を、電流増幅回路２の出
力段であるｎ個のトランジスタ２１₁，２１₂，２
１₃，……，２１_oにカスコード接続して形成され
ている。そして、トランジスタ３２のベース（制
御電極）は低インピーダンスの電圧源３０により
順バイアスで固定され、コレクターが低抗３２を
介して高電圧電源端子３５０が接続され、その接
続点から出力端子３００が引き出されて構成され
ている。

以上のように構成された実施例の動作を以下に
説明する。

まず、電圧電流変換回路１の高周波電圧信号源
１００の電圧（ビデオ信号）は、抵抗１１で電流
信号に変換されて電流増幅回路２の入力段のダイ
オード接続されたトランジスタ２０に流入し、並
列接続されたトランジスタ２１₁〜２１_oのベー
ス・エミツタ間に同一の順バイアス電圧を与え
る。すると、上記回路はカレントミラー回路構成
となつているので、ｎ個のトランジスタ２１₁〜
２１_oには、入力電流I_iと同じ電流I_C21，I_C22，I_C23，
……，I_C2oが流れることになる。すなわち、I_i＝
I_C21＝I_C22＝I_C23＝……＝I_C2oなる関係が成立する。
したがつて、電流電圧変換回路３のトランジスタ
３１のエミツタには、入力電流I_iのｎ倍の電流
（nI_i）が流れ、抵抗３２で電圧に変換されて出力
端子３００より電圧出力となつて取出される。す
なわち、抵抗３２の抵抗値をＲとすると出力電圧
V₀は＝nI_iＲとなる。

このような実施例によれば、電流増幅回路２の
各トランジスタ２０，２１の電流増幅率をhfe、
並列数をｎとすると、電流増幅回路２の総合電流
増幅率hfeoはｎ／（１＋ⁿ⁺¹／hfe）となるもの
の、hfeがｎよりも十分大きければ、電流増幅回
路２の電流増幅率hfeoは、実質的に並列数ｎによ
つて決定され、しかも動作電流の大小や温度等に
は影響されることなく安定である。トランジスタ
２０と２１とは、前述の如く同一のエミツタ面積
を有する。また、電流増幅回路２の増幅率hfeo
は、トランジスタ２１の個数で決定されるので、
トランジスタ２０のエミツタ面積をS₂、トランジ
スタ２１のエミツタ面積をS₂₁とすると、hfeo＝
ns₂₁／S₂₀となる。ここで、S₂₀＝S₂₁なので、上記 hfeoは、hfeo＝ｎとなる。尚、ns₂₁／S₂₀を実効
面積と定義することとする。

また、電流増幅回路２の動作速度は、増幅部が
電流増幅動作でありかつ、電流電圧変換回路３の
トランジスタ３１はベース接地（電圧源３０は、
高周波に対しては実質的に低インピーダンスと等
価なため）としてあるため、極めて高速な動作が
可能である。

すなわち、前述したように、トランジスタ３１
のベースは低インピーダンスのバイアス電圧に固
定され、入力電流I_B21は出力段の入力端であるト
ランジスタ２１₁，……，２１_oのベースに加えら
れているから、電圧出力端３００から入力端への
直接的な帰還がない。したがつて、電流増幅動作
の時定数に係るトランジスタ２１₁，……，２１_o
の入出力間すなわちベースとコレクタ間の浮遊容
量が、増幅率倍されることがないので、高周波の
ビデオ信号を高速で電圧変換することができる。

また、カレントミラー電流増幅回路２に電流電
圧変換回路３をカスコード接続して電流電圧変換
する構成としていることから、前述したように出
力電圧V₀はnI_iＲで決まり、カレントミラー電流
増幅回路２の内部電圧（例えば、トランジスタ２
１₁，……，２１_oのベース・エミツタ間電圧）の
影響を受けることがないので、高精度の電流電圧
変換が可能であり、またトランジスタ３１のベー
ス電圧を低くすることができ、電圧消費を低減で
きるとともに、LSI化が容易になる。

例えば、本願発明のカレントミラー電流増幅回
路２の代わりに、すなわちカスコード接続回路の
下段の電流駆動段をエミツタフオロワー方式にし
たものが従来しられている。なお、この場合の電
流駆動段の入力は電圧信号である。ここで、この
エミツタフオロワー方式と本願発明のカレントミ
ラー方式とを比較する。エミツタフオロワー方式
の場合の変換出力電圧V₀は、カスケード回路の
分圧抵抗をＲとし、エミツタフオロワートランジ
スタのベース・エミツタ間電圧をV_BEとし、エミ
ツタ抵抗をR_Eとし、入力電圧をV_Iとし、高圧電
源電圧をV_Hとすると次式で表すものとなる。

V₀＝V_H−Ｒ・（V_I−V_BE）／R_E この式で、V_BEは動作電圧や温度の影響を受け
て変動することから、精度が低いという問題があ
る。したがつて、それによる誤差を小さくするた
め、V_Iをできるだけ高くする必要がある。しか
し、入力電圧V_Iを高くすると、その分だけ電圧
を振らなければならないから、動作速度が遅くな
る。また、入力電圧V_Iが高くなると、LSI化する
ことが困難になるうえ、エミツタ抵抗R_E等によ
る損失が大きくなるという問題がある。この点、
本願発明によれば、カレントミラー回路を用いて
いることから、上記のような電圧V_BEの影響を受
けないので、高精度で増幅できると共に、動作電
圧を低くすることができることから、高速動作、
低損失を実現でき、またLSI化することが容易と
なる。

加えて、トランジスタ３１に高耐圧トランジス
タを用いれば出力段は高い電圧で動作させること
ができる。

第３図は、本発明の他の実施例回路を示す回路
図である。

第３図の実施例において、電圧信号を電流信号
に変換する回路１が第１実施例と異なる点はＰチ
ヤンネルのMOSトランジスタを差動増幅回路構
成とした点にあり、以下にその構成を説明する。
すなわち、MOSトランジスタ１２，１３の一対
をもつて電圧電流変換の差動段が構成されてお
り、そのバイアス電流はMOSトランジスタ１５，
１６からなるカレントミラー回路と抵抗１９とに
より設定されている。また、差動接続された
MOSトランジスタの一方のトランジスタ１２の
ドレンはダイオード接続された２個のトランジス
タ１７，１８を介して接続され、他方のトランジ
スタ１３のドレンは電流増幅回路２の入力端に接
続されている。

電流増幅回路２は、ベースを共通接続しカレン
トミラー回路構成とされたトランジスタ２０、お
よび２１₁，２１₃，２１₃，……，２１_oを有する
点については第１実施例と同様であるが、これら
トランジスタ２０，２１のベースにエミツタを接
続したトランジスタ２００をもつてトランジスタ
２０，２１₁〜２１_oのベース電流を入力電流I_iに
対して分離して供給できるように構成した点が第
１実施例と異なつている。すなわち、この接続に
おける回路２の電流増幅率hfeoは ｎ｛１−¹／〔１＋hfe（hfe＋１）／（ｎ＋１）〕｝ で与えられ、実質的に並列数ｎを増すことができ
る。しかして、電流増幅回路１の出力は、電流電
圧変換回路３のパワーMOSトランジスタ３２の
ソースに接続されている。電流電圧変換回路３が
第１実施例と異なる点は、パワーMOSトランジ
スタ３２のゲートを電源端２５０に接続し、一定
の順バイアス電圧（例えば＋5V）がそのゲート
に与えられるように構成した点にある。

以上の如く構成された第２実施例の動作を以下
に説明する。

入力端子１１０−１２０間に信号電圧が加えら
れると、信号電圧に極性及び大きさに比例して
MOSトランジスタ１６に設定した定電流が電流
増幅回路２の入力に分流する。この分流した入力
電流I_iは電流増幅回路２でｎ倍に増幅され（nI_i）、
電流電圧変換回路３で電圧に変換され、出力端子
３００より増幅された電圧出力が取り出されるこ
とになる。

第３図に示す第２実施例によれば、高周波動作
が安定に行なわれるという利点に加えて高精度が
得られる。すなわち、電圧電流変換回路１が差動
増幅回路の構成となつているので、入力の同相電
圧の影響や電流増幅段のダイオード降下電圧の影
響を受けないこと。電流増幅回路２のトランジス
タの電流増幅率の影響が小さいので、並列数ｎ、
換言すれば回路２の電流増幅率hfeoを精度よく大
きくできること、電流電圧変換回路３をMOSト
ランジスタで構成してあるので、バイポーラトラ
ンジスタの如き電流増幅率の影響を受けないこ
と、等の利点がある。

以上の如き、本発明になる増幅回路は、能動回
路主体の回路で構成してあるので、集積回路化に
適している。

第４図は本発明をカラービデオモニタに適用す
るに好適に集積回路内の回路ブロツク図を示すも
のである。第４図において、シリコン（Si）基板
（チツプ）５００内に、信号を電流に変換する電
圧電流回路１Ａ〜１Ｃ、電流増幅回路２Ａ〜２Ｃ
がそれぞれＲ，Ｇ，Ｂのカラー信号に対応して３
チヤンネル分だけ設けられている。このようにす
ると、電流増幅器としての正確な利得、高速動作
に加えて、各チヤンネル利得の相対変化が少な
く、色相再現性が良くできる利点がある。

第５図は本発明のさらに他の実施例を示す回路
図である。第５図に示す実施例が上記第２図に示
す実施例と異なる点は、増幅すべき信号を電流に
変換する電圧電流変換回路１を、電流出力形のデ
イジタル−アナログ変換器１５０を用いた点にあ
り、電流増幅回路２、電流電圧変換回路３は前述
した第２図の構成と同様である。

第５図の構成によるときは、本来デイジタル信
号で与えられるＲ，Ｇ，Ｂ信号をデイジタル−ア
ナログ変換器１５０でアナログ電流信号に変換し
て電流増幅回路２で増幅する。このようにしたの
でアナログ増幅の経路が簡単になり、利得の安定
性に優れ、動作速度も速くできる利点がある。

以上の如く上記各実施例によれば、増幅作用は
電圧変化が僅少となる電流増幅動作にできるの
で、動作速度が速くなる（しや断周波数f_Tは5G
のトランジスタで50倍利得をもたせるとして、
500MHz／−3d_Bとなる）。また、各実施例におけ
る実質的な増幅率は、トランジスタの並列数（実
効面積化）でのみ決定されるので、動作レベルや
周囲温度等の影響が少なく安定にできる。

また、電流電圧変換にカスコード接続方式を適
用したことから、浮遊容量を介して帰還されるこ
とによる時定数の増大を防止でき、上述の高速動
作を確保できる。

さらに、上記各実施例によれば、回路は能動素
子主体で構成できるため、集積化し易く、小形
化、低コスト化ができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、安定な利得
でかつ高速動作にして広帯域増幅が可能となり、
高精細なビデオモニタを提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はカレントミラー回路の原理を説明する
ために示す回路図、第２図は本発明のビデオモニ
タに係る高周波増幅回路の第１実施例を示す回路
図、第３図は本発明の他の実施例を示す回路図、
第４図は本発明の実施例を集積回路に適用する場
合を示すブロツク図、第５図は本発明のさらに他
の実施例を示す回路図である。 １…電圧電流変換回路、２…カレントミラー電
流増幅回路、３…電流電圧変換回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ビデオ信号を増幅してビデオ表示手段に出力
   する高周波増幅回路を具備してなるビデオモニタ
   において、前記高周波増幅回路が、ビデオ電流信
   号を入力とするカレントミラー電流増幅回路と、
   このカレントミラー電流増幅回路の出力段の電源
   側にトランジスタと抵抗の直列回路を直列に挿入
   接続してなる電流電圧変換回路とを含み、前記ト
   ランジスタの制御電極が低インピーダンスの固定
   バイアス源に接続され、前記トランジスタと抵抗
   の接続点が電圧出力端とされてなるビデオモニ
   タ。