JPH05110354A - 増幅回路 - Google Patents

増幅回路

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JPH05110354A
JPH05110354A JP3298472A JP29847291A JPH05110354A JP H05110354 A JPH05110354 A JP H05110354A JP 3298472 A JP3298472 A JP 3298472A JP 29847291 A JP29847291 A JP 29847291A JP H05110354 A JPH05110354 A JP H05110354A
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transistor
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Seiichi Nishiyama
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、増幅回路において、利得を一定に保
つたまま周波数特性を従来に比して一段と向上すること
ができる。 【構成】エミツタ接地のトランジスタをn個並列に接続
し、各トランジスタのコレクタに接続されたコレクタ抵
抗の抵抗値をトランジスタ1個で構成されるエミツタ接
地増幅回路のコレクタ抵抗の抵抗値に対して1/nと
し、各トランジスタの出力を後段の出力に加算して出力
させることにより、利得を一定に保持したまま周波数特
性を従来に比して一段と向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術(図5) 発明が解決しようとする課題(図6及び図7) 課題を解決するための手段(図1〜図4) 作用 実施例(図1〜図4) 発明の効果
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は増幅回路に関し、例えば
100〔MHz〕以上の高周波入力信号を増幅する増幅回路
を集積回路に内蔵する場合に適用して好適なものであ
る。
【0003】
【従来の技術】従来、バイポーラ集積回路内に形成され
る増幅回路1においては、図5に示すように、エミツタ
接地のNPN型トランジスタQ1のコレクタに接続され
るコレクタ抵抗R1によつて入力信号Vinを反転増幅し
て出力するようになされている。
【0004】このとき増幅回路1の利得Gは、トランジ
スタQ1のエミツタに接続された負荷抵抗R2及びコレ
クタ抵抗R1の抵抗値をそれぞれRin及びRL とする
と、次式
【数1】 に示すように、抵抗値の比で与えられ、また増幅回路1
の低域及び高域遮断周波数f1及びf2は、次式
【数2】
【数3】 で与えられるようになされている。
【0005】ここでRs は、トランジスタQ1のベース
に接続されたバイアス抵抗R3の抵抗値であり、CCS
びCBCは、増幅回路1の出力端及びトランジスタQ1の
ベース−コレクタ間に寄生する寄生容量である。ところ
で増幅回路1の最大利得Gmax を変えずに、高域遮断周
波数f2を最大限伸ばすためには、(3)式において寄
生容量CCSを小さくするか、コレクタ抵抗R1の抵抗値
L を小さくしなければならない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところがトランジスタ
Q1の寄生容量CCSは、半導体のプロセスで一意的に決
まるため小さくできず、高域遮断周波数f2を伸長する
ことは困難であつた。またNPN形トランジスタQ1の
場合、利得Gが1となるときの周波数、すなわちトラン
ジシヨン周波数fT 及び電流増幅率hfeには、コレクタ
電流Ic との間に図6及び図7に示すような関係が成り
立つため、コレクタ抵抗R1の抵抗値RLを小さくして
も帯域幅を十分伸ばすことは困難であつた。
【0007】すなわち増幅回路1は、帯域幅を伸すため
トランジシヨン周波数fT が最大値となるように、コレ
クタ電流Ic としてImax がトランジスタQ1に流れる
ように入力バイアス電圧V1及び負荷抵抗R2を設定す
る。このとき利得Gを一定に保つたまま遮断周波数をさ
らに伸ばすには、(3)式における負荷抵抗R2の抵抗
値Rinを小さくする必要があるが、利得Gを一定に保つ
ためには、コレクタ抵抗R1の抵抗値RL を同じ割合で
小さくしなければならない。
【0008】ところがこの場合コレクタ電流Ic が増加
し、トランジシヨン周波数fT 及び電流増幅率hfeは共
に低下する。これを回避するためにはトランジスタQ1
のセル面積を大きくしなければならないが、この場合に
は寄生容量CCSが大きくなり、その結果、帯域幅を十分
大きくすることができないという問題があつた。
【0009】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、利得を一定に保つたまま周波数特性を従来に比して
一段と向上することができる増幅回路を提案しようとす
るものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第1の発明においては、ベースに入力信号Vinが共通
に入力されるn段のエミツタ接地型トランジスタ回路Q
21、Q22……Q2nを有する増幅回路において、n
段のトランジスタ回路Q21、Q22……Q2nのうち
初段から(n−1)段のトランジスタ回路Q21、Q2
2……Q2(n−1)は、出力端にベースで接続される
と共にエミツタで次段のトランジスタ回路Q22、Q2
3……Q2nのコレクタ抵抗に電源側で接続される第
1、第2……第(n−1)の接続トランジスタQ31、
Q32……Q3(n−1)を介して各出力信号をそれぞ
れ出力し、n段のトランジスタ回路Q21、Q22……
Q2nのうち最終段のトランジスタ回路Q2nは、初段
から(n−1)段のトランジスタ回路Q21、Q22…
…Q2(n−1)の出力を合成して出力し、各コレクタ
抵抗R31、R32……R3nは、それぞれ等しい所定
の抵抗値RL /nを有するようにする。
【0011】また第2の発明においては、n段のトラン
ジスタ回路Q21、Q22……Q2nの各出力端にそれ
ぞれカスコード接続されたn個のトランジスタQ41、
Q42……Q4nを有するようにする。
【0012】
【作用】接続トランジスタQ31、Q32……Q3(n
−1)のコレクタ抵抗R31、R32……R3nの抵抗
値が所定の抵抗値RL /nに設定することにより、n段
のトランジスタ回路Q21、Q22……Q2nの各周波
数特性はそれぞれn倍となり、n次の伝達関数で与えら
れる最終出力端での利得を一定に保つたままで、周波数
特性を従来に比して一段と向上することができる。
【0013】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【0014】図5との対応部分に同一符号を付して示す
図1において、10は全体としてエミツタ接地型増幅回
路を示し、トランジスタQ1のベースにはNPN形トラ
ンジスタQ10のベースが共通に接続されるようになさ
れている。トランジスタQ10のエミツタには負荷抵抗
R2と同じ抵抗値Rinを有する抵抗R10が接続されて
いる。またトランジスタQ1のコレクタには、負荷抵抗
R2の抵抗値RL に対して1/2の抵抗値RL /2を有
する負荷抵抗R11が接続されており、当該負荷抵抗R
11を介して電源電圧VCCが供給されるようになされて
いる。
【0015】トランジスタQ1と負荷抵抗R11との接
続中点P0には、NPN形トランジスタQ11のベース
が接続されており、当該トランジスタQ11のエミツタ
は負荷抵抗R12を介してトランジスタQ10のコレク
タと接続されている。ここでトランジスタQ10の負荷
抵抗R12の抵抗値は、トランジスタQ1の負荷抵抗R
11と同じ抵抗値RL /2を有している。
【0016】また並列接続されたトランジスタQ1及び
Q10には、図6に示すようにトランジシヨン周波数f
T が最大値となるときのコレクタ電流Imax が供給され
るようになされている。これにより負荷抵抗R12とト
ランジスタQ10のコレクタとの接続中点P1での利得
P1は、(1)式で与えられる各トランジスタQ1及び
Q10による利得の和として求められる。因みにトラン
ジスタQ1及びQ10のコレクタには寄生容量C1及び
C2がそれぞれ寄生する。
【0017】以上の構成において、並列に接続されたト
ランジスタQ1及びQ10は、信号源Vinによりそれぞ
れ駆動され、負荷抵抗R11及びR12で増幅され、出
力端P1より出力信号Vout として出力される。ここで
エミツタ接地型増幅回路10は、図2に示す等価回路に
よつて表され、このときのトランジスタQ1及びQ2の
利得Gは、負荷抵抗R11及びR12の抵抗値がそれぞ
れRL /2であることにより、(1)式からGP0=GP1
=−(RL /2・Rin)となる。これにより出力端であ
る接続中点P1での利得GP1は、次式
【数4】 に示すように、従来の増幅回路1の利得Gと同じ値にな
る。
【0018】ここで負荷抵抗R11及びR12の抵抗値
は増幅回路1の場合に比して1/2であることによりト
ランジスタQ1及びQ2それぞれの周波数特性は、各ト
ランジスタに対して2倍に伸びることになる。このとき
エミツタ接地型増幅回路10の遮断周波数は、従来の増
幅回路1の伝達関数G(S1)に基づいて次式のように
求めることができる。
【0019】ここで増幅回路1の伝達関数G(S1)
は、
【数5】 と表すことができ、fc は伝達関数G(S1)の絶対値
|G(S1)|が2-1/2となるときの周波数、すなわち
カツトオフ周波数をいう。
【0020】エミツタ接地型増幅回路10の伝達関数G
(S2)は、負荷抵抗R11及びR12がそれぞれRL
/2と1/2になることによりカツトオフ周波数fc
2倍に伸長されて2fc になり、またトランジスタQ1
及びQ10により伝達関数が2次の伝達関数で表される
ことにより、次式
【数6】 により求めることができる。
【0021】この(6)式より伝達関数G(S2)の絶
対値|G(S2)|が2-1/2となるときの周波数fを求
めると、次式
【数7】 に示すように、遮断周波数fは21/2 ×fc となる。こ
れによりエミツタ接地形増幅回路10は、周波数特性を
従来の増幅回路1の場合に比して21/2 に伸長すること
ができる。
【0022】以上の構成によれば、トランジスタQ1及
びQ10を並列接続し、その負荷抵抗R10及びR11
の抵抗値をエミツタ接地のトランジスタQ1のみで駆動
する場合に比して半分として周波数特性を伸ばすと共
に、当該トランジスタQ1及びQ10の出力を合成して
出力端より出力することにより、利得Gを一定に保持し
つつ帯域幅を従来のほぼ21/2 倍に伸長することができ
る。
【0023】なお上述の実施例においては、2個のトラ
ンジスタQ1及びQ10を並列に接続すると共に、各ト
ランジスタQ1及びQ10の負荷抵抗R10及びR11
の抵抗値を1個のトランジスタQ1で増幅する場合にお
ける抵抗値Rの1/2にそれぞれ設定する場合について
述べたが、本発明はこれに限らず、図3に示すように、
n個のトランジスタQ21、Q22……Q2nを電源電
圧VCCに対して並列に接続し、各トランジスタQ21、
Q22……Q2nの負荷抵抗R31、R32……R3n
の抵抗値を1個のトランジスタQ1で増幅する場合にお
ける抵抗値Rの1/nとする場合にも適用し得る。
【0024】このとき前段の増幅段による出力は、それ
ぞれn個のトランジスタQ31、Q32……Q3(n−
1)により後段の増幅段による出力に加算され、最終出
力端からの利得は1個のトランジスタQ1で増幅する場
合の利得Gに保持しつつ、周波数特性を従来に比して一
段と伸長することができる。
【0025】また上述の実施例においては、エミツタ接
地型増幅回路10を図1及び図3に示すように構成する
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ミラー
効果が無視できない場合には、図4に示すように、トラ
ンジスタQ1及びQ10のコレクタにトランジスタQ4
1及びQ42をカスケード接続し、当該トランジスタQ
42のコレクタと負荷抵抗R12との接続中点から合成
出力を出力させるようにしても良い。
【0026】このようにすれば前段の出力インピーダン
スとミラー効果によつてコレクタ−ベース間に寄生する
寄生容量Ccsが(1+RL /Rin)倍になり、周波数特
性が劣化するおそれを有効に回避することができる。
【0027】さらに上述の実施例においては、並列接続
されたn個のトランジスタQ21、Q22……Q2nの
負荷抵抗R31、R32……R3nの抵抗値を1個のト
ランジスタQ1で増幅する場合における抵抗値Rの1/
nとする場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、抵抗値を1個のトランジスタQ1で増幅する場合に
おける抵抗値Rと等しくすれば最終出力段における利得
を従来に比して一段と向上させることができる。
【0028】さらに上述の実施例においては、トランジ
スタQ1のベースに接続されたバイアス抵抗R3を介し
て入力信号VinをトランジスタQ1に供給する場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、入力信号Vin
直接トランジスタQ1に供給するようにしても良い。
【0029】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、エミツタ
接地のn段のトランジスタ回路のコレクタに接続された
コレクタ抵抗の抵抗値を所定の抵抗値に設定し、各トラ
ンジスタ回路の各出力特性を伸長させると共に各トラン
ジスタ回路の出力を後段のトランジスタ回路の出力に加
算して出力させることにより、利得一定のまま周波数特
性を従来に比して一段と向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるエミツタ接地型増幅回路の一実施
例を示す接続図である。
【図2】その等価回路を示す接続図である。
【図3】他の実施例を示す接続図である。
【図4】他の実施例を示す接続図である。
【図5】従来のエミツタ接地型増幅回路の説明に供する
接続図である。
【図6】トランジエント周波数のコレクタ電流特性を示
す特性曲線図である。
【図7】電流増幅率のコレクタ電流特性を示す特性曲線
図である。
【符号の説明】
1、10、20、30……エミツタ接地型増幅回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ベースに入力信号が共通に入力されるn段
    のエミツタ接地型トランジスタ回路を有する増幅回路に
    おいて、 上記n段のトランジスタ回路のうち初段から(n−1)
    段のトランジスタ回路は、出力端にベースで接続される
    と共にエミツタで次段のトランジスタ回路のコレクタ抵
    抗に電源側で接続される第1、第2……第(n−1)の
    接続トランジスタを介して各出力信号をそれぞれ出力
    し、 上記n段のトランジスタ回路のうち最終段のトランジス
    タ回路は、初段から(n−1)段のトランジスタ回路の
    出力を合成して出力し、 各コレクタ抵抗は、それぞれ等しい所定の抵抗値を有す
    ることを特徴とする増幅回路。
  2. 【請求項2】上記n段のトランジスタ回路の各出力端に
    それぞれカスコード接続されたn個のトランジスタを有
    することを特徴とする請求項1に記載の増幅回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007026639A1 (ja) * 2005-08-31 2007-03-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 可変利得増幅器およびそれを用いた交流電源装置
JP2012110013A (ja) * 2002-11-29 2012-06-07 Linear Technol Corp 高直線性デジタル可変利得増幅器

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