JPH0575368A - 非線型増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ニー・ポイントが明確に設定される非線形増
幅器を実現する。 【構成】 本発明は、エミッタ抵抗６により相互のエミ
ッタが連結されるＮＰＮトランジスタ２および３を含
み、ＮＰＮトランジスタのコレクタ３を出力端子５１と
して形成される差動増幅器１と、直流電源とＮＰＮトラ
ンジスタ２のコレクタとの間に接続される定電流源１３
と、直流電源とＮＰＮトランジスタ３のコレクタとの間
に直列接続される負荷抵抗１４および１５と、これらの
負荷抵抗の接続点と、ＮＰＮトランジスタ２のコレクタ
との間に接続され、負荷抵抗１４および１４の接続点を
電流出力端として形成される整流回路７とを備え、入力
電圧レベルの変化に対応して、ＮＰＮトランジスタ２の
コレクタ電流が、定電流源１３の電流値を上回る時点
に、整流回路７が導通状態となるように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非線型増幅器に関し、特
に、ビデオカメラ等における映像信号処理回路において
使用されるニー（ＫＮＥＥ）回路を構成する非線型増幅
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の非線型増幅器は、ビデ
オカメラ等における映像信号処理回路において、入力電
圧に対して、特定の折れ曲り出力特性を有するニー回路
として用いられている。

【０００３】従来の、この種の非線型増幅器は、その一
例が図５に示されるように、入力信号源４５に対応し
て、ＮＰＮトランジスタ３５および３６、定電流源３７
および３８、そして抵抗３９および４０とにより形成さ
れる差動増幅器３４と、抵抗４１、ダイオード４２、定
電圧源４３および４４とを備えて構成される。ここにお
いて、定電圧源４３は、線型増幅器において、入力電圧
に対応するニー・ポイント（折れ曲り点電圧）を設定す
るための定電圧源である。また、図６（ａ）および
（ｂ）に示されるのは、本従来例における動作特性を示
す図である。

【０００４】図５において、抵抗３９、４０および４１
の抵抗値をそれぞれＲ₃₉、Ｒ₄₀およびＲ₄₁とし、ダイオ
ード４２のインピーダンスをＲ_D42 とすると、出力負荷
抵抗Ｒ_L は次式にて表わされる。

【０００５】 Ｒ_L ＝Ｒ₃₉−（Ｒ₃₉）² ／（Ｒ₃₉＋Ｒ₄₁＋Ｒ_D42 ）………（１） ダイオード４２に流れる電流をＩ_D42 とすると、ダイオ
ード４２のインピーダンスＲ_D42 は次式にて表わされ
る。

【０００６】 Ｒ_D42 ＝ｋＴ／ｑＩ_D42 ……………………………………（２） 上式において、ｋはポルツマン常数、Ｔは絶対温度、ｑ
は電子の電荷である。

【０００７】図６（ｂ）を参照して、入力信号源４５の
入力電圧Ｖ_i が、０≦Ｖ_i ＜Ｖ₁ のレベル範囲にあり、
出力電圧がＶ_o より低いレベル状態にある場合には、ダ
イオード４２は遮断状態にある。即ちＩ_D42 ＝０であ
り、上記（２）式より、ダイオード４２のインピーダン
スＲ_D42 は無限大となる。従って、この場合において
は、（１）式より、Ｒ_L ＝Ｒ₃₉となり、この間における
電圧利得はＲ₃₉／Ｒ₄₀となる。

【０００８】次に、入力電圧Ｖ_i が、Ｖ_i ＞Ｖ₂ のレベ
ル範囲にある時には、ダイオード４２は導通状態にあ
り、電流Ｉ_D42 としては、数百μＡ程度流れることにな
る。これにより、ダイオード４２のインピーダンスＲ
_D42 は、（２）式により明らかなように、Ｒ_D42 の値
は、Ｒ₃₉およびＲ₄₁の値に比較して極めて小さい値とな
る。従って、合成出力負荷抵抗は、上記（１）式におい
て、近似的にＲ_D42 ＝０とすることが可能となり、Ｒ_L
＝Ｒ₃₉・Ｒ₄₁／（Ｒ₃₉＋Ｒ₄₁）となって、この間におけ
る電圧利得としては、Ｒ_L ／Ｒ₄₀＝Ｒ₃₉・Ｒ₄₁／Ｒ
₄₀（Ｒ₃₉＋Ｒ₄₁）となる。

【０００９】次に、入力電圧Ｖ_i が、Ｖ₁ ＜Ｖ_i ≦Ｖ₂
のレベル範囲にある時には、ダイオード４２が遮断状態
より導通状態に変化する領域にあり、ダイオード４２の
インピーダンスＲ_D42 が、Ｒ₃₉およびＲ₄₁に対して無視
することができない値となるため、合成出力負荷抵抗
は、図６（ａ）に示されるように変化することになる。
従って、この間における電圧利得Ｒ_L ／Ｒ₄₀は、図６
（ｂ）に示されるように緩かに変化してゆき、出力電圧
におけるニー・ポイント（折れ曲り点）が明確には現わ
れない。

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の非線形
増幅器においては、図６（ａ）に示されるように、出力
負荷抵抗を変化させることによって電圧利得を変化さ
せ、所望の出力波形得ているが、入力電圧Ｖ_i が、Ｖ₁
＜Ｖ_i ≦Ｖ₂ のレベル範囲にある状態において、ダイオ
ード４２が遮断状態から導通状態に移行する状態におい
ては、ダイオード４２のインピーダンスの値が負荷抵抗
に対比して無視することができない値となり、図６
（ａ）の入力電圧Ｖ_i が電圧Ｖ₂ に近接する状態におい
ては、動作時における合成出力負荷抵抗は鋭く変化する
ことができずに緩かに変化してゆく。このために、図６
（ｂ）に見られるように、出力電圧の変化として、ニー
・ポイントを明確することができないという欠点があ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明の非線形増幅
器は、所定のエミッタ抵抗により相互のエミッタが連結
される第１および第２のＮＰＮトランジスタを含み、前
記第２のＮＰＮトランジスタのコレクタを出力端子とし
て形成される差動増幅器と、高電位側の直流電源と前記
第１のＮＰＮトランジスタのコレクタとの間に挿入接続
される定電流源と、前記直流電源と前記第２のＮＰＮト
ランジスタのコレクタとの間に直列接続される、直流電
源側の第１の負荷抵抗ならびに第２のＮＰＮトランジス
タの側の第２の負荷抵抗と、前記第１および第２の負荷
抵抗の接続点と、前記第１のＮＰＮトランジスタのコレ
クタとの間に挿入接続され、前記第１および第２の負荷
抵抗の接続点を電流出力端として形成される整流回路と
を備え、入力電圧レベルの変化に対応して、前記第１の
ＮＰＮトランジスタのコレクタ電流が、前記定電流源の
電流値を上回る時点において、前記整流回路が導通状態
となり、当該整流回路の出力電流により出力電圧を制御
することを特徴としている。

【００１１】また、第２の発明の非線型増幅器は、所定
のエミッタ抵抗により相互のエミッタが連結される第１
および第２のＮＰＮトランジスタを含み、前記第２のＮ
ＰＮトランジスタのコレクタを所定の第１の出力端子と
して形成される差動増幅器と、前記差動増幅器内に包含
され、前記第１の出力端子と所定の第２の出力端子との
間に接続される負荷抵抗と、高電位側の直流電源と前記
第２の出力端子との間に挿入接続され、所定の制御端子
を介して行われる電流制御作用により、前記第２の出力
端子に可変電圧を出力する可変電圧源と、前記直流電源
と前記第１のＮＰＮトランジスタのコレクタとの間に挿
入接続される定電流源と、前記可変電圧源に対応する前
記制御端子と、前記第１のＮＰＮトランジスタのコレク
タとの間に挿入接続され、前記制御端子を電流出力端と
して形成される整流回路とを備え、入力電圧レベルの変
化に対応して、前記第１のＮＰＮトランジスタのコレク
タ電流が、前記定電流源の電流値を上回る時点において
前記整流回路が導通状態となり、当該整流回路の出力電
流により前記可変電圧源の出力電圧を制御することを特
徴としている。

【００１２】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１３】図１は本発明の第１の実施例を示す回路図
である。図１に示されるように、本実施例は、入力信号
源１２に対応して、ＮＰＮトランジスタ２および３、定
電流源４および５、そして抵抗６により形成される差動
増幅器１と、ＮＰＮトランジスタ８、ＰＮＰトランジス
タ９および定電圧源１０により形成される整流回路７、
定電圧源１１、定電流源１３、抵抗１４および１５とを
備えて構成される。また、図２（ａ）および（ｂ）に示
されるのは、本実施例における動作特性を示す図であ
る。図１において、抵抗６、１４および１５の抵抗値を
それぞれＲ₆ 、Ｒ₁₄およびＲ₁₅とし、ＮＰＮトランジス
タ２のコレクタ電流をＩ_c2とし、定電流源４、５および
１３の電流値をＩ₄ 、Ｉ₅ およびＩ₁₃とすると、図２
（ｂ）を参照して、入力信号源１２の入力電圧Ｖ_i が、
０≦Ｖ_i ＜Ｖ₁ のレベル範囲にある場合には、ＮＰＮト
ランジスタ２のコレクタ電流Ｉ_c2は、次式にて表わされ
る。

【００１４】 Ｉ_c2＝Ｖ_i ／Ｒ₆ ＋Ｉ₄ （＜Ｉ₁₃） …………………（３） 従って、Ｉ_c2とＩ₁₃との差電流（Ｉ₁₃−Ｉ_c2）は、ＰＮ
Ｐトランジスタ９を通して流れる。この時に、ＮＰＮト
ランジスタ８は遮断状態にあるために、負荷抵抗列を形
成する抵抗１４および１５に流れる電流Ｉ₁₄およびＩ₁₅
は、次式により表わされる。

【００１５】 Ｉ₁₄＝Ｉ₁₅＝Ｉ₅ −Ｖ_i ／Ｒ₆ …………………………（４） これより、出力端子５１における出力電圧Ｖ_o は、次式
にて与えられる。

【００１６】 Ｖ_o ＝Ｖ_i （Ｒ₁₄＋Ｒ₁₅）／Ｒ₆ ………………………（５） 即ち、入力電圧Ｖ_i が、０≦Ｖ_i ＜Ｖ₁のレベル範囲に
ある場合においては、出力電圧Ｖ_o は（Ｒ₁₅／Ｒ₆ ）を
比例常数とする形で変化してゆく。

【００１７】次に、入力電圧Ｖ_i が、Ｖ_i ≧Ｖ₁ のレベ
ル範囲にある場合には、ＮＰＮトランジスタ２のコレク
タ電流Ｉ_c2は、前述の（３）式と同様に、次式にて表わ
される。

【００１８】 Ｉ_c2＝Ｖ_i ／Ｒ₆ ＋Ｉ₄ （≧Ｉ₁₃） …………………（６） 従って、Ｉ_c2とＩ₁₃との差電流（Ｉ_cd−Ｉ₁₃）は、次式
により表わされる。

【００１９】 Ｉ_cd−Ｉ₁₃＝（Ｖ_i ／Ｒ₆ ＋Ｉ₄ ）−（Ｖ₁ ／Ｒ₆ ＋Ｉ₄ ） ＝（Ｖ_i −Ｖ₁ ）／Ｒ₆ …………………（７） この差電流（Ｉ_cd−Ｉ₁₃）は、ＮＰＮトランジスタ８を
通して流れることになる。これにより、抵抗１４および
１５に流れる電流Ｉ₁₄およびＩ₁₅は、それぞれ下記の
（８）式および（９）式により表わされる。

【００２０】 Ｉ₁₄＝（Ｖ_i −Ｖ₁ ）／Ｒ₆ ＋（Ｉ₅ −Ｖ_i ／Ｒ₆ ） ＝Ｉ₅ −Ｖ₁ ／Ｒ₆ …………………………………（８） Ｉ₁₅＝Ｖ_i ／Ｒ₆ …………………………………………（９） 上式より明らかなように、抵抗１４を流れる電流は、入
力電圧のレベルには無関係で一定となり、抵抗１４と１
５との接続点の電位は定電圧となる。従って、出力端子
５１における出力電圧Ｖ_o は、抵抗１４には無関係に、
次式にて与えられる。

【００２１】 Ｖ_o ＝Ｖ_i （Ｒ₁₅／Ｒ₆ ）＋０ ＝Ｖ_i （Ｒ₁₅／Ｒ₆ ） ……………………………（１０） 即ち、入力電圧Ｖ_i が、Ｖ_i ≧Ｖ₁ のレベル範囲にある
場合においては、出力電圧Ｖ_o は（Ｒ₁₅／Ｒ₆ ）を比例
常数とする形で変化してゆく。

【００２２】上記の説明に対応する動作特性は、前述の
ように図２（ａ）および（ｂ）に示されるが、図２
（ｂ）に示されるように、入力電圧Ｖ₁ をニー・ポイン
ト電圧として、出力電圧は、明確に直線的に折れ曲って
変化していることが分る。

【００２３】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。

【００２４】図３は本発明の第２の実施例を示す回路図
である。図３に示されるように、本実施例は、入力信号
源３２、第１の出力端子５２、第２の出力端子５３およ
び制御端子５４に対応して、ＮＰＮトランジスタ１７お
よび１８、定電流源１９および２０、そして抵抗２１お
よび負荷抵抗を形成する２２により形成される差動増幅
器１６と、ＮＰＮトランジスタ２４、ＰＮＰトランジス
タ２５および定電圧源２６により形成される整流回路２
３、抵抗２９、ＮＰＮトランジスタ２８および定電流源
３０により形成される可変電圧源２７と、定電圧源３１
および定電流源３３とを備えて構成されている。また、
図４（ａ）および（ｂ）に示されるのは、本実施例にお
ける動作特性を示す図である図３において、抵抗２１、
２２および２９の抵抗値をそれぞれＲ₂₁、Ｒ₂₂およびＲ
₂₉とし、ＮＰＮトランジスタ１７のコレクタ電流をＩ
_c17 とし、定電流源１９、２０および３３の電流値をＩ
₁₉、Ｉ₂₀およびＩ₃₃とする。

【００２５】図４（ａ）および（ｂ）を参照して、入力
信号源３２の入力電圧Ｖ_i が、０≦Ｖ_i ＜Ｖ₁ のレベル
範囲にある場合には、ＮＰＮトランジスタ１７のコレク
タ電流Ｉ_c17 は、次式にて表わされる。

【００２６】 Ｉ_c17 ＝Ｖ_i ／Ｒ₂₁＋Ｉ₁₉ （＜Ｉ₃₃） ……………（１１） 従って、Ｉ_c17 とＩ₃₃との差電流（Ｉ₃₃−Ｉ_c17 ）は、
ＰＮＰトランジスタ１８を通して流れる。この時に、Ｎ
ＰＮトランジスタ２４は遮断状態にあるため、整流回路
２３による出力電流はなく、従って、制御端子５４を介
して可変電圧源２７に対する電流制御が行われないた
め、第２の出力端子５３の出力電圧Ｖo2、即ち負荷抵抗
となる抵抗２２に対応する接地電位は定電圧となる。ま
た、第１の出力端子５２の出力電圧Ｖ_o1と、第２の出力
端子５３出力電圧Ｖ_o2との間の差電圧（Ｖ_o1−Ｖ_o2）、
即ち出力電圧Ｖ_o は、電圧利得がＲ₂₂／Ｒ₂₁により表わ
されるため、出力電圧Ｖ_o は次式により与えられる。

【００２７】 Ｖ_o ＝Ｖ_i （Ｒ₂₂／Ｒ₂₁）＋０ ＝Ｖ_i （Ｒ₂₂／Ｒ₂₁） ……………………………（１２） 次に、入力電圧Ｖ_i が、Ｖ_i ≧Ｖ₁ のレベル範囲にある
場合には、ＮＰＮトランジスタ１７のコレクタ電流Ｉ
_c17 は、前述の（１１）式と同様に、次式にて表わされ
る。 Ｉ_c17 ＝Ｖ_i ／Ｒ₂₁＋Ｉ₁₉ （≧Ｉ₃₃） ……………（１３） Ｉ_c17 −Ｉ₁₉＝（Ｖ_i −Ｖ₁ ）／Ｒ₂₁ ……………（１４） 従って、Ｉ_c17 とＩ₃₃との差電流（Ｉ_c17 −Ｉ₃₃）は、
ＮＰＮトランジスタ２４を通して流れることになる。こ
れにより、負荷抵抗を形成する抵抗２２に対応する、第
２の出力端子５３の出力電圧である接地電位Ｖ_o2は、次
式に示される変化量に応じて、図４（ａ）に示されるよ
うに低下することになる。

【００２８】 （Ｉ_c17 −Ｉ₃₃）×Ｒ₂₉＝（Ｖ_i −Ｖ₁ ）×（Ｒ₂₉／Ｒ₂₁） ……………（１５） また、第１の出力端子５２の出力電圧Ｖ_o1と、第２の出
力端子５３の出力電圧Ｖ_o2との間の差電圧、即ち出力電
圧Ｖ_o の変化量は、入力電圧Ｖ_i が、０≦Ｖ_i ＜Ｖ₁ の
レベル範囲にある場合と同じであるため、次式により表
わされ、図４（ｂ）に示されるように変化する。

【００２９】 Ｖ_o ＝Ｖ_i （Ｒ₂₂／Ｒ₂₁）−（Ｖ_i −Ｖ₁ ）Ｒ₂₉／Ｒ₂₁ ……………（１６） このように、本実施例においては、第１の出力端子５２
より出力される出力電圧に対応して、第２の出力端子に
おける出力電圧を基準電圧として利用することにより、
ニー・ポイント電圧を境界として、第２の出力端子の基
準電圧レベルを低下させることにより、第１の出力端子
における見掛け上の電圧利得を変化させ、所望の出力電
圧が得られている。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明は、差
動増幅器の一方の増幅回路に直列に接続される整流回路
を設け、差動増幅器の出力側に直列接続される負荷抵抗
の接続点の電位を、ニー・ポイント電圧において定電位
とすることにより、出力電圧におけるニー・ポイントが
明確に設定される非線形増幅器を実現することができる
という効果がある。

【００３１】また、第２の発明は、差動増幅器の一方の
増幅回路に直列に接続される整流回路を設け、当該整流
回路による電流制御作用を介して出力電圧が制御される
可変電圧源を負荷回路に接続し、当該出力電圧の基準電
圧補正作用を利用して、出力電圧におけるニー・ポイン
トが明確に設定される非線形増幅器を実現することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す回路図である。

【図２】第１の実施例における動作特性を示す図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施例を示す回路図である。

【図４】第２の実施例における動作特性を示す図であ
る。

【図５】従来例を示す回路図である。

【図６】従来例における動作特性を示す図である。

【符号の説明】

１、１６、３４ 差動増幅器 ２、３、８、１７、１８、２４、２８、３５、３６
ＮＰＮトランジスタ ４、５、１３、１９、２０、３０、３３、３７、３８
定電流源 ６、１４、１５、２１、２２、２９、３９〜４１ 抵
抗 ７、２３ 整流回路 ９、２５ ＰＮＰトランジスタ １０、１１、２６、３１、４３、４４ 定電圧源 １２、３２、４５ 入力信号源 ２７ 可変電圧源 ４２ ダイオード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のエミッタ抵抗により相互のエミッ
   タが連結される第１および第２のＮＰＮトランジスタを
   含み、前記第２のＮＰＮトランジスタのコレクタを出力
   端子として形成される差動増幅器と、 高電位側の直流電源と前記第１のＮＰＮトランジスタの
   コレクタとの間に挿入接続される定電流源と、 前記直流電源と前記第２のＮＰＮトランジスタのコレク
   タとの間に直列接続される、直流電源側の第１の負荷抵
   抗ならびに第２のＮＰＮトランジスタの側の第２の負荷
   抵抗と、 前記第１および第２の負荷抵抗の接続点と、前記第１の
   ＮＰＮトランジスタのコレクタとの間に挿入接続され、
   前記第１および第２の負荷抵抗の接続点を電流出力端と
   して形成される整流回路と、 を備え、入力電圧レベルの変化に対応して、前記第１の
   ＮＰＮトランジスタのコレクタ電流が、前記定電流源の
   電流値を上回る時点において、前記整流回路が導通状態
   となり、当該整流回路の出力電流により出力電圧を制御
   することを特徴とする非線型増幅器。
2. 【請求項２】 所定のエミッタ抵抗により相互のエミッ
   タが連結される第１および第２のＮＰＮトランジスタを
   含み、前記第２のＮＰＮトランジスタのコレクタを所定
   の第１の出力端子として形成される差動増幅器と、 前記差動増幅器内に包含され、前記第１の出力端子と所
   定の第２の出力端子との間に接続される負荷抵抗と、 高電位側の直流電源と前記第２の出力端子との間に挿入
   接続され、所定の制御端子を介して行われる電流制御作
   用により、前記第２の出力端子に可変電圧を出力する可
   変電圧源と、 前記直流電源と前記第１のＮＰＮトランジスタのコレク
   タとの間に挿入接続される定電流源と、 前記可変電圧源に対応する前記制御端子と、前記第１の
   ＮＰＮトランジスタのコレクタとの間に挿入接続され、
   前記制御端子を電流出力端として形成される整流回路
   と、を備え、入力電圧レベルの変化に対応して、前記第
   １のＮＰＮトランジスタのコレクタ電流が、前記定電流
   源の電流値を上回る時点において前記整流回路が導通状
   態となり、当該整流回路の出力電流により前記可変電圧
   源の出力電圧を制御することを特徴とする非線型増幅
   器。