JPH0630423B2 - Gain control amplifier - Google Patents

Gain control amplifier

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JPH0630423B2
JPH0630423B2 JP60051150A JP5115085A JPH0630423B2 JP H0630423 B2 JPH0630423 B2 JP H0630423B2 JP 60051150 A JP60051150 A JP 60051150A JP 5115085 A JP5115085 A JP 5115085A JP H0630423 B2 JPH0630423 B2 JP H0630423B2
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differential
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differential amplifier
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昌利 佐瀬
誠 恩賀
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  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はゲインコントロールアンプに関し、AGC回
路、乗算器等に用いて最適なものである。
The present invention relates to a gain control amplifier, which is optimal for use in an AGC circuit, a multiplier, and the like.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

前段差動アンプの一対の出力電流をPN接合に流して電
圧変換を行い、その電圧出力を後段差動アンプに与え、
上記PN接合に流す直流分を可変にしてそのV/I(抵
抗)勾配の変化に対応させてアンプゲインをコントロー
ルするようにしたゲインコントロールアンプにおいて、
前段差動アンプの出力部に定電流負荷を用いると共に、
差動アンプの動作電流を定電流とし、定電流負荷の電流
値と差動アンプの動作電流との差電流をPN接合にゲイ
ン制御用バイアス電流として流し、前段アンプに流れる
信号電流をバイアス電流に重畳してPN接合に流すこと
により、ゲインコントロールの直線性が広範囲にわたっ
て成立するようにしたものである。
A pair of output currents of the front stage differential amplifier are passed through the PN junction to perform voltage conversion, and the voltage output is given to the rear stage differential amplifier,
In the gain control amplifier in which the direct current component flowing in the PN junction is made variable and the amplifier gain is controlled corresponding to the change in the V / I (resistance) gradient,
While using a constant current load in the output section of the front stage differential amplifier,
The operating current of the differential amplifier is the constant current, the difference current between the current value of the constant current load and the operating current of the differential amplifier is applied to the PN junction as the bias current for gain control, and the signal current flowing to the preceding amplifier is used as the bias current. By superimposing and flowing to the PN junction, the linearity of the gain control is established over a wide range.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第3図は従来のゲインコントロールアンプで、トランジ
スタQ1、Q2及び電流源2I1からなる前段差動アン
プ1の一対のコレクタ出力電流をダイオードD1、D2
(PN接合)で受けて電圧変換し、この電圧をトランジ
スタQ3、Q4及び電流源2I2から成る後段差動アン
プ2で受けて、出力電圧V0を得るように成つている。
ダイオードD1、D2に流す直流バイアス電流2I0
可変にすることにより、ダイオードD1、D2の接合抵
を変化させてゲイン制御を行う。差動アンプ1を流れる
信号電流と差動アンプ1の出力点A、A′から流出する
信号電流ISGとが完全に比例関係になつていれば、後段
差動アンプ2の負荷抵抗RLから得られる出力電圧v
0は、 となる(qI2/kTは後段差動アンプのgm)。
FIG. 3 shows a conventional gain control amplifier, in which a pair of collector output currents of a front stage differential amplifier 1 including transistors Q1 and Q2 and a current source 2I 1 are supplied to diodes D1 and D2.
(PN junction) receives and converts the voltage, and this voltage is received by the post-stage differential amplifier 2 including the transistors Q3 and Q4 and the current source 2I 2 to obtain the output voltage V 0 .
By making the DC bias current 2I 0 flowing through the diodes D1 and D2 variable, the junction resistance of the diodes D1 and D2 can be increased. To change the gain control. If the signal current flowing through the differential amplifier 1 and the signal current I SG flowing out from the output points A and A ′ of the differential amplifier 1 are in a completely proportional relationship, the load resistance R L of the subsequent differential amplifier 2 Output voltage v obtained
0 is (QI 2 / kT is gm of the latter stage differential amplifier).

ところが一段目差動アンプ1の負荷抵抗Rが固定値で、
これに連らなるダイオードD1、D2の接合抵抗rがI
0で可変されるから、A、A′点における信号電流成分
の分流比がI0に従つて変化し、A、A′点から流出す
る信号電流ISGと差動アンプ1の各トランジスタQ1、
Q2を流れる信号電流との比率は固定でない。
However, the load resistance R of the first stage differential amplifier 1 is a fixed value,
The junction resistance r of the diodes D1 and D2 connected to this is I
Since it is varied at 0 , the shunt ratio of the signal current component at points A and A'changes according to I 0, and the signal current I SG flowing out from points A and A'and the transistors Q1 of the differential amplifier 1,
The ratio with the signal current flowing through Q2 is not fixed.

従つて第3図のコントロールアンプのゲインGは、トラ
ンジスタのhfeを十分大とすると、 となる。第2式でR/(R+kT/qI0)の項は分流比
の変化を代表している。
Accordance connexion gain G of the control amplifier of FIG. 3, when a sufficiently large to h fe of the transistor, Becomes In the second equation, the term R / (R + kT / qI 0 ) represents the change in the diversion ratio.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

第2式において、ゲインを増加しようとしてI0を小さ
くした場合に、/I0とGとの比例関係が成立しなく
なり、非線形の制御特性となる。特にGが大の領域で
は、Gの増加が飽和し、大ゲインを得ることができな
い。
In the second equation, when I 0 is reduced in order to increase the gain, the proportional relationship between 1 / I 0 and G is no longer established, resulting in a non-linear control characteristic. Particularly in a region where G is large, the increase in G is saturated and a large gain cannot be obtained.

更にA、A′点の直流電位はVCC−R(I1+I0)とな
り、I0を変化させると直流電位が大きく変化し、差動
アンプ1、2の動作点が変わると共に、アンプのダイナ
ミツクレンジが制限を受けて縮小する。
Further, the DC potentials at points A and A'become V CC -R (I 1 + I 0 ), and when I 0 is changed, the DC potential is greatly changed, the operating points of the differential amplifiers 1 and 2 are changed, and The dynamic range is restricted and reduced.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

第1図に示すように、前段アンプ1と、PN接合D1、
D2と、後段アンプ2とからなり、前段アンプ1は、差
動入力を受ける差動対トランジスタQ1、Q2と、この
差動対トランジスタQ1、Q2の一対の出力部に結合さ
れた第1の電流値(I+I)の一対の定電流負荷
と、上記差動対トランジスタの夫々の動作電流を上記第
1の電流値より小さい第2の電流値(I)にする共通
電流源とを備える。
As shown in FIG. 1, the preamplifier 1 and the PN junction D1,
The front stage amplifier 1 includes a differential pair transistor Q1 and Q2 that receives a differential input, and a first current coupled to a pair of output parts of the differential pair transistor Q1 and Q2. A pair of constant current loads having a value (I 0 + I 1 ), and a common current source for setting the respective operating currents of the differential pair transistors to a second current value (I 2 ) smaller than the first current value. Prepare

PN接合は、上記第1と第2の電流値の差(I)を直
流バイアス電流とし、上記前段差動アンプ1の差動入力
により生じる信号電流(x)が上記直流バイアス電流に
重畳して流れるように上記前段アンプ1の出力に接続さ
れている。
The PN junction uses the difference (I 0 ) between the first and second current values as a DC bias current, and a signal current (x) generated by the differential input of the preceding stage differential amplifier 1 is superimposed on the DC bias current. Is connected to the output of the preceding stage amplifier 1 so as to flow as a flow.

上記PN接合に生じる電圧信号を一対の差動対トランジ
スタQ3、Q4を備える後段差動アンプ2とに供給し、
上記PN接合に流す上記直流バイアス電流を可変にして
ゲインを制御する構成である。
The voltage signal generated in the PN junction is supplied to the rear differential amplifier 2 including a pair of differential pair transistors Q3 and Q4,
The gain is controlled by varying the DC bias current flowing through the PN junction.

〔作用〕[Action]

前段差動アンプ1の出力点A(A′)において、アンプ
側に流れる信号電流を+xとすると、A点に流入する電
流が一定(I0+I1)であるから、A点から外へ流出す
る信号電流は−xとなる。つまり出力信号電流が初段差
動アンプ1を流れる信号電流と完全に対応し、この対応
関係は、PN接合(D1、D2)に重畳させるゲイン制
御のための直流電流I0を可変にしても全く変化しな
い。従つてI0を可変にしたときに、PN接合の抵抗 とアンプゲインとの比例関係が完全な直線式となり、従
来含まれていた非線形項を除去することができる。
At the output point A (A ') of the front stage differential amplifier 1, if the signal current flowing to the amplifier side is + x, the current flowing into the point A is constant (I 0 + I 1 ), so it flows out from the point A. The signal current is -x. That is, the output signal current completely corresponds to the signal current flowing through the first-stage differential amplifier 1, and this correspondence is completely obtained even if the DC current I 0 for gain control superimposed on the PN junction (D1, D2) is changed. It does not change. Therefore, when I 0 is made variable, the resistance of the PN junction And a proportional relationship between the amplifier gain and the amplifier gain become a completely linear expression, and the non-linear term included in the past can be removed.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例のゲインコントロールアンプ
を示し、第3図の初段差動アンプ1のコレクタ抵抗R
(一対)を定電流源I0+I1に置換え、且つダイオード
D1、D2のカソードに連らなる電流源2I0を電圧源
DCに置換えた点が従来との相違点である。
FIG. 1 shows a gain control amplifier according to an embodiment of the present invention, and a collector resistance R of the first stage differential amplifier 1 shown in FIG.
The difference from the prior art is that the (pair) is replaced with a constant current source I 0 + I 1 , and the current source 2I 0 connected to the cathodes of the diodes D1 and D2 is replaced with a voltage source V DC .

初段差動アンプ1のトランジスタQ1、Q2に流れる電
流は、バランス状態でI1で、差動入力viが印加された
ときI1+x、I1−x(xは信号電流)となる。Q1、
Q2のコレクタに連らなる一対の定電流源は固定の電流
0+I1を供給するから、A、A′点から流出する電流
はI0−x、I0+xとなる。即ち、トランジスタQ1、
Q2を流れる信号電流xと全く同一の電流がA、A′点
から流出し、ダイオードD1、D2を流れる。ダイオー
ドD1、D2を流れる直流分はI0を可変することによ
つて制御することができ、従つて1/I0 を可変数とするゲインコントロールを行うことができ
る。
The currents flowing through the transistors Q1 and Q2 of the first stage differential amplifier 1 are I 1 in the balanced state, and are I 1 + x and I 1 -x (x is a signal current) when the differential input v i is applied. Q1,
Since the pair of constant current sources connected to the collector of Q2 supply the fixed current I 0 + I 1 , the currents flowing out from the points A and A ′ are I 0 −x and I 0 + x. That is, the transistor Q1,
The same current as the signal current x flowing through Q2 flows out from points A and A ', and flows through the diodes D1 and D2. The direct current component flowing through the diodes D1 and D2 can be controlled by varying I 0, and thus 1 / I 0 Gain control can be performed with a variable number.

0を変化させても、A点(又はA′点)における信号
電流の分流比は全く変化しない。即ち、トランジスタQ
1(Q2)側に流れる信号電流xが増加すれば、その増
加分だけA点(A′点)から流出する信号電流が減小
(負方向に増大)するという関係が常に保たれていて、
分流比は常に固定値−1であり、分流電流の総和は零で
ある。
Even if I 0 is changed, the shunt ratio of the signal current at point A (or point A ′) does not change at all. That is, the transistor Q
There is always a relationship that if the signal current x flowing to the 1 (Q2) side increases, the signal current flowing out from the point A (point A ′) decreases (increases in the negative direction) by the increase.
The shunt ratio is always a fixed value -1, and the sum of the shunt currents is zero.

定電流源I0+I1の交流インピーダンスは無限大である
から、第2式においてR=∞にした場合が第1図のアン
プのゲインで、 となる。従つてGと1/I0との比例関係が広範囲にわたつ
て保たれる。
Since the AC impedance of the constant current source I 0 + I 1 is infinite, the case where R = ∞ in the second equation is the gain of the amplifier in FIG. Becomes Therefore, the proportional relationship between G and 1 / I 0 is maintained over a wide range.

ダイオードD1、D2のカソードに接続した電圧源VDC
は、後段差動アンプ2の入力バイアスを所定値にするた
めのものであり、その電圧値はゲインコントロール特性
と本質的に無関係である。従つて第2図Aのようにベー
ス電位をVDCに固定したPNPトランジスタQ5を用い
てもよい。或いは、第2図Bのように同じくベースをV
DCに固定したPNPトランジスタQ6、Q7を用いて、
そのエミツタ・ベース接合をダイオードD1、D2の代
用としてもよい。
Voltage source V DC connected to the cathodes of the diodes D1 and D2
Is for setting the input bias of the latter stage differential amplifier 2 to a predetermined value, and its voltage value is essentially independent of the gain control characteristic. Therefore, as shown in FIG. 2A, a PNP transistor Q5 whose base potential is fixed to V DC may be used. Alternatively, as shown in FIG. 2B, the base is V
Using PNP transistors Q6 and Q7 fixed to DC ,
The emitter-base junction may be used as a substitute for the diodes D1 and D2.

また電圧源VDCとして、第2図Cのように抵抗RD(イ
ンピーダンスを有するもの)を用いてもよい。この場
合、抵抗RDに流入する信号電流はダイオードD1から
の−xと、ダイオードD2からの+xで相殺するから、
電圧源VDCがインピーダンスを有していてもゲインを決
定するフアクタにはならない。なおI0を可変にするこ
とにより抵抗RDの直流電位が変わるが、この変化分は
後段差動アンプ2の同相入力として無視される。
As the voltage source V DC , a resistor R D (having impedance) may be used as shown in FIG. 2C. In this case, the signal current flowing into the resistor R D is canceled by −x from the diode D1 and + x from the diode D2.
Even if the voltage source V DC has impedance, it does not become a factor that determines the gain. Although the DC potential of the resistor R D changes by making I 0 variable, this change is ignored as an in-phase input of the post-stage differential amplifier 2.

なお電圧源VDCを定電圧源にすると、A点、A′点の直
流電位は、VDC+VF(VFはダイオードD1、D2の順
方向オン電圧)に固定される。従つてI0を可変したこ
とによるA、A′の電位変動は生じ無いから、アンプ系
の直流動作点を固定して、最大ダイナミツクレンジを得
るように最適動作点を設定することができる。
Note when the voltage source V DC to the constant voltage source, A point, the DC potential of the point A 'is, V DC + V F (V F is the forward ON voltage of the diode D1, D2) is fixed to. Therefore, the potential fluctuations of A and A'caused by changing I 0 do not occur, so that the DC operating point of the amplifier system can be fixed and the optimum operating point can be set so as to obtain the maximum dynamic range.

第1図の基本回路では、トランジスタQ1、Q2のコレ
クタがトランジスタQ3、Q4のベースに直結されてい
る。このため直流設計に困難が生じる場合には、Q1、
Q2のコレクタとQ3、Q4のベースとの間にダイオー
ド、抵抗等のDCシフト素子(電流の連続性を失わない
もの)を挿入してもよい。
In the basic circuit of FIG. 1, the collectors of the transistors Q1 and Q2 are directly connected to the bases of the transistors Q3 and Q4. For this reason, if DC design is difficult, Q1,
A DC shift element such as a diode or a resistor (which does not lose continuity of current) may be inserted between the collector of Q2 and the bases of Q3 and Q4.

また定電流源I0+I1は、I0を可変したときに、トラ
ンジスタQ1、Q2の動作に必要な電流(I1)を損じ
ない程度の値であればよく、好ましくはI1を基本値と
して固定し、それに可変分I0を上乗せしたような可変
電流を発生するような回路手段であつてもよい。
The constant current source I 0 + I 1, upon varying the I 0, may be a value that will not Sonji the current (I 1) necessary for the operation of the transistors Q1, Q2, preferably a basic value I 1 It may be a circuit means for generating a variable current, which is fixed as, and a variable component I 0 is added thereto.

ゲインコントロールは、後段差動アンプ2の共通電流源
2(第3式)を可変にしても達成できる。
The gain control can also be achieved by changing the common current source I 2 (formula 3) of the post-stage differential amplifier 2.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によると、前段差動アンプの差動対トランジスタ
の負荷電流及び動作電流が夫々一定であるため、差動対
トランジスタを流れる信号電流と同じ大きさの電流がP
N接合を流れる信号電流となり、この関係はゲイン制御
のためにPN接合に流す直流バイアス電流(負荷電流と
動作電流との差電流)の大小により変動することがな
く、従って、ゲインとゲイン制御変数との関係式に生じ
ていた非線形項を除去して、広範囲にわたって直線のゲ
イン制御特性が得られる。またゲイン制御のために定電
流負荷の電流値を変化させても、差動対トランジスタの
動作点電流が変化することがないので、前段差動アンプ
の直流動作点を最大ダイナミツクレンジが得られるよう
に固定することができる。
According to the present invention, since the load current and the operating current of the differential pair transistor of the preceding differential amplifier are constant, a current having the same magnitude as the signal current flowing through the differential pair transistor is P.
The signal current flows through the N-junction, and this relationship does not change depending on the magnitude of the DC bias current (the difference current between the load current and the operating current) that flows through the PN junction for gain control. Therefore, the gain and gain control variables By removing the non-linear term generated in the relational expression between and, a linear gain control characteristic can be obtained over a wide range. Also, even if the current value of the constant current load is changed for gain control, the operating point current of the differential pair transistor does not change, so the maximum dynamic range can be obtained at the DC operating point of the preceding differential amplifier. Can be fixed as.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すゲインコントロールア
ンプの回路図、第2図は第1図の電圧源VDCの具体例、
第3図は従来のゲインコントロールアンプの回路図であ
る。 なお図面に用いた符号において、 1……前段差動アンプ 2……後段差動アンプ D1,D2……ダイオード I0+I1……定電流源 A,A′……出力点 x……信号電流 VDC……電圧源 2I1,2I2……電流源 である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a gain control amplifier showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a concrete example of the voltage source V DC of FIG. 1,
FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional gain control amplifier. In still code used in the drawings, 1 ...... front stage differential amplifier 2 ...... after stage differential amplifier D1, D2 ...... diode I 0 + I 1 ...... constant current source A, A '...... output point x ...... signal current V DC ...... voltage source 2I 1, is 2I 2 ...... current source.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】差動入力を受ける差動対トランジスタと、
この差動対トランジスタの一対の出力部に結合された第
1の電流値の一対の定電流負荷と、上記差動対トランジ
スタの夫々の動作電流を上記第1の電流値より小さい第
2の電流値にする共通電流源とを備える前段差動アンプ
と、 上記第1と第2の電流値の差を直流バイアス電流とし、
上記前段差動アンプの差動入力により生じる信号電流を
上記直流バイアス電流に重畳するように上記前段アンプ
の出力に接続された一対のPN接合と、 上記PN接合に生じる電圧信号が供給される一対の差動
対トランジスタを備える後段差動アンプとを具備し、 上記PN接合に流す上記直流バイアス電流を可変にして
ゲインを制御するようにしたゲインコントロールアン
プ。
1. A differential pair transistor for receiving a differential input,
A pair of constant current loads having a first current value, which are coupled to a pair of output portions of the differential pair transistor, and respective operating currents of the differential pair transistor are set to a second current smaller than the first current value. A pre-stage differential amplifier including a common current source for setting a value, and a difference between the first and second current values is a DC bias current,
A pair of PN junctions connected to the output of the preceding stage amplifier so as to superimpose a signal current generated by the differential input of the preceding stage differential amplifier on the DC bias current, and a pair to which a voltage signal generated at the PN junction is supplied. And a post-stage differential amplifier including a differential pair transistor, and controlling the gain by varying the DC bias current flowing in the PN junction.
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