JPH07105677B2 - amplifier - Google Patents

amplifier

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JPH07105677B2
JPH07105677B2 JP62130682A JP13068287A JPH07105677B2 JP H07105677 B2 JPH07105677 B2 JP H07105677B2 JP 62130682 A JP62130682 A JP 62130682A JP 13068287 A JP13068287 A JP 13068287A JP H07105677 B2 JPH07105677 B2 JP H07105677B2
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input
amplifier
input terminal
differential
preamplifier
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美代一 渡部
信夫 植田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、交流信号を複数の所望レベルに増幅する増
幅器、特にIC化に適した構成の増幅器に関するものであ
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an amplifier for amplifying an AC signal to a plurality of desired levels, and more particularly to an amplifier having a configuration suitable for IC implementation.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第6図は、1つの交流入力信号(直流電圧成分を含む)
を複数個の差動入力型増幅器で増幅し、複数の出力信号
を得る増幅器の従来例を示す構成図である。図におい
て、1は利得Kaの差動入力型前置増幅器(以下、前置増
幅器と記す)、1aはその非反転入力端、1bはその反転入
力端、2は前置増幅器1に後続する利得Kbの第1の差動
入力型増幅器(以下、第1の増幅器と記す)、2aはその
非反転入力端、2bはその反転力入端、3は利得Kcの第2
の差動入力型増幅器(以下、第2の増幅器と記す)、3a
はその非反転入力端、3bはその反転入力端、4は信号入
力端、5は第1の増幅器2の出力を得る第1の出力端、
6は第2の増幅器3の出力を得る第2の出力端である。
7は信号入力端4と前置増幅器1の非反転入力端1aの間
に接続された抵抗(Ra1)、8は信号入力端4と前置増
幅器1の反転入力端1bの間に接続された抵抗(Ra2)、
9は前置増幅器1の反転入力端1bと接地の間に接続され
たコンデンサ(Ca)、10は第1の増幅器2の非反転入力
端2aと前置増幅器1の出力端の間に接続された抵抗(Rb
1)、11は第1の増幅器2の反転入力端2bと前置増幅器
1の出力端の間に接続された抵抗(Rb2)、12は第1の
増幅器2の反転入力端2bと接地の間に接続されたコンデ
ンサ(Cb)、13は第2の増幅器3の非反転入力端3aと信
号入力端4の間に接続された抵抗(Rc1)、14は第2の
増幅器3の反転入力端3bと信号入力端4の間に接続され
た抵抗(Rc2)、15は第2の増幅器3の反転入力端3bと
接地の間に接続されたコンデンサ(Cc)である。
FIG. 6 shows one AC input signal (including DC voltage component)
FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional example of an amplifier that amplifies a plurality of output signals by a plurality of differential input type amplifiers. In the figure, 1 is a differential input type preamplifier with a gain Ka (hereinafter referred to as preamplifier), 1a is its non-inverting input terminal, 1b is its inverting input terminal, and 2 is a gain following the preamplifier 1. The first differential input type amplifier of Kb (hereinafter referred to as the first amplifier), 2a is its non-inverting input end, 2b is its inverting force input end, and 3 is the second gain Kc.
Differential input type amplifier (hereinafter referred to as the second amplifier), 3a
Is its non-inverting input terminal, 3b is its inverting input terminal, 4 is a signal input terminal, 5 is a first output terminal for obtaining the output of the first amplifier 2,
Reference numeral 6 is a second output terminal for obtaining the output of the second amplifier 3.
7 is a resistor (Ra 1 ) connected between the signal input terminal 4 and the non-inverting input terminal 1a of the preamplifier 1, and 8 is connected between the signal input terminal 4 and the inverting input terminal 1b of the preamplifier 1. Resistance (Ra 2 ),
9 is a capacitor (Ca) connected between the inverting input terminal 1b of the preamplifier 1 and ground, and 10 is connected between the non-inverting input terminal 2a of the first amplifier 2 and the output terminal of the preamplifier 1. Resistance (Rb
1 ), 11 is a resistor (Rb 2 ) connected between the inverting input terminal 2b of the first amplifier 2 and the output terminal of the preamplifier 1, and 12 is the inverting input terminal 2b of the first amplifier 2 and the ground. A capacitor (Cb) connected in between, 13 is a resistor (Rc 1 ) connected between the non-inverting input end 3a of the second amplifier 3 and the signal input end 4, and 14 is an inverting input of the second amplifier 3. A resistor (Rc 2 ) connected between the terminal 3b and the signal input terminal 4 is a capacitor (Cc) connected between the inverting input terminal 3b of the second amplifier 3 and the ground.

次に動作について説明する。Next, the operation will be described.

信号入力端4に直流電圧成分を持つ入力信号が加えられ
ると、この信号は抵抗7及び8を介して前置増幅器1の
非反転入力端1a及び反転入力端1bにそれぞれ入力され
る。この特、前置増幅器1の非反転入力端1aには入力信
号がそのまま入力されるのに対し、反転入力端1bにはコ
ンデンサ9により交流成分がバイパスされ、直流成分の
みが入力される。従って前置増幅器1の差動入力として
は交流信号成分のみとなる。これは、もちろん伝送すべ
き信号の周波数に対し、抵抗8とコンデンサ9による低
域遮断周波数が十分低くなるように設定することを前提
としている。
When an input signal having a DC voltage component is applied to the signal input terminal 4, this signal is input to the non-inverting input terminal 1a and the inverting input terminal 1b of the preamplifier 1 via the resistors 7 and 8, respectively. In particular, the input signal is directly input to the non-inverting input terminal 1a of the preamplifier 1, whereas the AC component is bypassed by the capacitor 9 and only the DC component is input to the inverting input terminal 1b. Therefore, the differential input of the preamplifier 1 includes only the AC signal component. This is based on the premise that the low cutoff frequency of the resistor 8 and the capacitor 9 is set to be sufficiently lower than the frequency of the signal to be transmitted.

また、抵抗7及び8は一般は等しい値を選ぶ。Further, the resistors 7 and 8 are generally selected to have the same value.

即ち、 Ra1=Ra2=Ra …(1) これは、増幅器の両入力端に流れる直流バイアス電流に
よって抵抗の端子間に生ずる直流電位差を等しくし、差
動入力の直流バランスをより精度良く確保するためであ
る。但し、かかる直流電位差が増幅器に要求される性能
(例えば、非対称歪率とか入力段以降の直流動作点変動
の許容範囲等)に対し許される値であればこの限りでな
く、その場合は抵抗7は短絡されても良い。
That is, Ra 1 = Ra 2 = Ra (1) This equalizes the DC potential difference generated between the terminals of the resistor due to the DC bias current flowing through both input terminals of the amplifier, and secures the DC balance of the differential input more accurately. This is because However, it is not limited to this value as long as the DC potential difference is a value allowed for the performance required for the amplifier (for example, the asymmetrical distortion rate or the allowable range of the DC operating point variation after the input stage). May be short-circuited.

以上の説明は、全く同じ入力形態である第1の増幅器2
及び第2の増幅器3についても同様であり、従って各抵
抗は一般に、 Rb1=Rb2=Rb …(2) Rc1=Rc2=Rc …(3) と選ぶ。
The above description is for the first amplifier 2 having exactly the same input form.
And for the second amplifier 3 as well, so each resistor is generally chosen to be Rb 1 = Rb 2 = Rb (2) Rc 1 = Rc 2 = Rc (3).

なお、以下の説明においては、議論を簡単にするために
各増幅器の入力インピーダンスが上記抵抗群に比し、十
分高いと仮定して説明する。このような仮定は増幅器の
設計に際し、極めて一般的な手法であると同時に、容易
に実現可能なものである。
In the following description, for simplification of the discussion, it is assumed that the input impedance of each amplifier is sufficiently higher than that of the resistance group. Such an assumption is a very general method for designing an amplifier, and at the same time, can be easily realized.

具体的には、例えば第8図に示すような差動入力回路に
おいて、差動トランジスタの直流電流増幅率を高くす
る、直流バイアス電流を小さく設定する、あるいは差動
トランジスタの共通エミッタ抵抗を大きな値とする等に
より実現される。これについては、例えば、P.R.グレ
イ,R.G.メイヤーの「アナログ集積回路の解析と設計」
(P.R.GRAY,R.G.MEYER,ANALYSIS AND DESIGN OF ANALOG
INTEGRATED CIRUITS":JOHN WILEY & SONS,Inc.1977)
のp158〜p175が参考になる。また、より実用的には第9
図に示すようにエミッタフォロア回路を差動入力端に付
加すれば、差動増幅段の設計自由度を確保しつつ高入力
インピーダンス化が図れることは明らかであり、実際
に、特にIC回路においてよく用いられるものである。さ
らにまた、第10図に示すように、差動トランジスタは電
界効果トランジスタ(FET)を用いても、かかる条件を
容易に満たし得ることは明らかである。
Specifically, for example, in the differential input circuit as shown in FIG. 8, the DC current amplification factor of the differential transistor is increased, the DC bias current is set small, or the common emitter resistance of the differential transistor is set to a large value. And the like. For this, see, for example, PR Gray, RG Meyer's "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits."
(PRGRAY, RGMEYER, ANALYSIS AND DESIGN OF ANALOG
INTEGRATED CIRUITS ": JOHN WILEY & SONS, Inc.1977)
Please refer to p158 to p175. Also, more practically, the ninth
It is clear that if an emitter follower circuit is added to the differential input terminals as shown in the figure, it is possible to achieve high input impedance while ensuring the design flexibility of the differential amplifier stage. Is used. Furthermore, as shown in FIG. 10, it is clear that the differential transistor can easily satisfy such a condition even if a field effect transistor (FET) is used.

次に信号の挙動をより詳細に述べる。Next, the behavior of the signal will be described in more detail.

信号入力端4に加わる入力をVi(s),前値増幅器1の
差動入力をVai(s),出力をVao(s),第1の増幅器
2の差動入力をVbi(s),出力をVbo(s),第2の増
幅器3の差動入力をVci(s),出力をVco(s)とすれ
ば、 と表される。但し、sはラプラス演算子である。
The input applied to the signal input terminal 4 is Vi (s), the differential input of the preamplifier 1 is Vai (s), the output is Vao (s), and the differential input of the first amplifier 2 is Vbi (s), the output. Is Vbo (s), the differential input of the second amplifier 3 is Vci (s), and the output is Vco (s), Is expressed as However, s is a Laplace operator.

これより、伝送すべき信号の周波数に対して、 で表される低域遮断周波数が十分低くなるようにコンデ
ンサの容量Ca,Cb,Ccを大きく設定すれば、(5),
(7),(9)式は伝送すべき信号に対し、 Vao=Ka・Vi(s) …(13) Vbo=Ka・Kb・Vi(s) …(14) Vco=Kc・Vi(s) …(15) となり、出力は各増幅器の利得のみに支配される。
From this, for the frequency of the signal to be transmitted, If the capacitances Ca, Cb, Cc of the capacitor are set large so that the low cutoff frequency represented by
Equations (7) and (9) are for the signal to be transmitted: Vao = Ka · Vi (s) (13) Vbo = Ka · Kb · Vi (s) (14) Vco = Kc · Vi (s) (15) and the output is controlled only by the gain of each amplifier.

一方、直流的な挙動を各増幅器の差動入力についてみる
と、(4),(6),(8)式において、S=0とおけ
ばよいから、 Vai(0)=0 …(16) Vbi(0)=0 …(17) Vci(0)=0 …(18) となり、入力Viに含まれる直流電圧が変化しても各増幅
器の差動入力の直流バランスは保持されることがわか
る。
On the other hand, looking at the DC behavior of the differential input of each amplifier, S = 0 in equations (4), (6), and (8), so Vai (0) = 0 (16) Vbi (0) = 0 ... (17) Vci (0) = 0 ... (18) and it can be seen that the DC balance of the differential input of each amplifier is maintained even if the DC voltage contained in the input Vi changes. .

このように、第6図に示すような構成は、入力信号に含
まれる直流電圧に依存することなく差動入力直流バラン
スを保持できる利点を持つが、一方各々の増幅器に交流
信号バイパス用のコンデンサを設ける必要がある。前述
したように、伝送すべき信号の周波数に対し低域遮断周
波数fa,fb,fcを十分低くするためには、コンデンサ容量
Ca,Cb,Ccを大きくする必要がある。ここで、抵抗値Ra,R
b,Rcを大きくするという方法もあるが、増幅器の入力容
量による高周波特性の劣化(比反転入力側)、抵抗の熱
雑音の増大による増幅器雑音特性の劣化等が起きるため
限界がある。
As described above, the configuration as shown in FIG. 6 has an advantage that the differential input DC balance can be maintained without depending on the DC voltage included in the input signal, but on the other hand, each of the amplifiers has a capacitor for AC signal bypass. Need to be provided. As mentioned above, in order to make the low cutoff frequencies fa, fb, fc sufficiently lower than the frequency of the signal to be transmitted, the capacitor capacitance
It is necessary to increase Ca, Cb, Cc. Where resistance values Ra and R
There is also a method of increasing b and Rc, but there is a limit because deterioration of high frequency characteristics due to the input capacitance of the amplifier (ratio inversion input side) and deterioration of amplifier noise characteristics due to increase in thermal noise of the resistor occur.

一例として、伝送すべき信号の周波数下限が100Hzの場
合を考えると、低域遮断周波数fa,fb,fcはそれより十分
低くする必要がある。仮に、 fa=fb=fc=10 Hz …(19) とし、 Ra=Rb=Rc=10 kΩ …(20) とすれば、 Ca=Cb=Cc≒1.6μF …(21) となる。
As an example, considering the case where the frequency lower limit of the signal to be transmitted is 100 Hz, the low cutoff frequencies fa, fb, and fc need to be sufficiently lower than that. If fa = fb = fc = 10 Hz (19) and Ra = Rb = Rc = 10 kΩ (20), then Ca = Cb = Cc ≈ 1.6 µF (21).

従って第6図に示す回路をIC化する場合、上記仕様にお
いてはコンデンサはICの外付けとせざるを得ず、コンデ
ンサ外付け用のICピンもその数だけ必要になる。
Therefore, when the circuit shown in FIG. 6 is integrated into an IC, the capacitor must be externally attached to the IC according to the above specifications, and the number of IC pins for externally attaching the capacitor is required.

第7図は出力数が1つ増加した例である。図において、
16は利得Kdの増幅器、16aはその非反転入力端、16bはそ
の反転入力端、17は増幅器16の出力を得る出力端、18,1
9は抵抗(Rd)、20はコンデンサ(Cd)であり、増幅器
入力回路系の接続形態は他の増幅器と同じである。
FIG. 7 is an example in which the number of outputs is increased by one. In the figure,
16 is an amplifier of gain Kd, 16a is its non-inverting input terminal, 16b is its inverting input terminal, 17 is an output terminal for obtaining the output of the amplifier 16, 18,1
Reference numeral 9 is a resistor (Rd), 20 is a capacitor (Cd), and the connection form of the amplifier input circuit system is the same as that of other amplifiers.

この例から明らかなように、増幅器の数が増せば、その
数だけコンデンサが増し、コンデンサ外付け用ICピンも
増加することになる。
As is clear from this example, as the number of amplifiers increases, the number of capacitors increases and the number of IC pins for external capacitors increases.

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

以上のように、従来の構成では、増幅器の数だけコンデ
ンサを設けなければならないため、IC化においては、そ
の数だけICピンを設けることになり、ICの大型化ひいて
はコストアップになるという問題点があった。
As described above, in the conventional configuration, as many capacitors as the number of amplifiers have to be provided, so in the case of IC, the number of IC pins must be provided, which causes the problem of increasing the size of the IC and eventually increasing the cost. was there.

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、前置増幅器を含む複数個(3個以上)の増幅
器の差動入力直流バランスを1個のコンデンサで保持で
きる増幅器を得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and provides an amplifier capable of holding the differential input DC balance of a plurality (three or more) of amplifiers including a preamplifier with one capacitor. The purpose is to

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

この発明に係る増幅器は、増幅すべき入力信号が入力さ
れる信号入力端と、非反転入力端が上記信号入力端に接
続された1つの差動入力型前置増幅器と、該差動入力型
前置増幅器の出力端と反転入力端との間に接続された帰
還抵抗と、上記差動入力型前置増幅器の反転入力端と交
流的な接地点との間に接続された1つのコンデンサと、
上記差動入力型前置増幅器の反転入力端と上記信号入力
端との間に接続された抵抗と、上記差動入力型前置増幅
器の反転入力端に一方の入力端が接続され、他方の入力
端が上記差動入力型前置増幅器の出力端に接続された少
なくとも1つの第1の差動入力型増幅器と、上記差動入
力型前置増幅器の反転入力端に一方の入力端に接続さ
れ、他方の入力端が上記信号入力端に接続された少なく
とも1つの第2の差動入力型増幅器とを設けるようにし
たものである。
An amplifier according to the present invention includes a signal input terminal to which an input signal to be amplified is input, one differential input type preamplifier having a non-inverting input terminal connected to the signal input terminal, and the differential input type preamplifier. A feedback resistor connected between the output terminal and the inverting input terminal of the preamplifier, and a capacitor connected between the inverting input terminal of the differential input type preamplifier and an AC ground point. ,
One input terminal is connected to the resistor connected between the inverting input terminal of the differential input type preamplifier and the signal input terminal, and one input terminal is connected to the inverting input terminal of the differential input type preamplifier, and the other At least one first differential input type amplifier having an input terminal connected to the output terminal of the differential input type preamplifier, and one input terminal connected to the inverting input terminal of the differential input type preamplifier And the other input end is provided with at least one second differential input type amplifier connected to the signal input end.

〔作用〕[Action]

この発明においては、上述のように構成したことによ
り、差動入力型前置増幅器に負帰還がかけられ、かつこ
の帰還入力端と接地電位間に設けられたコンデンサの帰
還入力端との接続点に入力信号が抵抗を介して加算さ
れ、この接続点の電圧が複数個の差動入力型増幅器に基
準電圧として入力される。
According to the present invention, with the above-mentioned configuration, the negative feedback is applied to the differential input type preamplifier, and the connection point between the feedback input end and the feedback input end of the capacitor provided between the ground potential and Input signal is added via a resistor, and the voltage at this connection point is input to a plurality of differential input type amplifiers as a reference voltage.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。第1図に
おいて、第6図と同一符号は同一又は相当部分を示し、
21は信号入力端4と前置増幅器1の反転入力端1bの間に
接続された抵抗(Rg)、22は前置増幅器1の出力端と反
転入力端1bの間に接続された抵抗(Rf)、23は反転入力
端1bと接地間に接続されたコンデンサ(Cf)である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, the same reference numerals as in FIG. 6 indicate the same or corresponding parts,
Reference numeral 21 is a resistor (Rg) connected between the signal input terminal 4 and the inverting input terminal 1b of the preamplifier 1, and 22 is a resistance (Rf) connected between the output terminal of the preamplifier 1 and the inverting input terminal 1b. ) And 23 are capacitors (Cf) connected between the inverting input terminal 1b and the ground.

次に動作について説明する。なお、各増幅器の入力イン
ピーダンスは、説明を簡単にするために従来例と同様、
十分に高いとして述べる。
Next, the operation will be described. The input impedance of each amplifier is the same as in the conventional example in order to simplify the explanation.
State it as high enough.

第1図において、信号入力端4に加われ入力をVi
(s),前置増幅器1の差動入力をVai(s),出力をV
ao(s),反転入力端1bの電圧をVf(s),第1の増幅
器2の差動入力をVbi(s),出力をVbo(s),第2の
増幅器3の差動入力をVci(s),出力をVco(s)とす
れば、 と表される。
In FIG. 1, the signal is added to the signal input terminal 4 and the input is Vi.
(S), the differential input of the preamplifier 1 is Vai (s), and the output is V
ao (s), the voltage at the inverting input terminal 1b is Vf (s), the differential input of the first amplifier 2 is Vbi (s), the output is Vbo (s), and the differential input of the second amplifier 3 is Vci. (S) and the output is Vco (s), Is expressed as

これより、伝送すべき信号の周波数に対して、 が十分低くなるようにコンデンサの容量Cfを大きく設定
すれば、(23),(25),(26)式は信号に対して、 Vao(s)=Ka・Vi(s) …(28) Vbo(s)=Ka・Kb・Vi(s) …(29) Vco(s)=Kc・Vi(s) …(30) となり、出力は各増幅器の利得のみに支配される。
From this, for the frequency of the signal to be transmitted, If the capacitance Cf of the capacitor is set to be sufficiently low, then Eqs. (23), (25), and (26) correspond to the signal Vao (s) = Ka · Vi (s) (28) Vbo (S) = Ka · Kb · Vi (s) (29) Vco (s) = Kc · Vi (s) (30), and the output is controlled only by the gain of each amplifier.

一方、直流電圧の挙動については、各増幅器の差動入力
について見ればよいから、(22),(24)式においてS
=0とすれば、 と表される。(28)〜(30)式より、抵抗値Rf,Rgは信
号伝送特性に無関係に選べるから、例として、 Rf=Rg …(33) と設定すれば、 となる。即ち、入力信号に含まれる直流成分が増幅器の
設計中心値Vi(DC)からΔVi(DC)変化した時、各増幅
器の差動入力の直流アンバランスは、ΔVi(DC)が1/
(2+Ka)に圧縮されて現れることになる。従って、信
号入力端4に想定される直流電圧変化ΔVi(DC)に対
し、各増幅器に生ずる差動入力アンバランス量が設計仕
様の許容値以下となるように利得Kaを設定すればよい。
On the other hand, regarding the behavior of the DC voltage, since it is sufficient to look at the differential input of each amplifier, S in Eqs. (22) and (24)
If = 0, Is expressed as From equations (28) to (30), the resistance values Rf and Rg can be selected regardless of the signal transmission characteristics. Therefore, if Rf = Rg (33) is set as an example, Becomes That is, when the DC component included in the input signal changes from the design center value Vi (DC) of the amplifier by ΔVi (DC), the DC imbalance of the differential input of each amplifier is ΔVi (DC) 1 /
It will appear compressed in (2 + Ka). Therefore, with respect to the DC voltage change ΔVi (DC) expected at the signal input terminal 4, the gain Ka may be set so that the differential input imbalance amount generated in each amplifier is equal to or less than the allowable value of the design specification.

この点に関する本実施例の効果をより明確に示すため
に、第1の増幅器2が非線形増幅器、具体的には振幅制
限器(以下、リミッタと記す)の場合を例に挙げて以下
に説明する。
In order to more clearly show the effect of this embodiment in this regard, a case where the first amplifier 2 is a non-linear amplifier, specifically, an amplitude limiter (hereinafter, referred to as a limiter) will be described below as an example. .

第4図(a)は、リミッタ(第1の増幅器2)の入出力
特性の概要を示した図である。図において、Vlim−out
は最大出力(P−P値),Vlim−inはリミッティングが
かかりはじめる入力振幅(P−P値)であり、入力がVl
im−inより小さい時は線形増幅され、それ以上では出力
はVlim−outに抑えられる。
FIG. 4A is a diagram showing an outline of the input / output characteristics of the limiter (first amplifier 2). In the figure, Vlim-out
Is the maximum output (P-P value), Vlim-in is the input amplitude (P-P value) where limiting begins, and the input is Vl
When it is smaller than im-in, it is linearly amplified. Above that, the output is suppressed to Vlim-out.

この第4図(a)に示す入出力特性を得る具体的手段と
しては、例えば第8図の差動回路がよく用いられる。第
8図において、共通エミッタ抵抗をR1,コレクタ抵抗をR
2,定電流源に流れる電流をそれぞれIとし、差動トラン
ジスタのエミッタ動抵抗reがre<<R1とすれば、 Vlim−out=2IR2 …(35) Vlim−in=2IR1 …(36) Kl=R2/R1(Kl:小信号線形利得) …(37) となる。
As a concrete means for obtaining the input / output characteristics shown in FIG. 4 (a), for example, the differential circuit shown in FIG. 8 is often used. In Fig. 8, the common emitter resistance is R 1 and the collector resistance is R
2, the current flowing through the constant current source is I, respectively, if the emitter dynamic resistance re of the differential transistors and re << R1, Vlim-out = 2IR 2 ... (35) Vlim-in = 2IR 1 ... (36) kl = R 2 / R 1 ( kl: small signal linear gain) ... a (37).

なお、リミッタには前置増幅器1が設けられているの
で、信号入力端4から第1の出力端5までの入出力特性
は第4図(b)のように表される。つまり、前置増幅器
1は線形動作から非線形動作に遷移する入力レベルを等
価的に小振幅領域に移行させる役割を果たす。
Since the limiter is provided with the preamplifier 1, the input / output characteristics from the signal input end 4 to the first output end 5 are expressed as shown in FIG. 4 (b). That is, the preamplifier 1 plays a role of equivalently shifting the input level transitioning from the linear operation to the non-linear operation to the small amplitude region.

次に、入力信号Viに含まれる直流成分が設計中心値Vi
(DC)から、最大でΔVi(DC)変化すると想定される場
合、その時のリミッタの入出力特性は第5図(a)に示
すようになる。(33)式と同様、Rf=Rgとすれば、リミ
ッタ入力の直流動作点は、1/(2+Ka)・ΔVi(DC)変
化する。これにより、リミッタ出力は第5図(a)のよ
うに比較的小振幅入力時においては非対称なリミッティ
ング波形となる。
Next, the DC component included in the input signal Vi is the design center value Vi.
When it is assumed that ΔVi (DC) changes from (DC) at the maximum, the input / output characteristics of the limiter at that time are as shown in FIG. 5 (a). Similar to equation (33), if Rf = Rg, the DC operating point of the limiter input changes by 1 / (2 + Ka) · ΔVi (DC). As a result, the limiter output has an asymmetric limiting waveform when a relatively small amplitude is input as shown in FIG.

具体的な数値例として下記を考える。Consider the following as specific numerical examples.

これより となる。 Than this Becomes

今、出力の非対称性を評価する量Dとして、 を定義とすると、上記数値例での評価結果値として(4
0)式の値をDeとすれば、 De=0.05 …(41) となる。もし、この増幅器に要求される性能として、
(40)式から得られる許容限Dsが、Ds=0.1であればDe
<Dsとなり、要求性能を満たすが、もし、 Ds=0.03 …(42) であった場合、上記評価結果値DeはDe>Dsとなり、要求
性能を満たすことができない。
Now, as a quantity D for evaluating the asymmetry of the output, Is defined as (4
If the value of the equation (0) is De, then De = 0.05 (41). If the performance required for this amplifier,
If the allowable limit Ds obtained from Eq. (40) is Ds = 0.1, De
<Ds, which satisfies the required performance, but if Ds = 0.03 ... (42), the above evaluation result value De becomes De> Ds, and the required performance cannot be satisfied.

しかしながら、本発明による増幅器では次のような方法
で要求される性能を容易に実現することができる。
However, the amplifier according to the present invention can easily realize the required performance by the following method.

即ち第5図(b)に示す如く、 とする。なお、Vlim−inを2倍にするには、(36)式よ
り第8図の例において共通エミッタ抵抗R1を2倍にすれ
ばよい。
That is, as shown in FIG. 5 (b), And In order to double Vlim-in, the common emitter resistance R 1 in the example of FIG. 8 can be doubled according to the equation (36).

(37),(43)式より、 となり、信号入力端4から第1の出力端5までの入出力
特性は前述の場合と同一になる。
From equations (37) and (43), Therefore, the input / output characteristics from the signal input terminal 4 to the first output terminal 5 are the same as in the above case.

このとき、(40),(41)式は、 となり、De′は許容限の半分以下に抑えられる。At this time, equations (40) and (41) are And De ′ can be suppressed to less than half of the allowable limit.

また、(34)式から明らかなように、前置増幅器1及び
第2の増幅器3の差動入力直流動作点変化,ΔVai(D
C),ΔVci(DC)も と自動的に改善される。
Further, as is clear from the equation (34), the change in the differential input DC operating point of the preamplifier 1 and the second amplifier 3, ΔVai (D
C), ΔVci (DC) also And automatically improved.

言い換えるならば、線形増幅,非線形増幅を問わず、前
置増幅器及び第1,第2の増幅器の差動入力直流アンバラ
ンスが要求される許容限界値以下となるように前値増幅
器の利得Kaを設定すれば、目的とする仕様,性能の増幅
器を容易に実現することができる。
In other words, the gain Ka of the preamplifier is adjusted so that the differential input DC imbalance of the preamplifier and the first and second amplifiers is equal to or less than the required limit value regardless of linear amplification or non-linear amplification. If set, an amplifier having desired specifications and performance can be easily realized.

また、各増幅器の差動入力回路が例えば第8図,第9図
の如きバイポーラトランジスタで構成されるような場
合、その入力端には一定のベースバイアス電流が流れ
る。
Further, when the differential input circuit of each amplifier is composed of bipolar transistors as shown in FIGS. 8 and 9, for example, a constant base bias current flows at the input end thereof.

いま、第1図に示すように、前置増幅器1の各入力端に
Ia,第1の増幅器2の各入力端にIb,第2の増幅器3の各
入力端にIcなるベースバイアス電流が流れるとする。こ
のとき、Rfに流れる電流をIf,Rgに流れる電流をIgとす
ると、 If+Ig=Ia+Ib+Ic …(48) となる。これより、 Ra Ia=Rb Ib=Rc Ic =Rf If=Rg Ig …(49) を満たすように抵抗Ra,Rb,Rc,Rf,Rgを定めれば、各増幅
器の差動入力の直流バランスは、より精度良く確保され
る。例えば、 Ia=Ib=Ic=Io …(50) と設計した場合、(48)式より、 If+Ig=3Io …(51) また、(49)式より Ra Io=Rb Io=Rc Io =Rf If=Rg Ig …(52) となり、故に Ra=Rb=Rc=Ro …(53) とすればよい。また(51)式より、例えば If=Ig=(3/2)Io …(54) とすれば、(52)式より Rf=Rg=(2/3)Ro …(55) となり、各増幅器の入力端の直流電圧は全て等しくな
る。もちろん、(51),(52)式を満たす範囲であれば
RfとRgの値は自由に選べることはもちろんである。
Now, as shown in FIG. 1, at each input terminal of the preamplifier 1,
It is assumed that a base bias current of Ib flows through Ia, each input terminal of the first amplifier 2 and Ib flows through each input terminal of the second amplifier 3. At this time, if If the current flowing through Rf is If and the current flowing through Rg is Ig, then: If + Ig = Ia + Ib + Ic (48) From this, if the resistors Ra, Rb, Rc, Rf, and Rg are set so that Ra Ia = Rb Ib = Rc Ic = Rf If = Rg Ig (49), the DC balance of the differential input of each amplifier is , More accurately secured. For example, if Ia = Ib = Ic = Io (50) is designed, from equation (48) If + Ig = 3Io (51) Also from equation (49) Ra Io = Rb Io = Rc Io = Rf If = Rg Ig (52), so Ra = Rb = Rc = Ro (53). Moreover, if if = Ig = (3/2) Io ... (54) from equation (51), then Rf = Rg = (2/3) Ro ... (55) from equation (52). The DC voltages at the input terminals are all equal. Of course, if the range satisfies the expressions (51) and (52),
Of course, the values of Rf and Rg can be freely selected.

但し、このような設定はベースバイアス電流による抵抗
両端の直流電圧降下が前述した差動入力直流アンバラン
スの許容限界値に対し、無視し得る大きさであれば考慮
する必要はなく、例えば、Ra=Rb=Rc=0としてもよ
い。
However, such a setting need not be considered if the DC voltage drop across the resistor due to the base bias current is negligible with respect to the allowable limit value of the differential input DC imbalance described above. = Rb = Rc = 0 may be set.

なお、上記実施例では、出力数を2としたが、第2図は
第7図の従来例と同様の形で出力数を1つ増加した例で
ある。この場合、増幅器16の差動入力Vdi(s)は、 となる。また、前置増幅器1,第1の増幅器2,第2の増幅
器3の差動入力及び出力は全て第1図の実施例と同一に
なる。故に、 Vai(s)=Vci(s)=Vdi(s) …(57) が成立する。従って本発明の効果は増幅器16の差動入力
についても同様に及ぶ。また、増幅器16の各入力端に流
れるベースバイアス電流をId,抵抗18をRdとした場合、
(48),(49)式と同様にして、 If+Ig=Ia+Ib+Ic+Id …(58) Ra Ia=Rb Ib=Rc Ic=Rd Id =Rf If=Rg Ig …(59) を満たすように電流と抵抗値を設定すれば、より精度良
く差動入力直流バランスが確保できるという点も第1図
の実施例と同様である。
Although the number of outputs is two in the above embodiment, FIG. 2 is an example in which the number of outputs is increased by one in the same manner as the conventional example of FIG. In this case, the differential input Vdi (s) of the amplifier 16 is Becomes Further, the differential inputs and outputs of the preamplifier 1, the first amplifier 2, and the second amplifier 3 are all the same as those in the embodiment of FIG. Therefore, Vai (s) = Vci (s) = Vdi (s) (57) holds. Therefore, the effect of the present invention extends to the differential input of the amplifier 16 as well. When the base bias current flowing through each input terminal of the amplifier 16 is Id and the resistor 18 is Rd,
Similar to Eqs. (48) and (49), if + Ig = Ia + Ib + Ic + Id (58) Ra Ia = Rb Ib = Rc Ic = Rd Id = Rf If = Rg Ig (59) It is similar to the embodiment shown in FIG. 1 in that the differential input DC balance can be secured more accurately if set.

これらのことより、出力数を同様の形態でさらに増加さ
せていっても、本発明の効果が全ての増幅器において成
立することは明らかである。
From these facts, it is clear that the effect of the present invention holds in all amplifiers even if the number of outputs is increased in the same manner.

また第3図は、異なる形で出力数を1つ増加した実施例
であり、前置増幅器1の出力を2個の増幅器に供給する
形態である。図にいて、24は利得Keの増幅器、24aはそ
の非反転入力端、24bはその反転入力端、25は増幅器24
の出力を得る出力端、26は抵抗Reである。
FIG. 3 shows an embodiment in which the number of outputs is increased by one in a different form, and the output of the preamplifier 1 is supplied to two amplifiers. In the figure, 24 is an amplifier of gain Ke, 24a is its non-inverting input terminal, 24b is its inverting input terminal, and 25 is an amplifier 24.
An output end for obtaining the output of, 26 is a resistor Re.

増幅器24の差動入力Vei(S)は、 となる。また、前置増幅器1,第1の増幅器2,第2の増幅
器3の差動入力及び出力は全て第1図の実施例と同一に
なる。故に、 Vbi(s)=Vei(s) …(61) が成立する。従って本発明の効果は増幅器24の差動入力
についても同様に及ぶ。また、増幅器24の各入力端に流
れるベースバイアス電流をIeとした場合、(48),(4
9)式と同様にして、 If+Ig=Ia+Ib+Ic+Ie …(62) Ra Ia=Rb Ib=Rc Ic=Re Ie =Rf If=Rg Ig …(63) を満たすように電流と抵抗値を設定すれば、より精度良
く差動入力直流バランスが確保できるという点も第1図
の実施例と同じである。
The differential input Vei (S) of the amplifier 24 is Becomes Further, the differential inputs and outputs of the preamplifier 1, the first amplifier 2, and the second amplifier 3 are all the same as those in the embodiment of FIG. Therefore, Vbi (s) = Vei (s) (61) holds. Therefore, the effect of the present invention extends to the differential input of the amplifier 24 as well. When the base bias current flowing through each input terminal of the amplifier 24 is Ie, (48), (4
Similar to the equation (9), if + Ig = Ia + Ib + Ic + Ie (62) Ra Ia = Rb Ib = Rc Ic = Re Ie = Rf If = Rg Ig (63) The fact that the differential input DC balance can be ensured with high accuracy is also the same as in the embodiment of FIG.

これらのことより、出力数を同様の形態でさらに増加さ
せても本発明の効果が全ての増幅器において成立するこ
とは明らかである。
From these facts, it is clear that the effect of the present invention can be established in all amplifiers even if the number of outputs is increased in the same manner.

さらに、第2図,第3図の実施例を組合わせた形態(図
示せず)、即ち前置増幅器1の後段に、増幅器24と同様
に接続形態で複数の増幅器を設け、かつ増幅器16と同様
の接続形態で複数の増幅器を設けた構成でも本発明の効
果が全ての増幅器において成立することは容易に類推さ
れる。
Further, a plurality of amplifiers are provided in a connection form similar to the amplifier 24 in a form (not shown) in which the embodiments of FIGS. 2 and 3 are combined, that is, after the preamplifier 1, and an amplifier 16 is provided. It can be easily inferred that the effects of the present invention can be achieved in all amplifiers even in a configuration in which a plurality of amplifiers are provided in the same connection form.

また、第1図,第2図,第3図に示す実施例では、出力
を得る増幅器が全て同相増幅となっているが、これは逆
相であってもよく、要は出力として同相,逆相いずれの
極性の信号を各増幅器から取り出したいかによって定め
ればよいものであり、本発明の効果がそれによって損な
われないことは言うまでもない。
Further, in the embodiments shown in FIGS. 1, 2, and 3, all the amplifiers that obtain the output are in-phase amplification, but this may be in the opposite phase, and the point is that the output is in-phase and inverse. It suffices to determine the polarity of each phase signal to be extracted from each amplifier, and it goes without saying that the effect of the present invention is not impaired thereby.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように、この発明に係る増幅器によれば、増幅す
べき入力信が入力される信号入力端と、非反転入力端が
上記信号入力端に接続された1つの差動入力型前置増幅
器と、該差動入力型前置増幅器の出力端と反転入力端と
の間に接続された帰還抵抗と、上記差動入力型前置増幅
器の反転入力端と交流的な接地点との間に接続された1
つのコンデンサと、上記差動入力型前置増幅器の反転入
力端と上記信号入力端との間に接続された抵抗と、上記
差動入力型前置増幅器の反転入力端に一方の入力端が接
続され、他方の入力端が上記差動入力型前置増幅器の出
力端に接続された少なくとも1つの第1の差動入力型増
幅器と、上記差動入力型前置増幅器の反転入力端に一方
の入力端が接続され、他方の入力端が上記信号入力端に
接続された少なくとも1つの第2の差動入力型増幅器と
を設けるようにしたので、出力を得る複数の差動入力型
増幅器と1つの差動入力型前置増幅器の差動入力直流バ
ランスを1個のコンデンサで保持することができ、装置
のIC化に際し、ピン数および外付け部品の削減により装
置を安価に実現できるという効果がある。
As described above, according to the amplifier of the present invention, one differential input type preamplifier in which the signal input end to which the input signal to be amplified is input and the non-inverting input end are connected to the signal input end is provided. A feedback resistor connected between the output terminal and the inverting input terminal of the differential input type preamplifier, and between the inverting input terminal of the differential input type preamplifier and the AC ground point. Connected 1
One capacitor, a resistor connected between the inverting input terminal of the differential input type preamplifier and the signal input terminal, and one input terminal connected to the inverting input terminal of the differential input type preamplifier. And the other input terminal is connected to the output terminal of the differential input type preamplifier, and at least one first differential input type amplifier and one of the inverting input terminals of the differential input type preamplifier. Since at least one second differential input type amplifier having the input end connected and the other input end connected to the signal input end is provided, a plurality of differential input type amplifiers for obtaining outputs and 1 The differential input DC balance of two differential input type preamplifiers can be held by one capacitor, and when the device is made into an IC, the number of pins and external parts can be reduced, and the device can be realized at low cost. is there.

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

第1図はこの発明の一実施例による増幅器を示す構成
図、第2図及び第3図はこの発明の他の実施例の増幅器
を示す構成図、第4図及び第5図はこの発明の実施例に
関連する振幅制限器の入出力特性を表す模式図、第6図
は従来の増幅器を示す構成図、第7図は他の従来例の増
幅器を示す構成図、第8図,第9図,第10図はそれぞれ
差動入力回路の例を示す回路図である。 1……前置増幅器、2,3,16,24……増幅器、4……信号
入力端、5,6,17,25……出力端、21,22……抵抗、23……
コンデンサ。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing an amplifier according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are block diagrams showing an amplifier of another embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are views showing the amplifier of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram showing the input / output characteristics of an amplitude limiter related to the embodiment, FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional amplifier, FIG. 7 is a configuration diagram showing another conventional amplifier, and FIGS. FIG. 10 and FIG. 10 are circuit diagrams showing examples of differential input circuits. 1 …… Preamplifier, 2,3,16,24 …… Amplifier, 4 …… Signal input end, 5,6,17,25 …… Output end, 21,22 …… Resistance, 23 ……
Capacitors. The same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】増幅すべき入力信号が入力される信号入力
端と、 非反転入力端が上記信号入力端に接続された1つの差動
入力型前置増幅器と、 該差動入力型前置増幅器の出力端と反転入力端との間に
接続された帰還抵抗と、 上記差動入力型前置増幅器の反転入力端と交流的な接地
点との間に接続された1つのコンデンサと、 上記差動入力型前置増幅器の反転入力端と上記信号入力
端との間に接続された抵抗と、 上記差動入力型前置増幅器の反転入力端に一方の入力端
が接続され、他方の入力端が上記差動入力型前置増幅器
の出力端に接続された少なくとも1つの第1の差動入力
型増幅器と、 上記差動入力型前置増幅器の反転入力端に一方の入力端
が接続され、他方の入力端が上記信号入力端に接続され
た少なくとも1つの第2の差動入力型増幅器とを備えた
ことを特徴とする増幅器。
1. A signal input terminal for inputting an input signal to be amplified, a differential input type preamplifier having a non-inverting input terminal connected to the signal input terminal, and a differential input type preamplifier. A feedback resistor connected between the output terminal of the amplifier and the inverting input terminal; and a capacitor connected between the inverting input terminal of the differential input type preamplifier and an AC ground point, A resistor connected between the inverting input terminal of the differential input type preamplifier and the signal input terminal, and one input terminal connected to the inverting input terminal of the differential input type preamplifier, and the other input At least one first differential input type amplifier whose end is connected to the output end of the differential input type preamplifier; and one input end connected to the inverting input end of the differential input type preamplifier. , At least one second differential input type with the other input end connected to the signal input end Amplifier, characterized in that a width unit.
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