JPH11195940A - 可変利得増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御電圧に対して入力レンジが急激に変化し
ない可変利得増幅器を得るとともに、入力レンジを広域
化した可変利得増幅器を提供する。 【解決手段】 電源Ｖccに負荷Ｌを介して電流コントロ
ーラＣ１およびＣ２が共通に接続されている。そして、
電流コントローラＣ１およびＣ２の入力は、それぞれ電
流増幅部Ａ１およびＡ２の出力に接続され、電流増幅部
Ａ１およびＡ２は、それぞれ定電流源ＣＳ１およびＣＳ
２を介して接地レベルＧＮＤに接続されている。なお、
電流増幅部Ａ１は高利得であり、電流増幅部Ａ２は低利
得である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は可変利得増幅器に関
し、特に、入力レンジを広げた可変利得増幅器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信等の無線通信の送受信機では
環境的要因で信号強度が大きく変化する場合がある。よ
り正確に信号の送受信を行うには、信号強度が小さい場
合は増幅器の利得を大きくし、逆に信号強度が大きいと
きには増幅器の利得を小さくするといった電力制御が必
要である。このため、信号強度に応じて利得を変化させ
ることができる可変利得増幅器を使用する。

【０００３】＜装置構成＞図１３に従来の可変利得増幅
器９０の構成を示す。図１３に示すように、可変利得増
幅器９０は、共通の抵抗（負荷抵抗）Ｒ１およびＲ２を
有した高利得の差動増幅器１と低利得の差動増幅器２を
備えている。なお、抵抗Ｒ１とＲ２は同じ抵抗値ＲLを
有している。

【０００４】差動増幅器１は、電源Ｖccに共通に接続さ
れた抵抗Ｒ１およびＲ２（抵抗値は共にＲL）にコレク
タ電極が接続されたＮＰＮトランジスタＱ１およびＱ２
を有している。そしてトランジスタＱ１およびＱ２のエ
ミッタ電極は、それぞれＮＰＮトランジスタＱ３および
Ｑ４のコレクタ電極に接続されるとともに、抵抗（帰還
抵抗）Ｒ３を介して共通に接続されている。また、トラ
ンジスタＱ３のエミッタ電極はＮＰＮトランジスタＱ５
のコレクタ電極に接続され、トランジスタＱ５のエミッ
タ電極は抵抗Ｒ４を介して接地レベルＧＮＤに接続され
ている。

【０００５】差動増幅器２は、電源Ｖccに共通に接続さ
れた抵抗Ｒ１およびＲ２にコレクタ電極が接続されたＮ
ＰＮトランジスタＱ６およびＱ７を有している。そして
トランジスタＱ６およびＱ７のエミッタ電極は、それぞ
れＮＰＮトランジスタＱ８およびＱ９のコレクタ電極に
接続されるとともに、抵抗（帰還抵抗）Ｒ５を介して共
通に接続されている。また、トランジスタＱ９のエミッ
タ電極はＮＰＮトランジスタＱ１０のコレクタ電極に接
続され、トランジスタＱ１０のエミッタ電極は抵抗Ｒ６
を介して接地レベルＧＮＤに接続されている。

【０００６】そして、トランジスタＱ１およびＱ６のベ
ース電極は入力端子Ｔ１に接続され、トランジスタＱ２
およびＱ６のベース電極は入力端子Ｔ２に接続され、ト
ランジスタＱ３およびＱ４のベース電極は制御端子Ｔ３
に接続され、トランジスタＱ８およびＱ９のベース電極
は制御端子Ｔ４に接続され、トランジスタＱ５およびＱ
１０のベース電極は可変バイアス入力端子Ｔ５に接続さ
れ、トランジスタＱ２およびＱ７のコレクタ電極は出力
端子Ｔ６に接続され、トランジスタＱ１およびＱ６のコ
レクタ電極は出力端子Ｔ７に接続されている。

【０００７】また、トランジスタＱ５のコレクタ電極に
はトランジスタＱ８のエミッタ電極が接続され、トラン
ジスタＱ１０のコレクタ電極にはトランジスタＱ４のエ
ミッタ電極が接続されている。

【０００８】ここで、トランジスタＱ３、Ｑ４、Ｑ８、
Ｑ９で構成される回路を制御回路３、トランジスタＱ
５、Ｑ１０および抵抗Ｒ４、Ｒ６で構成される回路を可
変電流源４と呼称する。

【０００９】また、帰還抵抗である抵抗Ｒ３およびＲ５
はそれぞれＲEGおよびＲELの値を有し、ＲEG＜ＲELの関
係がある。

【００１０】一般的に、制御電圧に対する利得の可変特
性、および出力に歪みの生じない入力許容範囲を示す入
力レンジ特性が可変利得増幅器の重要な性能とされてい
る。以下、可変利得増幅器９０における利得の可変特性
および入力レンジ特性について説明する。

【００１１】＜利得の可変特性＞まず、利得の可変特性
について説明する。差動増幅器１および２のそれぞれの
利得Ｇ0GおよびＧ0Lと、可変利得増幅器９０全体の利得
Ｇ0Tは、以下の数式（１）、（２）、（３）で表すこと
ができる。

【００１２】

【数１】

【００１３】

【数２】

【００１４】

【数３】

【００１５】数式（１）〜（３）において、ＶTはサー
マルボルテージ（thermal voltage）であり、ｋＴ／ｑ
で表される値である。ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔ
は温度、ｑは電荷素量である。また、差動増幅器１およ
び２の動作電流ＩQ0GおよびＩQ0Lは、制御端子Ｔ３およ
びＴ４間に与えられる制御電圧Ｖctによって制御され
る。

【００１６】図１４に、制御電圧Ｖctの変化に対する差
動増幅器１および２の動作電流ＩQ0G（トランジスタＱ
１およびＱ２に流れる電流の合計）および動作電流ＩQ0
L（トランジスタＱ６およびＱ７に流れる電流の合計）
の変化の状態の一例を示す。図１４において、横軸に示
す制御電圧Ｖctを±０．１Ｖの範囲で変化させると、縦
軸に示す動作電流ＩQ0GおよびＩQ0Lは、それぞれ殆ど０
から差動増幅器１および２のバイアス電流ＩEE（抵抗Ｒ
４およびＲ６に流れる電流の合計）の範囲で変化する。

【００１７】例えば、定電流源４の電流の殆どが差動増
幅器１に流れている状態から制御電圧Ｖctを小さくして
いくと、ＩQ0Gは減少し、ＩQ0Lは増加する。よって数式
（１）および（２）より、差動増幅器１の利得Ｇ0Gは低
くなり、差動増幅器２の利得Ｇ0Lは高くなることが判
る。従って、入力信号が極めて大きい場合には、差動増
幅器１の利得Ｇ0Gを低くし、差動増幅器２の利得Ｇ0Lを
高くすることで、入力信号が増幅され過ぎて、出力端子
Ｔ６およびＴ７に接続される内部装置（図示せず）を破
壊することを防止でき、また、入力信号が極めて小さい
場合には、差動増幅器１の利得Ｇ0Gを高くすることで、
入力信号を内部装置（図示せず）に適した大きさにまで
増幅することができる。

【００１８】このように可変利得増幅器９０は高利得の
差動増幅器１と低利得の差動増幅器２とを備えていたの
で、制御電圧Ｖctを調整することで入力信号が極めて大
きい場合や、入力信号が極めて小さい場合に対応するこ
とができる。しかし、高利得の差動増幅器１および低利
得の差動増幅器２に流れる電流を単純加算して抵抗Ｒ１
およびＲ２に流す構成となっているので、差動増幅器１
の利得Ｇ0Gと差動増幅器２の利得Ｇ0Lとの差が大きいと
きには、差動増幅器１の利得Ｇ0Gが支配的になる。この
現象を図１５を用いて説明する。

【００１９】図１５において横軸に制御電圧Ｖctを、縦
軸に利得を示す。そして、差動増幅器１の利得特性をＧ
0G、差動増幅器２の利得特性をＧ0L、可変利得増幅器９
０全体の利得特性をＧ0Tとして示す。図１５に示すよう
に、差動増幅器１の利得特性Ｇ0Gと差動増幅器２の利得
特性Ｇ0Lが交差する制御電圧Ｖctの値から差動増幅器１
の利得が支配的になり、利得特性Ｇ0Tは利得特性Ｇ0Gに
ほぼ一致するようになっていることが判る。すなわち、
動作電流ＩQ0Gが小さいうちは、数式（１）においては
ＶT／ＩQ0Gの項が支配的となって利得特性Ｇ0Gの増加傾
向は顕著である。一方、動作電流ＩQ0Lは大きく、数式
（２）においては抵抗値ＲELで決定されるので、利得特
性Ｇ0Lは殆ど変化しない。よって利得特性Ｇ0Gが利得特
性Ｇ0Lを越えれば数式（３）から判るように利得特性Ｇ
0Tにおいて利得特性Ｇ0Gが支配的となる。さらに、動作
電流ＩQ0Gが増加すれば、動作電流ＩQ0Lは小さくなり、
抵抗値ＲELよりもＶT／ＩQ0Lの項が支配的となって利得
特性Ｇ0Lが下がり、利得特性Ｇ0Gの支配が続く。

【００２０】＜入力レンジ特性＞次に、入力レンジ特性
について説明する。差動増幅器の入力レンジは一般的に
動作電流と帰還抵抗との積で決まる。従って、動作電流
が同じであれば、エミッタ帰還抵抗である抵抗Ｒ３およ
びＲ５の抵抗値はＲEG＜ＲELなので、差動増幅器１の入
力レンジは狭く、低利得増幅器２の入力レンジは広いこ
とになる。これは、抵抗Ｒ３における電圧降下が小さい
のでトランジスタＱ１、Ｑ２におけるベース−エミッタ
間電圧が大きくなり、抵抗Ｒ５における電圧降下が小さ
いのでトランジスタＱ６、Ｑ７におけるベース−エミッ
タ間電圧が小さくなることに起因している。

【００２１】ここで、差動増幅器１の動作電流ＩQ0Gが
十分０に近い制御電圧Ｖctの領域、例えば、図１４に示
す−０．１Ｖ〜−０．０５Ｖの領域では差動増幅器２の
入力レンジが十分広く、可変利得増幅器９０の入力レン
ジは、殆ど差動増幅器２により決定される。しかし、こ
の領域を超えて制御電圧Ｖctが大きくなると、差動増幅
器２の入力レンジが狭くなり、逆に差動増幅器１の入力
レンジが広がって、可変利得増幅器９０の入力レンジ
は、殆ど差動増幅器１により決定されることになる。た
だし、差動増幅器２よりも高い利得を得るため、差動増
幅器１の入力レンジの最大値は、差動増幅器２の入力レ
ンジの最大値よりも小さくなるように設定されているの
で、結果として可変利得増幅器９０の入力レンジは小さ
くなる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】従来の可変利得増幅器
９０は以上のように構成されているので、差動増幅器２
が支配的な制御電圧Ｖctの領域、例えば、図１４に示す
−０．１Ｖ〜−０．０５Ｖの領域においても制御電圧Ｖ
ctの正方向への増加に伴って差動増幅器２の動作電流Ｉ
Q0Lは急激に減少し、抵抗Ｒ５にかかる電圧が小さくな
るため、入力レンジが急激に小さくなるという問題があ
った。

【００２３】また、トランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５のよ
うにトランジスタが３段にカスコード（cascode:cascad
ed triode）接続されているので、個々のトランジスタ
の最大許容入力振幅は小さくなる。トランジスタが動作
する際のベース−エミッタ間電圧を０．８Ｖとすれば、
例えば、電源電圧が３Ｖの場合、ベース電極の最大許容
入力振幅は２．２Ｖ（３Ｖ−０．８Ｖ）程度である。し
かし、トランジスタが３段にカスコード接続されている
場合、３Ｖ−（０．８×３）Ｖにより、ベース電極の最
大許容入力振幅は０．６Ｖ程度となる。ベース電極の入
力電圧がこの値よりも大きくなると、トランジスタの出
力が歪むので、トランジスタの最大許容入力振幅は大き
い方が良い。なお、一般的に差動増幅器の入力レンジ
は、当該差動増幅器の差動対を構成するトランジスタの
最大許容入力振幅以下であるので、当該トランジスタの
最大許容入力振幅が小さいと、入力レンジも大きくでき
ないという問題がある。

【００２４】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、制御電圧に対して入力レンジが急激に変
化しない可変利得増幅器を得るとともに、入力レンジを
広域化した可変利得増幅器を提供するものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の可変利得増幅器は、電源に接続された負荷と、前記
負荷に、それぞれの出力が共通に接続された第１および
第２の電流コントローラと、前記第１および第２の電流
コントローラの入力に、その出力が接続された第１およ
び第２の電流増幅部と、前記第１および第２の電流増幅
部に接続され、該第１および第２の電流増幅部に電流を
供給する第１および第２の定電流源とを備え、前記第１
および第２の電流コントローラの出力が、前記可変利得
増幅器の出力であって、前記第１の電流増幅部は、前記
第２の電流増幅部に比較して高利得であって、前記第２
の電流増幅部は、前記第１の電流増幅部に比較して低利
得であって、前記第１および第２の電流コントローラ
は、制御信号によって互いに逆方向に電流量を調整し、
前記第１および第２の電流増幅部は、共通に与えられた
入力信号をそれぞれ増幅して出力し、前記第１および第
２の電流コントローラによって、前記第１および第２の
電流増幅部の出力配分を調整するものである。

【００２６】本発明に係る請求項２記載の可変利得増幅
器は、前記負荷が、前記電源にそれぞれの一方端が共通
に接続された第１および第２の抵抗素子であって、前記
第１の電流コントローラは、第１出力が前記第１の抵抗
素子の他方端に接続され、第２出力が前記電源に接続さ
れた第１の差動対と、第１出力が前記第２の抵抗素子の
他方端に接続され、第２出力が前記電源に接続された第
２の差動対とを備え、前記第１および第２の差動対の前
記第１出力が、前記可変利得増幅器の出力であって、前
記第２の電流コントローラは、第１出力が前記第１の抵
抗素子の他方端に接続され、第２出力が前記電源に接続
された第３の差動対と、第１出力が前記第２の抵抗素子
の他方端に接続され、第２出力が前記電源に接続された
第４の差動対とを備え、前記第１の電流増幅部は、第１
出力が、前記第１の差動対の共通エミッタに接続され、
第２出力が前記第２の差動対の共通エミッタに接続さ
れ、それぞれのエミッタが電気的に接続された第１の差
動増幅器を備え、前記第２の電流増幅部は、その第１出
力が、前記第３の差動対の共通エミッタに接続され、そ
の第２出力が前記第４の差動対の共通エミッタに接続さ
れ、それぞれのエミッタが電気的に接続された第２の差
動増幅器を備え、前記制御信号は、第１および第２の制
御信号で構成され、前記第１の制御信号は、前記第１お
よび第２の差動対の前記第１出力側のトランジスタと、
前記第３および第４の差動対の前記第２出力側のトラン
ジスタとを制御し、前記第２の制御信号は、前記第３お
よび第４の差動対の前記第１出力側のトランジスタと、
前記第１および第２の差動対の前記第２出力側のトラン
ジスタとを制御し、前記第１および第２の電流増幅部の
入力には、第１および第２の信号が与えられ、前記第１
の信号は、前記第１および第２の差動増幅器の、前記第
１出力側のトランジスタを制御し、前記第２の信号は、
前記第１および第２の差動増幅器の、前記第２出力側の
トランジスタを制御する。

【００２７】本発明に係る請求項３記載の可変利得増幅
器は、一方端が前記電源に接続された第１の負荷と、前
記第１の負荷の他方端にその一方端が接続された第２の
負荷と、前記第２の負荷の他方端に、その出力が接続さ
れた第３の電流増幅部と、前記第１の負荷の他方端に、
その出力が接続された第４の電流増幅部と、前記第３お
よび第４の電流増幅部の入力に接続された第１および第
２の可変電流源とを有した前段増幅器をさらに備え、前
記第３の電流増幅部は、前記第４の電流増幅部に比較し
て高利得であって、前記第４の電流増幅部は、前記第３
の電流増幅部に比較して低利得であって、前記第３およ
び第４の電流増幅部には入力信号が与えられ、前記第１
および第２の可変電流源は、前記第１および第２の制御
信号に連動する第１および第２の可変電流源制御信号に
よって動作し、前記第３の電流増幅部と前記第２の負荷
との接続ノードが前記前段増幅器の出力であって、前記
前段増幅器の出力が、前記第１および第２の電流増幅部
の入力に接続されている。

【００２８】本発明に係る請求項４記載の可変利得増幅
器は、前記第１の負荷が、前記電源にそれぞれの一方端
が共通に接続された第３および第４の抵抗素子であっ
て、前記第２の負荷は、前記第３および第４の抵抗素子
の他方端に一方端が接続された第５および第６の抵抗素
子であって、前記第３の電流増幅部は、第１および第２
出力が前記第５および第６の抵抗素子の他方端に接続さ
れ、それぞれのエミッタが電気的に接続された差動対を
有し、前記第４の電流増幅部は、第１および第２出力が
前記第３および第４の抵抗素子の他方端に接続され、そ
れぞれのエミッタが電気的に接続された差動対を有し、
前記第３の電流増幅部の第１出力と、前記第５の抵抗素
子との接続ノードから前記第１の信号が出力され、前記
第３の電流増幅部の第２出力と、前記第６の抵抗素子と
の接続ノードから前記第２の信号が出力される。

【００２９】本発明に係る請求項５記載の可変利得増幅
器は、前記負荷が、前記電源にそれぞれの一方端が共通
に接続された第１および第２の抵抗素子であって、前記
第１の電流コントローラは、第１出力が前記第１の抵抗
素子の他方端に接続され、第２出力が前記電源に接続さ
れた第１の差動対と、第１出力が前記第２の抵抗素子の
他方端に接続され、第２出力が前記電源に接続された第
２の差動対とを備え、前記第１および第２の差動対の前
記第１出力が、前記可変利得増幅器の出力であって、前
記第２の電流コントローラは、第１出力が前記第１の抵
抗素子に接続された第３の差動対と、第１出力が前記第
２の抵抗素子に接続された第４の差動対とを備え、前記
第１の電流増幅部は、第１出力が、前記第１の差動対の
共通エミッタに接続され、第２出力が前記第２の差動対
の共通エミッタに接続され、それぞれのエミッタが電気
的に接続された第１の差動増幅器を備え、前記第２の電
流増幅部は、その第１出力が、前記第３の差動対の共通
エミッタに接続され、その第２出力が前記第４の差動対
の共通エミッタに接続され、それぞれのエミッタが電気
的に接続された第２の差動増幅器を備え、前記制御信号
は、第１および第２の制御信号で構成され、前記第１の
制御信号は、前記第１および第２の差動対の前記第１出
力側のトランジスタと、前記第３および第４の差動対の
前記第２出力側のトランジスタとを制御し、前記第２の
制御信号は、前記第３および第４の差動対の前記第１出
力側のトランジスタと、前記第１および第２の差動対の
前記第２出力側のトランジスタとを制御し、前記第１お
よび第２の電流増幅部の入力には、第１、第２、第３、
第４の信号が与えられ、前記第１の信号は、前記第２の
差動増幅器の、前記第２出力側のトランジスタを制御
し、前記第２の信号は、前記第２の差動増幅器の、前記
第１出力側のトランジスタを制御し、前記第３の信号
は、前記第１の差動増幅器の、前記第２出力側のトラン
ジスタを制御し、前記第４の信号は、前記第１の差動増
幅器の、前記第１出力側のトランジスタを制御する。

【００３０】本発明に係る請求項６記載の可変利得増幅
器は、前記電源に、それぞれの一方端が共通に接続され
た第１および第２の負荷と、前記第１の負荷の他方端
に、その出力が接続された第３の電流増幅部と、前記第
２の負荷の他方端に、その出力が接続された第４の電流
増幅部と、前記第３および第４の電流増幅部の入力に接
続された第１および第２の可変電流源とを有した前段増
幅器をさらに備え、前記第３の電流増幅部は、前記第４
の電流増幅部に比較して高利得であって、前記第４の電
流増幅部は、前記第３の電流増幅部に比較して低利得で
あって、前記第３および第４の電流増幅部には入力信号
が与えられ、前記第１および第２の可変電流源は、前記
第１および第２の制御信号に連動する第１および第２の
可変電流源制御信号によって動作し、前記第３の電流増
幅部の出力が、前記第１の電流増幅部の入力に接続さ
れ、前記第４の電流増幅部の出力が、前記第２の電流増
幅部の入力に接続されている。

【００３１】本発明に係る請求項７記載の可変利得増幅
器は、前記第１の負荷が、前記電源にそれぞれの一方端
が共通に接続された第３および第４の抵抗素子であっ
て、前記第２の負荷は、前記電源にそれぞれの一方端が
共通に接続された第５および第６の抵抗素子であって、
前記第３の電流増幅部は、第１および第２出力が前記第
３および第４の抵抗素子の他方端に接続され、それぞれ
のエミッタが電気的に接続された差動対を有し、前記第
４の電流増幅部は、第１および第２出力が前記第５およ
び第６の抵抗素子の他方端に接続され、それぞれのエミ
ッタが電気的に接続された差動対を有し、前記第４の電
流増幅部の第１出力から前記第１の信号が出力され、前
記第４の差動増幅器の第２出力から前記第２の信号が出
力され、前記第３の差動増幅器の第１出力から前記第３
の信号が出力され、前記第３の差動増幅器の第２出力か
ら前記第４の信号が出力される。

【００３２】本発明に係る請求項８記載の可変利得増幅
器は、前記第１〜第４の差動対の共通エミッタに、直列
に接続された第７および第８の抵抗素子をそれぞれ有
し、前記第１および第２の電流増幅部と、前記第１〜第
４の差動対の共通エミッタとの接続は、前記第７の抵抗
素子と前記第８の抵抗素子との接続ノードにおいてなさ
れている。

【００３３】

【発明の実施の形態】＜発明の概念構成＞図１に、本発
明に係る可変利得増幅器の基本概念を説明するブロック
図を示す。図１において、電源Ｖccに負荷Ｌを介して電
流コントローラＣ１およびＣ２の出力が共通に接続され
ている。そして、電流コントローラＣ１およびＣ２の入
力は、それぞれ電流増幅部Ａ１およびＡ２の出力に接続
され、電流増幅部Ａ１およびＡ２は、それぞれ定電流源
ＣＳ１およびＣＳ２を介して接地レベルＧＮＤに接続さ
れている。

【００３４】そして、電流増幅部Ａ１およびＡ２の入力
は共通の入力端子Ｔinに接続され、電流コントローラＣ
１およびＣ２の出力は出力端子Ｔoutに接続されてい
る。また、電流コントローラＣ１およびＣ２には制御端
子Ｔctが共通に接続され、制御端子Ｔctから与えられる
制御電圧Ｖctにより電流コントローラＣ１およびＣ２が
流す電流が制御される。

【００３５】ここで、電流増幅部Ａ１は電流増幅部Ａ２
に比べて高利得であるが狭い入力レンジの差動増幅器で
構成され、電流増幅部Ａ２は電流増幅部Ａ１に比べて低
利得であるが広い入力レンジの差動増幅器で構成されて
いる。一般に差動増幅器の利得と入力レンジの関係はト
レードオフ関係にあり、例えば、上記のように高利得で
あれば入力レンジは狭くなる。

【００３６】＜動作＞このような構成においては、電流
増幅部Ａ１およびＡ２のそれぞれの出力電流を電流コン
トローラＣ１およびＣ２により制御することで電流配分
を変えることができる。この電流配分は、可変利得増幅
器の利得を減少させる場合には、低利得の電流増幅部Ａ
２の出力電流の割合を増加させて、高利得の電流増幅部
Ａ１の出力電流の割合を減少させるように制御電圧Ｖct
を調整する。また、可変利得増幅器の利得を増加させる
場合には、上記と逆になるように制御電圧Ｖctを調整す
る。このように、電流コントローラＣ１およびＣ２は制
御電圧Ｖctの変化に関し、互いに逆方向に電流量を調整
するように構成されている。

【００３７】例えば、入力端子Ｔinに大きな入力信号が
与えられた場合、入力レンジの狭い電流増幅部Ａ１では
対応できず出力が歪む可能性がある。この場合は、電流
コントローラＣ１により電流増幅部Ａ１の出力電流を減
少させることで歪が目だたないようにする。一方、入力
レンジが広い電流増幅部Ａ２の出力は歪まないので、電
流コントローラＣ２から電流増幅部Ａ２の出力を出力す
る。

【００３８】この場合、電流増幅部Ａ２を減衰器として
構成しておけば、入力信号よりも小さな信号が出力端子
Ｔoutから出力されることになり、入力信号が極めて大
きな信号である場合に、出力端子Ｔoutに接続される内
部装置（図示せず）が破壊されることを防止できる。

【００３９】また、入力端子Ｔinに小さな入力信号が与
えられた場合は、出力が歪む可能性はないので電流増幅
部Ａ１で対応することができ、この場合は、電流コント
ローラＣ１により電流増幅部Ａ１の出力電流を増加させ
ることで出力端子Ｔoutの出力を、内部装置（図示せ
ず）に適した大きさにすることができる。

【００４０】＜作用効果＞以上説明したように、図１に
示された可変利得増幅器においては、低利得の電流増幅
部Ａ２の出力電流に比較して高利得の電流増幅部Ａ１の
出力電流が十分小さいときは、可変利得増幅器全体の利
得に対して電流増幅部Ａ２が支配的となり、可変利得増
幅器全体としては低利得となる。一方、高利得の電流増
幅部Ａ１の出力電流に比較して低利得の電流増幅部Ａ２
の出力電流が十分小さいときは、可変利得増幅器全体の
利得に対して電流増幅部Ａ１が支配的となり、可変利得
増幅器全体としては高利得となる。

【００４１】ただし、電流増幅部Ａ１およびＡ２の入力
レンジは、それぞれの動作電流が変化すればそれに伴っ
て変化する。そこで、電流増幅部Ａ１およびＡ２の動作
電流を供給するものとして、定電流源ＣＳ１およびＣＳ
２を採用し、入力レンジを一定とした。しかも、電流増
幅部Ａ１およびＡ２の出力側に設けた電流コントローラ
Ｃ１およびＣ２により電流増幅部Ａ１およびＡ２の電流
配分を変化させる構成としたので、可変利得増幅器全体
としての利得を変化させることができる。

【００４２】従って、可変利得増幅器全体として低利得
で、電流増幅部Ａ２が支配的に動作している場合に、制
御電圧Ｖctを調整して利得を変化させても可変利得増幅
器全体としての入力レンジは殆ど変化しない。これは、
電流増幅部Ａ１が支配的に動作している場合も同様であ
る。以下に、上述した本発明の概念に基づく実施の形態
について説明する。

【００４３】＜Ａ．実施の形態１＞ ＜Ａ−１．装置構成＞図２に本発明に係る可変利得増幅
器１００の構成を示す。図２に示すように、可変利得増
幅器１００は、共通の抵抗（負荷抵抗）Ｒ１１およびＲ
１２を有した高利得の差動増幅器１１と低利得の差動増
幅器１２を備えている。なお、抵抗Ｒ１１とＲ１２は同
じ抵抗値ＲLを有している。

【００４４】差動増幅器１１は、電源Ｖccに共通に接続
された一端を有する抵抗Ｒ１１およびＲ１２（抵抗値は
共にＲL）の他端にコレクタ電極が接続されたＮＰＮト
ランジスタＱ１１およびＱ１４と、電源Ｖccにコレクタ
電極が接続されたＮＰＮトランジスタＱ１２およびＱ１
３を有している。

【００４５】そしてトランジスタＱ１１およびＱ１２の
エミッタ電極は共通にＮＰＮトランジスタＱ１５のコレ
クタ電極に接続され、トランジスタＱ１３およびＱ１４
のエミッタ電極は共通にＮＰＮトランジスタＱ１６のコ
レクタ電極に接続されている。

【００４６】なお、トランジスタＱ１１およびＱ１２の
エミッタ電極のように共通に接続されたエミッタ電極を
共通エミッタと呼称する。また、例えば、トランジスタ
Ｑ１１およびＱ１２のように、エミッタ電極が共通に接
続され、それぞれのベース電極には異なる信号が与えら
れるトランジスタのペアを差動対と呼称する。

【００４７】また、トランジスタＱ１５およびＱ１６の
エミッタ電極は、それぞれＮＰＮトランジスタＱ１７お
よびＱ１８のコレクタ電極に接続されるとともに、抵抗
（帰還抵抗）Ｒ１３を介して互いに接続されている。
（なお、抵抗Ｒ１３を設けない構成であっても良い。）
また、トランジスタＱ１７およびＱ１８のエミッタ電極
は、それぞれ抵抗Ｒ１４およびＲ１５を介して接地レベ
ルＧＮＤに接続されている。

【００４８】差動増幅器１２は、電源Ｖccに共通に接続
された抵抗Ｒ１１およびＲ１２にコレクタ電極が接続さ
れたＮＰＮトランジスタＱ２１およびＱ２４と、電源Ｖ
ccにコレクタ電極が接続されたＮＰＮトランジスタＱ２
２およびＱ２３を有している。

【００４９】そしてトランジスタＱ２１およびＱ２２の
エミッタ電極は、共通してＮＰＮトランジスタＱ２５の
コレクタ電極に接続され、トランジスタＱ２３およびＱ
２４のエミッタ電極は、共通してＮＰＮトランジスタＱ
２６のコレクタ電極に接続されている。また、トランジ
スタＱ２５およびＱ２６のエミッタ電極は、それぞれＮ
ＰＮトランジスタＱ２７およびＱ２８のコレクタ電極に
接続されるとともに、抵抗（帰還抵抗）Ｒ１６を介して
互いに接続されている。また、トランジスタＱ２７およ
びＱ２８のエミッタ電極は、それぞれ抵抗Ｒ１７および
Ｒ１８を介して接地レベルＧＮＤに接続されている。

【００５０】なお、帰還抵抗である抵抗Ｒ１３およびＲ
１６はそれぞれＲEGおよびＲELの値を有し、ＲEG＜ＲEL
の関係がある。

【００５１】そして、トランジスタＱ１６およびＱ２６
のベース電極は入力端子Ｔ１に接続され、トランジスタ
Ｑ１５およびＱ２５のベース電極は入力端子Ｔ２に接続
されている。

【００５２】トランジスタＱ１１およびＱ１４、トラン
ジスタＱ２２およびＱ２３のベース電極は制御端子Ｔ３
に接続され、トランジスタＱ１２およびＱ１３、トラン
ジスタＱ２１およびＱ２４のベース電極は制御端子Ｔ４
に接続されている。

【００５３】トランジスタＱ１７、Ｑ１８、Ｑ２７、Ｑ
２８のベース電極は定バイアス入力端子Ｔ５に接続さ
れ、トランジスタＱ１１およびＱ２１のコレクタ電極は
出力端子Ｔ６に接続され、トランジスタＱ１４およびＱ
２４のコレクタ電極は出力端子Ｔ７に接続されている。

【００５４】ここで、トランジスタＱ１１、Ｑ１２、Ｑ
１３、Ｑ１４で構成される回路を電流コントローラ１３
Ａと呼称し、トランジスタＱ２１、Ｑ２２、Ｑ２３、Ｑ
２４で構成される回路を電流コントローラ１３Ｂと呼称
する。

【００５５】また、トランジスタＱ１５、Ｑ１６および
抵抗Ｒ１３で構成される回路を電流増幅部１４Ａと呼称
し、トランジスタＱ２５、Ｑ２６および抵抗Ｒ１６で構
成される回路を電流増幅部１４Ｂと呼称する。

【００５６】また、トランジスタＱ１７、Ｑ１８、およ
び抵抗Ｒ１４、Ｒ１５で構成される回路を定電流源１５
Ａと呼称し、トランジスタＱ２７、Ｑ２８、および抵抗
Ｒ１７、Ｒ１８で構成される回路を定電流源１５Ｂと呼
称する。

【００５７】上記のような構成とすることで、電流コン
トローラ１３Ａおよび１３Ｂのそれぞれの出力は、図２
に示すように、負荷抵抗Ｒ１１およびＲ１２に共通に接
続されているので、差動増幅器１１および１２の出力電
流が、共通の負荷抵抗Ｒ１１およびＲ１２に流れること
になる。

【００５８】＜Ａ−２．動作＞次に可変利得増幅器１０
０の動作について説明する。基本的には図１を用いて説
明した概念構成と同様であり、入力端子Ｔ１およびＴ２
から入力信号が与えられると、電流増幅部１４Ａおよび
１４Ｂはそれぞれ入力信号を増幅する。ここで、入力信
号が大きな場合、高利得の電流増幅部１４Ａで増幅する
と出力信号が大きくなり過ぎたり、出力信号が歪む可能
性があるので、電流コントローラ１３Ａで電流増幅部１
４Ａのコレクタ出力を減衰させる。電流増幅部１４Ａと
１４Ｂとは、互いに逆方向に動作するので、電流コント
ローラ１３Ｂは電流増幅部１４Ｂのコレクタ出力を減衰
せずに出力することになる。なお、低利得の電流増幅部
１４Ｂでは、出力信号が大きくなり過ぎたり、出力信号
が歪む可能性は小さいので、コレクタ出力を減衰せずに
出力しても問題はない。

【００５９】逆に、入力信号が小さな場合、低利得の電
流増幅部１４Ｂによる増幅では十分な出力信号が得られ
ない可能性があるので、電流コントローラ１３Ｂで電流
増幅部１４Ｂのコレクタ出力を減衰させ、電流コントロ
ーラ１３Ａで電流増幅部１４Ａのコレクタ出力を減衰せ
ずに出力する。

【００６０】差動増幅器１１および１２のそれぞれの利
得Ｇ2GおよびＧ2Lと、可変利得増幅器１００全体の利得
Ｇ2Tは、以下の数式（４）、（５）、（６）で表すこと
ができる。

【００６１】

【数４】

【００６２】

【数５】

【００６３】

【数６】

【００６４】数式（４）〜（６）において、ＶTはサー
マルボルテージ（thermal voltage）であり、ｋＴ／ｑ
で表される値である。ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔ
は温度、ｑは電荷素量である。また、ＩQは差動増幅器
１１および１２の動作電流であり、定電流源回路１５Ａ
および１５Ｂから供給される一定の値である。また、Ｉ
LG2は電流コントローラ１３Ａの出力電流でありトラン
ジスタＱ１１およびＱ１４に流れる電流の合計である。
また、ＩLL2は電流コントローラ１３Ｂの出力電流であ
りトランジスタＱ２１およびＱ２４に流れる電流の合計
である。そして、ＩLG2およびＩLL2は、制御端子Ｔ３お
よびＴ４間に与えられる制御電圧Ｖctによって制御され
る。

【００６５】図３に、制御電圧Ｖctの変化に対する電流
コントローラ１３Ａおよび１３Ｂの出力電流ＩLG2およ
びＩLL2の変化の状態の一例を示す。図３に示すよう
に、横軸に示す制御電圧Ｖctを±０．１Ｖの範囲で変化
させると、縦軸に示す電流コントローラ１３Ａおよび１
３Ｂの出力電流ＩLG2およびＩLL2は、それぞれ殆ど０か
ら動作電流ＩQの範囲で変化する。

【００６６】すなわち、例えば制御電圧Ｖctを−０．１
Ｖから次第に大きくしていくと、ＩLG2は０に近い値か
ら増加し、逆にＩLL2は次第に０に近い小さい値に向け
て減少する。従って数式（６）より、制御電圧Ｖctを大
きくすればＧ2Tが増加することが判る。

【００６７】＜Ａ−３．特徴的作用効果＞以上説明した
ように、電流コントローラ１３Ａの出力電流ＩLG2が０
に近い値となる制御電圧Ｖctの領域では低利得の差動増
幅器１２が支配的であり、制御電圧Ｖctが大きくなるに
従い高利得の差動増幅器は支配的になる。しかし、制御
電圧Ｖctの変化に対しては動作電流ＩQの値は一定なの
で、差動増幅器１１および１２のそれぞれの入力レンジ
は変化しない。従って制御電圧Ｖctが小さい領域であっ
ても全体の入力レンジがは急激に変化することはない。
すなわち、制御電圧Ｖctの広い範囲で線形性を維持でき
る。

【００６８】ここで、図１３を用いて説明した可変利得
増幅器９０と比較した場合の利点を明確にするため、利
得とゲインコンプレッション点における入力レベルの関
係を図４に示す。

【００６９】ゲインコンプレッション点とは、増幅器の
入力-出力特性において、理想的な入力-出力特性（直
線）と、実際の入力-出力特性とを比較し、理想的な入
力-出力特性からのずれが例えば１ｄＢとなった点を１
ｄＢのゲインコンプレッション点（Ｐ1dB）と呼称す
る。なお、ゲインコンプレッション点は入力レンジと正
の相関関係にあり、また、利得が増加すれば減少する特
性を有している。

【００７０】図４においては、可変利得増幅器９０およ
び１００の利得−ゲインコンプレッション点特性を、そ
れぞれ特性曲線ＸおよびＹとして示す。そして、可変利
得増幅器の性能の目安となる基準特性を直線Ｚで示す。
一般に可変利得増幅器は、入力に対して一定の出力を得
るために使用される。従って、各利得における出力可能
レベルは、Ｐ1dB＋利得＝Ｃ（一定値）の関係で決ま
る。可変利得増幅器においては、この式におけるＣの値
が全ての利得において一定レベル以上であることが要求
される。そして、上記関係を図４に表したものが直線Ｚ
であり、可変利得増幅器の利得−ゲインコンプレッショ
ン点特性は直線Ｚ以上の領域にあることが要求される。

【００７１】図４の領域Ｗに示すように、従来装置９０
の特性Ｘは、利得が少しでも大きくなればＰ1dBは急に
小さくなるが、本発明の可変利得増幅器１００の特性Ｙ
では利得の変化に対するＰ1dBの変化は比較的緩やかで
あることが判る。従って広い利得範囲で良好な線形性を
維持できる。

【００７２】また、以上説明した可変利得増幅器１００
においては、電流増幅部１４Ａおよび１４Ｂの差動対の
コレクタ電極は、電流コントローラ１３Ａおよび１３Ｂ
を介して負荷抵抗Ｒ１１およびＲ１２に接続されてい
る。一般にトランジスタのベース−コレクタ間には寄生
容量が存在するが、コレクタ電極が直接に負荷抵抗に接
続されていると、入力信号電流が寄生容量を介して出力
端子に与えられることになる（アイソレーションが悪
い）。しかし、可変利得増幅器１００では電流増幅部１
４Ａおよび１４Ｂの差動対のコレクタ電極には電流コン
トローラ１３Ａおよび１３Ｂを構成する差動対が接続さ
れているので、入力信号電流が入力信号が寄生容量を介
して直接出力端子に抜けることが防止される。

【００７３】＜Ｂ．実施の形態２＞図２を用いて説明し
た可変利得増幅器１００は、例えば、トランジスタＱ１
４、Ｑ１６、Ｑ１８のようにトランジスタが３段にカス
コード（cascode:cascadedtriode）接続されているの
で、個々のトランジスタの最大許容入力振幅は小さくな
る。トランジスタが動作する際のベース−エミッタ間電
圧を０．８Ｖとすれば、例えば、電源電圧が３Ｖの場
合、ベース電極の最大許容入力振幅は２．２Ｖ（３Ｖ−
０．８Ｖ）程度である。しかし、トランジスタが３段に
カスコード接続されている場合、３Ｖ−（０．８×３）
Ｖにより、ベース電極の最大許容入力振幅は０．６Ｖ程
度となる。ベース電極の入力電圧がこの値よりも大きく
なると、トランジスタの出力が歪むので、トランジスタ
の最大許容入力振幅は大きい方が良い。

【００７４】しかし、可変利得増幅器１００においては
トランジスタを３段にカスコード接続する構成は必須で
あり、カスコード接続の段数を減らすことはできない。
そしてトランジスタの最大許容入力振幅は入力レンジの
上限を規定する値であるので、差動増幅器１１や１２の
入力レンジの広域化も限定され、可変利得増幅器１００
入力レンジも限定されてしまう。

【００７５】そこで、本発明に係る実施の形態２とし
て、可変利得増幅器１００の前段に、可変利得増幅器１
００よりも大きな最大許容入力振幅を有する前段増幅器
５０を備えることで、実質的に最大許容入力振幅を増加
させる構成について説明する。

【００７６】図５に、可変利得増幅器１００の前段に前
段増幅器５０を備えた可変利得増幅器１００Ａを示す。

【００７７】図５において、前段増幅器５０は入力は１
つだが、第１出力Ｏ１および第２出力Ｏ２の２つの出力
を有している。ここで、第１出力端子ＴＯ１は、前段増
幅器５０に大きな入力信号が与えられた場合に、可変利
得増幅器１００の低利得の差動増幅器１２の最大許容入
力振幅（あるいは入力レンジ）以下に減衰させた信号を
出力する端子であり、第２出力端子ＴＯ２は、前段増幅
器５０に可変利得増幅器１００の差動増幅器１１および
１２の最大許容入力振幅（あるいは入力レンジ）以下の
入力信号が与えられた場合に、当該入力信号を増幅、あ
るいはそのまま出力する端子である。

【００７８】そして、第１出力端子ＴＯ１は、可変利得
増幅器１００の低利得の差動増幅器１２の入力に接続さ
れ、第２出力端子ＴＯ２は、可変利得増幅器１００の高
利得の差動増幅器１１の入力に接続される構成となって
いる。

【００７９】従って、可変利得増幅器１００の入力レン
ジを越えるような入力信号が前段増幅器５０に与えられ
た場合、前段増幅器５０の第１出力端子ＴＯ１から、減
衰された入力信号が可変利得増幅器１００の差動増幅器
１２に与えられるので、可変利得増幅器１００が動作不
良となることが防止される。

【００８０】＜Ｂ−１．装置構成＞以下に、可変利得増
幅器１００Ａの具体的な構成について説明する。まず、
図６に前段増幅器５０の構成を示す。図６に示すよう
に、前段増幅器５０は電源ＶCCに接続された高利得の差
動増幅器５１および低利得の差動増幅器５２で構成され
ている。

【００８１】差動増幅器５１は、電源ＶCCに共通に接続
された一端を有する抵抗（負荷抵抗）Ｒ２１およびＲ２
２の他端にそれぞれコレクタ電極が接続されたＮＰＮト
ランジスタＱ３１およびＱ３２を有している。なお、抵
抗Ｒ２１とＲ２２は同じ抵抗値ＲL1を有している。

【００８２】そしてトランジスタＱ３１およびＱ３２の
エミッタ電極は、それぞれＮＰＮトランジスタＱ３３お
よびＱ３４のコレクタ電極に接続されるとともに、抵抗
（帰還抵抗）Ｒ２３を介して互いに接続されている。そ
して、トランジスタＱ３３およびＱ３４のエミッタ電極
は、接地レベルＧＮＤに接続されている。

【００８３】また、差動増幅器５２は、電源ＶCCに共通
に接続された一端を有する抵抗（負荷抵抗）Ｒ２４およ
びＲ２５の他端にそれぞれコレクタ電極が接続されたＮ
ＰＮトランジスタＱ３５およびＱ３６を有している。な
お、抵抗Ｒ２４とＲ２５は同じ抵抗値ＲL2を有してい
る。そしてトランジスタＱ３５およびＱ３６のエミッタ
電極は、それぞれＮＰＮトランジスタＱ３７およびＱ３
８のコレクタ電極に接続されるとともに、抵抗（帰還抵
抗）Ｒ２６を介して互いに接続されている。そして、ト
ランジスタＱ３７およびＱ３８のエミッタ電極は、接地
レベルＧＮＤに接続されている。なお、帰還抵抗である
抵抗Ｒ２３およびＲ２６は、それぞれＲEG1およびＲEL1
の値を有し、ＲEG1＜ＲEL1の関係がある。

【００８４】そして、トランジスタＱ３１およびＱ３５
のベース電極は入力端子Ｔ１１に接続され、トランジス
タＱ３２およびＱ３６のベース電極は入力端子Ｔ１２に
接続されている。

【００８５】また、トランジスタＱ３３およびＱ３４の
ベース電極は制御端子Ｔ１３に接続され、トランジスタ
Ｑ３７およびＱ３８のベース電極は制御端子Ｔ１４に接
続されている。なお、トランジスタＱ３３およびＱ３４
で構成される回路を可変電流源５３、トランジスタＱ３
７およびＱ３８で構成される回路を可変電流源５４と呼
称し、制御端子Ｔ１３およびＴ１４間には可変電流源制
御信号ＶBCSが与えられる。

【００８６】また、トランジスタＱ３１およびＱ３２の
コレクタ電極はそれぞれ出力端子Ｔ１７およびＴ１８に
接続され、トランジスタＱ３５およびＱ３６のコレクタ
電極はそれぞれ出力端子Ｔ１５およびＴ１６に接続され
ている。なお、出力端子Ｔ１５およびＴ１６が図５に示
す第１出力端子ＴＯ１に対応し、出力端子Ｔ１７および
Ｔ１８が図５に示す第２出力端子ＴＯ２に対応する。

【００８７】なお、トランジスタＱ３１およびＱ３２で
構成される回路を電流増幅部５５、トランジスタＱ３５
およびＱ３６で構成される回路を電流増幅部５６と呼称
する。

【００８８】次に、前段増幅器５０を可変利得増幅器１
００に接続した構成を図７に示す。図７に示すように、
可変利得増幅器１００の構成に変更はないが、前段増幅
器５０の出力端子Ｔ１５、Ｔ１６、Ｔ１７、Ｔ１８が、
それぞれ可変利得増幅器１００のトランジスタＱ２６、
Ｑ２５、Ｑ１６、Ｑ１５のベース電極に接続されてい
る。

【００８９】以上の構成で注目すべき点は、例えば、ト
ランジスタＱ３１、Ｑ３３のようにトランジスタが２段
にカスコード接続されている点である。２段のカスコー
ド接続では、ベース−エミッタ間電圧を０．８Ｖとすれ
ば、例えば、電源電圧が３Ｖの場合、３Ｖ−（０．８×
２）Ｖにより、個々のトランジスタの最大許容入力振幅
は１．４Ｖ程度となり、２段のカスコード接続の場合
（０．６Ｖ）に比べて０．８Ｖ高くなる。

【００９０】＜Ｂ−２．装置動作＞可変利得増幅器１０
０Ａの動作について説明する。入力端子Ｔ１１およびＴ
１２から可変利得増幅器１００の入力レンジを越えるよ
うな大きな入力信号が与えられた場合、低利得の差動増
幅器５２の動作電流が増えるように、制御端子Ｔ１３お
よびＴ１４間に与えられる可変電流源制御電圧ＶBCSに
よってトランジスタＱ３７およびＱ３８を制御する。

【００９１】ここで、可変電流源制御電圧ＶBCSは、例
えば、制御端子Ｔ１３にトランジスタＱ３３およびＱ４
４に最大電流を流すような電圧を与えたときは、制御端
子Ｔ１４にはトランジスタＱ３７およびＱ３８に流れる
電流は殆ど０となるように与えられる。従って、この場
合、高利得の差動増幅器５１の動作電流は減少する。な
お、可変電流源制御電圧ＶBCSは可変利得増幅器１００
の制御に使用される制御電圧Ｖctに連動して与えられる
電圧であり、例えば制御電圧Ｖctが最小値から増加する
ように与えられれば、可変電流源制御電圧ＶBCSも同様
に増加するように与えられる。

【００９２】低利得の差動増幅器５２の動作電流が増え
ると、前段増幅器５０全体の利得は差動増幅器５２の利
得が支配的になる。従って、同じように大きな入力信号
が与えられても差動増幅器５１を介して当該入力信号が
可変利得増幅器１００に与えられることが防止される。

【００９３】一方、差動増幅器５２は減衰器として動作
するように構成し、出力端子Ｔ１５およびＴ１６の電圧
が、次段の可変利得増幅器１００の低利得の差動増幅器
１２の入力レンジ以下となるように構成すれば、大きな
入力信号が与えられた場合でも、前段増幅器５０が減衰
器として動作することになるので、可変利得増幅器１０
０の入力レンジを越える入力信号が与えられることが防
止される。

【００９４】なお、前段増幅器５０に与えられる入力信
号が可変利得増幅器１００の入力レンジ内の信号である
場合、高利得の差動増幅器５１の動作電流が増えるよう
に、制御端子Ｔ１３およびＴ１４間に与えられる可変電
流源制御電圧ＶBCSによってトランジスタＱ３３および
Ｑ３４を制御する。従って、入力信号は差動増幅器５１
から、そのままの大きさで、あるいは増幅されて可変利
得増幅器１００の差動増幅器１１に与えられる。

【００９５】＜Ｂ−３．特徴的作用効果＞以上説明した
ように、本発明に係る可変利得増幅器１００Ａにおいて
は、可変利得増幅器１００の入力レンジを越えるような
入力信号が前段増幅器５０に与えられた場合、前段増幅
器５０が保護装置として機能するので、可変利得増幅器
１００が動作不良となることが防止される。また、前段
増幅器５０においては、差動増幅器１１および１２がト
ランジスタの２段のカスコード接続で構成されているの
で、差動増幅器１および２が３段のカスコード接続で構
成されている可変利得増幅器１００に比べて最大許容入
力振幅が大きくなる。

【００９６】従って、可変利得増幅器１００の最大許容
入力振幅を越えた信号であっても、前段増幅器５０は対
応することができ、かつ、前段増幅器５０を減衰器とし
て使用することで可変利得増幅器１００の最大許容入力
振幅以下にすることができるので、実質的に可変利得増
幅器１００の最大許容入力振幅を増加させることができ
る。

【００９７】なお、先に説明したように電源電圧とトラ
ンジスタの入力レンジとは正の相関関係を有しているの
で、電源電圧が低くなれば入力レンジも小さくなるが、
カスコード接続の段数を低減した増幅器を前段増幅器と
して使用することで、入力レンジの低下を抑制すること
ができ、低い電源電圧でも比較的広い入力レンジを得る
ことができる。

【００９８】＜Ｂ−４．変形例＞以上説明した可変利得
増幅器１００Ａは、図５に示したように１入力２出力の
前段増幅器５０を可変利得増幅器１００の前段に備えて
いた。従って、可変利得増幅器１００は２対の入力端を
備える必要があった。そこで１対の入力端を備えた可変
利得増幅器１００に対応できる、１入力１出力の前段増
幅器６０の構成を以下に説明する。

【００９９】図８に前段増幅器６０の構成を示す。な
お、図８において、図６を用いて説明した前段増幅器５
０と同一の構成については同一の符号を付し、重複する
説明は省略する。

【０１００】前段増幅器６０においては、高利得の差動
増幅器５１ＡのトランジスタＱ３１のコレクタ電極は、
直列に接続された抵抗（負荷抵抗）Ｒ３１およびＲ３２
を介して電源ＶCCに接続され、トランジスタＱ３２のコ
レクタ電極は、直列に接続された抵抗（負荷抵抗）Ｒ３
３およびＲ３４を介して電源ＶCCに接続されている。そ
して、高利得の差動増幅器５２ＡのトランジスタＱ３５
のコレクタ電極は抵抗Ｒ３１とＲ３２の接続ノードＵに
接続され、トランジスタＱ３６のコレクタ電極は抵抗Ｒ
３３とＲ３４の接続ノードＶに接続されている。なお、
抵抗Ｒ３１とＲ３３は同じ抵抗値ＲL3を有し、抵抗Ｒ３
２とＲ３４とは同じ抵抗値ＲL4を有している。

【０１０１】また、トランジスタＱ３１およびＱ３２の
コレクタ電極は出力端子Ｔ２０およびＴ２１にそれぞれ
接続されている。

【０１０２】従って差動増幅器１１Ａは負荷として抵抗
値ＲL3＋ＲL4を有し、差動増幅器１２Ａは負荷としてＲ
L3を有する。ここで、ＲL3＜ＲL4とし、また、帰還抵抗
である抵抗Ｒ２３およびＲ２６は抵抗値ＲEG1およびＲE
L1であって、ＲEG1＜ＲEL1の関係がある。

【０１０３】このような構成を有する前段増幅器６０
は、図６に示す前段増幅器５０と同様の動作をする。そ
して、入力信号が小さく差動増幅器５１Ａを支配的に動
作させている場合は、差動増幅器５２Ａの出力電流は小
さいので、出力端子Ｔ２０およびＴ２１には差動増幅器
５１Ａの出力信号が与えられ、入力信号が大きく差動増
幅器５２Ａを支配的に動作させている場合は差動増幅器
５１Ａの出力電流は小さいので、出力端子Ｔ２０および
Ｔ２１には、接続ノードＵおよびＶの電圧、すなわち差
動増幅器５２Ａの出力信号が支配的に与えられる。

【０１０４】このような構成とすることで、１入力の可
変利得増幅器１００に適応することができ、また、出力
端子の本数を削減することができるので、装置構成が簡
単になるという利点を有している。

【０１０５】なお、図９に可変利得増幅器１００の前段
に前段増幅器６０を備えたと可変利得増幅器１００Ｂの
具体的な構成を示す。図９において、出力端子Ｔ２０は
トランジスタＱ１６およびＱ２６のベース電極に、出力
端子Ｔ２１はトランジスタＱ１５およびＱ２５のベース
電極に接続されている。

【０１０６】＜Ｃ．実施の形態３＞図２を用いて説明し
た可変利得増幅器１００では、電流増幅部１４Ａおよび
１４Ｂの出力電流を電流コントローラ１３Ａおよび１３
Ｂにより制御することで差動増幅器１１および１２の出
力電流、すなわち利得の調整を行っていた。従って、電
流コントローラ１３Ａおよび１３Ｂの制御電圧Ｖctの変
化に対する、差動増幅器１１および１２の利得の変化の
度合いは、可変利得増幅器１００の使い勝手に影響を与
える。

【０１０７】例えば、制御電圧Ｖctに対して利得が急激
に変化させることが必要な使い方をする場合もあれば、
制御電圧Ｖctに対して利得は緩やかに変化させることが
必要な使い方もある。

【０１０８】＜Ｃ−１．装置構成＞このように、制御電
圧−利得特性にバリエーションを持たせるための構成を
備えた可変利得増幅器２００を図１０に示す。

【０１０９】なお、図１０において、図２を用いて説明
した可変利得増幅器１００と同一の構成については同一
の符号を付し、重複する説明は省略する。

【０１１０】図１０において可変利得増幅器１００と異
なっている点は、トランジスタＱ１１およびＱ１２のエ
ミッタ電極間、トランジスタＱ１３およびＱ１４のエミ
ッタ電極間、トランジスタＱ１２およびＱ２２のエミッ
タ電極間、トランジスタＱ２３およびＱ２４のエミッタ
電極間のそれぞれに、抵抗（帰還抵抗）Ｒ４１およびＲ
４２が接続されている点である。そして、抵抗Ｒ４１お
よびＲ４２の接続ノードに、電流増幅部１４Ａおよび１
４Ｂのコレクタ出力が接続されている。

【０１１１】＜Ｃ−２．装置動作＞このように、差動対
に帰還抵抗を介挿すると、帰還抵抗の値によって差動対
の出力特性を変更することができる。すなわち、帰還抵
抗によって電圧降下が発生すると、その降下電圧分だけ
差動対を構成するトランジスタのベース−エミッタ間電
圧が小さくなる。その結果、同じ制御電圧Ｖctを与えて
も、少ない出力電流しか得られず、利得は小さくなる。

【０１１２】以上説明した動作を図１１および図１２に
視覚化して示す。図１１は制御電圧Ｖctに対する差動増
幅器の出力電流の特性を示した図であり、特性Ｄ１は可
変利得増幅器１００における出力電流特性を、特性Ｄ２
は可変利得増幅器２００における出力電流特性を模式的
に示している。

【０１１３】図１１から判るように、可変利得増幅器２
００においては可変利得増幅器１００に比べて出力電流
特性の傾きが緩やかになっている。

【０１１４】また、図１２は制御電圧Ｖctに対する差動
増幅器の利得の特性を示した図であり、特性Ｄ３は可変
利得増幅器１００における利得特性を、特性Ｄ４は可変
利得増幅器２００における利得特性を模式的に示してい
る。

【０１１５】図１２から判るように、可変利得増幅器２
００においては可変利得増幅器１００に比べて利得特性
の傾きが緩やかになっている。

【０１１６】＜Ｃ−３．特徴的作用効果＞以上説明した
ように、制御電圧−利得特性にバリエーションを持たせ
ることができるので、使い勝手の良い可変利得増幅器を
得ることができる。

【０１１７】なお、以上説明した本発明に係る実施の形
態１〜３においては、ＮＰＮトランジスタを使用した構
成を例示したが、ＰＮＰトランジスタを使用して可変利
得増幅器を構成しても良いことは言うまでもない。

【０１１８】

【発明の効果】本発明に係る請求項１記載の可変利得増
幅器によれば、第１および第２の電流増幅部の電流源と
して定電流源を使用し、第１および第２の電流増幅部の
出力側に設けた第１および第２の電流コントローラによ
り第１および第２の電流増幅部の電流配分を変化させる
ので、可変利得増幅器全体としての利得を変化させて
も、第１および第２の電流増幅部の入力レンジは変化し
ない。従って、可変利得増幅器全体として低利得で、第
２の電流増幅部が支配的に動作している場合に利得を変
化させても、可変利得増幅器全体としての入力レンジは
殆ど変化しない。これは、第１の電流増幅部が支配的に
動作している場合も同様である。

【０１１９】本発明に係る請求項２記載の可変利得増幅
器によれば、第１および第２の電流増幅部の電流源とし
て定電流源を使用し、第１および第２の電流増幅部の出
力側に設けた第１および第２の電流コントローラにより
第１および第２の電流増幅部の電流配分を変化させ、制
御電圧に対して入力レンジが急激に変化しない可変利得
増幅器および可変利得増幅器の入力レンジを越える信号
が入力されることを防止した可変利得増幅器の現実的な
構成を得ることができる。

【０１２０】本発明に係る請求項３記載の可変利得増幅
器によれば、前段増幅器に可変利得増幅器の入力レンジ
を越えるような大きな入力信号が与えられた場合、低利
得の第４の電流増幅部の動作電流が増えるように可変電
流源を制御し、増幅器全体の利得が第４の電流増幅部の
利得で支配できる。その結果、同じように大きな入力信
号が与えられても第３の電流増幅部では増幅されないこ
とになる。このとき、第４の電流増幅部を減衰器として
動作するように構成することで、大きな入力信号が与え
られた場合には、前段増幅器が減衰器として動作するこ
とになるので、可変利得増幅器の入力レンジを越える信
号が、可変利得増幅器の第１および第２の電流増幅部の
入力に与えられることが防止される。また、前段増幅器
は１出力であるので、前段増幅器を設けることによる出
力線の本数の増加を抑制できる。

【０１２１】本発明に係る請求項４または請求項７記載
の可変利得増幅器によれば、例えば、第１および第２の
可変電流源を、それぞれトランジスタで構成すれば、例
えば、第３の電流増幅部と第１の可変電流源とは、トラ
ンジスタの２段のカスコード接続で構成されることにな
るので、大きな最大許容入力振幅が得られる。従って、
可変利得増幅器の最大許容入力振幅を越えた信号であっ
ても、前段増幅器は対応することができ、かつ、前段増
幅器を減衰器として使用することで可変利得増幅器の最
大許容入力振幅以下にすることができるので、実質的に
可変利得増幅器の最大許容入力振幅を増加させることが
でき、ひいては、可変利得増幅器の入力レンジを広くす
ることができる。

【０１２２】本発明に係る請求項５記載の可変利得増幅
器によれば、第１および第２の電流増幅部の電流源とし
て定電流源を使用し、第１および第２の電流増幅部の出
力側に設けた第１および第２の電流コントローラにより
第１および第２の電流増幅部の電流配分を変化させ、制
御電圧に対して入力レンジが急激に変化しない可変利得
増幅器および可変利得増幅器の入力レンジを越える信号
が入力されることを防止した可変利得増幅器の現実的な
構成を得ることができる。

【０１２３】本発明に係る請求項６記載の可変利得増幅
器によれば、前段増幅器に可変利得増幅器の入力レンジ
を越えるような大きな入力信号が与えられた場合、低利
得の第４の電流増幅部の動作電流が増えるように可変電
流源を制御し、増幅器全体の利得が第４の電流増幅部の
利得で支配できる。その結果、同じように大きな入力信
号が与えられても第３の電流増幅部では増幅されないこ
とになる。このとき、第４の電流増幅部を減衰器として
動作するように構成することで、大きな入力信号が与え
られた場合には、前段増幅器が減衰器として動作するこ
とになるので、可変利得増幅器の入力レンジを越える信
号が、可変利得増幅器の第１および第２の電流増幅部の
入力に与えられることが防止される。

【０１２４】本発明に係る請求項８記載の可変利得増幅
器によれば、第１および第２の電流コントローラを構成
する、第１〜第４の差動対が第７および第８の抵抗素子
を有しているので、当該第７および第８の抵抗素子が帰
還抵抗として作用し、差動対の出力特性を変更すること
ができる。すなわち、帰還抵抗によって電圧降下が発生
すると、その降下電圧分だけ差動対を構成するトランジ
スタのベース−エミッタ間電圧が小さくなる。その結
果、同じ制御電圧を与えても、少ない出力電流しか得ら
れず、利得は小さくなる。その結果、帰還抵抗を有さな
い場合に比べて制御電圧に対する利得特性が緩やかにな
る。従って、第７および第８の抵抗素子の値を変更する
ことで制御電圧−利得特性にバリエーションを持たせる
ことができるので、使い勝手の良い可変利得増幅器を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る可変利得増幅器の基本構成を説
明する図である。

【図２】 本発明に係る可変利得増幅器の実施の形態１
の構成を示す図である。

【図３】 本発明に係る可変利得増幅器の実施の形態１
の動作特性を示す図である。

【図４】 本発明に係る可変利得増幅器および従来装置
の動作特性を比較する図である。

【図５】 本発明に係る可変利得増幅器の実施の形態２
の基本構成を説明する図である。

【図６】 本発明に係る可変利得増幅器の実施の形態２
の構成を示す図である。

【図７】 本発明に係る可変利得増幅器の実施の形態２
の構成を示す図である。

【図８】 本発明に係る可変利得増幅器の実施の形態２
の変形例の構成を示す図である。

【図９】 本発明に係る可変利得増幅器の実施の形態２
の変形例の構成を示す図である。

【図１０】 本発明に係る可変利得増幅器の実施の形態
３の構成を示す図である。

【図１１】 本発明に係る可変利得増幅器の実施の形態
３の動作特性を説明する図である。

【図１２】 本発明に係る可変利得増幅器の実施の形態
１および３の動作特性を比較する図である。

【図１３】 従来の可変利得増幅器の構成を示す図であ
る。

【図１４】 従来の可変利得増幅器の動作特性を説明す
る図である。

【図１５】 従来の可変利得増幅器の動作特性を説明す
る図である。

【符号の説明】

１１，１２，５１，５２，５１Ａ，５２Ａ 差動増幅
器、１３Ａ，１３Ｂ 電流コントローラ、１４Ａ，１４
Ｂ 電流増幅部、１５Ａ，１５Ｂ，５５，５６，５３，
５４ 可変電流源、ＣＳ１，ＣＳ２ 定電流源、５０，
６０ 前段増幅器。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変利得増幅器であって、 電源に接続された負荷と、 前記負荷に、それぞれの出力が共通に接続された第１お
   よび第２の電流コントローラと、 前記第１および第２の電流コントローラの入力に、その
   出力が接続された第１および第２の電流増幅部と、 前記第１および第２の電流増幅部に接続され、該第１お
   よび第２の電流増幅部に電流を供給する第１および第２
   の定電流源とを備え、 前記第１および第２の電流コントローラの出力が、前記
   可変利得増幅器の出力であって、 前記第１の電流増幅部は、前記第２の電流増幅部に比較
   して高利得であって、 前記第２の電流増幅部は、前記第１の電流増幅部に比較
   して低利得であって、 前記第１および第２の電流コントローラは、制御信号に
   よって互いに逆方向に電流量を調整し、 前記第１および第２の電流増幅部は、共通に与えられた
   入力信号をそれぞれ増幅して出力し、 前記第１および第２の電流コントローラによって、前記
   第１および第２の電流増幅部の出力配分を調整する可変
   利得増幅器。
2. 【請求項２】 前記負荷は、前記電源にそれぞれの一方
   端が共通に接続された第１および第２の抵抗素子であっ
   て、 前記第１の電流コントローラは、 第１出力が前記第１の抵抗素子の他方端に接続され、第
   ２出力が前記電源に接続された第１の差動対と、 第１出力が前記第２の抵抗素子の他方端に接続され、第
   ２出力が前記電源に接続された第２の差動対とを備え、 前記第１および第２の差動対の前記第１出力が、前記可
   変利得増幅器の出力であって、 前記第２の電流コントローラは、 第１出力が前記第１の抵抗素子の他方端に接続され、第
   ２出力が前記電源に接続された第３の差動対と、 第１出力が前記第２の抵抗素子の他方端に接続され、第
   ２出力が前記電源に接続された第４の差動対とを備え、 前記第１の電流増幅部は、 第１出力が、前記第１の差動対の共通エミッタに接続さ
   れ、第２出力が前記第２の差動対の共通エミッタに接続
   され、それぞれのエミッタが電気的に接続された第１の
   差動増幅器を備え、 前記第２の電流増幅部は、 その第１出力が、前記第３の差動対の共通エミッタに接
   続され、その第２出力が前記第４の差動対の共通エミッ
   タに接続され、それぞれのエミッタが電気的に接続され
   た第２の差動増幅器を備え、 前記制御信号は、第１および第２の制御信号で構成さ
   れ、 前記第１の制御信号は、 前記第１および第２の差動対の前記第１出力側のトラン
   ジスタと、前記第３および第４の差動対の前記第２出力
   側のトランジスタとを制御し、 前記第２の制御信号は、 前記第３および第４の差動対の前記第１出力側のトラン
   ジスタと、前記第１および第２の差動対の前記第２出力
   側のトランジスタとを制御し、 前記第１および第２の電流増幅部の入力には、第１およ
   び第２の信号が与えられ、 前記第１の信号は、 前記第１および第２の差動増幅器の、前記第１出力側の
   トランジスタを制御し、 前記第２の信号は、 前記第１および第２の差動増幅器の、前記第２出力側の
   トランジスタを制御する、請求項１記載の可変利得増幅
   器。
3. 【請求項３】 一方端が前記電源に接続された第１の負
   荷と、 前記第１の負荷の他方端にその一方端が接続された第２
   の負荷と、 前記第２の負荷の他方端に、その出力が接続された第３
   の電流増幅部と、 前記第１の負荷の他方端に、その出力が接続された第４
   の電流増幅部と、 前記第３および第４の電流増幅部の入力に接続された第
   １および第２の可変電流源とを有した前段増幅器をさら
   に備え、 前記第３の電流増幅部は、前記第４の電流増幅部に比較
   して高利得であって、 前記第４の電流増幅部は、前記第３の電流増幅部に比較
   して低利得であって、 前記第３および第４の電流増幅部には入力信号が与えら
   れ、 前記第１および第２の可変電流源は、前記第１および第
   ２の制御信号に連動する第１および第２の可変電流源制
   御信号によって動作し、 前記第３の電流増幅部と前記第２の負荷との接続ノード
   が前記前段増幅器の出力であって、 前記前段増幅器の出力が、前記第１および第２の電流増
   幅部の入力に接続される、請求項２記載の可変利得増幅
   器。
4. 【請求項４】 前記第１の負荷は、前記電源にそれぞれ
   の一方端が共通に接続された第３および第４の抵抗素子
   であって、 前記第２の負荷は、前記第３および第４の抵抗素子の他
   方端に一方端が接続された第５および第６の抵抗素子で
   あって、 前記第３の電流増幅部は、 第１および第２出力が前記第５および第６の抵抗素子の
   他方端に接続され、それぞれのエミッタが電気的に接続
   された差動対を有し、 前記第４の電流増幅部は、 第１および第２出力が前記第３および第４の抵抗素子の
   他方端に接続され、それぞれのエミッタが電気的に接続
   された差動対を有し、 前記第３の電流増幅部の第１出力と、前記第５の抵抗素
   子との接続ノードから前記第１の信号が出力され、 前記第３の電流増幅部の第２出力と、前記第６の抵抗素
   子との接続ノードから前記第２の信号が出力される、請
   求項３記載の可変利得増幅器。
5. 【請求項５】 前記負荷は、前記電源にそれぞれの一方
   端が共通に接続された第１および第２の抵抗素子であっ
   て、 前記第１の電流コントローラは、 第１出力が前記第１の抵抗素子の他方端に接続され、第
   ２出力が前記電源に接続された第１の差動対と、 第１出力が前記第２の抵抗素子の他方端に接続され、第
   ２出力が前記電源に接続された第２の差動対とを備え前
   記第１および第２の差動対の前記第１出力が、前記可変
   利得増幅器の出力であって、 前記第２の電流コントローラは、 第１出力が前記第１の抵抗素子に接続された第３の差動
   対と、 第１出力が前記第２の抵抗素子に接続された第４の差動
   対とを備え、 前記第１の電流増幅部は、 第１出力が、前記第１の差動対の共通エミッタに接続さ
   れ、第２出力が前記第２の差動対の共通エミッタに接続
   され、それぞれのエミッタが電気的に接続された第１の
   差動増幅器を備え、 前記第２の電流増幅部は、 その第１出力が、前記第３の差動対の共通エミッタに接
   続され、その第２出力が前記第４の差動対の共通エミッ
   タに接続され、それぞれのエミッタが電気的に接続され
   た第２の差動増幅器を備え、 前記制御信号は、第１および第２の制御信号で構成さ
   れ、 前記第１の制御信号は、 前記第１および第２の差動対の前記第１出力側のトラン
   ジスタと、前記第３および第４の差動対の前記第２出力
   側のトランジスタとを制御し、 前記第２の制御信号は、 前記第３および第４の差動対の前記第１出力側のトラン
   ジスタと、前記第１および第２の差動対の前記第２出力
   側のトランジスタとを制御し、 前記第１および第２の電流増幅部の入力には、第１、第
   ２、第３、第４の信号が与えられ、 前記第１の信号は、 前記第２の差動増幅器の、前記第２出力側のトランジス
   タを制御し、 前記第２の信号は、 前記第２の差動増幅器の、前記第１出力側のトランジス
   タを制御し、 前記第３の信号は、 前記第１の差動増幅器の、前記第２出力側のトランジス
   タを制御し、 前記第４の信号は、 前記第１の差動増幅器の、前記第１出力側のトランジス
   タを制御する、請求項１記載の可変利得増幅器。
6. 【請求項６】 前記電源に、それぞれの一方端が共通に
   接続された第１および第２の負荷と、 前記第１の負荷の他方端に、その出力が接続された第３
   の電流増幅部と、 前記第２の負荷の他方端に、その出力が接続された第４
   の電流増幅部と、 前記第３および第４の電流増幅部の入力に接続された第
   １および第２の可変電流源とを有した前段増幅器をさら
   に備え、 前記第３の電流増幅部は、前記第４の電流増幅部に比較
   して高利得であって、 前記第４の電流増幅部は、前記第３の電流増幅部に比較
   して低利得であって、 前記第３および第４の電流増幅部には入力信号が与えら
   れ、 前記第１および第２の可変電流源は、前記第１および第
   ２の制御信号に連動する第１および第２の可変電流源制
   御信号によって動作し、 前記第３の電流増幅部の出力が、前記第１の電流増幅部
   の入力に接続され、 前記第４の電流増幅部の出力が、前記第２の電流増幅部
   の入力に接続される、請求項５記載の可変利得増幅器。
7. 【請求項７】 前記第１の負荷は、前記電源にそれぞれ
   の一方端が共通に接続された第３および第４の抵抗素子
   であって、 前記第２の負荷は、前記電源にそれぞれの一方端が共通
   に接続された第５および第６の抵抗素子であって、 前記第３の電流増幅部は、 第１および第２出力が前記第３および第４の抵抗素子の
   他方端に接続され、それぞれのエミッタが電気的に接続
   された差動対を有し、 前記第４の電流増幅部は、 第１および第２出力が前記第５および第６の抵抗素子の
   他方端に接続され、それぞれのエミッタが電気的に接続
   された差動対を有し、 前記第４の電流増幅部の第１出力から前記第１の信号が
   出力され、 前記第４の差動増幅器の第２出力から前記第２の信号が
   出力され、 前記第３の差動増幅器の第１出力から前記第３の信号が
   出力され、 前記第３の差動増幅器の第２出力から前記第４の信号が
   出力される、請求項６記載の可変利得増幅器。
8. 【請求項８】 前記第１〜第４の差動対の共通エミッタ
   は、直列に接続された第７および第８の抵抗素子をそれ
   ぞれ有し、 前記第１および第２の電流増幅部と、前記第１〜第４の
   差動対の共通エミッタとの接続は、前記第７の抵抗素子
   と前記第８の抵抗素子との接続ノードにおいてなされ
   る、請求項２または請求項５記載の可変利得増幅器。