JPS58108810A - 可変利得増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可変利得増幅器、特に利得を予め設定した複数
の値に切換え可能な増幅器に関する。

オシロスコープの如き電子計測器）二あっては感度切換
えの為に広帯域増幅器の電圧増幅度（以下単に利得とい
う）を正確な倍率関係にある複数の値に切換える必要が
ある。このような用途にあっては、利得以外の諸特性、
例えば周波数特性には何等の影響を与えることなく、利
得のみを所望倍率；二切換える必要がある。

このような目的の為（二使用されている従来回路の１例
を第１図に示す。１対のトランジスタ１２゜１３のベー
スを入力信号が印加される入力端子１０．１１とし、そ
のエミッタを例えばダイオード１４．１５を介して第１
のエミッタ結合抵抗１６−１７を接続すると共にダイオ
ード１８．１９を介して第２のエミッタ結合抵抗２０−
２１を接続している。両結合抵抗１６−１７．２０−２
１は後述の如く所望利得に応じて異なる値に選定してい
る。両結合抵抗１６−１７．２０−２１の接続点は夫々
カレントスイッチトランジスタ２３−２４を介して電流
源２２に接続され、カレントスイッチトランジスタ２３
−２４はベース制御端子２５に印加する電圧の高低関係
によりいずれか一方がオンとなる。差動トランジスタ対
１２−１’３のコレクタは夫々コレクタ負荷抵抗２６．
２７を介して正電源に接続すると共に出力端子２８．２
９と 春なる。尚、図示せずも結合抵抗１６−１７゜２０−２
１の少なくとも一方には並列にコンデン、す或はコンデ
ンサと抵抗の直列回路を接続して増幅器の周波数帯域幅
の補償を行っている。

動作を説明する。カレントスイッチトランジスタ２３−
２４の一方例えばトランジスタ２４のベースを比較的高
レベルにすると、トランジスタ２４がオンとなり差動ト
ランジスタ対１２−１３のエミッタ間に第１エミツタ結
合抵抗１６−１７ド１８−１９により完全に遮断される
。そこで、この増幅器は利得がコレクタ抵抗２６（又は
２７）と第１エミツタ結合抵抗１６（又は１７）の比で
決まる平衡増幅器となる。次に、カレントスイソ。

テトランジスタ２３のベース電圧を比較的高レベルとす
ると、トランジスタ２３がオンとなり、第２エミツタ結
合抵抗２０−２１が差動トランジスタ対１２−１３のエ
ミッタ間に接続され、第１エミツタ結合抵抗１６−１７
はダイオード１４−１５により回路から隔離されて動作
に寄与しない。そこで、増幅器の利得はコレクタ負荷抵
抗２６（又は２７）と第２エミツタ結合抵抗２０（又は
２１）の比で決まる。よって、カレントスイッチトラン
ジスタ２３．２４のオン・オフにより第１及び第２エミ
ツタ結合抵抗比で決まる倍率で差動増幅器の利得を切換
えることができる。

しかしながら、第１図の従来例では、エミッタ結合抵抗
の切換えを行なうので、差動トランジスタ対１２−１３
の動作信号レベルが変化すること、周波数帯域を一定に
維持したままで利得の切換えが困難であること、利得を
３以上の値に切換えるにはエミッタ回路の配線が不可避
的（二長くなり高周波信号の増幅を困難にすること又≠
−ス、エミッタにダイオードが直列にはいるので温間に
よる利得変化、ドリフト発生を伴うこと等の種々の欠点
がある。

従って、本発明の目的は従来増幅器の欠点のない新規な
可変利得増幅器を提供することである。

本発明の他の目的は、利得が大幅に変化できる新規な可
変利得増幅器を提供することである。

本発明の更に他の目的は、利得が遠隔制御できる新規な
可変利得増幅器を提供することである。

本発明の付加的目的は、出力信号を０にすることができ
る平衡増幅器を提供することである。

本発明の更に別の目的は２以上の増幅器の出力端を共通
出力端子に接続し、夫々異なる入力信号を選択的に且つ
異なる利得で共通出力端子に得ることができる選択増幅
回路を提供することである。

以下第２〜５図を参照して本発明の増幅器な詳細に説明
する。第２図は、本発明による３段利得　−切換え増幅
器の好適一実施例の簡略回路図を示す。

１対のエミッタ結合抵抗３０−３１でエミッタが相互接
続された差動トランジスタ対１２’−１３’のベースを
入力端子１０’−１１’間に接続し、エミッタ結合抵抗
中点を定電流源２２′に接続する。トランジスタ対１２
’−１３’のコレクタは３個のスイッチングトランジス
タ対３２ａｂ、３４’ａｂ、３５ａｂを介して直列接続
したＲ１乃至Ｒ７を含む抵抗回路網３８の各接続点に接
続する。抵抗Ｒ１，Ｒ２接続点、即ちトランジスタ３２
ａのコレクタを出力端子２８′とし、同様に抵抗Ｒ６，
Ｒ７の接続点、即ちトランジスタ３２ｂのコレクタを出
力端子２９′とする。各スイッチングトランジスタ対３
２ａｂ、３４ａｂ、３６ａｂノベースを夫々相互接続し
て利得切換制御端子Ａ。

Ｂ、Ｃとする。

第２図の回路動作を説明すると、制御端子Ａに例えば論
理回路から比較内圧の制御電圧が印加されると、スイッ
チングトランジスタ対３２ａｂがオンとなり（３４ａｂ
、３６ａｂはオフ）、差動トランジスタ１２’　−１３
’のコレクタ差動出力電流が、そのまま出力端子２８’
、２９’に供給される。尚、図示せずも出力端子には電
流の流入出のない、又は無視し得る充分高入力インピー
ダンスの利用回路、例えばエミッタフォロワ又はエミッ
タ接地形トランジスタ等が接続されるものとする。制御
端子Ａが能動の場合には、後述の第３図を参照する説明
から一層明瞭になる如く、電流分流作用が最小であるの
で、最大出力が得られ、利得が最大となる。

次に制御端子Ｂを比較的高レベルとすると、スイッチン
グトランジスタ対３４ａｂがオンとなり、差動トランジ
スタ対１２’　−１３’の差動コレクタ電流を夫々抵抗
Ｒ２−Ｒ３の接続点とＲ５−Ｒｅの接続点へ供給する。

そこで、出力端子２８’−２９’側への分流電流は先の
場合より減少し、中間利得が得られる。最後に、制御端
子Ｃを能動とすると、上記コレクタ信号電流を夫々抵抗
Ｒ３”−Ｒ４及びＲ４−Ｒ５の接続点へ供給する。この
場合には、コレクタ信号電流のうち出力端子２８’−２
９’側へ分流される量が最小となるので、最小利得とな
る。要約すると、抵抗回路網３８の異なる接続点に信号
電流を供給して、分流した信号電流により抵抗回路網３
８の両端抵抗Ｒ１，Ｒ７に生じる電圧降下を出力信号と
している。

次に、第２図の回路の利得を計算する。入力端子１０’
−１１’間の入力端子をｅｌとすると、トランジスタ対
１２’−１３’の差動コレクタ電流１ｓは略々１Ｓ−ｅ
Ｉ／Ｒｅ（１） となる。ここにＲｅはエミッタ結合抵抗３０．３１の合
成抵抗である。本発明の増幅器の動作及び利得を第２図
回路を模型的に示す第３図を参照して説明する。トラン
ジスタ１２’−１３’のコレクタ信号電流をｉ３とし、
抵抗回路網３８のうちトランジスタ１２′及び１３′の
コレクタ電流供給点より左側及び右側の抵抗をＲａ、両
供給点間の抵抗をＲｂとする。

キルヒホッフの法則より次式が成立する。

２Ｒａｉｏ　＝　Ｒｂ　（ｉｓ、−ｉｏ　）（２）式に
より、第２図のＲ１，Ｒ７を流れる信号電流の大きさは
、差動信号電流ｉ５に抵抗回路網３８の全けた値となる
ことが判る。よって、例えばＲ１，Ｒ７の抵抗値を４Ｒ
，Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６を２Ｒ，Ｒ３，Ｒ５をＲとすると（
但しＲは任意の正数）、制御端子Ａ、　Ｂ、　Ｃを能動
にした場合のｉｏ、即ちｉｏＡ、　ｉｏｎ　、　ｉｏｃ
は次のようになる。

従って、ｉｏＡ：　ｉｏｎ：　ｉｏｃ　＝　４　：　２
　：　１−−・（６１出力端子２８’、２９’における
出力電圧は夫々ｉｏＡ。

ｉｏｎ　、　ｉｏｃに抵抗Ｒ１又はＲ７の抵抗値（以下
ＲＬとする）を掛けた値となるので、出力信号電圧比も
又（６）式と同様４：２：１に切換えられることが判る
。

ここで、制御端子Ａを能動とした最大利得の場合の概略
電圧利得を求める。（１）及び（３）式から端子列’、
　２９’の出力信号電圧ｅｏは、よって、第２図の可変
利得増幅器の差動電圧利得は、上記特定の抵抗回路網を
使用した場合、制御端子Ａ、Ｂ、’Ｃを能動にすること
により、ＲＬ／Ｒｅ。

ＲＬ／２Ｒｅ、　ＲＬ／４Ｒｅとなる。

以上の説明から明らかな如く、本発明の可変利得増幅器
によれば、差動増幅器とプログラムした抵抗回路網間に
複数のスイッチングトランジスタ対を設け、これを選択
的にオンオフすることにより広範囲に電圧利得を制御す
ることができる。第２図の場合、最小利得選択用スイッ
チングトランジスタ対３５ａｂのコレクタ間に抵抗Ｒ４
を接続しているが、これをＯ即ちコレクタを共通接続す
ると、差動トランジスタの両コレクタ電流は左右の抵抗
に等しく分流される。よっヤ、出力端子２８’、２９’
には出力信号は全く現われない。この特性を利用して異
なる２人力信号を選択し得る利得で選択的に共通出力端
子に得る、いわゆる２チャンネル選択増幅器に応用した
場合を第４図に示す。

簡単の為に第４図では省略しているが、同一回路である
を可とするチャンネル１　（ＣＨＩ）スイッチング増幅
器４０及びＣＨ２スイッチング増幅器４０’を有し、夫
々異なる差動入力信号が印加される独立した入力端子４
１−４２及び４１’　−４２’を有し、出力端子は共通
接続されて端子４８−４９から利用回路に接続される。

ＣＨＩ、ＣＨ２ヌイノテング増幅器４０．４０’は第２
図の可変利得増幅器と略同−であり、入力段差動増幅ト
ランジスタ４３−４４．３個のスイッチングトランジス
タ対５Ｑａｂ　、　５１　ａｂ　、　５２ａｂ及び抵抗
Ｒ＋乃至Ｒ７を含む抵抗回路網５４を有する。しかし、
抵抗回路網５４中Ｒ４がなく、スイッチングトランジス
タ対５Ｑａｂの両コレクタを抵抗回路網の中点に接続し
ている点で第２図の回路と異なる。

も 第４図の回路は次のよう（、二動作する。咎ずＣＨＩ増
幅器４０において、制御端子４０を能動にすると、端子
４１−４２間に印加したＣＨＩ入力信号を最大利得で増
幅し、対応する出力信号が出力端子４８−４９に現われ
る。次に、制御端子Ｂを能動にすると、スイッチングト
ランジスタ対５１ａｂがオンとなり信号電流が抵抗回路
網５４で分流され、利得が低下し、より小振幅の出力信
号が出力、端子４８−４９に現われる。これらの場合の
電圧利得はエミッタ結合抵抗４５−４６．抵抗回路網５
４の抵抗値により任意（−選択し得ること上述の説明か
ら明らかである。制御端子Ｃを能動にすると、スイッチ
ングトランジスタ対５Ｑａｂがオンとなり、差動トラン
ジスタ対４３−４４からの差動信号電流は加算され、梧
抗回路網５４が対称であればＲ３，Ｒ２，Ｒ１とＲｓ、
　Ｒ６，Ｒ７側とへ完全に２等分されるので、出力端子
４８−４９にはＣＨＩ信号は全く現われない。このとき
、ＣＨ２スイッチング増幅器４０′の制御端子Ａ又はＢ
を能動にす′ると、入力端子４１’−４２’へ印加した
ＣＨ２人力信号が高又は低利得で出力端子４８−４９に
現われる。このように、制御端子Ａ、Ｂ、Ｃ，Ａ＝、Ｂ
・、Ｃ・を選択的に能動状態とすることにより、ＣＨＩ
、ＣＨ２人力信号を選択的に共通出力端子４８−４９に
所望利得で増幅出力することができる。この場合、制御
端子ｃ　、　ｃ’を共に能動にするとＣＨＩ、ＣＨ２両
入内入力信号断され、Ａ（又はＢ）、Ａ’（又はＢ’　
）を同時に能動にするとＣＨＩ、ＣＨ２両入内入力信号
時（二所望利得で増幅加算できる。更に両又は一方のチ
ャンネル（二極性切換回路を設けることに、例えば　ｅ
ｏ＝Ａｅｔ十Ｂｅ２の如き出力信号を得るも可である。

ここでｅｌ、　ｅ２は夫々ＣＨＩ、ＣＨ２人力信号電圧
、Ａ、ＢはＣＨ１、ＣＨ２の利得を表わす。勿論Ａ、　
Ｂは制御端子を多数設けることにより予め定めた多数の
異なを値に切換ることかできる。

第５図は本発明による可変利得増幅器の出力回路の一例
を示す。回路ブロック５６は差動トランジスタ対と３対
のスイッチングトランジスタ対を有する回路であり、制
御端子Ａ、Ｂ、Ｃの制御下で入力端子１０’−１１’に
印加された入力信号を所望利得で増幅する為、直列抵抗
回路網Ｒ２〜Ｒ６の各接続点（二差動電流を供給する。

抵抗ＲＩＯ，Ｒ１１の合成抵抗が第２図のＲ口＝相当し
、Ｒ１２，Ｒｔａの合成抵抗がＲ７に相当する。出力段
トランジスタ６〇−６１はエミッタ抵抗５８．５９を有
するエミッタ接地トランジスタであるので、そのベース
入力インピーダンスは充分に高い。ポテンショメータ６
４とボルテージフォロワ６５は増幅器の出力直流レベル
を制御し、必要に応じて偏奇させる為の回路である。差
動出力信号は、トランジスタ６０．６１のコレクタに接
続した出力端子６２．６３から得る。尚、上述したＲ１
．Ｒ７が大きい場合には、トランジスタ６０．６１の前
段にエミッタフォロワを用いるも可である。

以上、本発明を好適実施例及び応用回路例に基づき詳述
した。この説明から理解される如く、本発明の可変利得
増幅器は基準電位源（例えば接地電位）間（−直列接続
した複数の抵抗を設け、各接続点に対称に複数のスイッ
チングトランジスタ対を介して差動信号電流を流し、両
端の抵抗に生ずる電圧降下を出力信号として取出すよう
にしたものである。本発明によると、利得を抵抗回路網
の設定且つ精度で決まる複数の値に正確に切換えられる
。更に差動トランジスタのエミッタ回路及び結合抵抗は
何ら切換えないので、利得切換えに拘らず一定入力に対
し同一信号レベルで動作し略一定周波数特性が得られ広
帯域可変利得増幅器が得られる。利得切換えがロジック
によりリモートコントロールできる。利得を完全にＯ（
遮断）とすることができるので、複数チャンネルの選択
増幅が可能である動作特性の温度依存性が最小になる、
等の実用上の種々の顕著な作用効果が得られる。

尚、以上は本発明の好適実施例についてのみ説明したが
、用途に応じて種々の変更変形が可能でしてシングルエ
ンド増幅器とすることも可能である。シングルエンド増
幅器の場合も、基準電位源間に直列接続した複数の直列
抵抗の各接続点に複数のスイッチングトランジスタを介
して信号電流を流し、１方の端部（二接続した抵抗の電
圧降下を出力信号として利用すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の可変利得増幅器、第２図は本発明の可変
利得増幅器の一実施例の回路図、第３図は第２図ｐ動作
説明図、第４図は本発明の可変利得増幅器の応用回路図
、第５図は本発明の可変利得増幅器の関連回路図を示す
。 １２’、　１３’、　４３．４４　　・・・　・・・・
・、入力増幅器３２．３４，３６，５０，５１．５２・
・・・スイッチングトランジスタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　入力信号を増幅する入力段トランジスタと、基準
   電位源間に直列接続した複数の抵抗を有する抵抗回路網
   と、該抵抗回路網の各接続点に上記入力段トランジスタ
   のコレクタ電流を選択的に供給する複数のスイッチング
   トランジスタ）具え、該スイッチングトランジスタを選
   択的に制御して上記抵抗回路網の一端に接続した抵抗の
   電圧降下を出力信号とする可変利得増幅器。 ２、上記入力段トランジスタとして差動トランジスタを
   用い、上記スイッチングトランジスタとして上記抵抗回
   路網に対称（二接続した複数のスイッチングトランジス
   タ対を用い該各スイッチングトランジスタ対を選択的に
   制御する特許請求の範囲第１項記載の可変利得増幅器。 ３　上記複数のスイッチングトランジスタ対のうち上記
   抵抗回路網の最も内側に接続されるスイッチングトラン
   ジスタ対のコレクタは共通接続して上記抵抗回路網の中
   点に接続する特許請求の範囲第２項記載の可変利得増幅
   器。