JPS58164306A - 自動利得制御装置 - 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】 本発明はツェナーダイオード等の定電圧源を使用しない
で、その出力信号レベルを電源電圧変動と温度変動のい
ずれに対してもほぼ一定とする、特に集積回路に応用し
て有効な自動利得制御装置を提供するものである。

集積回路は主として、トランジスタ、トランジスタのコ
レクタとベースを結合して構成したダイオード、抵抗お
よびツェナーダイオードにより構成される。これらの素
子において、トランジスタのベース拳エミッタ間電圧■
ＢＫ、ダイオード両端の電圧ＶＤ、ツェナーダイオード
の両１の重圧ｖＺはそれぞれを流れる電流が変化しても
、はぼ一定の値を示すが、この内ＶＪ３ＥおよびＶＤは
温度が変るとその値は変化する。しかし、ツェナーダイ
オードは、温度変化に対しても、その端子電圧はほぼ一
定であって、従来の目動詞得利１卸装置では、このツェ
ナーダイオードの定電圧特性を利用して、その出力信号
レベルが電源電圧変動および温度変化のいずれに対して
も、影響を受けない峰にしていた。しかしながら、低消
費成力化のため集積回路の電源電圧を、集積回路で実現
出来るツェナーダイオードの端子覗圧ｖｚよりも低くし
た場合、ツェナーダイオードを定電圧源として利用する
ことは出来ない。なお、定電圧特性を得る方法としては
、他にトランジスタのバンドギャップ電圧を利用するも
の等あるが、この場合、回路構成が複雑となる。

そこで、定電圧源を使用しない集積回路において、抵抗
とトランジスタ、ダイオードのみで構成した自動利得制
御装置はその出力信号レベルを電源電圧変動と温度変化
の両方に対し一定にすることは一般には雌かしく、例え
ば温度変化に対し出力信号レベルが一定となる様に補償
すると出力信号レベルは電源電圧に比例する様になる。

本発明は、定電圧源を用いない自動利得制御装置におい
て、特定の増幅器を有する増幅器を設けることにより電
源電圧変動と温度変化に対し出力信号レベルを一定とす
るもので、以下図面と共に説明する。

第１図は従来の自動利得制御装置のブロック図を示すも
ので、入力端子１に印加された入力信号Ｖ、は、利得制
御回路２で増幅されて出力端子３に出力される。出力信
号ｖ０は検波回路４で検波され、出力信号ｖ０に応じた
制御信号ｖａが利得制御回路２に供給される。利得制御
回路２はこの制御信号Ｖ　と基準電圧源６から供給され
る基準信号ｖｂとの差信号Ｖ。＝ｖａ−ｖｂによって利
得が制御され、自動利得制御回路の安定状態ではＶＣ＝
Δｖｃ＃。

となっている。このΔＶの値は自動利得制御装置のルー
プゲインで決り、以下これを零とみなして説明する。い
ま、検波回路４が無人力の時の検波回路の出力信号をＶ
ｄとすると、 ■ａ−■ｄ＋η・Ｖｏ である。ここで、■。はＵｏの振幅、ηは検波の効率を
示す量である。

従って、利得制御回路２の出力振幅Ｖ０はｖｏ−ｉｃ（
ｖｂ−Ｖｄ） ここで、■ｂ−ｖｄは一般に電源電圧依存性と温度依存
性を持つもので、どちらか一方を補償することが出来て
も、両方を同時に補償することは、電源電圧および温度
変化に対し一定な定電圧源なしには不可能である。

第２図は本発明の１実流例を示すグロック図であ′って
、以下、同一動作をするものは同一符号を付して説明す
る。いま、入力端子１に印加された入力信号ｖ１は利（
８ＦＩＩＪ　＃回路２で増Ｃ腐されて出力信号ｖ０が出
力端子３に出力される。出力信号ν。はトランジスタ増
幅器６で増幅され、検波回Ｔｈ４で検波される。検波回
路４はその入力信号に応じた制御信号■８を利得制御回
路２に供給し、利得制御回路２はこの制御信号ｖａと基
準電圧源６から供給される基準信号ｖｂとの差信号ｖｏ
−Ｖａ−■ｂにより利得が制御される。なお、自動利得
制御回路の安定状態では ｖｏ＝△Ｖｏζ０ となり、以下、これを零とみなすことは第１図の場合と
同様である。ここで、検波回路４が無人力の時の検波回
路の出力信号をｖｄとすると、ｖａ＝ｖｄ＋η・に１１
ｖ０　　　　　　　　（１）となる。ここでｖｏは自動
利得制御装置出力信号ｖ０の振幅９人は検波の効率を表
わす量、にはトランジスタ増幅器のゲインである０式（
１）より、ここで、ｖｂ、ｖｄはツェナーダイオード等
の定電圧源を利用しない場合、少なくとも電源電圧依存
性か温度依存性のいずれかを持つものである。本発明は
ｖｏを電源電圧変動、温度変動に対して一定とするため
、特定のゲインＸを有するトランジスタ増幅器を自動利
４制御装置の制御ループ内に設けるものであ−〕で、以
下トランジスタ増幅器のゲインにと、基準電源出力と無
信号時の制御回路出力電圧との差箔号Ｖｂ−Ｖｄぞｇそ
れの電源ぼ圧変動と温度変動をほぼ相殺する条件を説明
する。

今、トランジスタ増幅器として、第３図に示す様な差動
増幅器を考える。第３図において、トランジスタＴ４．
Ｔ２は差動増幅器を構成する増幅用トランジスタであっ
て、トランジスタＴ１．Ｔ２のベース間には利得制御回
路出力信号ｖ０が印加される。ここで、トランジスタｒ
４．Ｔ２のベースは適当に直流ノミイアスされているも
のとする。また、゛電流源Ｉ、は差動増幅器のエミッタ
電流を与えるもので、その電流値を２ＩＥとする。さら
にトランジスタＴ１．Ｔ２のエミッタ間に挿入された抵
抗Ｒ１，Ｒ２の値をそれぞれＲＥｌ　トランジスタダｒ
２のコレクタ抵抗をＨｃとおき、トランジスタＴ、。

Ｔ２の特性が等しいものと仮定すると、’１）０＝。

のときトランジスタＴ１．Ｔ２にはそれぞれ電流ｌＥが
流れ、差動増幅器の電源入力端子７から印加される電源
電圧をＶ。。とすると、トランジスタ増幅器の出力端子
８における出力電圧は、トランジスタ増幅器入力が無い
（ｖ０＝ｏ）時、ｖｃｏ−ＲｃＩＥとなる。またｖｏが
入力される時の差動増幅器のゲインには概略 ここで、　ｋ：ボルツマン定数＝　１．３８Ｘ１０−２
５ｊｏｕｌ／Ｋ Ｔ：絶対温度 ｑ：電子の電荷＝　１．６０２Ｘ　１０”９クーロン となる。今、 Ｔｏ＝動作標準絶対温度 ！Ｅｏ：°ｒ＝Ｔ０でのＩ、の値 とおくと、＠（４）より （６） となる。従って、この様なゲインを持つトランジスタ増
幅器により構成される第２図の自動利得制御装置の出力
信号レベルは式（２）と式（５）よりここで、 ｖｅ”’Ｃ”Ｅ　　　ｅ　　ｖｅｏ＝ＲｃＩＥ。

Ｖ　　°標準電源電圧 ＣＣＯ・ Ｖ　　　：Ｖ　　　、Ｔ　におけるＶの値ｅｏ　　　　
　　　ｃｃｏ　　　　　　　ｏ　　　　　　　　　　　
　　　ｅとすると、 （７） となる。

ここで、Ｖｂ−Ｖｄ、Ｖ、　　は集積回路内で抵抗、ト
０ ランジスタ、ダイオードによシ適当に電源電圧を分割し
て作られた電圧であるので計算を簡単にするため、これ
らトランジスタ、ダイオードは等価な特性を持つものと
し、トランジスタのベース・エミッタ間電圧ｖＢＥ、ダ
イオードの両端の電圧ＶＤがすべて等しいものと仮定す
るとＶｂ−ｖｄ。

Ｖ、は一般に ■ｂ−ｖｄ＝α、ｖｏ。　十β、ｖＢＥ　　　　（８）
ｖｅ＝α２ｖｃｃ　”８２ｖＢＥ　　　　　（９）と表
わすことが出来る。結局式（７）？　（８）ｌ　（９）
において、ｖｏが電源電圧変動と温度変化に対し一定と
なる様なｎおよびＱ　４．　Ｑ　２．β１．Ｒ２を与え
ることができると、電源電圧変動と温度変化に対し、出
力信号レベルが一定な自動利得制御装置を実現すること
ができる。ここで、数学的には、（７）式にお　　　−
けるｖ＝を電源電圧Ｖ。。および温度Ｔで偏微分し、そ
れぞれを零とおくことにより、ｎとＲ４，Ｒ２゜β１．
Ｒ２の条件を求めることが出来る。そこで、（８）、　
（９）式を（ηに代入し、 ■ｃｃｏ　＋　　Ｔ”　Ｔａｔ　　”ＢＥ”　”ｊ３Ｋ
Ｏとすることにより、 ”ｈＶＢＥ β１（９下）　（ｎ　”　１）　＋　（Ｖ　ｂｏ　Ｖｄ
ｏ　）） ■ｏ０＝α２ｖｏｏ０＋β２’ＢＥＯ（１３）式（１０
）＋　（１１）＋　（１２）、　（１３）から（Ｚ　１
．　Ｑ　２゜β１．Ｒ２を消去すると、 が求まる。

トランジスタのベース・エミッタ電圧の温度特性は、は
ぼ一定の負の傾斜を持っていて、例えば１、）Ｖ、　＝
−０，。。１８ｖ／。、。様ヶ値を持つ。まえミＴ Ｔ０＝２９８°Ｋ　でＶ　Ｂ　Ｅ□＝　０．７５　Ｖ　
　とするとｎ！＝；１．３９８ となって、ｎはトランジスタの特性によシ決る延数とな
る。なお■ｄと■。の関係は、検波回路の電圧シフト量
をｖｆとすると Ｖｄ＝Ｖ、ｏ　Ｖ、−Ｖｌ　　　　　　　　（１ｓ）で
ある。

第４図に本発明の具体的な回路例を示す。第４図におい
て、ｖｉは自動利得制御装置の入力信号、３は自動利得
制御装置の出力端子、トランジスタ”１１　’ｒ２．　
’ｒ３、ダイオードＤ、〜Ｄ４、抵抗Ｒ４〜Ｒ１２はト
ランジスタ増幅器を、トランジスタＴ４、抵抗Ｒ１３，
コンデンサＣ１は検波回路を、トランジスタτ６〜Ｔ、
１、抵抗Ｒ１４〜Ｒ１８、電流源Ｉ２は利得制御回路を
、抵抗Ｒ１９？Ｒ２゜は基準電圧源を構成し、自動利得
制御装置出力信号は容量Ｃ２によりトランジスタ増幅器
の入力端子、ト・シンジスタＴ、のベースに入力される
。今、トランジス３ 夕増幅器および検波回路を構成するトランジスタのベー
ス・エミッタ電圧およびダイオードの両端の電圧をすべ
て等しく　ｖＪ３Ｅとし、計算を容易にすすためそれぞ
ハのトランジスタの覗流増幅率ｈＦＥを勾と仮定する。

今、抵抗Ｒ４，Ｒ５の値を等しく設定すると、電源電圧
入力端子７にＶ。。なる電圧が印加されている時、トラ
ンジスタＴ３のエミッタには２　ｖｃｃ＋ｖＢＥ なる電圧が、トランジスタＴ１．Ｔ２のエミッタには 一！−■ 　　ｃｃ なる電圧が印加される。Ｒｓ”＝　Ｒ１ｏ＝　’ｄ　と
すると、トランジスタＴ１．　Ｔ２にはそれぞれｖＣＣ
゛ Ｒｄ なるエミッタ電圧が流れ、トランジスタＴ、に信号が内
力されない時、トランジスタＴ２のコレクタ電位Ｖ。Ｃ
−ｖＢは １４゜ となる。この時、検波回路出力端子、トランジスタＴ４
のエミッタ電位ｖｄはｖｆ”ｖＢＥであるから である。また、抵抗Ｒ１１は増幅用トランジスタＴ、。

Ｔ２のそれぞれのエミッタに結合される抵抗の和である
故、その値は２　ＲＥとなる。

ＲＥ＜＜　ＲであるからＲ９，Ｒ１゜をトランジスタ増
幅器のゲインに対し無視すると、式（４）よシ、となる
。

今、数値例として、 Ｖ　　＝５Ｖ、　Ｔ０＝２９８　Ｋ、　ＩＥｏ＝０．２
ｍＡ。

Ｃ Ｒｄ＝１２．６に、ＶＢＫＯ＝ｏ、’ｙｓｖ。

ゐｖＢ− 、−−０，００１ｅＶ／ｃ、　Ｒ，：８　ＫΩとすると
１５ （１４）弐より　　　ｎ＝＝１．３９８（１８）式より
　　　２　ＲＥ　＝　３５９０（１６）式より　　　Ｖ
　：０．３２ＶＣ０゜（α２＝０．３２．β２＝ｏ） （１９） （１７）式より　　　Ｖ　ｄ＝０．８６　ＶｏｏＶ　Ｂ
　Ｅ（２０） また、ｖｏ０＝１．ｅＶ、Ｖｄ０＝２．６５Ｖで、ｅ＋
る０次に、抵抗Ｒ１９，Ｒ２゜の値ＰＲ９，Ｒｈとする
と、であるから （２２） β１＝１　である。

式　（１１其り 特開昭５８−１６４３０６（５） 式（２２）より （２４） （２３）、（２４）より 従ってＲ９：１（ｈ＝０．７８７２６：０．２１３７４
となる。

結局、これらを弐Ｃ）に代入すると （２６） となるので ＝１として各Ｖ。ｏ、Ｔに対しＶｏを求めると、ｖ、、
＝＝ｓｖ、Ｔ＝２９８°にのときＶ　　＝０．０９８９
７５４（０％）Ｖｃｏ＝６．　ｅｓＶ、　Ｔ　＝　２９
８°にのときＶｏ：０．０９９１９３３７ （＋０．２２％） Ｖｏ。＝４．６Ｖ、Ｔ＝２９８°に、ツときＶ　＝０．
０９９２４３６（＋　Ｑ、　２７％） Ｖ、ｏ＝ｓＶ、Ｔ＝２４８°にのときＶ０＝０．０９８
４９０８（−０，４９％） Ｖｏ、＝ａＶ、Ｔ＝３４８°にのときＶ０＝０．０９８
４９０９（−０，４９％） 以上の結果から、電源電圧ｓＶ、Ｖｏ２９Ｓ’Ｋ（２６
℃）において、本発明を第４図に示す様な回路で構成す
ると、自動利得ａｊ御装置の出カ娠幅は電源電圧±１０
％の変化で最大０．２７％の変化、温度±６０℃の変化
で最大０．４９％しかしない。

また、電源電圧が変ると出力レベルが渭加し、温度が変
ると出力レベルが減少するので、両方が変った場合、そ
の変化の方向にかかわらず打消し合って、上記変化量を
越えることはない。実際の回路ではｎの値を正確に設定
するのに技術を要するが、例えば、出力変動範囲を１１
％まで許容すると、他の定数が正確に設定されているも
のと仮定して、 ８ １．２５　＜　ｎ　＜　１．６０ まで許容出来る。この時、電源電圧±１０チ変動に対し
ては、ｏ、ｔｓｅ％の変化である。そこで、電源電圧変
動を１％まで許容すると １．０６　（ｎ　（１，９８ となる。

いずれにしても、本発明から大きく逸脱しない範囲で、
適当なｎの値が選択可能である。

以上説明した様に、本発明によれば、定電圧源を用いな
くても、出力電圧が電源電圧変動と温度変動の両方に対
してほぼ一定となる様な自動利得制御装置を比較的簡単
な構成で実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動利得制御装置のブロック図、第２図
は本発明の１実施例における自動利得制御装置のブロッ
ク図、第３図は本発明におけるトランジスタ増幅器の１
例を示す電気的・結線図、第４図は本発明の１実施例の
具体的な回路図である。 １・・・・・入力端子、２・・・・・・利得制御回路、
３１９ 出力端子、４・・・・・検波回路、５・・・・・・基準
電圧曽、６・・・・・トランジスタ壇Ｉ嘔器、７・・・
・・心像入力端子、８・・・−・・トランジスタ壇１陶
器の出力端子、Ｔ〜Ｔ　・・・−・・　トランジスタ、
０１〜０４・１　　　１１ ・・・・・ダイオード、Ｒ〜Ｒ・−・・・抵抗、Ｃ１゜
１　　　１８ Ｃ・・・・・・　容量、ＩＩ　　・・・・・・　電流源
。 ２　　　　　　　　　　　　　　１！　　２代理人の氏
名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名　。 持Ｍ昭５８−１６４３０６　（６）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基準電圧源と、基準電圧源出力と制御信号の差電圧で利
   得が制御される利得制御回路と、その利得制御回路の出
   力信号を増幅するトランジスタ増幅器と、そのトランジ
   スタ増幅器の出力信号を振幅構成して所定の時定数で検
   波出力を保持することにより前記利得？Ｉｆｌｊ＃回路
   の制御信号を発生する検波回路とから成り、前記基準電
   圧源出力と制御信号の差電圧が櫃略零となる様に制御し
   て、前記利得制御回路の出力信号レベルを一定とするに
   際し、前記トランジスタ増幅器を構成する４幅用トし、
   ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、ｑ：電子電荷、Ｉ
   Ｅ：）ランジスタのエミッタ電流ノの動作標準温度ｆ＝
   Ｔｏでの値の概略 トランジスタのベース・エミッタ間電圧ｔ　Ｖｊ３ａ。 ：’ｒ＝’ｒ０でのｖＢＫの値）を持つ抵抗をそれぞれ
   トランジスタのエミッタに直列に挿入して、前記トラン
   ジスタ増幅器の無人力時における制御信号と基準電圧源
   出力の差電圧の電源電圧依存性と温度依存性を前記トラ
   ンジスタ増幅器の交流利得の電源電圧依存性と温度依存
   性で相殺して、曲記利得制御回路出力信号レベルの電源
   電圧依存性と温度依存性をほぼ零とならしめることを特
   徴とする自動利得制御装置。