JPS5820482B2 - 増巾器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は増巾器、特に制御信号に対して利得が対数的に
変化する自動利得制御（ＡＧＣ）増巾器に関する。

ＡＧＣ増巾器は入力信号振巾の大小に関係なく一定振巾
の出力信号を得る等のために使用されている。

従来のＡＧＣ増巾器には利得が制御信号に対して対数的
に変化するものはなかった。

また、ループの応答速度が一定でなく入力変動に対する
最高応答が得られず、ＡＧＣ電圧の変動が増巾器内の直
流電位を変化させることにより、ＡＧＣ増巾器の利得を
変化させるので制御信号の設定が困難である等種々の欠
点を有した。

従って本発明の目的は、・上述した従来技術の欠点のな
い、制御信号に対して利得が対数的に変化するＡ ＧＣ
増巾器の提供にある。

本発明の上述及び他の目的、効果及び固有の機能は、同
様素子を類似参照符号で示す添付図を参照する以下の本
発明の好適な実施例に関する説明より理解できよう。

然し、以下の実施例は本発明のすべてを開示するもので
も、また限定するものでもなく、単に当業者が本発明の
原理及び用途を充分理解するためのものであり、当業者
には適宜種々の変更及び変形をなし得ることが理解され
よう。

第１図は本発明のＡＧＣ増巾器の簡略化した回路図であ
る。

この簡略図において、電流源ｉｉｎが発生したシングル
・エンド入力電流はトランジスタ１００のベース即ち制
御電極に加えられる。

トランジスタ１００はトランジスタ１０２及びダイオー
ド１０４，１０６と共に一対の半導体結合素子を有する
一対の差動的に結合した制菌素子（トランジスタ１０２
のベース即ち制御電極は電位■２に接続される）を構成
する。

斯る半導体結合素子は一対の差動的制御素子の非直線性
を実質的に補償する対数特性を有するので、増巾器の出
力電流は非直線的でなく直線的となる。

斯る回路は本発明の譲受人に譲渡されたバリー・ギルバ
ートの米国特許第３，６８９，７５２号に詳細に記載さ
れた直線的マルチプライア回路（ゲイン・セル）である
。

ダイオード１０４及び１０６は半導体結合として接続し
たトランジスタ即ちエミッタ及びベース間のダイオード
でもよいことが理解できよう。

、′本発明の回路において、ダイオードのカソードは共
通結合され、電流源ＩＡからの電流は斯るダイオードを
介して共通端子（接地）１０８に流れる。

更に、トランジスタ１００及び１０２のコレクタは夫々
抵抗器１１０及び１１２を介して基準電位、源十に接続
すると共に、トランジスタ１１４゜１１８のベース及び
夕゛イオード１１６，１２０のアノードに接続する。

トランジスタ１１４及び１１８のエミッタは共通結合し
、電流源ＩＤからの電流はトランジスタ１１４及び１１
８を介して。

接地に流れる。

ダイオード１１６及び１２０のカソードはトランジスタ
１００及び１０２のエミッタの如く共通結合し、これら
の素子を介して電流ＩＢ及びＩＣは接地に流れる。

電流源ＩＥからの総合電流はトランジスタ１２２及び１
２４より成るエミッタ結合増巾器を介して流れる。

トランジスタ１２４のベース即ち制御電極は制御電圧で
あるＶＡＧｃ に制御される様に接続する。

一方トランジスタ１２２のベースは接地されろ。

一対のトランジスタ１２６及び１２８は増巾器の出力段
となり、各制御電極部ちベースは電圧源ＶＤＯに接続す
る。

一方トランジスタ１２６及び１２８のエミッタは夫々ト
ランジスタ１１４及び１１８のコレクタに直接接続する
。

トランジスタ１２６のコレクタは直接基準電位源十に接
続し、トランジスタ１２８のコレクタは出力抵抗器１３
０を介して基準電位源十に接続する。

出力抵抗器１３０には電流ｉ。

ｕｌが流れる。出力■。ｕｔはトランジスタ１２８のコ
レクタから得る。

トランジスタ１３２，１３４、抵抗器１３６，１３８、
キャパシタ１４０及び電圧源Ｖ１（電圧源■１はトラン
ジスター３４のベースに接続される）より成る帰還回路
網はトランジスタ１２８のエミッタ及びトランジスター
００のベース間に配置する。

帰還回路網により電源ＩＩＮは次に示す如く流れる０ 回路の動作を理解するために、まずＶＤＯが固定である
と仮定すると、 ＩＡ。

（１） ＩＩＮ＝− 増巾器が２個のカスコード・ゲイン・セル（素子１００
．１０２，１０４，１０６及び素子１１４゜１１６．１
１８，１２０）から成り、トランジスタ１２８を上側の
ゲイン・セルのカスコード出力段として扱うので、回路
の電流利得ＡＩは次の様になる。

（２） Ａ Ｉ ＝ ’ｏｕｔ ／ ｉ ｉ。

１１） ＩＢ ＡＩ＝（−）（−） ＩＡ ＩＣ 尚、抵抗器１１０及び１１２の分流は無視し、トランジ
スタ（またはダイオード接続したトランジスタ）の電流
増巾率αを１と仮定する。

よって、トランジスター２２及び１２４から成る差動即
ちエミッタ結合増巾器の伝達関数は次の様になる。

ＩＣ （３） −−Ｅｘｐ（■ＡＧｃ／ＶＴ）ＩＢ Ｔ 尚、ｖＴは−に等しく、Ｋはボルツマン定数（１，３８
Ｘ １０Ｈ３ジユール１０Ｋ）、Ｔはケルビンの絶対温
度、ｑは単一電子の電荷（１，６ｘ １０−１９クーロ
ン）であり、室温にて２６ ｍＶである。

２個の式（２）及び（３）を結合してデシベル表示する
と、（４） ＡＩｄＢ＝２０１ｏｇ１０’（ＩＤ／Ｉ
Ａ）−Ｋ（ＶＡＧＯ／ＶＴ）□となり、Ｋは２０ ｌｏ
ｇ１０ｅ＝ ８．６９であり、ｖＴは上述した値である
。

この制御信号ＶＡＧＯに対する対数利得関係により、入
力信号振巾変化の瞬間における利得に無関係に、同じｄ
Ｂ入力振巾変化に対し等しい七トＩＪング時間が得られ
るので、電気通信分野の増巾器として極めて好適である
ことが判る。

次に増巾器内の直流状態について考察すると、上述の如
くトランジスタ１２８は上側のゲイン・セルの出力端子
にカスコード接続している。

更にＶＤＯの低速変化において、トランジスタ１２８は
エミッタ・フォロワとして動作し、キャパシタ１４０の
両端子間の電圧を変動させるので、ＩＩＮも変動する。

またＶＤＯの高速変化において、トランジスタ１２８は
次の様にエミッタ接地増巾器として動作する。

Ｖｏｕｔ、Ｒ１３０ （５）−＝− ＶＤＯＲ，１３６ よってＡＩはＩＩＮから独立しており、更にＶＤＯの急
激な変化期間を除いてＶＤＯからも独立している。

トランジスタ１２６がコレツク／ベース電圧を低く維持
する様に設けられ、上側のゲイン・セルの熱歪を最小に
する。

最後に、接続点１４２及び１４６における直流電圧につ
いて考察すると、 （６）Ｖ１４２−■、４６ Ｖ１４２−ＶＯＯ（Ｒ１１２） （ＩＥ）／２尚、■ｃ
ｃは図における基準電位源子の電圧である。

よって、電圧ＶＡＧＯが変動しても、回路内の直流電位
は変化しない。

利得のＶＤＯからの独立及び直流電位のＶＡＧＯからの
独立は制御信号の設計を簡単にする。

上述は当業者向けであるが、本発明の完全な回路図を示
すのが望ましいだろう（各素子の値は示さない。

）。斯る回路図は第２図に示しており、。この実施例は
上述の実施例と一部具なる。

本発明の好適な実施例は連続した基体内に不可分に組立
てられ単一のパッケージ内に納められ相互接続された回
路素子の結合であることが判る。

この集積回路は好ましくは受動及び能動素子の両方を含
ん。

でおり、これら素子は例えば１９６７年マグロウ・ヒル
社が出版したジュイ・ミルマン及びシー・シー・ハルキ
アス著「電子素子及び回路」の４１８−４４９頁に記載
の如き周知の技法により組立てる。

しかしながら、回路は個別素子で組立てられるこ４とも
理解できよう。

第２図は好適な実施例におけるＡＧＣ増巾器の簡略され
た第１図の実施例を変更したものである。

第１図の変更はＮＰＮペース接地トランジスタ２００を
付加したことであり、トランジスタ２００のエミッタに
は入力端子１０における入力信号及び帰還電流が加わる
。

トランジスタ２００のベースはエミッタ・フォロワ・ト
ランジスタ２０２を介して加えた電圧により制御される
。

斯る制御電圧は電圧は■１である。

トランジスタ２００のコレクタはトランジスタ１００の
ベースに結合される。

斯るベースはＡＧＣ増巾器の両方の反転入力端子として
働く。

電流■Ａ１ ■Ｄ及びＩＥを発生する電流源はトランジ
スタ２０４゜２０６及び２０８であり、夫々の制御電極
即ちベースを従来手段により必要な電流を発生する様に
設定して、増巾器の静的動作点と共に温度、トランジス
タ・パラメータの安定の如き他の回路定数を設定する。

斯る手段は２１０で示される。電圧ＶＡＧＣ！はトラン
ジスタ２１２及び２１４から成るダーリントン段を介し
てトランジスタ１２４のベースに加える。

斯るダーリントン段の目的は差動対１２２及び１２４を
制御するために加える電圧の緩衝であり、利得制御の感
度を下げる。

ＡＧＣ電圧はＬＰＦ５８のキャパシタの両端子間の電圧
であることが判る。

電圧ｖ１及び■２と共に差動対１２２及び１２４の基準
電位は、複数のダイオード接続されたトランジスタ及び
ダイオードで構成され電位源＋及び共通端子（接地）１
０８間に配置した分圧回路網から導出する。

斯る分圧器は当業者に周知の従来回路なので詳述しない
。

しかしながら、この分圧器は２１６で示す。ＡＧＣ増巾
器の他の変更は、接続点１４２゜１４６及び上側のゲイ
ン・セルのトランジスタ１１４ 、１１８のベース間に
夫々配置した一対のＮＰＮエミツク・フナロワ・トラン
ジスタ２１８及び２２０を付加したことである。

更にダイオード１１６及び１２０は実質上ダイオード接
続したトランジスタ１１６Ａ及び１２０Ａに置換される
。

トランジスタ２１８及び２２０の付加はゲイン・セルの
利得を増加させる。

上述の如く、一対のトランジスタ１２６及び１２８はＡ
ＧＣ増巾器の出力段である。

更に詳細には、トランジスタ１２８はＡＧＣ増巾器の出
力に接続された加算増巾器１６の入力部分を形成し、そ
のエミッタ及びベースは夫々非反転入力端子及び反転入
力端子として働き、エミッタ・フォロワ増巾器及びベー
ス接地増巾器の両方として動作する。

加算増巾器の出力はエミッタ・フォロワ・トランジスタ
２２２及び２２４を介して出力端子１７に反転した出力
信号を発生する。

入力波形を入力端子１０に加えたとき、斯る回路の動作
は第１図の場合と同様である。

上述した如く本発明の増巾器は従来のＡＧＣ増巾器に対
して種々の利点を有している。

即ち、出力電流に対する入力電流の比率である増巾器の
利得及び制御電圧間に特別な伝達関数が存在する。

本発明の増巾器において、この比率は上述したダーリン
トン段２１２，２１４に加えられるＡＧＣ制御電圧に関
連するので、利得ｔ、−：ＡＧｃ電圧の対数に正比例す
る。

斯る関数は新規であり、その重要性は実施例に非常に良
く示している。

例えば、ある外部条件において入力信号が１０分の１に
減少したので、ＡＧＣ増巾器にとってその利得を１０倍
変化させることが必要である。

よって、対数ＡＧＣ電圧特性に対する直線的利得のため
、１０倍の応登はそれがどこから開始するのかに関係な
く正確に同時に生じる。

それが非常に高利得の場合、１０倍の増加は非常に低利
得の場合の如く、全く長い期間を要する。

これはトランジスタが入力電圧を対数電流に変換すると
いう入力特性を有するという事実のためである。

本発明のＡＧＣ増巾器の第２の重要な利点は、ＡＧＣ電
圧が変化してもゲイン・セルを設定する直流電位が変化
しないことである。

換言すれば、ＡＧＣ電圧が変化しても、回路内の直流電
位は変化しない。

利得が直流電圧と無関係であるので制御信号の設計が簡
単になる等本発明は種々の顕著な作用効果を有する。

尚、上述は本発明の好適な実施例について説明したが、
本発明の要旨を免税することなく種々の変形変更ができ
ること当業者には明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例の簡略回路図、第２図
は第１図の実施例を変更した回路図である。 １００−１０２，１１４−１１８・・−・・エミッタ結
合トランジスタ対、１０４−１０６，１１６−１２０．
１１６Ａ−１２ＯＡ・・・・・・ダイオード対、１００
−１１２−．１０４−１０６・・・・・・入力段マルチ
プライア、１１４−１１８．’１１６−１２０゜１１６
Ａ−１２ＯＡ・・・・・・出力段マルチプライア、ＩＡ
・・・・・第１電流源、ＩＤ・・・・・・第２電流源、
ＩＥ・・・・・・第３電流源、ＶＡＧＣ！・・・・・・
制御信号源、１２２−１２４・・・・・・トランジスタ
対、１２２−１２４゜ＩＥ・・・・・・非直線電圧−電
流変換器、１２８・・・・・・出力トランジスタ対１３
６−１３２−１３８−１３４・・・・・・帰還回路、ｉ
ｉｎ・・・・・・入力信号源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 夫々エミッタ結合トランジスタ対及び該トランジス
   タ対のベースに接続されたダイオード対を有し、互にカ
   スケード接続された入力段及び出力段マルチプライアと
   、該入力段マルチプライアの上記ダイオード対の共通接
   続点及び上記出力段マルチプライアの上記トランジスタ
   対のエミッタに夫々接続された第１及び第２電流源と、
   エミッタが第３電流源に接続されベース間に制御信号を
   印加したトランジスタ対を含み上記制御信号に対し非直
   線関係のコレクタ出力電流を夫々上記入力段マルチプラ
   イアの上記トランジスタ対のエミッタ及び上記出力段マ
   ルチプライアの上記ダイオード対の共通接続点に供給す
   る非直線電圧−電流変換器と、上記出力段マルチプライ
   アの上記トランジスタ対のコレクタにカスコード接続さ
   れコレクタから出力電圧を得る出力トランジスタと、該
   出力トランジスタのエミッタ及び上記入力段マルチプラ
   イアの上記トランジスタ対のベース間に接続され該ベー
   スに供給する入力信号電流に対して逆相関係で出力電流
   を帰還する帰還回路とを具えた増巾器。