JPS5829208A - 利得制御増幅器 - 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】 この発明は、制御電圧に応じて利得が指数関数特性を持
って変化されるようにした利得制御増幅器に関する。

従来、この種の利得制御増幅器としては、第１図に示す
ような回路構成のものが仰られている。

この第１図に示す利得制御増幅器は、一方のトランジス
タ１ａ（ＰＩＰ？ランジスタ）のベースが接地され、他
方のトランジスタ１ｂ（ＰＮＰ）ランジスタ）のベース
には制御入力端子２を介して制御電圧Ｖ、が印加され、
かつ互いのエミッタが共通接続されてなるトランジスタ
ベア１と、一方のトランジスタ３＆（ＭＰＭ）ランジス
タ）のベースが接地され、他方のトランジスタ３　ｂ　
（ＮＰＭトランジスタ）のベースには前記制御入力端子
２を介して制御電圧Ｖ、が印加され、かつ互いのエミッ
タか共通接続されてなるトランジスタベア３とを有して
なるものであシ、信号入力端子４に印加される入力信号
（電圧マ１）を抵抗５、Ｏ（値は共にＲ，）を各々介し
てトランジスタペア１．３の各共通エイツタへ供給し、
定電流１＠、：、７がらトランジスタペア１の共通エミ
ッタと抵抗５とのＩｉ！貌点へ一定電流Ｉを供給する一
方、定電概観ａによ）トランジスタペア８の共通工２ツ
タと抵抗Ｏとの接続点から一定電流工を引きめし、さら
にトランジスタｌａ、３ｂの各コレクタを接地し、トラ
ンジスタｌｂ、３ａの各コレクタを接続すると共にこの
接続点から取シ出される電流１．を帰還抵抗９（値Ｒ，
）を有する演算増幅器１ｏによ〕電圧マ・に嚢換して信
号出力端子１１から出力するようにしたものである。

このような構成の従来の利得制御増幅器において、トラ
ンジスタ１　ｍ、１　ｂ、３ａｓ　３ｂの各ｘ建ツタ電
流を各々１い−１１いち　とした場合、これらの電流昂
１１．１８．１．と制御電圧Ｖ、との間には、トランジ
スタのＰＭ接合の性質から、（但し、！＝」ニー） ｋ？ ｑは電子の電荷、Ｔは接合温駅である。また信号入力端
子４に印加される入力信号の電圧マ、がトランジスタ１
＆、１ｂｓ３ｍ、３ｂの各ベース・が成シ立つ。したが
って、この（２）式と（１）式とがら、か得られる。こ
こでトランジスタ１１）（またはトランジスタｄ＆）の
ルクタから演３４場−一１０へ供給漬れる１扼１．は、 １、にｉ、−１，・・・・・・＜４） であるから、この（４）式に（８）式を代入すれは、が
得られる。また、信号比カ漏子１１に得られる出力信号
の電圧マ、は、 マ―＝−１，・Ｒ１・・・・・・（６）であるから、こ
の（６）式に前記（５）式を代入すれば、が得られる。

したがって、この第１図に示す利得制御増幅器の電圧利
得ムマは、 ムマ１了ゴｓｇ　（Ｋ　−Ｖ、　　＋　１　　・・・・
・・（８）となシ、この（８）式の分母における・ＸＩ
）（Ｋ−＼）が１よ〉充分大である領域（すなわち制御
電圧Ｖ、がｖ、〉０である範囲）においては、指数関数
特性をもって変化することが解る。

ところで、この種の利得制御＊＠器は、制御電圧ｖ、に
よって発生されるトランジスタ１＆、１ｂの各ペースエ
ずツタ関電圧の差、およびトランジスタ３ａ、ａｂの各
ペースエミッタ間電圧の差に応じて、トランジスタ１＆
、１　ｂ１３　’、３ｂの各ニオツタ電流（または各コ
レクタ電流）が前記（１）式のように変化することを前
提としたものである。しかしながら上述した利得制御増
幅器においては、トランジスタ１＆％１ｋｌ（）９ンジ
スタペア１）とトランジスタ３ａｓ３ｂ（トランジスタ
ペア８）とが互いに異なる導電性のトランジスタであシ
、また一般にＮＰＭ）ランジスタのｖ８゜−１，％性と
、ＰＩＰ　）ランジスタのｖ、、−丁。

特性とは異なるものであることから、この導電性の相違
によるトランジスタの特性の差によって、偶数次歪等の
歪が多く発生されてしまうという問題があった。また上
述したような構成の従来の利得制御増幅器は、前記（８
）式からも明らかなよう社制御電圧Ｖ、が一方の極性の
電圧範囲（第１図に示した回路構成においてはｖ、〉０
の範囲）において変化される場合にのみ、利得が指数関
数特性を持って変化されるものであった。すなわち、こ
の従来の利得制御増幅器においては、制御ＷＥＥＶ。

がＶ、（Ｏの範囲において変化された場合、前記（８）
式の右辺分母における（）内の値・ｘｐ（Ｒ４，）が［
１１よシ小となるから、この（）内の値「＋１が無視で
きなくなシ、その結果、利得ム、の制御電圧Ｖ、に対す
る変化が指数関数特性に一致しなくなるという問題があ
った。

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたもので、
偶数次歪等の歪が殆んど発生されず、かつ利得が正負い
ずれの極性の制御電圧に対しても指数関数特性を持って
変化されるようにした利得制御増幅器を提供することを
目的としたものであシ、ベース間に制御電圧が印加され
ると共にエンツタが共通接続された第１、第２のトラン
ジスタからなる第１のトランジスタペアと、第１、第２
のトランジスタと同一導電性の第３、第４のトランジス
タからなシ、ベース間に前記制御電圧が印加されると共
にエミッタが共通接続された第２のトランジスタペアと
、第１、第２のトランジスタペアの各共通エイツタを入
力信号に応じて各々逆位相で駆動するドライブ回路と、
第１．第３のトランジスタの各コレクタ電流の差に基づ
いてドライブ回路の入力側へ負帰還を掛ける帰還回路と
、第２．１１１４のトランジスタの各コレクタ電流の差
に対応する信号を出力信号として取〕出す引算回路とを
設けて構成したものである。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第２図はこの発明の第１の実施例の構成を示す回路図で
ある。この図において、符号１は第１のトランジスタペ
ア、符号３は第２のトランジスタペアであり、・これら
のトランジスタペア１．３は増幅される信号に制御電圧
Ｖ、に応じた指数関数特性を付与するためのものである
。ここで、′＠１のトランジスタペア１は、第１のトラ
ンジスタ１１（ＭＰＭ　）ランジスタ）と第２のトラン
ジスタ１ｂ（ＮＰＭ）ランジスタ）とからなシ、トラン
ジスタ１ａ％１ｂの各エミッタは共通接続されると共に
抵抗１２を介して負電源端子１３に接続され、トランジ
スタｉ％１ｂの各コレクタは負荷抵抗１４．１５（値は
共にＲ１）を各々介して正電源端子１６に一接続され、
トランジスタ１＆のベースは接地され、またトランジス
タ１ｂのベースは制御入力端子２に接続されている。第
２のトランジスタペア８は、前記第１．第２のトランジ
スタ１ａｓ１ｂと同一導電性の（すなわちＮＰｌｉｌｌ
の）第３のトランジスタ３ａと第４のトランジスタ８ｔ
とからな〕、トランジスタ３＆％３ｂの各エンツタは共
通接続されると共に抵抗１７を介して負電源端子１３に
接続され、トランジスタ３＊、８ｂの各；レクタは負荷
抵抗１８．１９（値は共にＲＳ）を介して正電源端子１
６に接続され、トランジスタ８１のベースは接地され、
トランジスタ３ｂのベースは制御入力端子２に接続され
ている。制御入力端子２には接地電位に対して制御電圧
Ｖ、が印加され、負電源端子１３には電源電圧−Ｂが供
給され、正電源端子１６には電源電圧＋１が供給されて
いる。符号２０は信号入力端子４に供給される入力信号
（電圧マ１　）に応じて前記トランジスタペア１．３の
各共通エンツタを逆位相で駆動するためのドライブ回路
であ如、演算増幅器２１と利得「−１」の反転増幅器２
２とを有してなるものである。このドライブ回路２０に
おいて、演算増幅器２１の反転入力端子は抵抗２８（値
Ｒ４）を介して信号入力端子４に接続され、同演算増幅
器２１の非反転入力端子は抵抗２４を介して接地され、
また同演算増幅器２１の出力端子は抵抗２５を介してト
ランジスタペア１の共通エンツタに接続されると共に反
転増幅器２２の入力端子に接続されている。また反転増
幅器２２の出力端子は抵抗２６を介してトランジスタペ
ア８の共通工２ツタに接続されている。符号２７は演算
項ＩＩＡ−ａ２８を有してなシ、前記第１のトランジス
タ１ａと第りのトランジスタ３ａとの各コレクタ電流の
差に基づいて前記演算増幅器２１の入力−に負帰還を施
こす帰還回路である。この帰還回路２７において、演算
増幅器２８の非反転入力端子はトランジスタ１＆のコレ
クタに接続されると共に抵抗２９（値Ｒ１）を介して接
地され、同演算増幅器２８の反転入力端子はトランジス
タ３＆のコレクタに接続されると共に抵抗３０（値只、
）を介して同演算増幅器２８の出力端子に接続され、こ
の出力端子は抵抗８１（値Ｒ・　）を介して演算増幅器
２１の反転入力端子に接続されている。符号３２は、演
算項幅器３３を有してなり、前記第２のトランジスタ１
ｂと第４のトランジスタ８ｂとの各コレクタ電流の差を
対応する電圧マ・に変換して信号出力端子１１から出力
するようにした引算回路である。この引算回路３２にお
いて、演算増幅Ｓａａの反転入力端子はトランジスタ１
ｂのコレクタに接続され、同演算増幅器３３の非反転入
力端子はトランジスタ３ｂのコレクタに接続されると共
に抵抗８４．（値Ｒ６）を介して接地され、同演算増幅
器３８の出力電子は信号出力端子１１に接続されると共
に抵抗３５（ｉｋＲ，）を介して同演算増幅器３３の反
転入力端子に接続されている。

次に、上記構成になるこの実施例の動作について説明す
る。まず、全体の動作を簡単に説明すると、ドライブ回
路２０は、入力信号の電圧マ、に対してトランジスタペ
ア１の共通工ずツタを逆相で、またトランジスタペア３
の共通エイツタを同相で各々駆動する。この結果トラン
ジスタ１＆、　　−３１の各；レクタ電流は電圧マ、に
対して互いに逆相で変化し、またトランジスタ１ｂ１８
ｂの各；レクタ電流も電圧マ１に対して互いに逆相で変
化する。またこの場合、トランジスタｔａ、ｌｂの各コ
レクタ電流の比およびトランシタ３ａ、３ｂの各コレク
ター流の比は、制御電圧Ｖ、に応じて各々指数関数％性
を持って変化される。そしてトランジスタｌａ、３ｍの
各コレクタ電流の差は帰還回路２７によって前記入力信
号に負帰還され、またトランジスタｔｂｓ３ｂの各コレ
クタ＊ａの差は引算回路８２によって検出されると共に
電圧に変換されて出力される。

次に上記動作を数式を用いて更に詳細に説明する。まず
、トランジスタ１　”ｓ　　１　ｂｓ　３’、３ｂの各
コレクタ・電流を１１％　魁、１１、ム　とした場合こ
れらのコレクタ電流と制御電圧Ｖ、との間には次のよう
な関係がある。

（＊　−＠　＊　−＠−”ち　　　　　　　　・・・・
・・（９〕１・寓＝＝１４ａ・・・噛・−一〇五参また
演算増幅器２８の出力端子の電圧をマ、とすれば、この
電圧マ１は演算増幅器の性質から、マ、ａ＝（ｌ、−ｉ
、）、ｌ−・・・・・・（ｕ）となる、また演算増幅器
２１の反転入力端子は仮想接地点であシ、抵抗２３に流
れる電流と抵抗３１に流れる電流とは等しいから、電圧
ｖｉと電圧ｖ１との関係は次式のようになる。

ｍ：１Ｌ。

Ｘ　　Ｒ，＊　　　　　　　・・・・・・（ＩＪりまた
、ｇｉ号出力端子１１に得られる出力信号の電圧マ・は
−演算増幅器の性質から、 マ・冨（ｉｍ　−１ｍ　）・只−・・・…（泌）′ｃｈ
るから、この実施例における１５Ｆ１１４４１１制御増
幅−の電圧５Ｎ得ム、は、 一五−ｍ １ｔａ　　（ａｍ−ｉｍ） 雛に、。””　　　　　　　””　（１４）４ となシ、制御電圧Ｖ、に応じて孔数関数特性を持って変
化される。

このようにこの実施例によれば、トランジスタペア１．
８を同一導電性のトランジスタを用いて構成することが
可能であるから、トランジスタ１ａｔｂｘ３ａ、ａｂと
して特性の揃ったものを用いることができ、これによシ
トランジスタｉａ％きおよびトランジスタ１ｂｓ３ｂを
各々略完全に対称動作させることが可能になる。したが
って、この実施例によれば偶数次歪等の歪は殆んど発生
されず、さらに帰還回路２７を介して入力信号に対して
負帰還が掛けられているので歪は一層低減される。ｔた
この実施例によれば、前記−）式から明らかなように、
電圧利得＾、を正負いずれの制御電圧Ｖ、に対しても正
しい指数関数特性を持って変化させることができる。な
おこの場合の制御電圧Ｖ、と電圧利得Ａ、との関係は、
第）図に示す如くになる。またこの実施例によれば、引
算回路３２の信号人力ライン３６．３？の接続点ム、１
を相互に入れ換えることによシ信号出力端子１１に得ら
れる出力信号の位相を８易に反転させることができる。

次に、上記第１の！１！１側上）も入力インピーダンス
を高くすることができるこの発明の冨ｚの実施例につい
て説明する。第４図はこの第２の実施例の構成を示す回
路図であシ、この図において第８−の各部に対応する部
分には同一の符号を付しその説明を省略する。この第４
図に示す第２の実施例が前記第１の実施例と異なる部分
は、ドライブ回路２０”における演算増幅器２１の入力
回路と帰還回路２７における演算増幅器２８の出力回路
と、引算回路８２の入力信号ライン３６．３？のＩＩｌ
絖状態とにある。まず、ドライブ回路２０において、演
算増幅器２１の非反転入力端子は信号入力端子４に接続
されると共に、抵抗２４を介して接地されている０次に
帰還回路２７において、演算増幅１！２８の出力端子は
抵抗３０を介して同演算増幅＠２８の反転入力端子に接
続されると共に帥記ドツイプ回路２０における演算増幅
器２１の反転入力端子に直接接続されている。ｔた引算
回路８２＆：おける演算増幅器３３０反転入力端子は信
号入力ライン３０を介してトランジスタ３ｂの；レクタ
に接続さ・れ、同演算増幅ｌ！３３の非反転入力端子は
信号入力ライン３７を介してトランジスタ１ｂのコレク
タに接続されている。

以上の構成において、ドライブ回路２０は入力信号の電
圧マ、に対して、トランジスタペア１の共通工建ツタを
同相で駆動し、トランジスタペア８の共通エイツタを逆
相で駆動する。以下、この実施例の動作を数式を用いて
考察すると、トランジスタ１ａ、１ｂ、３＆、３ｂの各
コレクタ電−流１い１２．１いｈ　と制御電圧Ｖ、との
間には、前記（９）式、ａ４式と同様に、 なる−保がある。また演算増幅器２８の出力電圧マ１は
、 マ、冨（ｉａ　−１＊　）・Ｒ１・−・・・・（１６）
であシ、演算増幅０２１および反転増１１ｉ１伽２２は
、この電圧マ、が電圧マ、に等しくなるようにトランジ
スタペア１．８の各共通エイツタを駆動するから、 マ寥＝（１・−１１）・Ｒ，＝マ１　　　・・＠拳Φ・
（１７）が成カ立つ。また出力信号の電圧マ・は、マ・
　＝（１４−１諺　）　・　Ｒ磨　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　・・・・・・　（１８）となるか
ら、この実施例における利得制御増幅器の電圧利得ム、
は、（七）弐〜（訪）式から、となり、制御電圧Ｖ、に
応じて指数関数特性を持って変化畜れることが解る。

しかして、この第２の実施例によれば、前記第１の実施
例と同様の効果を有する高入力インピーダンスの利得制
御増幅器を構成することができ４以上説明したように、
この発明による利得制御増幅器は、ベース間に制御電圧
が印加されると共にエミ゛ツタが共通接続された第１、
第２のトランジスタからなる第１のトランジスタペアと
、第１、第２のトランジスタと同一導電性の＠り、第４
のトランジスタからな夛それらのペース間に前記制御電
圧が印加されると共に工きツタが共通接続された第２の
トランジスタペアと、第１％纂２のトランジスタペアの
各共通ニオツタな入力信号に応じて各々逆位相で駆動す
るドライブ回路と、第１゜第５のトランジスタの各コレ
クタ電流の差に基づいてドライブ回路の入力側へ負帰還
を掛ける崗還回路と、第２、第４のトランジスタの各コ
レクタ電流の差に対応する信号を出力信号として取シ出
す引算囲路とを設けて構成したものであるから、第１〜
［４のトランジスタとしてＶｌｌ　−工、特性勢の特性
の揃ったトランジスタを用いることができ、これによシ
、第１１第りのトランジスタおよび第２、第４のトラン
ジスタを各々対称に動作させることが可能になる結果、
偶数次歪等の歪を着るしく低減させることができ、さら
に帰還回路を介してなされる負帰還動作により歪をよル
一層低減させることができる。またこの発明によれば、
電圧利得を正負いずれの制御電圧に対しても正しい指数
関数特性を持５って変化させることができ、また出力信
号の位相の反転を極めて容易に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の利得制御増幅器の構成を示す回路図、第
２図はこの発明の第１の実施例の構成を示す回路図、第
２図は同実施例における制御電圧と電圧利得との関係を
示す特性図、第４図はこの発明の第２の実施例の構成を
示す回路図である。 １・・・・・・第１のトランジスタペア、１１・・・・
・・第１のトランジスタ、１ｂ・・・・・・第２のトラ
ンジスタ、３・・・・・・第２のトランジスタペア、３
ＩＬ・・・・・・第）のトランジスタ％３ｂ・・・・・
・第４のトランジスタ、２０・・・・・・ドライブ回路
、２７・・・・・・帰還回路、３２・・・・・・引算回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■第１、第２のトランジスタからなり、これらのベース
   間には制御電圧が印加され、かつこれらのエンツタが共
   通接続された第１のトランジスタベアと、■前記第１、
   第２のトランジスタと同一導電性の第５１第４のトラン
   ジスタからなシ、これらのベース間には前記制御電圧が
   印加され、かつこれらの黒々ツタが共通接続された第２
   のトランジスタベアと、■前記第１、第２のトランジス
   タベアの各共通エイツタを入力信号に応じて各々逆位相
   で駆動するドライブ回路と、■前記第１、第）のトラン
   ジスタの各コレクタ電流の差に基づいて前記ドライブ回
   路の入力側へ負帰還を掛ける帰ｊ１１回路と、■前記第
   ２、第４のトランジスタの各コレクタ電流の差に対応す
   る信号を出力信号として取シ出す引算回路とを具備して
   なることを特徴とする利得制御増幅器。