JPS58684B2 - 可変利得増巾器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可変利得増巾器、特にその利得を複数の既知な
値に切換えできる広帯域増巾器に関する。

種々な電気回路、特に例えばオシロスコープの如き電子
測定装置においては、感度又は他の要素を変える為、利
得の切換え可能な広帯域増巾器を利用している。

カスコード増巾器は電源変動に対する安定度、広いダイ
ナミックレンジ、回路設計の容易さを包含する優秀な動
作特性の為、斯かる適用には好適である。

斯かるカスコード増巾器の利得を切換え又は変える代表
的な方法の１つは、入力段即ちエミッタ接地トランジス
タのエミッタ抵抗器を変えることである。

然し、上述の斯かる技法には次の欠点がある。

即ちエミッタ抵抗器の切換えは、好ましくないインダク
タンス及びキャパシタンスを伴い且つ増巾器の周波数特
性を変え、またエミッタ電流及び温度の函数であるトラ
ンジスタのエミッタ接合抵抗は、エミッタ抵抗器を単に
切換えることにより複数の異なる且つ正確な利得を得る
事を困難にする。

更に重要な点は、利得と帯域中との積は一定であるとい
う増巾器の基本法則のため、周波数帯域中はエミッタ抵
抗器に直接比例して変化することである。

このことは、斯かる前述の技法は、周波数帯域中が重要
でない場合のみに適用できることを意味する。

従一つで、斯かる従来の利得の切換え技法は、周波数特
性を一定に保持しながら利得のみを切換えようとするオ
シロスコープの垂直増巾器には不適当である。

従って本発明の目的は、周波数特性を変えずに複数の正
確な利得を得る新規且つ改良した可変利得増巾器の提供
にある。

本発明の他の目的は、集積回路構成に適した改良した可
変利得増巾器の提供にある。

エミッタ接地型入力段に接続した切換え可能な複数のベ
ース接地型出力段及び該ベース接地トランジスタのコレ
クタと出力端子間に接続した複数の接続点を有する抵抗
回路網を設け、各出力段トランジスタの出力端を夫々異
なる接続点に接続することが本発明の要点の１つであり
、添付図を参照して以下にこれを詳細に説明する。

第１図は本発明による可変利得シングルエンド増巾器の
路線的回路図である。

増巾すべき入力信号を入力端子１０即ち入力段であるエ
ミッタ接地トランジスタ１２のベースに加える。

トランジスタ１２のエミッタをエミッタ抵抗器１４を介
して適当な電圧源に接続する。

エミッタ接地トランジスタ１２のコレクタ出力信号を出
力段である複数の切換え可能なトランジスタ即ちこの特
定例では２個のトランジスタ１８ａ、１８ｂ及び抵抗回
路網２０を含むベース接地段１８を通して出力端子１６
に接続する。

抵抗回路網２０は複数の接続点を有し、各接続点にベー
ス接地トランジスタ１８の各コレクタを接続する。

この特定例では、抵抗回路網２０は直列抵抗器２０ａと
並列抵抗器２０ｂ。

２０ｃを有する減衰回路網である。

スイッチ手段２２は出力段のベース接地トランジスタの
何れか１つを選択的に作動させるので、トランジスタ１
２及びスイッチ手段２２で選択されるベース接地トラン
ジスタの１つは周知のカスコード増巾器を構成する。

スイッチ手段２２はトランジスタ１８ａか１８ｂの何れ
かのベース及びコレクタに適当な電圧を選択的に加える
ためスイッチ２４を有する。

スイッチ２４をＡと記した右位置に設定するとき、トラ
ンジスタ１８ａには抵抗分圧器２６ａ−２６ｂを介して
適当なベースバイアス電圧が加わり且つダイオード２８
及び抵抗器３０を介してコレクタ電圧が加わる。

他方、スイッチ２４の左位置Ｂでは、トランジスタ１８
ｂには夫々抵抗分圧器３２ａ−３２ｂ及びダイオード３
４、抵抗器３６を介してベースバイアス電圧及びコレク
タ電圧が加わる。

この動作を説明すれば、エミッタ接地トランジスタ１２
は入力端子１０に加わる入力信号に応じてトランジスタ
１８ａ、１８ｂの共通エミッタ接続点にコレクタ出力信
号電流を与える。

利得選択スイッチ２４がＢ位置にあるとき、トランジス
タ１８ｂが作動するので、トランジスタ１２のコレクタ
信号電流は出力端子１６に直接伝送されて抵抗回路網２
０を回避する。

従って、出力端子１６の出力信号電圧はトランジスタ１
８ｂのコレクタ信号電流と出力端子１６における出力抵
抗との積に等しく、斯かる抵抗は抵抗器３６が充分大で
あれば、抵抗回路網２０の出力抵抗にほぼ等しい。

この場合ダイオード２８は非導通であり、抵抗３０等を
含む回路網が利得及び周波数特性に対する好ましくない
作用を除去することに留意されたい。

代って、スイッチ２０を位置Ａに切換えるとき、トラン
ジスタ１８ａが導通し、抵抗回路網２０を通って出力端
子１６にトランジスタ１２のコレクタ信号電流を伝送す
る。

ダイオード２８及び抵抗器３０を介してトランジスタ１
８ａのコレクタ電流を供給する。

若し抵抗器３０が充分大であれば、トランジスタ１８ａ
のコレクタにおける信号電圧は、トランジスタ１８ａの
コレクタ信号電流と抵抗回路網２０の入力抵抗との積に
等しい。

従って、出力端子１６の出力信号は、トランジスタ１８
ａのコレクタにおける出力電圧に、抵抗器２０ａ及び２
０ｃより成る抵抗分圧器の減衰比を掛けたものに等しい
。

若し抵抗回路網２０の入力及び出力抵抗を等しく設計す
れば、周波数帯域中はトランジスタ１８ａ、１８ｂのい
ずれが選択されても一定に保たれ且つ抵抗回路網２０の
選択によって所望の利得が得られることに留意されたい
。

３個以上の異なる利得を得るため、３個以上のベース接
地トランジスタを利用できることは勿論である。

第２図は本発明による可変利得平衡増巾器の路線図回路
図を示す。

シングルエンドが平衡（プッシュプル）した入力信号を
入力段を形成するトランジスタ１２ａ−１２ｂのベース
である入力端子１０ａ−１０ｂに加える。

同様な素子には第１図と同様な参照符号を付す。

第１図と第２図の回路は本質的には同一である。

然し、抵抗器３０及び３６は、それらが見掛けの接地点
に接続されているため第１図の場合のように極めて大き
い必要はなく、抵抗器３０と抵抗器２Ｏｂの半分の和が
抵抗器３６と抵抗器２０ｃの半分の和と等しい値に選択
するのが望ましい。

これはトランジスタ１８が作動するとき、それらのコレ
クタ動作特性を一定に保つために有効である。

抵抗器２０ａ−２０ａ′の左及び右側における抵抗回路
網２０の等価抵抗が等しいと仮定すれば、利得選択スイ
ッチ２４の設定により、増巾器全体の利得を切換えても
、周波数特性は一定である。

第２図に示す如き２個以上の利得の切換え可能なカスコ
ード増巾器を複数個カスケード接続すれば多数の利得ス
テップが得られること勿論である。

第３図は多数の校正された利得を供給できる本発明によ
る可変利得平衡増巾器の他の実施例の路線的回路図であ
る。

この増巾器は第２図に示した前述の増巾器と構成が本質
的に等しく且つ同様に動作するが、異なる点は次の通り
である。

即ち利得は３個の異なる且つ正確な予定値に切換えるこ
とができ、更に基本の利得は入力段のエミッタ抵抗器の
切換えにより２個の異なる値に切換えできることである
。

従って、合計６つの異なる利得が選択できる。

斯かる目的のため、ベース接地段１８には３対のトラン
ジスタ１８ａ−１８ａ′、１８ｂ−１８ｂ′及び１８ｃ
ｍ１８ｃ″を設ける。

第２図のトランジスタ１２ａ−１２ｂをタプル・エミッ
タ・トランジスタで置換し且つ抵抗値の異なる抵抗器１
４ａ。

１４ｂをトランジスタ１２ａ−１２ｂのエミッタの各組
に接続する。

夫々エミッタ抵抗器１４ａ。１４ｂの両端に接続した２
対の電流源トランジスタ４０ａ−４０ｂ及び４２ａ−４
２ｂを有する電流源手段３８を選択的に付勢して、エミ
ッタの何れか一方の組を選択的に作動させる。

スイッチ４４がＡ位置にあるとき、エミッタ抵抗器１４
ａ及び関連するトランジスタ４２ａ−４２ｂのエミッタ
が動作可能になり、一方スイッチ４４が反対位置Ｂにあ
ればエミッタ抵抗器１４ｂ及び関連するエミッタが動作
可能になる。

他方、抵抗回路網２０も３対の接続点、即ち第１トラン
ジスタ対１８ａ−１８ａ′のコレクタを接続する入力接
続点、第２トランジスタ対１８ｂ−１８ｂ′のコレクタ
を接続する中間接続点及び第３トランジスタ対１８ｃｍ
１８ｃ′のコレクタを接続する出力接続点を有する。

抵抗回路網２０の抵抗器２０ａ−２０ａ′、２０ｂ−２
０ｂ′、２０ｃｍ２０ｃ′。

２０ｄ−２０ｄ′及び２０ｅ−２０ｅ′は入力、中間及
び出力接続点における等価抵抗が前述の理由で互に等し
い値になるよう選択され且つ総合利得はベース接地出力
段１８の第１、第２又は第３トランジスタ対の何れかを
選択的に作動させて所望の如く切換える。

スイッチ４４が位置Ａにあれば、利得選択スイッチ２４
の設定Ａ、Ｂ又はＣにより、トランジスタ１８ａ、１８
ｂ又は１８ｃの各々のコレクタには等しい信号電圧が現
われる。

斯かる信号電圧は抵抗器１４ａの１／２と抵抗回路網２
０の各接続点における等価抵抗の比に入力端子１Ｏａ−
１０ｂに加える入力信号を掛けた値とほぼ等しい。

然し、出力端子１６ａ−１６ｂにおける出力信号はスイ
ッチ２４の設定で変化する。

スイッチ２４が位置Ｃにあるとき出力端子の出力信号は
最大であり、スイッチ２４の位置Ｂでは抵抗器２０ｄ及
び２０ｅの減衰係数だけ減少し且つスイッチ２４の位置
Ａでは最小になり、それはコレクタ信号が出力端子１６
ａに到達する前に抵抗器２０ａ、２０ｅ。

２０ｄ及び２０ｅより成る抵抗減衰器を通過しなければ
ならないためである。

抵抗器１４ａ、２０ａ乃至２０ｅはスイッチ２４が夫々
位置Ａ、Ｂ及びＣにあるとき、増巾器の総合利得が１／
１２．５゜１１５及び１に切換えられるように選択する
。

スイッチ４４が位置Ｂにあるとき、抵抗器１４ａは抵抗
器１４ｂと置換され、抵抗器１４ｂは例えば増巾器全体
の基本利得を１０倍にするため、抵抗器１４ａの１／１
０にしてもよい。

この利得拡大技法はオシロスコープの分野では周知であ
り、感度即ち利得が周波数帯域中よりも重要な場合に広
く使用されている。

上述の抵抗器２０ａ乃至２０ｅは同じであると仮定し且
つスイッチ２４が夫々位置Ａ、Ｂ及びＣにあるとき、増
巾器の総合利得はは１／１．２５．２及び１０であろう
。

抵抗器１４ａと１４ｂの比は任意に選択できること明ら
かである。

入力端をエミッタ接地入力段の出力段に共通接続し且つ
その出力端を減衰器を構成する抵抗回路網の異なる設続
点に接続して選択的に作動させる複数のベース接地トラ
ンジスタを利用する独特の回路配列は、現存する他の任
意な増巾器に対し以下の著しい利点を有することは当業
者の理解する所である。

即ち、第１に、利得の切換えによる周波数特性（帯域）
が略一定に維持できる。

特に抵抗回路網の入出力インピーダンスを等しく選定す
るとこの効果は顕著である。

そしてこの周波数帯域中を一定に維持しながら正確に予
定した利得を得ることができる。

第２に、従来増幅器の如く入力段トランジスタのエミッ
タ抵抗を切換える必要がないので、周波数特性を制限す
る好ましくないインダクタンス及びキャパシタンス等の
リアクタンス成分を排除ないし大幅に減少でき、増幅器
を一層高い周波数に応答可能な広帯域増幅器とすること
ができる。

第３に、トランジスタ及び抵抗器のみを使用するので、
増巾器は集積回路で都合よく製作できる。

第４に、カスコード配列により回路設計を簡単にし且つ
２個以上の回路を縦続接続して多数の異なる且つ正確な
利得が得られる。

最後に、ベース接地トランジスタの何れか１個にベース
及びコレクタ電圧の両方を同時に選択して加え、更にコ
レクタ電圧供給回路の抵抗値を巧妙に選択することによ
り、出力回路に抵抗回路網を使用するにも拘らず、選択
された各トランジスタを常に同じ動作状態のもとで動作
させる。

更に分流抵抗回路網の分流比を任意に選択することによ
り、利得を任意且つ大幅に変化できる。

以上の説明は、本発明の好適な実施例のみについてのも
のであるが、本発明はこれら実施例に限定されるもので
はなく、当業者により容易に変更できる。

抵抗回路網のインピーダンスが大きく分布容量が無視で
きない場合には各抵抗器に並列にコンデンサを接続して
周波数特性の補償をすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による可変利得シングルエンド増巾器の
路線的回路図、第２図は本発明による可変利得平衡増巾
器の路線的回路図、第３図は本発明による他の可変利得
平衡増巾器の路線的回路図であり、図中１２，１２ａ、
１２ｂは入力段トランジスタ、１８，１８ａ、１８ａ′
、１８ｂ。 １８ｂ′、１８ｃ、１８ｃ′はベース接地出力段トラン
ジスタ、２０は抵抗回路網、２２は利得選択スイッチ手
段、３８は電流源手段を示す。

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、該入力
   段トランジスタのコレクタにエミッタが共通接続された
   １対の出力段トランジスタと、該出力段トランジスタの
   一方のトランジスタのコレクタ及び出力端子間に接続さ
   れ直列抵抗及び分路抵抗を含み、上記出力段トランジス
   タの他方のコレクタが上記出力端子に接続された抵抗回
   路網と、上記１対の出力段トランジスタのベース及びコ
   レクタに夫々抵抗を介して選択的に所定バイアス電圧を
   印加して上記出力段トランジスタの上記一方又は他方を
   能動状態にする制御手段とを具えた可変利得増幅器。 ２ エミッタを結合抵抗を介して相互接続しベース間に
   印加した入力信号を増幅する１対の入力段トランジスタ
   と、該入力段トランジスタの各コレクタに夫々エミッタ
   が共通接続された２組のトランジスタ対を有し、該トラ
   ンジスタ対の一方及び他方のトランジスタのベース同士
   を接続した２対の出力段トランジスタと、該出力段トラ
   ンジスタの上記一方のトランジスタのコレクタ及び１対
   の出力端子間に夫々接続された直列抵抗、該直列抵抗の
   対応する端子間に夫々接続された分路抵抗を有し、上記
   他方のトランジスタのコレクタが上記出力端子に夫々接
   続された抵抗回路網と、上記出力段トランジスタの上記
   一方又は他方のトランジスタのベース及び上記分路抵抗
   の中点間に夫々抵抗を介して選択的に所望バイアス電圧
   を印加して上記出力トランジスタの上記一方又は他方を
   対として能動状態にする制御手段とを具える可変利得増
   幅器。