JPS5911203B2 - 利得制御のできる直結増幅回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は乾電池等の直流電圧源で作動させる半導体使用
の増幅回路において、定格値より著しく降下した電圧に
よっても作動可能とした増幅回路に関する。

トランジスタを乾電池によって作動させるラジオ受信機
等民生用ハンディ機器では、乾電池電圧が定格値と比較
しその７０〜５０％に降下しても作動させたい要求が強
かったが、その条件と温度変化に対しても安定に作動す
る条件とを加味した設計は従来極めて困難であった。

本発明は前記欠点を改善し、直流電源電圧の約半分まで
電圧の降下した時、及び常温から±４０℃程度変化した
時も作動状態を著しく損わず使用可能となるような増幅
回路を得ることを目的とする。

以下本発明の実施例を示す図面について詳細に説明する
。

第１図はＡＭラジオの中間周波増幅器として作動する３
段直結増幅回路を示している。

第１図においてＶｃｃは後述の半導体素子を増幅作動さ
せる直流電圧源で例えば公称６■の乾電池、１は抵抗素
子、２，３，４，５はダイオードで全部直列接続され、
その一端は抵抗素子１と、他端は基準電位（例えば接地
電位）に接続され、抵抗素子１とダイオード２との接続
点Ａと基準電位点Ｇとの間において前記各ダイオードの
順方向電圧降下を利用した安定化電圧を得ている。

公知のように１個のダイオードの順方向電流は の式で表わされる。

但しＩ，ｌ’！Ｊｌｌｆｆｌ方向電流、■８は飽和電流
で素子の構造、作り方で決まる値、ｑは電荷の量、Ｖｆ
はダイオードの順方向電圧降下、Ｋはボルツマン定数、
Ｔは絶対温度を示す。

一般にはＩｆ＝１ｍＡで、Ｖｆ＝ ０． ７ Ｖ程度と
なり、温度一定の場合は２倍の電流変化に対し電圧変化
は１ ８ ｍＶと僅か変化するのみで、また電圧変化値
の温度特性は負特性を示し、および−２ｍＶ／ ℃の割
合で変化することが知られている。

したがってＡ点の電位は安定化され、この電位をトラン
ジスタ３１０ベースに印加し、トランジスタ３１のコレ
クタをＶｃｃの一方の電圧源端子Ｃに接続すれば、同ト
ランジスタ３１のエミツタＢ点にはＡ点の電圧からトラ
ンジスタ３１０ベース．エミツタ間のダイオード１個の
順方向特性に相当する電圧降下を差引いた残りの電圧即
ちダイオード３個分の順方向電圧を基準電位に対して有
する安定化電圧を得ている。

次に７，１０，１１，１２，１３，１４，１５，２０，
２２，２６，２８は半導体素子でこの場合ＮＰＮ型トラ
ンジスタ、６，８，９，１６，１γ，１８，１９，２１
，２３，２５，２７，２９は抵抗素子、２４はダイオー
ド、３０は負荷例えば共振回路、３２はコンデンサ素子
、Ｄは信号入力端子、Ｅ…帯還路の端子、Ｆは負荷３０
の一端子、Ｈは利得制御用入力端子を示す。

第１図は直結３段増幅回路を構成し、第１増幅段はカス
ケード接続されたトランジスタ１４と１０で構成され、
トランジスタ７は利得制御用入力を端子Ｈより受けるよ
う接続され、またトランジスタ１１，１２，１３，１５
及び抵抗１８，１９ぱトランジスタ１０のコレクタ電流
即ち利得制御に伴う電流変動を補正するためのものであ
る。

端子Ｄを信号入力端子とするトランジスタ１４は、その
ベースに帰還路Ｅ点の電圧を抵抗１６を介して供給され
、エミツタの抵抗１８により、安定度を増加させ、一定
電流となすとともにＤ点からの入力信号が抵抗１８のな
い場合よりも大きなレベルまで耐えられるように考慮さ
れる。

入力信号はトランジスタ１４のコレクタで位相反転され
、次いでトランジスタ１０と１１の共通エミツタ部に加
えられ、トランジスタ１０をベース接地型増巾器として
そのコレクタ負荷抵抗９０両端の電圧降下として増巾さ
れ次段に伝達される。

トランジスタ１００周辺の動作を説明するとトランジス
タ１０のまわりには、トランジスタ１１，１２，１３が
配置されトランジスタ１０，１１及び１２，１３はエミ
ソタをそれぞれ共通に接続し、トランジスタ１０，１１
０エミツタは、トランジスタ１４、抵抗１６，１８に、
またトランジスタ１２，１３０エミツタはトランジスタ
１５抵抗１７，１９に接続されて、トランジスタ１２，
１３０共通エミツタ電流がトランジスタ１０，１１０共
通エミツタ電流に等しく一定となるように調整されてい
る。

またトランジスタ１０と１３及び１１と１２はベースが
共通に接続され、前者は抵抗６とトランジスタ７のコレ
クタの間に接続され後者はダイオード４のアノードに接
続されてダイオードの順電圧２個分に相当する電圧で一
定値にバイアスされている。

さらにトランジスタ１０と１２，’１１と１３のコレク
クは共通に接続され前者は抵抗９を介してＡ点に、後者
は電圧源端子Ｃに接続されている。

トランジスタ７０ベースであるＨ点には、利得匍脚電圧
が加えられるようになっており、Ｈ点の電圧が低くトラ
ンジスタ１がカットオフのときは、トランジスタ１０，
１３０ベースはＢ点から抵抗６を介してバイアスされそ
のベース電圧は略Ｂ点の電圧に等しい。

Ｈ点の電圧が上昇するとトランジスタ７のコレクタの電
圧は抵抗６の電圧降下のために低下し、トランジスタ１
０，１３０ベース電圧はさげられる。

このベース電圧が、トランジスタ１１，１２０ベース電
圧と近い値のときには、トランジスタ１０，１３０ベー
ス電圧の増減によって、トランジスタ１０と１１並びに
１２と１３のエミツタ電流のそれぞれの和が一定である
から、トランジスタ１０，１３０コレクタ電流が減少す
れば、トランジスタ１１，１２０コレクタ電流が増加し
抵抗９の両端では常に流れる電流が一定のため、電圧降
下は一定でＨ点の電圧に影響されない。

しかるにトランジスタ１０に着目すれば、電流の増減に
よって、相互コンダクタンスが増減し、利得が変化する
。

したがってＨ点の電圧を変化させることで自動的に利得
を変化させることが可能で、且つ直流的に抵抗９の電圧
降下を変化させないため次段への直結が可能である。

この場合信号は利得の匍脚に応じてトランジスタ１１，
１２のベースにもあらわれるが、ダイオード４，５の順
方向バイアスは、交流的に低インピーダンスであるため
、トランジスタ１０での利得制御分がトランジスタ１２
で噌巾されて打ち消されるようなことはさけられる。

抵抗９の定常電圧降下をダイオードの順電圧降下１個分
に設定し次段にエミツタホロワ一段であるトランジスタ
２０及び抵抗２１を介して第２段電圧増巾トランジスタ
２２０ベースを接続し、そのコレククは段間負荷抵抗２
３を通してＢ点に接続し、そのエミツタからは前記抵抗
１６．１７を介してトランジスタ１４，１５０ベースバ
イアスを与えると同時にダイオード２４と抵抗２５（こ
の抵抗１００Ω程度に選ばれる）を介して、基準電位Ｇ
に接続する。

Ｅ点の電圧はトランジスタ２２のエミツタ電圧に等しい
が、ダイオード２４と抵抗２５とトランジスタ１４．１
５の各ペースエミツタ間と抵抗１８，１９との関係を適
当にすれば、ダイオード２４に流れる電流とトランジス
タ１４，１５にそれぞれ流れる電流は等しいか、比例関
係にすることができ、温度的にはＰＮ接合１ヶの温度係
数がほｇ同じことがらほｇ完全に補償される。

またＥ点からトランジスタ１４をへてトランジスタ１０
のコレクタを経トランジスタ２０，２２０エミツタに至
る部分は一つの閉回路を形成しており、しかも、負帰還
構成であって、直流的に負帰還とすれば、バイアスの安
定化がはかれる。

Ｅ点のコンデンサ３２は、交流的に負帰還を零としよう
とする意図のものである。

同時に入力点Ｄ点からの信号が抵抗１７をへて１５に入
らないようにするためとトランジスタ２２のエミツタに
入らないようにするためとの目的を兼ねている。

先にものべたように抵抗９の電圧降下をダイオード１個
の順電圧降下の値に選ぶとトランジスタ２２エミッタＥ
点の電圧はほｙダイオード１個分の順電圧降下に相当し
、抵抗２３の電圧降下も同じくダイオード１個分の順電
圧降下の値に選ぶとトランジスタ２２のコレクタ電圧は
、ダイオード２個の順電圧降下分の電圧に相当する。

トランジスタ２２のコレクタにはトランジスタ２６のベ
ースが接続されそのエミツタは、抵抗２７を介して基準
電位源に、また次段（第３増幅段）のエミツタ接地動作
トランジスタ２８のベースに接続される。

抵抗２９はエミツタ安定抵抗で１００Ω内外の値が選ば
れる。

トランジスタ２８のコレクタには、出力として信号がと
り出されるため、負荷３０が接続される。

負荷３０は抵抗又は同調トランス、非同調トランスなど
が選ばれる。

今、温度一定のとき電源電圧が設定値より上昇した場合
は、Ａ点の電圧はダイオードの順電圧降下の特性によっ
て若干上昇するが、これは、抵抗１に流れる電流の増加
にもとづくもので、６Ｖ乾電池の場合で言えば、最高７
．５ｖ程度であるから抵抗値を１．５ＫΩ程度に選んだ
としてもダイオード４個で１００ｍＶ程度しか変化はな
くＡ点の電圧はｉｏｏｍｖ程度上昇する。

この場合初段は、直陥的な負帰還によってたとえばトラ
ンジスタ２００ベース電圧は、ほ丈一定に保たれ電圧変
動分は抵抗９の電圧降下の増加分でほぼ吸収される。

このときＢ点の電圧も増加するが、トランジスタ２２の
エミツタ電流は、先にのべたように抵抗９に流れる電流
と比例関係にあるため抵抗２３の電圧降下も抵抗９の場
合と同様に電圧変動分を吸収しトランジスタ２６０ベー
スの電圧は殆んど変化せず、トランジスタ２８のコレク
タ電流に与える影響はごくわづかである。

次に温度一定で、電源電圧がさがった場合を考えると減
電圧による抵抗１の電圧降下の減少に伴い、電流値がへ
って、ダイオードの電圧は降下定常状態で１７７ＬＡ流
れていたものが１０μＡに減少したとすれば４個のダイ
オードでその順電圧降下は約１ １ ７ｍＶＸ４ ＝４
７ ２ ７７１ Ｖ程度である。

これによって降下したＡ点の電圧降下分も主として抵抗
９の電圧降下分の減少で吸収されトランジスタ２００ベ
ース電圧の減少は極く僅かですむ。

そのため前述したと同様トランジスタ２２のエミツタ電
流は抵抗９の電流と比例関係にあるためそのコレクタ電
流も同様な割合で減少し抵抗２３の電圧降下の減少でト
ランジスタ２６のベース電圧の変動は極く僅かとなりト
ランジスタ２８のバイアスへノ影響は軽微である。

たｇこの場合、股間負荷抵抗である抵抗９や２３の直流
電圧降下が減少し、増巾された信号電流による該負荷の
電圧降下よりも小さくなると十分な増巾機能をはださな
くなるので、取り扱う信号の大きさで減電圧特性の下限
が決まるが、実際の実用化の場合では、ラジオ用中間周
波増巾段として使った場合、常温で２．３ｖ程度まで増
巾機能は損われない。

次に、電源電圧が一定で温度に変化があった場合を考え
ると、ダイオードの順方向電圧の変化は、１個あたり約
−２ｍＶ／’Ｃであり、５０℃の変化で約１００ｍＶ変
動する。

ダイオード４個では４００ｍＶ変化することになるが、
第１図では、定電圧回路のダイオード２〜５が変動する
ときは、同シ傾向でトランジスタ３１０ベースエミッタ
間、トランジスタ１４，１５，２０，２２，２６，２８
のペースエミツタ間もそれぞれ変化しダイオード２４も
同様で、前述したようにトランジスタ１４，１５０ベー
ス電位はダイオード２４により温度補償されるので、抵
抗９に加わる電圧の変化はダイオード１個分の順方向電
圧変動に等しくなり、その変動分は高々１００ｍＶであ
って、その大部分は先にのべたごとくフィードバックに
よって抵抗の両端の電圧変動として吸収され先にのべた
理由で、電圧変化と同様な効果となって出力段トランジ
スタ２８も安定となる。

たＫ低温で（もダイオードの順電圧降下が大きくなるの
で絶対値の関係から、減電圧特性は悪く、高温では逆に
よくなることが言える。

初段の直流的負帰還の効果をペースエミツタ間の若干の
電圧変動分を無視して考えると抵抗９と抵抗１８の比で
順方向利得がきまり、帰還利得は１であるから、電圧変
動の圧縮率はおよそ変動電圧を上記比で割った値になる
。

したがって抵抗９と抵抗１８の比をおよそ１０以上にと
っておけば満足できる動作を行なう。

第２図は、電源電圧の変動による、電圧利得の変化を、
第１図の回路により常温で測定したものを示す。

即ち電源電圧Ｖｃｃが２．５ｖから６．５ｖまで変化し
たとき電圧利得の差は約８ｄＢに過ぎない。

第１図で示したごとく回路上でトランジスタのコレクタ
の電圧がある値以上であれば特に問題とならない場合は
第１段の抵抗９を一方の電位源に即ちプラス電圧端子の
ラインに直接接続して、抵抗１などを通じて余分な電圧
降下を生じないようにし、且つ、交流的な信号の干渉を
さけることにより上記発明の効果を一層あげうる。

本発明によれば、集積回路化することで素子の多さをカ
バーし所定の低電圧特性をもつ増幅段が得られる。

直結３段であるが外部端子数が、人、出力及び電源の正
負端子と、もう一つ帰還路のＥ端子を必要とするだけで
、非常に外付部品が少く集積回路化に適した特徴をあわ
せもっており、利得制御回路も内蔵できる。

中間周波増巾回路のみならず、広帯域増巾回路としても
応用できる。

したがって乾電池を使用するときなど電圧の変化に対し
また温度変化に対し安定な増幅作動を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は第１
図回路の増幅特性を示す。 Ｖｃｃ・・・・・・直流電圧源、Ｈ・・・・・・利得制
御用入力端子、２，３，４，５・・・・・・ダイオード
、１０，１１，１ ２，１ ３，１４ ，２２，２Ｂ・
・・・・件ランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１増幅段が、差動型式に接続された第１および第
   ２トランジスタと、同じく差動接続された第３および第
   ４トランジスタと、前記第１および第４トランジスタの
   ベースを共通接続してバイアス電圧を供給する手段と、
   前記第２および第３トランジスタのベースを共通接続し
   て利得匍脚電圧に応じた電圧を供給する手段と、前記第
   ２および第４トランジスタのコレクタを共通接続して共
   通の負荷に接続する手段と、前記第１および第２トラン
   ジスタの電流源となる第５トランジスタと、前記第３お
   よび第４トランジスタの電流源となる第６トランジスタ
   と、該第５および第６トランジスタの一方のベースに入
   力信号を供給する手段とを含んで構成され、前記負荷か
   ら前記第１増幅段の出力が取り出されて前記第１増幅段
   に直流結合された次段の増幅段へ供給され、後段の増幅
   段から前記第５および第６トランジスタの双方のベース
   へ直流負帰還が施されていることを特徴とする増幅回路
   。