JPS6010108Y2 - Wideband balanced amplifier with gain switching function - Google Patents

Wideband balanced amplifier with gain switching function

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JPS6010108Y2
JPS6010108Y2 JP18707181U JP18707181U JPS6010108Y2 JP S6010108 Y2 JPS6010108 Y2 JP S6010108Y2 JP 18707181 U JP18707181 U JP 18707181U JP 18707181 U JP18707181 U JP 18707181U JP S6010108 Y2 JPS6010108 Y2 JP S6010108Y2
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徹 高橋
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岩崎通信機株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案はブラウン管オシロスコープの垂直増幅器又は水
平増幅器等として用いられる利得切換機能を有する広帯
域平衡増幅器に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a broadband balanced amplifier having a gain switching function, which is used as a vertical amplifier or horizontal amplifier of a cathode ray tube oscilloscope.

第1図は、広帯域オシロスコープの垂直増幅回路に使用
されている従来の広帯域増幅器の1例である。
FIG. 1 is an example of a conventional wideband amplifier used in a vertical amplifier circuit of a wideband oscilloscope.

オシロスコープの増幅回路は、オシロスコープの帯域に
見合っただけの充分高い遮断周波数をもった増幅回路で
なくてはならない。
The amplifier circuit of an oscilloscope must have a cut-off frequency high enough to match the bandwidth of the oscilloscope.

このため、従来は第1図のようなカスコード接続の増幅
器が用いられていた。
For this reason, conventionally, a cascode-connected amplifier as shown in FIG. 1 has been used.

第1図において、1,2は平衡信号の入力端子、3,4
は平衡出力端子である。
In Figure 1, 1 and 2 are input terminals for balanced signals, 3 and 4
is a balanced output terminal.

エミッタ接地のトランジスタ20.21は、それぞれ、
ベース接地のトランジスタ22.23とともにカスコー
ド増幅器を構成する。
The common emitter transistors 20 and 21 are each
Together with the base-grounded transistors 22 and 23, a cascode amplifier is formed.

5は帰還抵抗で、負荷抵抗10.11との比で、利得を
得るために300乃至500程度の低い値に選ばれてい
る。
5 is a feedback resistor, and its ratio with the load resistor 10.11 is selected to be a low value of about 300 to 500 in order to obtain a gain.

この第1図の従来回路において、スイッチ8は利得切換
のために設けられており、スイッチ8が接のとき抵抗9
は帰還抵抗5と並列になるため電圧利得はほぼ2倍とな
る。
In the conventional circuit shown in FIG. 1, switch 8 is provided for gain switching, and when switch 8 is closed, resistor 9
is connected in parallel with the feedback resistor 5, so the voltage gain is approximately doubled.

しか腰この従来の回路では、(1)利得を切換えて高く
すると高域の遮断周波数が低下すること、(2)利得を
大きくすると増幅器の入力インピーダンスが低下するこ
と、(3)スイッチ8はトランジスタ20.21のすぐ
近くに配置しないとリード線のインダクタンスの影響で
高域での帰還量が増加するためさらに遮断周波数が低下
すること、(4)前記(3)の理由によりIC化し難い
回路であること等の欠点がある。
However, in this conventional circuit, (1) switching the gain to a higher value lowers the high-frequency cutoff frequency, (2) increasing the gain lowers the input impedance of the amplifier, and (3) switch 8 is a transistor. 20. If it is not placed very close to 21, the amount of feedback in the high frequency range will increase due to the influence of the lead wire inductance, which will further lower the cutoff frequency. There are some drawbacks.

ここで(1)を第2図の回路とこれに相当する第3図の
等節回路によりさらに詳細に説明する。
Here, (1) will be explained in more detail using the circuit shown in FIG. 2 and the equivalent equinodal circuit shown in FIG. 3.

第2図、第3図において、rgは信号線インピーダンス
、rIは入力インピーダンス、REは帰還抵抗、rb′
はベース抵抗、r8はエミッタ拡がり抵抗、坤1α。
In Figures 2 and 3, rg is the signal line impedance, rI is the input impedance, RE is the feedback resistance, and rb'
is the base resistance, r8 is the emitter spread resistance, and 1α.

は直流でのベース接地電流増幅率、β0は直流でのエミ
ッタ接地増幅率、ωtは電流増幅率が1になる周波数上
〇の角周波数である。
is the common base current amplification factor in direct current, β0 is the common emitter amplification factor in direct current, and ωt is the angular frequency above the frequency at which the current amplification factor becomes 1.

第3図の回路において、入力インピーダンスr!は rl々βoxRE ・・・・・・・・・・
・・・・・(1)また出力電流i。
In the circuit of FIG. 3, the input impedance r! is rlβoxRE ・・・・・・・・・・・・
...(1) Also, the output current i.

と入力電圧Vlの比はとなる。The ratio of the input voltage Vl and the input voltage Vl is as follows.

Sは複数周波数である。従って、io/v1の値が低域
での値の1/j2となる。
S is multiple frequencies. Therefore, the value of io/v1 becomes 1/j2 of the value in the low range.

周波数すなわち遮断周波数k。Frequency or cutoff frequency k.

は(3)式より、REを小さくするとた。From equation (3), it is assumed that RE is made smaller.

が低下することがわかる。It can be seen that this decreases.

第1図に示したような回路を垂直偏向増幅器に使ッたオ
シロスコープでは、偏向感度を良くするために利得を切
換えると、オシロスコープの遮断周波数が下ってしまう
欠点があった。
An oscilloscope that uses a circuit like the one shown in FIG. 1 as a vertical deflection amplifier has the disadvantage that when the gain is switched to improve deflection sensitivity, the cutoff frequency of the oscilloscope decreases.

また、(1)式より理解されるように、REを変化させ
ると入力インピーダンスが変化して前段の増幅回路の動
作を不安定にしてしまうこともあった。
Furthermore, as can be understood from equation (1), changing RE changes the input impedance, which sometimes makes the operation of the preceding stage amplifier circuit unstable.

このため、従来はz丁の高いトランジスタを用いて利得
切換増幅回路の遮断周波数をオシロスコープの遮断周波
数よりも充分高くなるようにしておき、利得切換増幅回
路の遮断周波数が変ってもオシロスコープの遮断周波数
に殆んど影響がないようにする。
For this reason, in the past, transistors with a high z-tooth were used to make the cutoff frequency of the gain switching amplifier circuit sufficiently higher than the cutoff frequency of the oscilloscope. so that it has almost no effect on

しかし、七〇の高いトランジスタは高価である。However, 70 high transistors are expensive.

又利得を切換えると、オシロスコープの遮断周波数が変
るのを容認していた。
Also, switching the gain allowed the cutoff frequency of the oscilloscope to change.

さらに、入力インピーダンスが変化することによる影響
を少なくする目的でβ。
Furthermore, β is added to reduce the influence of changes in input impedance.

の大きなトランジスタを用いていた。本考案は、従来の
技術の上記の如き欠点を解消し、入手し易い安価なトラ
ンジスタを使用して遮断周波数の高い増幅器が構成でき
、トランジスタから離れたスイッチを用いて利得切換を
しても遮断周波数や入力インピーダンスがあまり変化せ
ずIC化し易い利得切換機能を有する広帯域平衡増幅器
を提供するものである。
It used large transistors. The present invention solves the above-mentioned drawbacks of the conventional technology, and allows an amplifier with a high cutoff frequency to be constructed using easily available and inexpensive transistors, and even when the gain is switched using a switch located far from the transistor, the cutoff can be cut off. The present invention provides a broadband balanced amplifier having a gain switching function that does not change much in frequency or input impedance and can be easily integrated into an IC.

以下図面により、本考案を詳細に説明する。The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings.

第4図は本考案の1実施例である。FIG. 4 shows one embodiment of the present invention.

この実施例では、第1.第2のトランジスタ20.21
の各エミッタにはバイアス抵抗6,7を介して約l Q
mAのバイアス電流が流れているため、各エミッタの出
力インピーダンスは約数Ωに設定されていることになっ
ている。
In this example, the first. second transistor 20.21
Approximately l Q
Since a bias current of mA is flowing, the output impedance of each emitter is set to about several ohms.

よって、第3.第4のトランジスタ24.25のベース
は出力インピーダンスの低い点である第1.第2のトラ
ンジスタ20.21のエミッタに接続されているため、
た。
Therefore, the third. The base of the fourth transistor 24.25 is the first point of low output impedance. Since it is connected to the emitter of the second transistor 20.21,
Ta.

の高いトランジスタでなくてもそのコレクタ出力電流の
高域遮断周波数は高くとれる。
Even if the transistor does not have a high current, the high cutoff frequency of its collector output current can be set high.

また、トランジスタ20と24およびトランジスタ21
と25はそれぞれバイアス電流がほぼ等しくかつコレク
タからの信号出力電流もそれぞれ等しくなるようにバイ
アス抵抗6,7,13.14と第1の帰還抵抗5と第2
の帰還抵抗12が選ばれている。
Also, transistors 20 and 24 and transistor 21
and 25 are bias resistors 6, 7, 13, 14, the first feedback resistor 5, and the second
The feedback resistor 12 is selected.

さらに、スイッチ8a、8bは連動スイッチである。Furthermore, the switches 8a and 8b are interlocking switches.

抵抗15.16はトランジスタ24.25が導通したと
き、これらのトランジスタ24.25を流れるバイアス
電流を供給するためのバイアス抵抗である。
Resistors 15, 16 are bias resistors for providing a bias current that flows through transistors 24, 25 when they are conductive.

次に動作を説明する。Next, the operation will be explained.

(a) 利得の低い状態の場合、スイッチ8a、8b
はオフでトランジスタ24.25もオフである。
(a) In the case of low gain state, switches 8a and 8b
is off and transistors 24 and 25 are also off.

電圧利得は抵抗5と10の比(図示の場合150Ω/1
00Ω= 1.5)および抵抗5と11との比(図示の
場合150Ω/100Ω= 1.5)で定まる。
The voltage gain is the ratio of resistors 5 and 10 (150Ω/1 in the case shown)
00Ω = 1.5) and the ratio of resistors 5 and 11 (150Ω/100Ω = 1.5 in the illustrated case).

(bl 利得を高くした状態の場合、スイッチ8a。(In case of high gain state, switch 8a.

8bはオンでトランジスタ24.25もオンである。8b is on, and transistors 24 and 25 are also on.

電圧利得はほぼ(抵抗5と10の比すなわち図示の場合
1.5)と(抵抗12と10の比すなわち図示の場合1
50Ω/100Ω=1.5)の和(図示の場合1.5+
1.5= 3 )となるため(a)の場合にほぼ2倍と
なる。
The voltage gain is approximately (ratio of resistors 5 and 10, or 1.5 in the case shown) and (ratio of resistors 12 and 10, or 1 in the case shown).
50Ω/100Ω=1.5) (1.5+ in the case shown)
1.5=3), so in case (a) it is almost twice as large.

一般的には、切換えすべき高低二つの電圧利得の比をn
(>1)としたとき、第2の帰還抵抗12の値は第1の
帰還抵抗5の値とほぼ1/(n−1)となる。
Generally, the ratio of the two high and low voltage gains to be switched is n
(>1), the value of the second feedback resistor 12 is approximately 1/(n-1) of the value of the first feedback resistor 5.

トランジスタ24.25は出力インピーダンスの低い点
であるトランジスタ20.21のエミッタで駆動されて
いるため、この増幅器の高域遮断周波数は高い。
Since transistors 24.25 are driven by the emitter of transistor 20.21, which is the point of low output impedance, the high cutoff frequency of this amplifier is high.

従って、(a)の状態から(b)の状態に切換えても遮
断周波数は低下しない。
Therefore, even when switching from state (a) to state (b), the cutoff frequency does not decrease.

また、入力インピーダンスの変化も少ない。Also, there is little change in input impedance.

本考案の効果を充分生かすためには第4図のようにカス
コード接続とし、トランジスタ20,21.24および
25には高圧利得を持たせない方がよい。
In order to take full advantage of the effects of the present invention, it is preferable to use a cascode connection as shown in FIG. 4 and to not provide high voltage gain to the transistors 20, 21, 24 and 25.

これはトランジスタ20,21,24゜25が電圧利得
を持っていると、ミラー効果により端子1,2よりみた
入力容量が変化してしまい、端子1,2に接続される前
段の回路の出力インピーダンスと端子1,2における入
力容量で決まる遮断周波数が変化してしまうからである
This is because if transistors 20, 21, 24゜25 have a voltage gain, the input capacitance seen from terminals 1 and 2 will change due to the Miller effect, and the output impedance of the preceding circuit connected to terminals 1 and 2 will change. This is because the cutoff frequency determined by the input capacitance at terminals 1 and 2 changes.

第5図は本考案の応用例である。FIG. 5 shows an example of application of the present invention.

この応用例では、スイッチ8a、8bは運動である。In this application, switches 8a, 8b are motional.

スイッチ30はスイッチ8a、8bがオンのときP側と
接続されるかQ側に接続するかで利得が切換えられる。
The gain of the switch 30 is changed depending on whether it is connected to the P side or the Q side when the switches 8a and 8b are on.

この応用例では利得が3段階に切換えられる。In this application example, the gain is switched in three stages.

この応用例の動作は次の通りである。The operation of this application example is as follows.

(a) 利得が最も小さい状態の場合、スイッチ8a
+8bはオンで、スイッチ30はP側に接続されている
(a) When the gain is the smallest, switch 8a
+8b is on, and switch 30 is connected to the P side.

トランジスタ24.25はオンで28.29もオンであ
る。
Transistors 24.25 are on and transistors 28.29 are also on.

又トランジスタ26.27はオフである。Also, transistors 26 and 27 are off.

電圧利得は(抵抗5と10との比)と(抵抗12と10
との比)との差で定まる。
The voltage gain is (ratio of resistors 5 and 10) and (ratio of resistors 12 and 10)
It is determined by the difference between

(b) 利得が中間の場合、スイッチ8a、8bはオ
フでスイッチ30はP側に切換えられたままである。
(b) When the gain is intermediate, the switches 8a and 8b are off and the switch 30 remains switched to the P side.

トランジスタ24.25がオフとなり、電圧利得は(抵
抗5と10との比)で定まる。
Transistors 24 and 25 are turned off, and the voltage gain is determined by (ratio of resistors 5 and 10).

(C) 利得が最大の場合、スイッチ8a、8bはオ
ンでスイッチ30がQとつながっている。
(C) When the gain is maximum, switches 8a and 8b are on and switch 30 is connected to Q.

トランジスタ24.25はオンで26.27もオンであ
り、トランジスタ28.29はオフである。
Transistor 24.25 is on, transistor 26.27 is also on, and transistor 28.29 is off.

電圧利得は(抵抗5と10との比)と(抵抗12と10
との比)との和で定まる。
The voltage gain is (ratio of resistors 5 and 10) and (ratio of resistors 12 and 10)
It is determined by the sum of

以上詳細に説明のように、本考案の広帯域平衡増幅器は
次のような利点がある。
As described above in detail, the broadband balanced amplifier of the present invention has the following advantages.

(1)電圧利得を切換えても遮断周波数はあまり変化し
ない。
(1) Even if the voltage gain is changed, the cutoff frequency does not change much.

(2)frは低い安価なトランジスタを用いても(1)
の効果を得ることができる。
(2) Even if cheap transistors with low fr are used (1)
effect can be obtained.

(3)電圧利得を切換えても入力インピーダンスは変化
しない。
(3) Even if the voltage gain is switched, the input impedance does not change.

(4) IC化し易い。(4) Easy to convert into IC.

(5)利得切換え用のスイッチが遠く離れていても遮断
周波数が低下しない。
(5) Even if the gain switching switch is far away, the cutoff frequency does not decrease.

従って、特に、IC化して小型化しなければ充分な性能
が出せない広帯域オシロスコープの垂直増幅器に使用す
れば、安価でしかも遮断周波数の変化の少ない偏向感度
切換回路が得られる。
Therefore, especially when used in a vertical amplifier of a wideband oscilloscope, which cannot achieve sufficient performance unless it is integrated into an IC and miniaturized, an inexpensive deflection sensitivity switching circuit with little change in cutoff frequency can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の平衡増幅器の例を示す回路図、第2図お
よび第3図は従来の平衡増幅器の動作及び欠点を説明す
るための等節回路、第4図は本考案の実施例を示す回路
図、第5図は本考案の応用例を示す回路図である。 1.2・・・・・・第1.第2の平衡入力端子、5・・
・・・・第1の帰還抵抗、20,21・・・・・・第1
.第2のトランジスタ、24.25・・・・・・第3.
第4のトランジスタ、26,27,28,29・・・・
・・切換制御用トランジスタ、12・・・・・・第2の
帰還抵抗、13゜14、8 a、 8 b、 15.
16”””制御手段、3.4・・・・・・第1.第2
の平衡出力端子、22,10・・・・・・第1の合成手
段、23,11・・・・・・第2の合成手段。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional balanced amplifier, FIGS. 2 and 3 are isode circuits for explaining the operation and drawbacks of the conventional balanced amplifier, and FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the present invention. FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of application of the present invention. 1.2... 1st. Second balanced input terminal, 5...
...First feedback resistor, 20, 21...First
.. 2nd transistor, 24.25...3rd.
Fourth transistor, 26, 27, 28, 29...
...Switching control transistor, 12...Second feedback resistor, 13°14, 8a, 8b, 15.
16"""control means, 3.4... 1st. 2nd
balanced output terminals, 22, 10... first combining means, 23, 11... second combining means.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 所望の二つの電圧利得のいずれかをとるような利得切換
機能を有する広帯域増幅器 器において、第1.第2の
平衡入力端子と、それぞれのベースを該第1.第2の平
衡入力端子に接続しそれぞれのエミッタを直列に接続す
る第1の帰還抵抗を有しかつ低エミッタ出力インピーダ
ンスのエミッタ接地増幅器を構成する第1.第2のトラ
ンジスタと、該第1.第2のトランジスタの各エミッタ
にそれぞれベースを接続しかつそれぞれのエミッタを直
列に接続する前記二つの電圧利得の比をn(>1)とし
たとき前記第1の帰還抵抗のほぼ1/(n−1)の値の
第2の帰還抵抗を有するエミッタ接地増幅器を構成する
第3.第4のトランジスタと、該第3.第4のトランジ
スタのバイア又電流を制御して該第3.第4のトランジ
スタをオン・オフする制御手段と、第1.第2の平衡出
力端子と、前記第1のトランジスタと前記第3のトラン
ジスタの各コレクタ電流を合皮して前記第1の平衡出力
端子に供給する第1の合成手段と、前記第2のトランジ
スタと前記第4のトランジスタの各コレクタ電流を合皮
して前記第2の平衡出力端子に供給する第2の合成手段
とを備えた利得切換機能を有する広帯域平衡増幅器。
In a wideband amplifier having a gain switching function to take either of two desired voltage gains, the first. a second balanced input terminal and a respective base of the first . The first. a second transistor; When the ratio of the two voltage gains in which the base is connected to each emitter of the second transistor and the respective emitters are connected in series is set to n (>1), the value of the first feedback resistor is approximately 1/(n -1) forming a common emitter amplifier with a second feedback resistor of value . a fourth transistor; The fourth transistor's via or current is controlled to control the fourth transistor's via or current. a control means for turning on and off the fourth transistor; a second balanced output terminal; a first synthesizing means that synthesizes each collector current of the first transistor and the third transistor and supplies the sum to the first balanced output terminal; and a second synthesizing means which synthesizes each collector current of the fourth transistor and supplies it to the second balanced output terminal.
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