JPS61287305A - 増幅回路 - 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】 °（発明の技術分野） この発明は、増幅回路におけるひずみ低減技術に関する
ものである。

（発明の技術的背景） 従来、増幅回路としては第３図に示すようなブロック図
がよく用いられている。図において１．１′は入力端子
であり、コールド側１′は接地されている。ホット側１
は電圧−電流変換部２の非反転入力端子に接続され、そ
の出力は電流増幅部３に入力される。電流増幅部３の出
力はポット側の出力端子４に導かれ、負荷ＲＬが接続さ
れるとともに、抵抗ＲＢを通して、電圧−電流変換部２
の反転入力端子に導かれる。この反転入力端子には抵抗
ＲＡが接続され、抵抗ＲＡの他端は接地される。なお、
負荷ＲＬの他端はコールド側の出力端子４′を通し接地
されている。また、入力端子１−１′間には、バイアス
抵抗Ｒｃが挿入されている。電圧−電流変換部２および
電流増幅部３には各々接地点を基ｉ（として正負電源±
８１および±８２が供給されている。

この構成を有する実際の回路例を第２図に示すが、これ
は、ごく酋通に用いられる負帰還増幅回路であり、第３
図と同一符号の部分は同等内容を示している。

次に、動作について、式を用いて説明する。第３図にお
いて、入力電圧をＶｉ、出力電圧をＶＯとし、電圧−電
流変換部２の実際の入力電圧をＶｅとする。また、電圧
−電流変換部２の伝達コンダクタンスをＧ　（Ａ／Ｖ）
　、電流増幅部３の電流増幅率をＨ〔倍〕とすると、次
式が成立する。

Ｖｉ　　−Ｖｅ　＋（ＲＡ／（ＲＡ＋Ｒ８））　・ＶＯ
・−・−（１）ＧＨＶｅ　　−ＶＯ／ＲＬ　＋ＶＯ／　
（ＲＡ　＋Ｒ８）　曲曲曲（２）これらより、 ＶＯ＝　（（ＲＡ　＋ＲＢ　）　／ＲＡ　）・（１／　
（１＋　　（ＲＡ＋ＲＢ　　＋ＲＬ　　）／ＧＨＲＡＲ
Ｌ　　））・Ｖｌ　　　　　　　　　　　　　　　・・
・・・・（３）が得られる。

ところで、実際の増幅回路は、上記の伝達コンダクタン
スＧおよび電流増幅率１−１が信号の振幅によって変動
し、これが増幅回路のひずみの原因となっている。（３
）式において（ＲＡ＋ＲＢ＋ＲＬ　）／Ｇｌ−ＩＲＡ　
ＲＬは、通常、１より充分小さいが、伝達コンダクタン
スＧ、電流増幅率１−１といった変ｖノ要素〈ひずみ要
素）を含ｌυでいるため、従来の増幅回路は必ずひずみ
を有している。

（背景技術の問題点） なお、ここで実際の回路上では、伝達コンダクタンスＧ
のリニアリティは比較的良好であり、しかも改善が容易
であるので、ひずみへの影響は少ない。これに比べ電流
増幅率１」を有する電流増幅部３は、電力増幅器のよう
に負荷が重く、大電流を必要とするとぎにはリニアリテ
ィが非常に悪くなって、ひずみを著しく悪化させる。こ
れを改善するためにはｈ／ｆ１のリニアリティの優れた
トランジスタを多数個並列に用いるなどしなければなら
ず、費用もかさんでしまうことになる。

（発明の目的） この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ために成されたもので、適当な値の抵抗を１本追加し、
電圧−電流変換部に供給される電源の基準点を変更する
ことによって、ひずみのほとんどない増幅回路を提供す
ることを目的としている。

（発明の実施例） 以下、この発明を図に基づいて説明する。第１図にこの
発明の一実施例を示す。尚、第３図と同等内容のものは
同一符号で示している。そこで、第３図と異なる部分に
ついて述べると、まず、抵抗ＲＤを抵抗ＲＡと接地間に
挿入している。また、電源上８１の基準点を変更し、抵
抗ＲＡと抵抗ＲＯの接続点へ移している。他は、第３図
と同じである。実際の回路例を示すと、第４図のように
なり、第１図と同等内容の部分は同一符号で示している
。

（実施例の動作・作用） 次にこの発明の動作を第１図に基いて説明する。

各部に流れる信Ｆ　Ｉ流を、図に示したように　１１．
１２、ｉ３、ｉ４とする。ここで　１１は、電流子８１
より流れ出し、電圧−電流変換部２から電流増幅部３に
流れ込む電流である。１２は負荷ＲＬを流れる電流、　
ｉ３は負荷帰還回路網を形成している抵抗Ｒｅ　、ＲＡ
を流れる電流である。また、１４は抵抗ＲＤを流れる′
Ｆｌ流である。

以上の記号を用いると次の各式が得られる。

ｉｌ　−ＧＶｅ　　　　　　・・・・・・・・・・・・
（４）＠　　ｉｌ　−ｉ２　＋　　ｉ３　　　　　　　
　　（５）ＶＯ−ＲＬ−ｉ２　　　　・・・・・・・・
・・・・（６）Ｖｏ　　−（ｎｏ＋Ｒ８）−ｉ：＋　　
＋ＲＤ　　＃　　ｉ４　（７）Ｖｉ　　−ＲＡ−ｉ３＋
ＲＤ　　ｅ　　ｉ４　＋Ｖｅ　　　・＝　（８）ｉ１＋
　　ｉ４−　　ｉ３　　　　　　　　　　　・・・・・
・・・・（９）これらより、ｖｌとＶＯの関係を導き出
すと、ＶＯ−（（ＲＡ＋Ｒａ＋（（Ｈ−１）／トＩ）　
　・ＲＤ　　）／ＲＡ）　　・（１／　（１＋　（（Ｈ
−１）／１−１）・（ＲＤ　／ＲＡ　＞　＋　（ＲＡ　
＋ＲＢ　＋ＲＤ　十ＲＬ−Ｇ−Ｒｅ　ＲＤ　）　／ＧＨ
ＲＡ　ＲＬ　）　）　　　　　　　　・・・・・・・・
・（１０）が得られる。ここで、一般に電流増幅率！−
１＞　＞　１であり、電流増幅率Ｈが多少変動してもす
なわちひずみがあっても、（Ｈ−１＞／Ｈはほとんどひ
ずまず、はぼ１となる。また、後で例示する通り、ＲＤ
　＜＜ＲＡとなるので、（１ｏ）式において、（ＲＡ　
＋Ｒｅ　　４−　　（（ｌ−１−１）／１−Ｉ）　　Ｒ
Ｄ　　）／ＲＡ　　　中（ＲＡ　＋Ｒ８＋ＲＤ　）　／
ＲＡ　　−一定　　　　　　　・・・・・・・・・（１
１）（（Ｈ−１）／Ｈ）　・（ＲＤ／ＲＡ）　　＋　　
ＲＤ／ＲＡＫ　　＝＝　　（ＲＡ＋Ｒｓ　＋ＲＤ　＋Ｒ
Ｌ　−ＧＲａ　ＲＤ　）／Ｇｌ−ＩＲＡＲＬ・・・・・
・・・・（１３） とおくと、信号の振幅によって値が大きく変動する要素
がある（Ｔなわちひずむ要因があることになる）のは、
このＫだけに絞ることができる。したがって、このＫが
上記と同様に常に一定値を保てば、第１図の回路の出力
電圧にひずみが発生しないことになる。ここでは、ひず
みの大きい電流増幅率１」の影響を避けることを考え、
Ｋ−０となる条件を求めると、（１３）式から、 ＲＤ　　　＝　　　（ＲＡ　＋Ｒｅ　　＋ＲＬ　　）／
　（ＧＲＢ　−１）　　　　・・・・・・・・・　（１
４）となる。すなわち、抵抗ＲＤを（１４）式が成立す
るように決定し、電圧−電流変換部にリニアリティの良
い回路を採用することによって出力のひずみを限りなく
ゼロに近づけることができる。

なお、（１４）’式において、通常は１＜＜ＧＲＢであ
り、また、電圧ゲインを２０　ｄＢ程度以上持たせるζ
、ＲＡ＜＜Ｒｅが成立する。ざらに、電力増幅器などで
は負荷ＲＬが重いため、ＲＬ　＜＜ＲＢとなることが一
般的である。これらを考慮に入れると（１４）式は、 ＲＤ　　　中　Ｒｅ／ＧＲａ　　　−１／Ｇ　　　　　
　　　　　　　　　　・・−・−−・−−（１５）と近
似することができる。たとえば第４図の回路において、
初段の差動ＦＥＴトランジスタＱ１、Ｑ２の伝達フンダ
クタンスｇｍが１０（ｍＡ／Ｖ）、２段目のトランジス
タＱ３の電流増幅率ｈ／ｅが２００だとすると、 Ｇ　　＝（ｌｌｎＸｈ／ｅ＝　　１０Ｘ１（ｉａＸ２０
０　　＝２　　　（Ａ／Ｖ）　（１６）となり、 ＲＤ中１／２　＝　０．５　　（（］）　　　・・・・
・・・・・（１７）とすることにより、ひずみの大幅な
低減をはかることができることになる。なお、約２０ｄ
　Ｂの電圧ゲインを１３ようとする場合は、たとえば抵
抗ＲＡ＝１にΩ、Ｒｓ＝１０にΩとすることになるが、
先に述べたように通常ＲＤ＜＜ＲＡが成立する。

また、（１４）式から、ＲＬ　＜＜　（ＲＡ＋Ｒ８）の
とき抵抗ＲＤの最適値は負荷ＲＬの値にほとんど関係が
ないことがわかる。このことは（１３）式においてに＝
０どなる条件に負荷ＲＬはほとんど関係なく、したがっ
て、負荷ＲＬをＲＬ　＜＜　（ＲＡ＋Ｒ８）なる範囲内
で変化させても出力電圧の変化がほと／υどないことを
意味し、出力電流は負荷ＲＬに応じて変化する。換言寸
れば、出力インピーダンスが限りなくゼロに近くなると
いうことになる。

なお、上記の説明では、電圧−電流変換部の伝達コンダ
クタンスＧのリニアリティを良くして用いるものとして
説明したが、（３）式と（１０）式を比較すればわかる
ように、抵抗ＲＤを上記の値に設定しさえすれば、伝達
コンダクタンスＧのリニアリティを特に改善しなくても
（１３）式におけるＫの値をゼロに近づけることができ
るので大幅なひずみ低減が可能である。

さらに、（１３）式におけるに＝Ｏなる条ぞ１には電流
増幅率ト１は関係していないため、電流増幅部のリニア
リティの良し悪しは問われない。言い換えれば、電流増
幅率Ｈのリニアリティは悪くてもかまわないということ
であり、安価な素子でずませることもできる。

第５図に他の一実施例を示し、第１図と同等内容部分は
同一符号で示す。この例では電源＋８３が存在するが、
電圧−電流変換部内のため、基準点を電源±８１と同じ
にしである。ただし、この回路例では電源＋８３には信
号電流は流れない（直流定電流のみ流れる）ため、基準
点を電源上Ｂ１とは別にして接地してもよい。

また、以上の例では、直流増幅回路を示したが、抵抗Ｒ
Ａに直列にコンデン゛りを挿入し、交流増幅回路として
もよい。

さらに、伝達コンダクタンスＧが周波数特性を有づ゛る
とぎには、抵抗ＲＤのかわりに（１４）式や（１５）式
で求められるインピーダンス特性に相当する回路網を用
いればよい。

（発明の効果） 以上のように、この発明によれば、ひずみを限りなくゼ
ロに近づけることができ、また、出力インピーダンスも
限りなくゼロに近づけることができる。しかも電流増幅
部の電流増幅率１」のリニアリティが悪くても、ひずみ
の極小な増幅回路を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の増幅回路の一実施例を示すブロック
図 第２図は従来の増幅回路の例を示す回路図第３図は従来
の増幅回路の例を示すブロック図第４図はこの発明の増
幅回路の一実施例を示す回路図 第５図はこの発明の増幅回路の他の実施例を示す回路図
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１） ａ）非反転入力端子と反転入力端子を有し、この２端子
   間の電圧に比例した電流を出力する伝達コンダクタンス
   （Ｇ）を有する電圧−電流変換手段と、 ｂ）上記電圧−電流変換手段から出力された電流を増幅
   する電流増幅手段と、 ｃ）上記電圧−電流変換手段を駆動するための第１の電
   源と、 ｄ）上記電流増幅手段を駆動するための第２の電源と、 ｅ）上記電圧−電流変換手段の非反転入力端子に入力電
   圧のホット側を印加する手段と、 ｆ）入力電圧のコールド側および、上記第２の電源の基
   準点を接地する手段と、 ｇ）上記電流増幅手段の出力と、上記電圧−電流変換手
   段の反転入力端子との間に接続された第１の抵抗（Ｒ＿
   Ｂ）と、 ｈ）上記電圧−電流変換手段の反転入力端子と、上記第
   １の電源の基準点との間に接続された第２の抵抗（Ｒ＿
   Ａ）と、 ｉ）上記第１の電源の基準点と、接地との間に接続され
   た第３の抵抗（Ｒ＿Ｄ）と、 を備え、 上記電流増幅手段の出力と接地間に負荷（抵抗値Ｒ＿Ｌ
   ）を接続するようにしたことを特徴とする増幅回路。
2. （２）上記第３の抵抗（Ｒ＿Ｄ）を、 Ｒ＿Ｄ＝（Ｒ＿Ａ＋Ｒ＿Ｂ＋Ｒ＿Ｌ）／（ＧＲ＿Ｂ−１
   ）なる値近傍に設定したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の増幅回路。