KR910008545B1 - 전압-전류변환회로 - Google Patents

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KR910008545B1
KR910008545B1 KR1019870012785A KR870012785A KR910008545B1 KR 910008545 B1 KR910008545 B1 KR 910008545B1 KR 1019870012785 A KR1019870012785 A KR 1019870012785A KR 870012785 A KR870012785 A KR 870012785A KR 910008545 B1 KR910008545 B1 KR 910008545B1
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마사유키 가타쿠라
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소니 가부시키가이샤
오가 노리오
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Abstract

내용 없음.

Description

전압-전류변환회로
제1도는 본원 발명의 일실시예의 접속도
제2도는본원 발명의 일실시예의 설명에 사용되는 접속도.
제3도 및 제4도는 본원 발명의 일실시예의 설명에 사용되는 그래프.
제5도는 크로스오버 왜곡의 개선의 설명에 사용되는 접속도.
제6도 및 제7도는 크로스오버 왜곡의 개선의 설명에 사용되는 그래프.
제8도는 크로스오버 왜곡을 개선시키는 수단의 일례를 나타낸 접속도.
제9도는 크로스오버 왜곡을 개선시키는 수단의 다른 예를 나타낸 접속도.
제10도는 종래의 전압의 전압-전류변환회로를 사용한 능동필터회로의 일례의 접속도.
제11도는 오디오노이즈 리덕션회로의 엔코드회로의 일례의 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
16 : 입력단자 17 : 출력단자
51, 52 : V-I 변환회로 53, 54 : 승산회로
본원 발명은 특히 능동 필터회로를 구성하는 경우에 사용하여 적합한 전압-전류변환회로에 관한 것이다.
본원 발명은 특히 능동 필터회로를 구성하는 경우에 사용하여 적합한 전압 : 전류변환회로에 있어서, 초단(初段)의 V-I 변환회로를 2회로 설치하고, 한쪽의 V-I 변환회로를 입력신호의 마이너스의 레벨로 동작시키고, 다른쪽의 V- I 변환회로를 입력신호의 플러스의 레벨로 동작시키고, 이들을 합성하여 전압-전류변환출력을 얻도록 하므로써, 직류오프셋전압을 발생시키지 않고, 직류전송특성을 향상시키도록 한 것이다.
접적회로상에서 능동필터를 구성하는 경우에 있어서, 전압 : 전류변환회로는 중요한 구성요소이다. 제10도는 집적회로상에 구성되는 능동필터의 일례를 나타내는 것이다.
집적회로상에서는 대용량의 콘덴서를 실현하기가 어렵고, 실용적으로는 수십 pF, 칩면적을 점하는 비율을 상당히 허용하였다 하더라도 수백 pF가 한계이다. 이 때문에, 콘덴서의 용량을 크게 하므로써 컷오프주파수의 낮은 필터를 실현하는 것은 어렵다. 또한 집적회로상에서 형성되는 저항은 확산저항이고, 확산저항은 각 저항간의 저항치의 비는 일정하지만, 저항치의 절대치 정밀도는 양호하지 않고, 또한 온도의존성도 크다.
따라서 집적회로상에서 능동필터를 구성하는 경우에, 이와 같은 제약을 충분히 고려할 필요가 있다. 제10도에 도시한 능동필터는 이와 같은 제약을 고려하여 구성되었고, 컷오프 주파수가 낮은 경우에도 충분한 정밀도를 얻도록 되어 있다.
제10도에 있어서 (101) 및 (102)가 PNP형 트랜지스터를 표시하며, 트랜지스터(101)의 에미터가 저항(103)의 한 끝에 접속되고, 트랜지스터(102)의 에미터가 저항(104)의 한 끝에 접속된다. 저항(103)의 다른끝과 저항(104)의 다른끝이 접속되고, 이 접속점이 전류원으로서의 PNP형 트랜지스터(105)의 콜렉터에 접속된다. 트랜지스터(101), (102), 저항(103),(104)에 의해 V-I(전압-전류)변환회로(151)가 구성된다.
트랜지스터(105)의 에미터가 전원전압 Vcc의 전원단자 (106)에 접속된다. 트랜지스터(105)의 베이스가 PNP형 트랜지스터(107)의 베이스에 공통접속되고, 트랜지스터(107)의 베이스가 트랜지스터(107)의 콜렉터에 접속되어, 커런트미러회로가 구성된다. 트랜지스터(107)의 에미터가 전원단자(106)에 접속되고, 트랜지스터(107)의 콜렉터가 NPN형 트랜지스터(108)의 콜렉터에 접속된다.
트랜지스터(108)의 베이스가 NPN형 트랜지스터(110)의 베이스에 공통접속되고, 트랜지스터(110)의 베이스가 트랜지스터(110)의 콜렉터에 접속되어, 커런트미러회로가 구성된다. 트랜지스터(108)의 에미터가 접지단자(109)에 접속된다. 트랜지스터(110)의 콜렉터가 저항(111)의 한 끝에 접속된다. 저항(111)의 다른끝과 접지단자(109)와의 사이에 기준전압원(112)이 접속된다.
기준전압원(112)에 의해 저항(111), 트랜지스터(110)에 전류 2 I10이 흐르게 된다. 트랜지스터(110)과 트랜지스터(108)은 커런트미러 접속되어 있으므로, 트랜지스터(108)에 트랜지스터(110)을 흐르는 전류와 같은 전류 2 I10이 흐르게 된다. 트랜지스터(108)과 트랜지스터(107)이 직렬접속되어 있으므로, 트랜지스터(107)에는 트랜지스터(108)을 흐르는 전류와 같은 전류가 흐르게 되고, 트랜지스터(107)과 커런트미러 접속되어 있는 트랜지스터(105)에 전류 2 I10이흐르게 된다. 이에 의하여, 트랜지스터(105)가 전류치가 2 I10인 정(定)전류원으로서 동작한다.
트랜지스터(101)의 베이스가 입력단자(113)에 접속된다. 트랜지스터(102)의 베이스가 출력단자(133)에 접속된다.트랜지스터(101)의 콜렉터가 다이오드(114)의 양극에 접속되는 동시에, NPN형 트랜지스터(121)의 베이스에 접속된다. 트랜지스터(102)의 콜렉터가 다이오드(115)의 양극에 접속되는 동시에, NPN형 트랜지스터(122)의 베이스에 접속된다. 다이오드(114)의 음극 및 다이오드(115)의 음극이 다이오드(116)의 양극에 접속된다. 다이오드(116)의 음극이 접지단자(109)에 접속된다.
다이오드(114),(115) 및 트랜지스터(121),(122)에 의해 승산회로(152)가 구성된다. 트랜지스터(121)의 에미터와 트랜지스터(122)의 에미터가 공통접속되고, 이 접속점이 전류원으로서의 트랜지스터(123)의 콜렉트에 접속된다. 트랜지스터(123)의 에미터가 접지단자(109)에 접속된다. 트랜지스터(123)의 베이스가 트랜지스터(124)의 베이스 및 트랜지스터(125)의 베이스에 공통접속되고 , 트랜지스터(125)의 베이스와 트랜지스터(125)의 콜렉트가 접속되어, 커런트미러회로가 구성된다. 트랜지스터(125)의 콜렉터로부터 단자(130)이 도출된다. 한편, 기준전압원(112)과 저항(111)의 접속점으로부터 단자(131)이 도출된다. 단자(130)과 단자(131)과의 사이에 저항(132)이 외부부착된다.
기준전압원(112)에 의해 외부부착저항(132), 트랜지스터(125)에 전류 2 I11이 흐르게 된다. 트랜지스터(125)와 트랜지스터(123)이 커런트미러 접속되어 있으므로, 트랜지스터(123)에 정전류 2 I11흐르게 된다.
트랜지스터(121)의 콜렉터가 PNP형 트랜지스터(126)의 콜렉터에 접속되는 동시에, NPN형 트랜지스터 (128)의 베이스에 접속된다. 트랜지스터(126)의 에미터가 전원단자(106)에 접속된다. 트랜지스터(122)의 콜렉터가 PNP형 트랜지스터(127)의 콜렉터에 접속된다. 트랜지스터(127)의 베이스가 트랜지스터(126)의 베이스에 공통접속되고, 트랜지스터(127)의 베이스와 트랜지스터(127)의 콜렉터가 접속되어, 커런트미러회로가 구성된다. 트랜지스터(127)의 에미터가 전원단자(106)에 접속된다.
트랜지스터(121)의 콜렉터와 트랜지스터(128)의 베이스와의 접속점과 접지단자(109)와의 사이에 큰덴서(129)가 접속된다. 트랜지스터(128)의 콜렉터가 전원단자(106)에 접속된다. 트랜지스터(128)의 에미터가 트랜지스터(124)의 콜렉터에 접속되는 동시에, 트랜지스터(128)의 에미터로부터 출력단자(133)가 도출된다. 트랜지스터(124)의 에미터가 접지단자(109)에 접속된다. 트랜지스터(124)의 베이스와 트랜지스터(125)의 베이스가 공통접속되어, 커런트미러회로가 구성된다. 트랜지스터(124)는 에미터폴로어 트랜지스터(128)에 대한 전류원으로서 동작한다.
상술한 능동필터회로의 동작에 대하여 설명한다.
V -I 변환회로 (151)의 트랜지스터(101)의 베이스에는 입력단자(113)로부터의 입력신호가 공급되고, 트랜지스터(102)의 베이스에는 에미터폴로어 트랜지스터(128)로부터의 출력신호가 귀환되어서 공급된다. V-I 변환회로(151)의 차동(差動)출력은 승산회로(152)개 가해진다. 승산회로(152)의 출력은 PNP형 트랜지스터(126) 및 (127)로 된 커런트미러회로에 의해 싱글엔드출력으로 변환하고, 이 출력이 콘덴서(129)에 가해진다. 콘덴서(129)의 단자전압으로부터 얻어지는 신호는 에미터폴로어 트랜지스터(128)을 통하여 출력단자(133)로부터 출력된다.
입력단자(113)에 공급되는 입력신호를 vin, 출력단자(133)로부터 출력되는 출력신호를 vout이고 하면, 트랜지스터(101)의 에미터전압이 (vin+VBE)로 되고 트랜지스터(102)의 에미터전압이(vout+VBE)된다. 따라서, 저항(103) 및 저항(104)의 저항치를 각기 Re로 하면, 저항(103) 및 (104)를 통해서 (vin: vout)/(2.Re)인 전류가 흐르고, V-I 변환회로(151)의 출력전류(i11) 및 (i12)는 트랜지스터(105)에 흐르는 전류를 2 I10이라고 하면, 대략 다음의 식으로 구해진다.
Figure kpo00001
Figure kpo00002
이 전류(i11) 및 (i12)는 다이오드(114) 및 (115)에 유입한다.
승산회로(152)의 출력전류(i13) 및 (i14)는 트랜지스터(123)을 흐르는 전류를 2I11이라고 하면, 다음과 같이 된다는 것이 알려져 있다.
Figure kpo00003
Figure kpo00004
따라서 콘덴서(129)에의 충전전류(ic)는
Figure kpo00005
로 주어진다. 여기서 (I11/I10)/Re를 전달 콘덕턴스Gm로 놓으면, (55)식은
Figure kpo00006
으로 나타낼 수 있다.
여기서, 입력전압 vin, 출력전압Vout및 전류 ic는 각기 순시치(瞬時値)이지만, 이회로의 전달함수를 구하기 위해서 s(=jω)의 함수로서 각기 Vin(s), Vout(s), Ic(s)로 놓으면,
Figure kpo00007
이다. 또한 콘덴서(129)의 정전(靜電)용량을 C0로 하면,
Figure kpo00008
이기 때문에 (57)식, (58)식에서 Vout(s)를 구하면
Figure kpo00009
를 얻는다. 위 식에서, 이 회로가 1차 저역(低域)통과필터 특성을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
이 회로수의 컷오프주파수는 콘덴서(129)의 정전용량 C0와 전달콘덕턴스 Gm에 의해서 정해진다. 집적회로내에서는 예를들면 질화막 등의 절연막을 사용하므로써, 상당히 정확한 용량을 실현할 수 있으며, 온도의존성도 작다. 따라서 정확한 전달 콘덕턴스를 실현할 수 있으면, 정확한 필터특성을 얻을수 있다.
전달콘덕턴스 Gm은 상술한 바와 같이,
Figure kpo00010
라고 정의되어 있다. 여기서 전류비(I11/I10)은 기준전압원(112)에서 내부저항(111)과 외부부착저항(132)에 의해 정해지고, 저항(111)의 저항치를 R111, 저항(132)의 저항치를 R132로 하면,
Figure kpo00011
이므로, 전달콘덕턴스 Gm은
Figure kpo00012
로 주어진다.
여기서, 저항치 R111및 Re는 집적회로내에서 형성된 확산저항이므로, 절대치 정밀도는 뒤떨어지나, 저항비는 일정하게 할 수 있다. 저항치 R111과 저항치 Re와의 저항비를 N로 놓으면,
Figure kpo00013
로 되고, 전달콘덕턴스 Gm이 저항의 절대치 정밀도에 의존하지 않는다. 이 때문에, 정확한 전달콘덕턴스를 얻을 수가 있고, 컷오프주파수의 정확한 필터회로를 실현할 수 있다.
이와 같이 상술한 능동필터회로는 컷오프주파수가 집적회로상의 저항의 절대치에 의존하지 않고, 집적회로상의 저항의 상대비와 외부부착저항으로 정해지므로, 정확한 특성을 얻을 수 있다. 또한 저항(132)의 저항치 R132를 크게, 저항비 N을 작게 하므로써, 콘덴서의 용량을 극단적으로 크게하는 일없이 낮은 컷오프주파수의 특성이 얻어진다.
그런데, 상술한 능동필터회로에서는 다이오드(114),(115)로 이루어지는 다이오드쌍, 트랜지스터(121),(122)로 이루어지는 트랜지스터쌍, 트랜지스터(126),(127)로 이루어지는 트랜지스터쌍의 각기의 포화전류의 부전합(不整合), 트랜지스터(121),(122)로 이루어지는 트랜지스터쌍 및 커런트미러회로를 구성하는 트랜지스터(126),(127)의 각각의 아리효과, 커런트미러회로를 구성하는 트랜지스터(126),(127) 및 에미터폴로어 트랜지스터(128)의 각각의 유한의 전류증폭을 등에 기인하여 제10도에 있어서, 트랜지스터(101)의 콜렉터와 다이오드(114)의 양극과의 사이에 전압원(161)에서 등가적으로 나타나는 바와같이 오프셋전압 ΔV0가 발생한다. 이와같이 해서 발생하는 오프셋전압 ΔVoff이 발생한다. 이오프셋전압 Voff은 대략 다음의 식으로 나타내진다.
Figure kpo00014
여기서, VT는 열전압 kT/q(k:볼츠만정수, T:절대온도, q:소전하)이고, 상온에서 약26mV의 값을 갖는다.
ΔV0＜＜VT이면, (64)식은
Figure kpo00015
로 주어진다.
여기서, 예를 들면 Re=10KΩ, I10=100μA, △V0=3mV라고 하면, 오프셋전암 Voff는 약 120mV로 된다. 이회로에서 취급할 수 있는 신호레벨의 최대치는 저항(103) 및 (104)의 저항치 Re와 전류치 I10에 의해 제약되고, 피크 대 피크치로 4Re·I10이 취급할 수 있는 신호레벨의 최대치이다. 따라서, 이 경우 4Vp-p이다. 이와같이 이 회로의 경우, 취급할 수 있는 신호레벨의 최대치에 대하여
전압 △V0이 정해지면, 일정비를 가지고 오프셋전압 Voff이 발생하게 된다.
이와 같은 오프셋전압 Voff의 발생은, 예를들면 스푸리어스 성분의 억압에 사용되는 필터회로에서는 입력신호가 결합콘덴서를 통하여 공급되므로, 큰 문제가 되지않는다. 그런데, 이와 같은 오프셋전압 Voff이 큰 문제로 되는 경우가 있다. 이하, 오프셋전압 Voff이 큰 문제로 되는 예를 구체적으로 설명한다.
제11도는 콤팩트카세트용 오디오노이즈 리덕션회로의 엔코드회로를 도시하는 것이다. 제11도에 도시한 엔코드회로를 통과하여 녹음된 오디오 신호는 재생시에 이 회로와 대칭인 특성을 갖는 디코드 회로에 의해 원래의 음성신호로 복원된다.
제11도에 있어서, (201)은 입력단자를 표시하며, 입력단자(201)로부터의 입력신호가 가변고역(高域)통과필터(202)에 공급되는 동시에, 가산회로(205)에 공급된다. 가산회로(205)의 출력이 출력단자(206)로부터 출력된다. 가변고역통과필터(202)는 레벨검출회로(204)로부터의 제어전압에 의하여 컷오프주파수가 변화하며, 신호레벨이 높을수록 컷오프주파수가 증가한다. 가변고역통과필터(202)의 출력이 가산회로(205)에 공급되는 동시에, 고역중첩회로(203)에 공급된다. 고역중첩회로(203)의 출력기 레벨검출회로(204)에 공급된다.
무신호시에는 가변고역통과필터(202)의 컷오프주파수가 가장 저하된 상태에 있다. 가산회로(205)에 의해, 입력신호와 가변고역통과필터(202)를 통과한 신호가 가산되고, 중고역의 이득이 약 10dB 상승된다. 한편, 재생측의 디코드회로에서는 녹음시에 들어올려진 중고역이 10dB 감쇠된다. 이에 따라서 녹음테이프에서 발생한 중고역 노이즈가 10dB쯤 감쇠된다. 신호레벨의 증가에 수반하여, 가변고역통과필터(202)의 컷오프주파수가 상승되고, 큰 레벨시에는 회로의 주파수특성은 플랫상태에 가까워진다. 재생측의 디코드회로도 플랫상태에 가까워지기 때문에 노이즈저역효과는 감소하나, 이 상태에서는 신호에 의한 마스킹효과가 작용하므로 노이즈가 감지되지 않는다.
고역중첩회로(203)는 필터회로이고, 입력주파수가 상승한 경우, 가변고역통과필터(202)의 컷오프주파수를 보다 상승시키는 작용을 한다. 이 회로에 의해, 단일 정현파를 입력한 경우의 중고레벨영역에서의 주파수특성이 고역에서 상승하는 것을 억압하고, 플랫 내지 고역이 약간 떨어진 특성을 하고 있다.
상술한 오디오노이즈 리덕션회로의 엔코드회로를 고역중첩회로(203)를 포함하여 집적회로상에 실현하려고 하는 경우, 오프셋전압 Voff의 발생이 큰 문제가 된다. 즉, 제11도에 있어서 레벨검출회로(204)는 상당히 넓은 범위에 걸친 신호레벨을 정확하게 검출하지 않으면 안 된다. 이와 같은 오프셋전압 Voff이 발생하면, 레벨검출회로(204)에서 발생되는 제어전압에 오차가 생기고만다. 고역중첩회로(203)와 레벨검출회로(204)와의 사이에 결합콘덴서를 삽입하는 것도 고려할 수 있으나, 이와 같이 하면, 외부부착콘덴서가 필요하게 되고, 패케이지에서 도출되는 핀수가 증가된다.
따라서, 본원 발명의 목적은 오프셋전압의 발생이 방지되고, 정확한 직류전송특성을 가진 능동필터회로를 구성할 수 있는 전압-전류변환회로를 제공함에 있다.
본원 발명은 서로의 에미터전극간에 귀환저항(3)이 접속된 제1 및 제2의 트랜지스터(1),(2)로 이루어지는 제1의 차동 트랜지스터쌍(1),(2)와, 서로의 에미터전극간에 귀환저항(8)이 접속된 제3 및제4의 트랜지스터(6),(7)로 이루어지는 제2의 차동트랜지스터쌍(6),(7)과, 제2의 트랜지스터(2)의 에미터전극에 접속된 제1의 전류원(4) 및 제4의 트랜지스터(7)의 에미터전극에 접속된 제2의 전류원(9)와, 제1의 차동트랜지스터쌍(1),(2)의 콜렉터전류가 각각 공급되는 제1의 다이오드쌍(18),(19) 및 제1의 다이오드쌍(18),(19)의 전위차가 각각의 베이스전극에 가해지는 제1의 에미터공통 차동 트랜지스터쌍(22),(23)으로 이루어지는 제1의 승산회로(53)과, 제2의 차동트랜지스터쌍(6),(7)의 콜렉터전류가 각각 공급되는 제2의 다이오드쌍(20),(21) 및 제2의 다이오드쌍(20),(21)의 전위차가 각각의 베이스전극에 가해지는 제2의 에미터공통 차동트랜지스터쌍(24),(25)로 이루어지는 제2의 승산회로(54)와, 제1 및제2의 승산회로(53), (54)의 각각 한쪽의 트랜지스터의 콜렉트전류차를 출력하기 위한 전류미러회로(34),(35)와를 구비하여 이루어지는 전압-전류변환회로이다.
V-I 변환회로(51)에 있어서는, 트랜지스터(1)의 베이스전압이 트랜지스터(2)의 베이스전압보다 높을 때는 트랜지스터(1)이 컷오프하고, 트랜지스터(1)의 베이스전압이 트랜지스터(2)의 베이스전압보다 낮을 때에 입력신호전압에 따른 전류가 트랜지스터(1)에 흐른다. V-I변환회로(52)에 있어서는, 트랜지스터(6)의 베이스전압이 트랜지스터(7)의 베이스전압보다 높을 때에는 트랜지스터(6)이 컷오프하고, 트랜지스터(6)의 베이스전압이 트랜지스터(7)의 베이스전압보다 낮을 때 입력신호전압에 따른 전류가 트랜지스터(6)에 흐른다.
따라서, 트랜지스터(1)및 (7)의 베이스에 입력신호 Vin를 공급하면, 입력신호 Vin가 마이너스의 레벨일때는 V-I 변환회로(51)이 동작하고, 트랜지스터(1)의 전류 i1에 의해 V-I 변환출력전류가 얻어진다. 입력신호 vin가 플러스의 레벨일 때는 V-I 변환회로(52)가 동작하고, 트랜지스터(6)의 전류 i3에 의해 V-I 변환출력전류가 얻어진다.
이와 같이 2개의 V-I 변환회로(51) 및 (52)를 사용하여, 입력신호 vin가 마이너스일 때는 V-I 변환회로(51)을 동작시키고, 입력신호vin가 플러스일 때는 V-I 변환회로(52)를 동작시키도록 하므로써, 다이오드(18),(19), 다이오드(20),(21)로 이루어지는 다이오드쌍 및 트랜지스터(22),(23), 트랜지스터(24),(25)로 이루어지는 트랜지스터쌍의 각기의 포화전류의 부정합 등에 의한 오프셋전압 △V0이 있더라도, 출력단자(17)로부터는 오프셋전압 Voff이 나타나지 않는다. 왜냐하면, 무신호상태에서는 승산회로(53) 및 승산회로 (54)가 거의 컷오프하고 있기 때문이다.
이와 같이, 2개의 V-I 변환회로(51) 및 (52)에 의해 전압-전류변환을 하도록 하면, 크로스오버 왜곡이 발생한다는 것을 생각할 수 있다. 이 크로스오버 왜곡에 대해서는 트랜지스터(1) 및 (6)의 베이스에 적당한 전압 △V을 인가하므로써 해소할 수 있다.
제1도에 있어서 (1) 및 (2)가 PNP형 트랜지스터를 표시하며, 트랜지스터(1) 및 (2)의 서로의 에미터가 저항(3)을 통하여 접속한다. 트랜지스터(2)의 에미터가 전류원으로서의 PNP형 트랜지스터(4)의 콜렉터에 접속된다. 트랜지스터(4)의 에미터가 +Vcc의 전원단자(5)에 접속된다.
PNP형 트랜지스터(6) 및 (7)의 서로의 에미터가 저항(8)을 통해서 접속된다. 트랜지스터(7)의 에미터가 전류원으로서의 PNP형 트랜지스터(9)의 콜렉터에 접속된다. 트랜지스터(9)의 에미터가 전원단자(5)에 접속된다.
트랜지스터(4)의 베이스 및 트랜지스터(9)의 베이스가 PNP형 트랜지스터(10)의 베이스에 공통접속되고, 트랜지스터(10)의 베이스와 트랜지스터(10)의 콜렉터가 접속되어, 커런트미러회로가 구성된다. 트랜지스터(10)의 에미터가 전원단자(5)에 접속된다. 트랜지스터(10)의 콜렉터가 NPN형 트랜지스터(11)의 콜렉터에 접속된다.
트랜지스터(11)의 에미터가 -VEE의 전원단자(12)에 접속된다. 트랜지스터(11)의 베이스와 NPN형 트랜지스터(13)의 베이스가 공통접속되고, 트랜지스터(13)의 베이스와 트랜지스터(13)의 콜렉터가 접속되어, 커런트미러회로가 구성된다. 트랜지스터(13)의 에미터가 전원단자(12)에 접속된다. 트랜지스터(13)의 콜렉터가 저항(14)의 한 끝에 접속된다. 저항(14)의 다른끝과 전원단자(12)와의 사이에 기준전압원(15)가 접속된다.
기준전압원(15)에 의해, 저항(14)를 통해서 트랜지스터(13)에 전류 I
Figure kpo00016
가 흐르게 된다. 트랜지스터(13)과 트랜지스터(11)은 커런트미러 접속되어 있으므로, 트랜지스터(11)에 트랜지스터(13)을 흐르는 전류와 동등한 전류 I0가 흐르게 되고, 또한 트랜지스터(11)과 직렬접속된 트랜지스터(10)에 동등한 전류 I0가 흐르게 된다. 이에 따라서, 트랜지스터(10)과 커런트미러 접속된 트랜지스터(4) 및 (9)에 트랜지스터(10)을 흐르는 전류와 동등한 전류 I0가 흐르게 된다.
트랜지스터 (1)의 베이스가 트랜지스터(7)의 베이스에 접속되는 동시에, 이 접속점이 입력단자(16)과 접지간에 설치된 저항(40) 및 (41)의 직렬접속의 접속점에 접속된다. 트랜지스터(2)의 베이스가 트랜지스터(6)의 베이스에 접속되는 동시에, 이 접속점이 출력단자(17)에 접속된다. 트랜지스터(1) 및 (2), 저항(3)에 의해 제1의 V -I 변환회로(51)이 구성되고, 트랜지스터(6) 및 (7), 저항(8)에 의해 제2의 V-I 변환회로(52)가 구성된다.
트랜지스터(1)의 콜렉터가 다이오드(18)의 양극에 접속되는 동시에, NPN형 트랜지스터(22)의 베이스에 접속된다. 트랜지스터(2)의 콜렉터가 다이오드(19)의 양극에 접속되는 동시에, NPN형 트랜지스터(23)의 베이스에 접속된다. 트랜지스터(6)의 콜렉터가 다이오드(20)의 양극에 접속되는 동시에, NPN형 트랜지스터(24)의 베이스에 접속된다. 트랜지스터(7)의 콜렉터가 다이오드(21)의 양극에 접속되는 동시에, NPN형 트랜지스터(25)의 베이스에 접속된다. 다이오드(18)-(21)의 음극이 다이오드(26)의 양극에 접속되고, 다이오드(26)의 음극이 전원단자(12)접속된다.
트랜지스터(22) 및 트랜지스터(23)의 서로의 에미터가 공통 접속되고, 이 접속점이 전류원으로서의 NPN형 트랜지스터(27)의 콜렉터에 접속된다. 트랜지스터(24) 및 트랜지스터(25)의 서로의 에미터가 공통 접속되고, 이 접속점이 전류원으로서의 NPN형 트랜지스터(28)의 콜렉터에 접속된다.
다이오드(18),(19) 및 트랜지스터(22),(23)에 의해 제1의 승산회로(53)이 구성된다. 다이오드(20),(21) 및 트랜지스터(24),(25)에 의해 제2의 승산회로(54)가 구성된다.
트랜지스터(27)의 베이스 및 트랜지스터(28)의 베이스가 NPN형 트랜지스터(29)의 베이스에 공통접속되고, 트랜지스터(29)의 베이스와 트랜지스터(29)의 콜렉터가 접속되어, 커런트미러회로가 구성된다. 트랜지스터(27),(28),(29)의 에미터가 전원단자(12)에 접속된다. 트랜지스터(29)의 콜렉터로부터 단자(30)이 도출된다. 기준전압원(15)와 저항(14)와의 접속점으로부터 단자(31)이 도출되어 있고, 단자(30)과 단자(31)과의 사이에 저항(33)이 외부부착된다.
기준전압원(15)에 의해 외부부착저항(33)에 전류가 흐르게 되고, 이 전류 I1이 트랜지스터(29)를 흐른다. 트랜지스터(27) 및 (28)은 트랜지스터(29)와 커런트미러 접속되어 있으므로, 트랜지스터(29)를 흐르는 전류 I1과 같은 전류가 트랜지스터(27) 및 (28)에 흐르게 된다.
트랜지스터(22)의 콜렉터가 PNP형 트랜지스터(34)의 콜렉터에 접속되고, 이 접속점이 NPN형 트랜지스터(36)의 베이스에 접속되는 동시에, 콘덴서(37)의 한 끝에 접속된다. 콘덴서(37)의 다른끝이 입력단자(16)에 접속된다. 트랜지스터(23)의 콜렉터 및 트랜지스터(25)의 콜렉터가 전원단자(5)에 접속된다. 트랜지스터(24)의 콜렉터가 트랜지스터(35)의 콜렉터에 접속된다. 트랜지스터(35)의 베이스가 트랜지스터(34)의 베이스에 접속되고, 트랜지스터(35)의 콜렉터와 트랜지스터(35)의 베이스가 접속되어, 커런트미러회로가 구성된다. 트랜지스터(34) 및 (35)의 에미터가 전원단자(5)에 접속된다.
트랜지스터(36)의 콜렉터가 전원단자(5)에 접속된다. 트랜지스터(36)의 에미터가 전류원으로서의 트랜지스터(38)의 콜렉터에 접속된다. 트랜지스터(38)의 베이스가 트랜지스터(29)의 베이스와 공통접속된다. 트랜지스터(38)의 에미터가 전원단자(12)에 접속된다.
본 실시예는 오디오노이즈 리덕션회로의 고역중첩회로로서 기능하는 것이다. 본 일실시예의 동작에 대하여 설명한다.
콘덴서(37)의 리액턴스는 고역에 대해서는 저하하므로, 입력단자(16)로부터의 입력신호중 고역성분은 콘덴서(37), 에미터폴로어 트랜지스터(36)을 통하여 출력단자(17)로부터 그대로 출력된다. 그 지역성분은 저항(40) 및 (41)로 분압되어, V-I 변환회로(51) 및 (52)에 공급된다. 후에 상술하는 바와 같이, 입력단자(16)에 공급되는 입력신호의 레벨이 마이너스일 때는 V-I 변환회로(51)이 동작하고, 입력단자(16)에 공급되는 입력신호의 레벨이 플러스일 때는 V-I 변환회로(52)가 동작한다. V-I 변환회로(51)의 출력이 승산회로(53)에 공급되고, V-I 변환회로(52)의 출력이 승산회로(54)에 공급된다. 승산회로(53) 및 (54)의 출력이 트랜지스터(34) 및 (35)로 이루어지는 커런트미러회로에 의해 싱글엔드출력으로 변환되어, 에미터플로어 트랜지스터(36)을 통하여 출력단자(17)로 부터 출력된다.
따라서, 본 일실시예는 고역에 대해서는 이득이 1이 되고, 저역에 대해서는 저항(40) 및 (41)의 저항치를 각기 R40, R41로하면, 이득이 (R41/R40+R41)로 되어, 고역상승특성을 나타내게 된다.
본 일실시예에 있어서의 V-I 변환회로(51) 및 (52)에 대하여 설명한다. 제2도에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 2개의 V-I 변환회로(51) 및 (52)가 사용되고 있다. V-I 변환회로(51)에 있어서, 트랜지스터(2)의 에미터에는 정전류원으로서 동작하는 트랜지스터(4)가 접속되어 있으나, 트랜지스터(1)의 에미터에는 정전류원이 접속되어 있지 않다. 또한 V-I 변환회로(52)에 있어서, 트랜지스터(7)의 에미터에는 정전류원으로서 동작하는 트랜지스터(9)가 접속되어 있으나, 트랜지스터(6)의 에미터에는 정전류원이 접속되어 있지 않다.
따라서, V-I 변환회로(51)에 있어서는 트랜지스터(1)의 베이스전압이 트랜지스터(2)의 베이스전압보다 높을 때는 트랜지스터(1)이 컷오프하고, 트랜지스터(1)의 베이스전압이 트랜지스터(2)의 베이스전압보다 낮을 때에 입력신호전압에 따른 전류가 트랜지스터(1)에 흐른다. V-I변환회로(52)에 있어서는, 트랜지스터(6)의 베이스전압이 트랜지스터(7)의 베이스전압보다 높을 때는 트랜지스터(6)이 컷오프하고, 트랜지스터(6)의 베이스전압이 트랜지스터(7)의 베이스전압보다 낮을 때는 입력신호전압에 따른 전류가 트랜지스터(6)을 흐른다.
따라서, 트랜지스터(1) 및 (7)의 베이스에 입력신호 vin을 공급하고, 트랜지스터(2) 및 (6)의 베이스를 0전위로 해두면 입력신호 vin이 마이너스의 레벨일 때는 V : I변환회로(51)이 동작하고, 트랜지스터(1)의 전류 i1에 의해 V : I 변환출력전류가 얻어진다. 입력신호 vin이 플러스의 레벨일 때는 V-I변환회로(52)가 동작하고, 트랜지스터(6)의 전류 i3에 의해 V-I 변환출력전류가 얻어진다. 즉, 제3도는 입력신호 vin과 트랜지스터(1)을 흐르는 전류 i1및 트랜지스터(6)을 흐르는 전류 i3과의 관계를 나타내는 것이다. 입력신호 vin이 커짐에 따라서 전류 i1이 감소하고, 입력번호 vin이 대략 OV가 되면 전류 i1이 O으로 된다. 그리고 입력신호 vin이 OV보다 높아지면 전류 i3이 증가된다.
이와 같이 2개의 V-I 변환회로(51) 및 (52)를 사용하여, 입력신호 vin이 마이너스일 때는 V-I 변환회로(51)을 동작시키고, 입력신호 vin이 플러스일 때는 V-I변환회로(52)를 동작시키도록 하므로써, 다이오드(18),(19), 다이오드(20),(21)로 이루어지는 다이오드쌍 및 트랜지스터(22),(23), 트랜지스터(24),(25)로 이루어지는 트랜지스터쌍의 각각의 포화전류의 부정합 등에 의한 오프셋전압 △V0이 있더라도, 출력단자(17)로부터는 오프셋전압 Voff이 나타나지 않는다. 왜냐하면 무신호상태에서는 승산회로(53) 및 승산회로(54)가 거의 컷오프하고 있기 때문이다.
그런데, 이와 같이 2개의 V-I 변환회로 (51) 및 (52)를 사용하여 전압-전류변환을 행하도록 한 경우, 2개의 전압-전류변환출력이 컷오프부근에서 직선적으로 연결되어, 소위 크로스오버 왜곡을 발생하지 않도록 할 필요가 있다. 이를 위한 필요조건에 대하여 설명한다.
제4도는 제3도의 전류i1및 i3을 입력신호 vin에 대하여 미분한 것이며, 제3도의 전류 i1및 i2의 입력신호 vin에 대한 경사, 즉 전달콘덕턴스를 나타낸 것이다. 2개의 V -I 변환회로(51),(52)가 크로스오버 왜곡을 발생하는 일없이, 진선적으로 이어지는 대략의 조건은 vin=0 의 상태에 있어서, 각기의 V-I 변환회로의 전달콘덕턴스의 최대치 Gm0의 1/2의 값을 취하는 것이다.
제5도는 제2도의 V-I 변환회로(51) 및 (52)의 한쪽을 끌어낸 것이다. 제5도에 있어서 (61)은 크로스오버 왜곡의 발생을 방지하기 위하여 설치된 오프셋전압 △V을 표시하는 것이며, 이 발생방법에 대해서는 후술한다.
먼저, 이 V-I 변환회로의 전달콘덕턴스의 최대치 Gm0를 산출한다. 전달콘덕턴스는 i1= I2=i0/2의 조건에 있어서 최대로 되고 다음의 값을 취한다.
Figure kpo00017
RE는 저항(3) 및(8)의 저항치, VT는 (kT/q)이다.
다음에, 입력신호를 vin=0으로 했을때, i1=Δi, i2≒Io로 되고, 이때의 전달콘덕턴스를 Gmc로 하면 Gmc는 다음식으로 나타내진다.
Figure kpo00018
크로스오버 왜곡이 대략 최소로 되는 조건은 상술한 바와 같이 2·Gmc=Gmo이므로 다음의 식이 성립한다.
Figure kpo00019
이것을 Δi에 대하여 풀면 다음 식을 얻는다.
Figure kpo00020
다음에 V-I 변환회로(51)을 구성하는 2개의 트랜지스터(1) 및 (2)의 특성, 즉 포화전류가 동일이라고 했을때, (4)식을 만족시키는 ΔV를 산출한다.
Figure kpo00021
(5)식에 (4)깃을 대입한다.
Figure kpo00022
여기서(Io·RE)/VT=m로 로 놓으면
Figure kpo00023
을 얻는다.
제6도는 (7)식에서 얻어지는 m와△V의 관계를 나타낸 것이다. 제6도에 있어서 횡축이 m을 나타내며, 종축이 △V를 나타낸다. 상술한 크로스오버 왜곡이 최소로 되는 조건은 △i＜＜I0라고 가정하고 있으므로, m가 10이하의 영역에서는 △V는 정확하지 않다. 통상 회로의 비선형 왜곡을 충분히 작게 하고, 또한 다이너믹레인지를 충분히 확보하는데는 m은 최소한 20이상으로 설정하므로, 이 조건은 충족된다. 또한 엄밀한 의미에서는 (7)식으로 구해지는 것은 크로스오버 왜곡의 최소의 조건을 나타내는 개략치이고 최적치는 아니다.
즉, 제7도는 △V에 따라서 크로스오버 왜곡이 어떻게 해소되는가를 나타낸 것이다. 제7도에 있어서 (71)은 △V=0인 때의 전달콘덕턴스의 변화를 나타내며, vin=0부근에서 상당히 솟아올라, 크로스오버 왜곡의 발생이 심한다는 것을 나타내고 있다. 한편 (72)는 (7)식으로 얻어지는 △V를 부여한 경우의 전달콘덕턴스의 변화를 나타낸다. 크로스오버 왜곡은 상당히 감소하나, vin=0의 점의 좌우에서 약간 전달콘덕턴스가 감소한다. (73)은 크로스오버 왜곡을 최소로 하는 조건의 △V를 부여한 경우의 전달콘덕턴스의 특성을 나타내며, 이것은 (7)식에서 얻어진 △V보다도 약간 작은 오프셋전압을 부여하는 것에 대응한다. 이 경우, vin이 충분히 큰 (선형적인 범위에서)영역에서의 전달콘덕턴스의 최대치(Gm0)보다도 vin=0에서의 전달콘덕턴스를 약간 크게 설정하는 편이 크로스오버 왜곡이 감소하는 것을 의미하고 있다. 이때의 △V를 해석적으로 구하는 것은 곤란하다. 따라서, (7)식으로 개략치가 구해지며, 이 값으로부터 수치해석으로 최대치가 구해진다.
이 △V의 구체적 발생수단에 대하여 설명한다. 제8도는 △V의 구체적 발생수단의 일례를 나타내는 것이다. 제8도에 있어서, V-I 변화회로(51)을 구성한는 트랜지스터(2)로서, n개의 트랜지스터(21)-(2n)이 병렬접속된 것이 사용되고, V-I 변환회로(52)를 구성하는 트랜지스터(7)로서, n개의 트랜지스터(71)-(7n)이 병렬접속된 것이 사용된다. V-I 변환회로(51) 및 (52)의 각각을 구성하는 트랜지스터중, 한쪽의 트랜지스터에 복수의 트랜지스터가 병렬접속된 것을 사용하므로써, △V=VT
ℓ n(n) 인△V를 발생시킬 수 있다.
이 △V의 발생수단은 매우 간단한다는 특징이 있다. 그러나, 특히 V-I 변환회로(51) 및 (52)의 다이너믹레인지를 크게 취하도록 한 경우, 병렬접속된트랜지스터의 수가 증가하는 문제가 있다. 예를들면 2Vp-p의 다이너믹레인지에 해당하는 m=40의 경우, (7)식을 만족시키기 위해서는 약 20개의 트랜지스터를 병렬접속시킬 필요가 있다.
제9도는 △V의 발생수단의 다른 예를 나타낸 것이다.
이 예는 m가 큰 경우에 특히 유효하다. 제9도에 있어서, 에미터폴로어 트랜지스터(36)의 에미터와 전류원(83)와의 사이에 저항(81) 및 (82)의 직렬접속이 접속되고, 저항(81) 및(82)의 접속점이 출력단자(17)에 접속된다. 트랜지스터(2)의 베이스가 저항(82)의 전류원(83)과의 접속점에 접속된다. 트랜지스터(6)의 베이스가 트랜지스터(36)의 에미터와 저항(81)의 접속점에 접속된다.
전류원(83)의 전류치를 Im, 저항(81) 및 (82)의 저항치를 Rm로 하면, 저항(81) 및 저항(82)에 의해 트랜지스터(2) 및 트랜지스터(7)의 베이스가 가해지는 전압이 △V=Im Rm만큼 강하된다.
이와 같이, 에미터폴로어 트랜지스터(36)에 저항(81)를 설치하여, △V를 형성하도록 한 경우, 출력단자(17)에 접속하는 회로의 입력임피던스를 높이도록 할 필요가 있다. 또한 전류원(83)의 전류치는 열전압VT에 비례하는 것이 바람직하다.
그리고, △V의 발생수단은 이외에 여러 가지의 수단을 고려할 수 있다. 물론, 트랜지스터(1) 및 (6)의 베이스에 전압원을 접속하도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본원 발명의 일실시예에 있어서의 V-I 변환회로(51),(52)는 입력신호 vin이마이너스일 때는 V-I 변환회로 (51)이 동작하고 입력신호 vin이플러스일 때는 V-I 변환회로(52)가 동작한다. 이 때문에 다이오드(18),(19), 다이오드(20),(21)로 이루어지는 다이오드쌍 및 트랜지스터(22),(23), 트랜지스터(24),(25)로 이루어지는 트랜지스터쌍의 각각의 포화전류의 부정합에 의한 오프셋전압 △V0이 있어도 출력단자(17)로부터는 오프셋전압 Voff이 나타나지 않는다. 왜냐하면 무신호상태에서는 승산회로(53) 및 승산회로(54)가 거의 컷오프하고 있기 때문이다.
그리고 크로스오버 왜곡에 대해서는 트랜지스터(1) 및 트랜지스터(6)의 베이스에 적당한 전압△V를 인가하므로써, 해소할 수 있다.
본원 발명에 의하면, 2개의 V-I 변환회로(51) 및 (52)가 설치되고, 한쪽의 V -I 변환회로(51)이 입력신호가 마이너스의 레벨에서 동작되고, 다른쪽의 V-I 변환회로(52)가 입력신호가 플러스의 레벨에서 동작된다. 입력신호가 무신호일 때는 승산회로(53) 및 (54)가 컷오프하므로, 출력단자(17)로부터 오프셋전압 Voff이 나타나지 않는다. 이 때문에, 정확한 직류 전달특성을 가진 능동필터를 실현할 수 있다.

Claims (1)

  1. 서로의 에미터전극간에 귀환저항이 접속된 제1 및 제2의 트랜지스터로 이루어지는 제1의 차동(差動)트랜지스터쌍과, 서로의 에미터전극간에 귀환저항이 접속된 제3 및 제4의 트랜지스터로 이루어지는 제2의 차동트랜지스터쌍과, 상기 제2의 트랜지스터의 에미터전극에 접속된 제1의 전류원 및 상기 제4의 트랜지스터의 에미터전극에 접속된 제2의 전류원과, 상기 제1의 차동트랜지스터쌍의 콜렉터전류가 각각 공급되는 제1의 다이오드쌍 및 상기 제1의 다이오드쌍의 전위차가 각각의 베이스전극에 가해지는 제1의 에미터 공통 차동트랜지스터쌍으로 이루어지는 제1의 승산회로와, 상기 제2의 차동트랜지스터쌍의 콜렉터전류가 각각 공급되는 제2의 다이오드쌍 및 상기 제2의 다이오드쌍의 전위차가 각각의 베이스전극에 가해지는 제2의 에미터공통 차동트랜지스터쌍으로 이루어지는 제2의 승산회로와, 상기 제1 및 제2의 승산회로의 각각 한쪽의 트랜지스터의 콜렉터전류차를 출력하기 위한 전류미러회로와를 구비하여 이루어지는 전압-전류 변환회로
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