JP2002330038A - エミッタ共通差動トランジスタ回路 - Google Patents

エミッタ共通差動トランジスタ回路

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JP2002330038A
JP2002330038A JP00538097A JP538097A JP2002330038A JP 2002330038 A JP2002330038 A JP 2002330038A JP 00538097 A JP00538097 A JP 00538097A JP 538097 A JP538097 A JP 538097A JP 2002330038 A JP2002330038 A JP 2002330038A
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transistor circuit
emitter
differential transistor
collector
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Masayuki Katakura
雅幸 片倉
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3211Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in differential amplifiers

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 雑音特性、利得、消費電流等を犠牲にするこ
となく、伝達特性の線形性を改善することができるよう
にする。 【解決手段】 エミッタ共通差動トランジスタ回路は、
第1の差動トランジスタ回路11と、ベース接地トラン
ジスタ回路12と、第2の差動トランジスタ回路13と
を有する。第2の差動トランジスタ回路13のトランジ
スタQ5,Q6は、それぞれベース接地トランジスタ回
路12のトランジスタQ3,Q4のエミッタ電極電圧v
b2,vb1に基づいて、第1の差動トランジスタ回路
11のトランジスタQ2,Q1の非線形成分を打消すた
めの電流i2を生成する。トランジスタQ5,Q6によ
り生成された電流i2は、それぞれトランジスタQ4,
Q3のコレクタにおいて、トランジスタQ2,Q1の交
流電流成分i1と交差的に加算される。これにより、ト
ランジスタQ2,Q1の非線形成分が打ち消される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各々のべース電極
間に入力電圧が加えられ、各々のエミッタ電極間にエミ
ッタ帰還抵抗が挿入された第1,第2のトランジスタを
有するエミッタ共通差動トランジスタ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図9は、バイポーラトランジスタ回路の
最も基本的な要素回路であるエミッタ共通差動トランジ
スタ回路の構成を示す回路図である。図において、Q
1,Q2はトランジスタを示し、Iは電流2Ioの電流
源を示し、Eは電圧vの入力電圧源を示す。
【0003】この回路において、入力電圧vとトランジ
スタQ1,Q2のコレクタ電流Ioの変化分(交流電流
成分)iとの関係、即ち、伝達特性は、次の式(1)で
与えられる。 i=Io・exp(v/VT)/{1+exp(v/VT)} …(1) ここで、VTは熱電圧(=kT/q、k:ボルツマン定
数、T:絶対温度、q:電子の電荷)を示す。この熱電
圧VTは、室温で約26mVである。
【0004】この回路の線形性な範囲は非常に狭い。そ
れを改善するために、図10に示すように、エミッタ電
極間に帰還抵抗Rを挿入するとともに、電流源Iを電流
Ioの電流源I1,I2に分割する。この回路の伝達特
性は、解析的には解くことはできない。入力電圧vを出
力電流iで表すと、次のような式(2)になる。 v=VT・ln{(Io+i)/(Io−i)}+2・i・RE …(2) ここで、REは、帰還抵抗Rの抵抗値である。
【0005】この式より、vの高次導関数を算出し、こ
れを逆関数の微分の性質により、iの導関数に変換する
と、次式(3)になる。 i=Io[(1/2)(v/VE) −(1/24)(VT/VE)(v/VE)3 −(1/480){3−(5・VT/VE)} (VT/VE)(V/VE)5 ] …(3)
【0006】ここで、VEは、次式(4)で表される。 VE=Io・RE+VT …(4) (VE/VT)は、帰還抵抗Rによる利得の減少率を表
す。この式(4)より、(VE/VT)を大きく取れば
ほぼそれに比例してダイナミックレンジが拡がることが
判る。
【0007】図11は、(VE/VT)=3、5、10
の場合について、入力電圧vを2・VEにより正規化し
た微分利得を示したものである。どの程度の線形性が要
求されるかは、応用分野により大きく異なるが、(VE
/VT)=10に設定したとしても、2・VEの半分を
信号振幅に設定すると、微分利得は1%も変化する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、非常に
高い線形性が要求された場合、(VE/VT)をむやみ
に大きく取ることはいくつかの不都合を生じる。不都合
とは、主に、利得が低下することと、入力換算雑音が増
えること、及び直流オフセット電圧が増加することであ
る。
【0009】高い線形性と低雑音を要求する代表的な応
用例として、例えば、無線通信回路の初段の増幅段を挙
げることができる。これらにおいて、従来は、結局雑音
特性と線形性の妥協点を求めたり、雑音特性を改善する
ために大きな電流を流したりということが必要であっ
た。
【0010】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、無線通信回路の初段の増幅段、ある
いはミキサー回路、利得制御回路等において、雑音特
性、利得、消費電流等を犠牲にすることなく、伝達特性
の線形性を改善することができるエミッタ共通差動トラ
ンジスタ回路を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載のエミッタ
共通差動トランジスタ回路は、各々のべース電極間に入
力電圧が加えられ、各々のエミッタ電極間にエミッタ帰
還抵抗が挿入された第1,第2のトランジスタを有する
第1の差動トランジスタ回路と、各々のエミッタ電極に
第1,第2のトランジスタのコレクタ電流がそれぞれ供
給される第3,第4のトランジスタを有するベース接地
トランジスタ回路と、各々のベース電極に第3,第4の
トランジスタのエミッタ電極電圧がそれぞれ供給され、
各々のコレクタ電流が第4,第3のトランジスタのコレ
クタ電流に交差的に加算される第5,第6のトランジス
タを有する第2の差動トランジスタ回路とを備えたもの
である。
【0012】請求項4記載のエミッタ共通差動トランジ
スタ回路は、各々のべース電極間に入力電圧が加えら
れ、各々のエミッタ電極間にエミッタ帰還抵抗が挿入さ
れた第1,第2のトランジスタを有する第1の差動トラ
ンジスタ回路と、各々のエミッタ電極に第1,第2のト
ランジスタのコレクタ電流がそれぞれ供給される第3,
第4のトランジスタを有する第1のベース接地トランジ
スタ回路と、各々のベース電極に第3,第4のトランジ
スタのエミッタ電極電圧がそれぞれ供給され、各々のエ
ミッタ電極間にエミッタ帰還抵抗が挿入された第5,第
6のトランジスタを有する第2の差動トランジスタ回路
と、各々のエミッタ電極に第5,第6のトランジスタの
コレクタ電流がそれぞれ供給され、各々のコレクタ電極
がそれぞれ第4,第3のトランジスタのコレクタ電極に
交差的に接続された第7,第8のトランジスタを有する
第2のベース接地トランジスタ回路と、各々のベース電
極に第7,第8のトランジスタのエミッタ電極電圧がそ
れぞれ供給され、各々のコレクタ電極が第8,第7のト
ランジスタのコレクタ電極に交差的に接続された第9,
第10のトランジスタを有する第3の差動トランジスタ
回路とを備えたものである。
【0013】請求項5記載のエミッタ共通差動トランジ
スタ回路では、各々のべース電極間に第1の入力電圧が
加えられ、各々のエミッタ電極間にエミッタ帰還抵抗が
挿入された第1,第2のトランジスタを有する第1の差
動トランジスタ回路と、第3,第4のトランジスタを有
する第2の差動トランジスタ回路と、各々のベース電極
間に第2の入力電圧が供給され、各々のコレクタが第1
のトランジスタのコレクタに接続される第5,第6のト
ランジスタを有する第3の差動トランジスタ回路と、各
々のベース電極間に第2の入力電圧が供給され、各々の
コレクタが第2のトランジスタのコレクタに接続される
第7,第8のトランジスタを有する第4の差動トランジ
スタ回路と、各々のベース電極間に第2の入力電圧が供
給され、各々のコレクタが第3のトランジスタのコレク
タに接続される第9,第10のトランジスタを有する第
5の差動トランジスタ回路と、各々のベース電極間に第
2の入力電圧が供給され、各々のコレクタが第4のトラ
ンジスタのコレクタに接続される第11,第12のトラ
ンジスタを有する第6の差動トランジスタ回路とを備
え、第5〜第12のトランジスタのコレクタから第1,
第2の入力電圧の乗算出力を得るようにしたものであ
る。
【0014】請求項1記載のエミッタ共通差動トランジ
スタ回路では、第5,第6のトランジスタにより、それ
ぞれ第2,第1のトランジスタの非線形成分を打消すた
めの電流が生成される。各電流は、それぞれ第4,第3
のトランジスタのコレクタ電流と交差的に加算される。
これにより、第2,第1のトランジスタの非線形成分が
打ち消される。
【0015】請求項4記載のエミッタ共通差動トランジ
スタ回路では、請求項1記載のエミッタ共通差動トラン
ジスタ回路と同様に、第1のベース接地トランジスタ回
路と第2の差動トランジスタ回路とにより、第1の差動
トランジスタ回路で発生する非線形性成分が打ち消され
る。また、この打消し動作と同じようにして、第2のベ
ース接地トランジスタ回路と第3の差動トランジスタ回
路とにより、第2の差動トランジスタ回路で発生する非
線形性成分が打ち消される。
【0016】請求項5記載のエミッタ共通差動トランジ
スタ回路では、請求項1記載のエミッタ共通差動トラン
ジスタ回路のベース接地トランジスタ回路の代りに、電
流分割動作を行う差動トランジスタ回路が設けられる。
これにより、第1,第2の入力電圧を乗算する乗算回路
が構成される。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を詳細に説明する。
【0018】まず、本発明の第1の実施の形態を説明す
る。図1は、本発明の第1の実施の形態に係るエミッタ
共通差動トランジスタ回路の構成を示す回路図である。
【0019】図示のエミッタ共通差動トランジスタ回路
は、第1の差動トランジスタ回路11と、ベース接地ト
ランジスタ回路12と、第2の差動トランジスタ回路1
3とを有する。
【0020】第1の差動トランジスタ回路11は、トラ
ンジスタQ1,Q2と、エミッタ帰還抵抗R1と、定電
流源I1,I2と、入力電圧源E1とを有する。ベース
接地トランジスタ回路12は、トランジスタQ3、Q4
と、定電圧源E2とを有する。第2の差動トランジスタ
回路13は、第5,第6のトランジスタQ5、Q6と、
定電流源I3,I4とを有する。
【0021】第1の差動トランジスタ回路11のトラン
ジスタQ1,Q2のベース電極間には、入力電圧源E1
から入力電圧vが供給される。トランジスタQ1,Q2
のエミッタは、それぞれ定電流源I1,I2に接続され
ている。Ioは、これら定電流源I1,I2によって給
電される電流を示す。トランジスタQ1,Q2のエミッ
タ電極間には、エミッタ帰還抵抗R1が接続されてい
る。2REは、このエミッタ帰還抵抗R1の抵抗値を示
す。
【0022】ベース接地トランジスタ回路12のトラン
ジスタQ3,Q4のエミッタ電極はそれぞれトランジス
タQ1,Q2のコレクタ電極に接続されている。また、
トランジスタQ3,Q4のベース電極は、定電圧源E2
に接続されている。
【0023】第2の差動トランジスタ回路13のトラン
ジスタQ5,Q6の各ベース電極は、それぞれトランジ
スタQ3,Q4のエミッタ電極に接続され、各エミッタ
電極はそれぞれ定電流源I3,I4に接続され、各コレ
クタ電極は、それぞれトランジスタQ4,Q3のコレク
タ電極に交差的に接続されている。Ixは、定電流源I
3,I4によって給電される電流を示す。トランジスタ
Q5,Q6のエミッタ電極間には、エミッタ帰還抵抗R
2が接続されている。2・RXは、このエミッタ帰還抵
抗R2の抵抗値を示す。
【0024】上記構成において、動作を説明する。第2
の差動トランジスタ回路13のトランジスタQ5,Q6
は、それぞれベース接地トランジスタ回路12のトラン
ジスタQ3,Q4のエミッタ電位vb2,vb1に基づ
いて、第1の差動トランジスタ回路11のトランジスタ
Q2,Q1の非線形成分を打消すための電流i2を生成
する。
【0025】各トランジスタQ5,Q6により生成され
た電流i2は、それぞれトランジスタQ4,Q3のコレ
クタにおいて、トランジスタQ2,Q1の交流電流成分
i1と加算される。これにより、トランジスタQ2,Q
1の非線形成分が打ち消される。その結果、エミッタ共
通差動トランジスタ回路の伝達特性の線形性が改善さ
れ、高い線形性が得られる。
【0026】以下、上述した動作をさらに詳細に説明す
る。ベース接地トランジスタ回路12のトランジスタQ
3、Q4のエミッタ電位vb2,vb1の差電圧vb
は、次式(5)のように表される。 vb=vb1−vb2 =VT・ln{(Io+i1)/(Io−i1)} …(5)
【0027】この差電圧vbは、上述した式(2)の一
部の項であることが判る。この項を△vbe(i)とお
くと、式(2)は、次式(6)のように表される。 v=2・i1・RE+△vbe(i1) …(6)
【0028】更に、この式(6)をi1の形にすると、
次の式(7)になる。 i1={v−△vbe(i1)}/2・RE …(7)
【0029】次に、第2の差動トランジスタ回路13の
作用であるが、この第2の差動トランジスタ回路13
は、△vbe(i)を電流i2に変換して、電流i1と
加算する。これにより、電流iは、次式(8)で表され
る。 i=i1+i2 ={(v−△vbe(i1))/2・RE} +△vbe(i1)・Gm …(8)
【0030】まず、第2の差動トランジスタ回路13の
伝達コンダクタンスが完全に線形な値Gmを持つものと
して解析する。式(8)において、Gm=1/(2・R
E)に選ぶと、i=v/(2・RE)となる。これによ
り、この場合は、伝達特性が完全な線形特性となり、理
想的な特性が得られることが判る。
【0031】このように、本実施の形態では、第2の差
動トランジスタ回路13を理想的な回路と仮定すれば、
完全に線形な伝達特性が得られる。
【0032】しかし、実際には、第2の差動トランジス
タ回路13の伝達特性も非線形性を持っている。その影
響がどの程度あるのか、また、第2の差動トランジスタ
回路13を付加することにより、特性が悪化する要因、
例えば、雑音特性や直流オフセット特性を考慮しなけれ
ばならない。
【0033】その観点からは、第2の差動トランジスタ
回路13の伝達コンダクタンスがより小さく、また、定
電流源I3,I4の電流Ixもより小さい方がそれらの
副作用はより少ない。しかし、実際には、伝達コンダク
タンスは、トランジスタQ1,Q2の非線形成分の打消
し条件から一義的に決まるし、電流Ixが小さいと、伝
達コンダクタンスの線形性が悪くなる。
【0034】まず、トランジスタQ1,Q2の非線形成
分の打消し条件における第1,第2の差動トランジスタ
回路11,13の伝達コンダクタンスをそれぞれGm
1,Gm2とし、これらの関係を求めてみる。
【0035】第1,第2の差動トランジスタ回路11,
13の伝達コンダクタンスGm1,Gm2はそれぞれ次
式(9),(10)で表される。 Gm1=1/{2(RE+VT/Io)} …(9) Gm2=1/{2(RX+VT/Ix)} …(10)
【0036】式(8)より得られたトランジスタQ1,
Q2の非線形成分の打消し条件より、第1,第2の差動
トランジスタ回路11,13の伝達コンダクタンスGm
1,Gm2の関係は、次式(11)のように求めること
ができる。 Gm2/Gm1=1+[1/{(VE/VT)−1}] …(11)
【0037】伝達コンダクタンスGm2は、第1の差動
トランジスタ回路11の伝達コンダクタンスGm1より
常に大きい必要がある。式(11)から、VE>>VT
であれば、伝達コンダクタンスGm1,Gm2がほぼ等
しくなることが判る。VEが小さい場合、例えば、VT
の3倍程度の場合は、伝達コンダクタンスGm2が伝達
コンダクタンスGm1に比べかなり大きくなる。従っ
て、本発明の副作用もやや大きくなることになる。
【0038】本発明の副作用を抑えるには、Ix<<I
oであることが望ましい。第2の差動トランジスタ回路
13が発生する雑音や直流オフセットが相対的に小さく
なるからである。しかし、それは第2の差動トランジス
タ回路13の伝達特性の非線形性がより大きくなること
を意味し、ひいては本発明の効果が損なわれることにな
る。どの程度まで許容できるかについて、定量的に解析
してみる。そのパラメータとして、VXを次式のように
定義する。 VX=Ix・RX+VT …(12)
【0039】図2は、VE/VT=10とし、VX/V
T=10,5,3としたときの正規化した微分利得を示
している。横軸は、図11に比し、30倍拡大されてい
ることから、まず、劇的な線形性の改善効果が明確に認
められる。微分利得の変化を0.1%程度まで許容すれ
ば、VX/VT=3程度でも、正規化入力の90%程度
は受容可能である。
【0040】図3は、VE/VT=5とし、VX/VT
=5,3,2としたときの正規化した微分利得を示して
いる。図11に対するX軸の拡大率は3倍なので、1%
程度の微分利得を許容すれば、VX/VT=2でも許容
可能であることが判る。
【0041】このように、本実施の形態によるトランジ
スタQ1,Q2の非線形成分の打消し効果は非常に大き
いことが明らかである。
【0042】また、VEに対し、VX、すなわちIxは
小さくてもかなりの効果が期待できることから、雑音の
増加や直流オフセットの悪化等の副作用はあまり考慮し
なくてもよい。
【0043】また、図2、図3に示した第2の差動トラ
ンジスタ回路13の非線形による微分利得特性は、伝達
コンダクタンスGm2を微調整することで、もう少し改
善することができる。図4にその例を示す。ここでは、
VE/VT=5、VX/VT=2の例を示している。
【0044】打消し効果を得る理論値であるところのG
m2/Gm1=1.111とした場合、第2の差動トラ
ンジスタ回路13の伝達特性の非線形のため、エミッタ
共通差動トランジスタ回路の伝達特性の線形性はやや悪
化する。しかし、伝達コンダクタンスGm2を大きめ、
例えば1.4とか1.5とかに取ると、エミッタ共通差
動トランジスタ回路の伝達特性の線形性はかなり改善さ
れる。ただし、トランジスタQ1、Q2の一方がカット
オフに近づく付近の非線形は完全に取りきれないが、こ
れは大した問題ではない。
【0045】次に、本発明の第2の実施の形態を説明す
る。本実施の形態は、非線形成分の打消しを二重に行う
ようにしたものである。すなわち、本実施の形態は、先
の実施の形態のエミッタ共通差動トランジスタ回路に、
さらに、もう1つのベース接地トランジスタ回路と差動
トランジスタ回路とを追加し、これらによって第2の差
動トランジスタ回路で発生する非線形成分を打ち消すよ
うにしたものである。
【0046】図5は、本実施の形態に係るエミッタ共通
差動トランジスタ回路の構成を示す回路図である。な
お、図5において、図1とほぼ同じ機能を果たす部分に
は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0047】図示のエミッタ共通差動トランジスタ回路
は、第1の差動トランジスタ回路11と、第1のベース
接地トランジスタ回路12と、第2の差動トランジスタ
回路13のほかに、第2のベース接地トランジスタ回路
14と、第3の差動トランジスタ回路15とを有する。
【0048】第2のベース接地トランジスタ回路14
は、トランジスタQ7,Q8を有する。第3の差動トラ
ンジスタ回路15は、トランジスタQ9,Q10と、エ
ミッタ帰還抵抗R3と、定電流源I5,I6とを有す
る。
【0049】第2のベース接地トランジスタ回路14の
トランジスタQ7,Q8のエミッタ電極は、それぞれ第
2の差動トランジスタ回路13のトランジスタQ5,Q
6のコレクタ電極に接続され、ベース電極は定電圧源E
2に接続され、コレクタ電極は、それぞれ第1のベース
接地トランジスタ回路12のトランジスタQ4,Q3の
コレクタ電極に交差的に接続されている。
【0050】第3の差動トランジスタ回路15のトラン
ジスタQ9,Q10のエミッタ電極は、それぞれ定電流
源I5,I6に接続され、ベース電極は、それぞれ第2
の差動トランジスタ回路13のトランジスタQ5,Q6
のコレクタ電極に接続され、コレクタ電極は、それぞれ
第2のベース接地トランジスタ回路14のトランジスタ
Q8,Q7のコレクタ電極に交差的に接続されている。
トランジスタQ9,Q10のエミッタ電極間には、エミ
ッタ帰還抵抗R3が挿入されている。なお、図におい
て、Iyは、定電流源I5,I6によって給電される電
流を示す。2・RYは、エミッタ帰還抵抗R3の抵抗値
を示す。
【0051】上記構成においては、第1の差動トランジ
スタ回路11の非線形成分は、先の実施の形態と同様
に、第1のベース接地トランジスタ回路12と第2の差
動トランジスタ回路13とより打ち消される。また、こ
の打消し動作と同じようにして、第2のベース接地トラ
ンジスタ回路14と第3の差動トランジスタ回路15と
により、第2の差動トランジスタ回路13で発生する非
線形性成分が打ち消される。これにより、第2の差動ト
ランジスタ回路13の線形性が改善される。
【0052】このような構成によれば、第2の差動トラ
ンジスタ回路13の線形性に対する要求が比較的緩和さ
れるため、VE/VT、Ixを小さく設定することがで
きる。これにより、雑音の増加や直流オフセットの悪化
等の副作用をより小さく抑えることができたり、あるい
は非常に線形性の高いエミッタ共通差動トランジスタ回
路を実現することができる。
【0053】次に、本発明の第3の実施の形態を説明す
る。図6は、本実施の形態の構成を示す回路図である。
なお、図6において、図1とほぼ同一機能を果たす部分
には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0054】本実施の形態では、第2の差動トランジス
タ回路13を、エミッタ帰還を掛けた回路ではなく、
N:1(Nは4以上の正の数)のエミッタ面積比を持つ
2組のトランジスタ(トランジスタQ5,Q11とトラ
ンジスタQ6,Q12)を交差接続した回路により実現
するようにしたものである。
【0055】図において、トランジスタQ5,Q11と
トランジスタQ6,Q12とは、それぞれN:1のエミ
ッタ面積比を持つ2組のトランジスタを示す。トランジ
スタQ11のベース、コレクタ電極は、トランジスタQ
5のベース、コレクタ電極に並列に接続され、トランジ
スタQ12ベース、コレクタ電極は、トランジスタQ6
のベース、コレクタ電極に並列に接続されている。ま
た、トランジスタQ11,12のエミッタ電極は、それ
ぞれトランジスタQ6,Q5のエミッタ電極に交差的に
接続されている。
【0056】このような構成によれば、Nを大きく選ぶ
ことにより、動作点付近の伝達コンダクタンスを下げ、
動作点をはずれた領域の伝達コンダクタンスを上げるこ
とによって、図1に示した基本回路よりもVE/VT、
Ixを小さくでき、副作用をより軽減することができ
る。
【0057】図7にその概念を示す。図中(a)は、差
動トランジスタ回路の伝達特性を示す。これは、図1の
トランジスタQ1,Q2の入力電圧vとコレクタ電流の
変化分(交流電流成分)ilとの関係に相当する。ここ
で、スケールに特に意味はない。この伝達特性は、大振
幅に対し、信号の尖頭値が飽和する方向の非線形を持
つ。それに対し、トランジスタQ3、Q4のエミッタ間
電圧は、図7(b)のように、尖頭値が延びる方向の非
線形性を有する。このエミッタ間電圧に適当な重付けを
してトランジスタQ1,Q2のコレクタ電流の変化分i
lと加算することにより、非線形性が打ち消すというの
が、本発明の基本概念である。
【0058】本実施の形態は、第2の差動トランジスタ
回路13にも積極的に非線形性を持たせるというもので
ある。例えば、図7(c)は、エミッタ面積比N:1が
10:1の場合であるが、やはり尖頭値を延ばすような
非線形を持たせることができる。それにより、トランジ
スタQ3、Q4のエミッタ間電圧のみならず、第2の差
動トランジスタ回路13も打消し成分を発生することに
なり、電流Ixがより小さくとも打消し条件を満たすこ
とができる。
【0059】この実施の形態において、エミッタ面積比
N:1は少なくとも4:1以上である必要がある。さも
ないと、動作点付近の微分利得が大振幅時の微分利得よ
りも小さくならないからである。
【0060】次に、本発明の第4の実施の形態を説明す
る。本実施の形態は、本発明を乗算回路に適用したもの
である。
【0061】図8は、本実施の形態の構成を示す回路図
である。なお、図8において、図1とほぼ同一機能を果
たす部分には、同一符号を付して詳細に説明する。
【0062】図8においては、図1のベース接地トラン
ジスタ回路12が、乗算のための電流分割回路である第
3,第4の差動トランジスタ回路16,17に置き換え
られている。これのより、第2の入力電圧v2がどうあ
ろうが、エミッタ間に発生する電圧に変化はない。ま
た、図8においては、第1の差動トランジスタ回路11
非線形成分を打ち消しための第2の差動トランジスタ回
路13にも、電流分割回路をなす第7,第8の差動トラ
ンジスタ回路18,19が付加されている。
【0063】第3の差動トランジスタ回路16は、トラ
ンジスタQ11,Q12からなり、第4の差動トランジ
スタ回路17は、トランジスタQ13,Q14からな
り、第4の差動トランジスタ回路18は、トランジスタ
Q15,Q16からなり、第5の差動トランジスタ回路
19は、トランジスタQ17,Q18からなる。
【0064】トランジスタQ11,Q12のエミッタ電
極は、トランジスタQ1のコレクタ電極に接続され、ト
ランジスタQ13,Q14のエミッタ電極は、トランジ
スタQ2のコレクタ電極に接続され、トランジスタQ1
5,Q16のエミッタ電極は、トランジスタQ5のコレ
クタ電極に接続され、トランジスタQ17,Q18のエ
ミッタ電極は、トランジスタQ6のコレクタ電極に接続
されている。
【0065】トランジスタQ11,Q14,Q16,Q
17のベース電極は、入力電圧源E3の正側端子に接続
され、トランジスタQ12,Q13,Q15,Q18の
ベース電極は入力電圧源E3の負側端子に接続されてい
る。トランジスタQ11,Q13,Q15,Q17のコ
レクタ電極は、図示しない第1の電源に接続され、トラ
ンジスタQ12,Q14,Q16,Q18のコレクタ電
極も、図示しない第2の電源に接続されている。
【0066】このような構成においては、入力電圧源E
1から出力される入力電圧v1と入力電圧源E3から出
力される入力電圧v2とが乗算される。この乗算結果
は、トランジスタQ11,Q13,Q15,Q17のコ
レクタ電極とトランジスタQ12,Q14,Q16,Q
18のコレクタ電極とから出力される。
【0067】この回路の大きな特徴は、どの電流パスも
トランジスタ2段で構成され、かなりの低電圧動作が可
能で、非線形性の打消し回路により最低動作電圧が何等
犠牲にされていないことである。
【0068】以上、本発明の4つの実施の形態を詳細に
説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、ほかにも発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々様々変形実施可能なことは勿論である。
【0069】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1及び2記
載のエミッタ共通差動トランジスタ回路によれば、第1
の差動トランジスタ回路に、ベース接地回路と第2の差
動トランジスタ回路とを付加し、これらによって、第1
の差動トランジスタ回路に発生する非線形成分を打ち消
すための電流を生成し、この電流を第1の差動トタンジ
スタ回路の交流電流成分に交差的に加算するようにした
ので、雑音特性、利得、消費電流等を犠牲にすることな
く、エミッタ共通差動トランジスタ回路の伝達特性の線
形性を飛躍的に向上させることができる。
【0070】すなわち、これまでは、伝達特性の線形性
を得るために、どちらかといえば、エミッタ帰還を大き
めにかけて、雑音特性、利得、消費電流等を若干犠牲に
して必要なダイナミックレンジを確保していたが、請求
項1記載のエミッタ共通差動トランジスタ回路によれ
ば、そのダイナミックレンジの殆ど目一杯の領域におい
て、非常に高い線形性を得ることができる。その結果、
より良好な雑音特性や、利得、消費電力特性等を実現す
ることが可能である。
【0071】また、請求項3記載のエミッタ共通差動ト
ランジスタ回路によれば、請求項1記載の回路におい
て、第2の差動トランジスタ回路を、エミッタ帰還を掛
けた回路ではなく、4:1以上のエミッタ面積比を持つ
2組のトランジスタを交差接続した回路により実現する
ようにしたので、エミッタ帰還を掛けた回路で実現する
場合より、第2の差動トランジスタ回路を付加すること
により発生する雑音特性の悪化等の副作用を軽減するこ
とができる。
【0072】また、請求項4記載のエミッタ共通差動ト
ランジスタ回路によれば、請求項1記載の回路に、ベー
ス接地トランジスタ回路と差動トランジスタ回路とを追
加し、これらによって第2の差動トランジスタ回路で発
生する非線形成分を打ち消すようにしたので、この第2
の差動トランジスタ回路13の伝達特性の線形性に対す
る要求を緩和することができる。これにより、雑音の増
加や直流オフセットの悪化等の副作用の抑制あるいは線
形性の向上を図ることができる。
【0073】また、請求項5記載のエミッタ共通差動ト
ランジスタ回路によれば、ベース接地トランジスタ回路
を電流分流回路である差動トランジスタ回路に置き換え
るようにしたので、低電圧動作の適正を損なうことな
く、高い線形性、低雑音特性を実現することを可能なら
しめ、特に、広いダイナミックレンジを要求される無線
通信用の変調復調回路や利得制御回路として非常に好適
な乗算回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るエミッタ共通
差動トランジスタ回路の構成を示す回路図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るエミッタ共通
差動トランジスタ回路の動作を説明するための特性図で
ある。
【図3】本発明の第1の実施の形態に係るエミッタ共通
差動トランジスタ回路の動作を説明するための特性図で
ある。
【図4】本発明の第1の実施の形態に係るエミッタ共通
差動トランジスタ回路の動作を説明するための特性図で
ある。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係るエミッタ共通
差動トランジスタ回路の構成を示す回路図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態に係るエミッタ共通
差動トランジスタ回路の構成を示す回路図である。
【図7】本発明の第3の実施の形態に係るエミッタ共通
差動トランジスタ回路の動作を説明するための特性図で
ある。
【図8】本発明の第4の実施の形態に係るエミッタ共通
差動トランジスタ回路の構成を示す回路図である。
【図9】従来のエミッタ共通差動トランジスタ回路の一
例の構成を示す回路図である。
【図10】従来のエミッタ共通差動トランジスタ回路の
他の例の構成を示す回路図である。
【図11】従来のエミッタ共通差動トランジスタ回路の
他の例の動作を説明するための特性図である。
【符号の説明】
11…第1の差動トランジスタ回路、12…ベース接地
トランジスタ回路(第1のベース接地トランジスタ回
路)、13…第2の差動トランジスタ回路、14…第2
のベース接地トランジスタ回路、15…第3の差動トラ
ンジスタ回路、16…第4の差動トランジスタ回路、1
7…第4の差動トランジスタ回路、18…第5の差動ト
ランジスタ回路、19…第6の差動トランジスタ回路、
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,Q8,Q
9,Q10,Q11,Q12,Q13,Q14…トラン
ジスタ、R1,R2…エミッタ帰還抵抗、I1,I2,
I3,I4,I5,I6…定電流源、E1,E3…入力
電圧源、E2…定電圧源。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各々のべース電極間に入力電圧が加えら
    れ、各々のエミッタ電極間にエミッタ帰還抵抗が挿入さ
    れた第1,第2のトランジスタを有する第1の差動トラ
    ンジスタ回路と、 各々のエミッタ電極に前記第1,第2のトランジスタの
    コレクタ電流がそれぞれ供給される第3,第4のトラン
    ジスタを有するベース接地トランジスタ回路と、 各々のベース電極に前記第3,第4のトランジスタのエ
    ミッタ電極電圧がそれぞれ供給され、各々のコレクタ電
    流が前記第4,第3のトランジスタのコレクタ電流に交
    差的に加算される第5,第6のトランジスタを有する第
    2の差動トランジスタ回路とを備えたことを特徴とする
    エミッタ共通差動トランジスタ回路。
  2. 【請求項2】 前記第2の差動トランジスタ回路は、前
    記第5,第6のトランジスタのエミッタ電極間に挿入さ
    れるエミッタ帰還抵抗を有することを特徴とする請求項
    1記載のエミッタ共通差動トランジスタ回路。
  3. 【請求項3】 前記第2の差動トランジスタ回路は、各
    々のベース、コレクタ電極がそれぞれ前記第5,第6の
    トランジスタの各々のベース、コレクタ電極に並列に接
    続され、各々のエミッタ電極がそれぞれ前記第6,第5
    のトランジスタのエミッタ電極に交差的に接続され、こ
    の接続点に同一電流が給電され、各々の飽和電流が前記
    第6,第5のトランジスタの飽和電流の少なくとも4分
    の1以下に設定されている第7,第8のトランジスタを
    有することを特徴とする請求項1記載のエミッタ共通差
    動トランジスタ回路。
  4. 【請求項4】 各々のべース電極間に入力電圧が加えら
    れ、各々のエミッタ電極間にエミッタ帰還抵抗が挿入さ
    れた第1,第2のトランジスタを有する第1の差動トラ
    ンジスタ回路と、 各々のエミッタ電極に前記第1,第2のトランジスタの
    コレクタ電流がそれぞれ供給される第3,第4のトラン
    ジスタを有する第1のベース接地トランジスタ回路と、 各々のベース電極に前記第3,第4のトランジスタのエ
    ミッタ電極電圧がそれぞれ供給され、各々のエミッタ電
    極間にエミッタ帰還抵抗が挿入された第5,第6のトラ
    ンジスタを有する第2の差動トランジスタ回路と、 各々のエミッタ電極に前記第5,第6のトランジスタの
    コレクタ電流がそれぞれ供給され、各々のコレクタ電極
    がそれぞれ前記第4,第3のトランジスタのコレクタ電
    極に交差的に接続された第7,第8のトランジスタを有
    する第2のベース接地トランジスタ回路と、 各々のベース電極に前記第7,第8のトランジスタのエ
    ミッタ電極電圧がそれぞれ供給され、各々のコレクタ電
    極が前記第8,第7のトランジスタのコレクタ電極に交
    差的に接続された第9,第10のトランジスタを有する
    第3の差動トランジスタ回路とを備えたことを特徴とす
    るエミッタ共通差動トランジスタ回路。
  5. 【請求項5】 各々のべース電極間に第1の入力電圧が
    加えられ、各々のエミッタ電極間にエミッタ帰還抵抗が
    挿入された第1,第2のトランジスタを有する第1の差
    動トランジスタ回路と、 第3,第4のトランジスタを有する第2の差動トランジ
    スタ回路と、 各々のベース電極間に第2の入力電圧が供給され、各々
    のコレクタが前記第1のトランジスタのコレクタに接続
    される第5,第6のトランジスタを有する第3の差動ト
    ランジスタ回路と、 各々のベース電極間に前記第2の入力電圧が供給され、
    各々のコレクタが前記第2のトランジスタのコレクタに
    接続される第7,第8のトランジスタを有する第4の差
    動トランジスタ回路と、 各々のベース電極間に前記第2の入力電圧が供給され、
    各々のコレクタが前記第3のトランジスタのコレクタに
    接続される第9,第10のトランジスタを有する第5の
    差動トランジスタ回路と、 各々のベース電極間に前記第2の入力電圧が供給され、
    各々のコレクタが前記第4のトランジスタのコレクタに
    接続される第11,第12のトランジスタを有する第6
    の差動トランジスタ回路とを備え、前記第5〜第12の
    トランジスタのコレクタから前記第1,第2の入力電圧
    の乗算出力を得ることを特徴とするエミッタ共通差動ト
    ランジスタ回路。
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