JP2733962B2 - 利得制御増幅器 - Google Patents

利得制御増幅器

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は利得制御増幅器に関する。
〔発明の概要〕
本発明は、2段の差動増幅器を縦続接続し、可変制御
電圧により差動的に変化する1対の制御電流の一方の用
いて後段の差動増幅器の利得を制御するようにした利得
制御増幅器において、初段の差動増幅器の定電流源の電
流値を1対の制御電流の和とすることにより、制御電流
を形成する電流制御回路のトランジスタの特性の影響を
抑えて、総合利得の安定度を向上させたものである。
〔従来の技術〕
従来の利得制御増幅器は、例えば第2図に示すよう
に、固定利得の差動増幅器(10)と、可変利得の差動増
幅器(20)とを縦続に接続し、次段の差動増幅器(20)
の動作電流を制御電圧Evにより変化させて、利得制御を
行なっていた。
即ち、第2図において、例えば映像信号が供給される
バランス形入力端子(1)及び(2)と、初段差動増幅
器(10)の1対のnpnトランジスタ(11)及び(12)の
ベースがそれぞれ接続される。定電流源としてのnpnト
ランジスタ(13)及び(14)を介して、トランジスタ
(11)及び(12)の各エミッタが接地されると共に、両
エミッタ間に抵抗器(15)が接続される。トランジスタ
(11)及び(12)の各コレクタには、共通の抵抗器(1
6)と、ダイオード接続のnpnトランジスタ(17)及び
(18)とを介して、電源Vccが供給される。
差動増幅器(10)のトランジスタ(11)及び(12)の
コレクタは、次段の差動増幅器(20)の1対のnpnトラ
ンジスタ(21)及び(22)のベースにそれぞれ直結され
る。トランジスタ(21)及び(22)のコレクタには、そ
れぞれ負荷抵抗器(23)及び(24)を介して、電源Vcc
が供給され、トランジスタ(21)及び(22)のエミッタ
は、共通の定電流源としてのトランジスタ(25)を介し
て接地される。同様に、共通の定電流源としてのトラン
ジスタ(26)を介して、1対のトランジスタ(27)及び
(28)のエミッタが接地され、各ベースに共通に定電圧
源(29)が接続される。トランジスタ(27)及び(28)
のコレクタがそれぞれトランジスタ(21)及び(22)の
コレクタに接続され、ここから出力端子(3)及び
(4)が導出される。なお、トランジスタ(25)及び
(26)の面積はトランジスタ(21),(22)及び(2
7),(28)の面積の2倍とされる。
(31)は、基準の定電流源であって、その一端が接地
され、他端はダイオード接続のpnpトランジスタ(32)
を介して、電源Vccに接続される。このトランジスタ(3
2)とカレントミラー接続されたpnpトランジスタ(33)
と、ダイオード接続のnpnトランジスタ(34)とが電源V
ccとアースの間に直列に接続される。このトランジスタ
(34)は差動増幅器(10)のトランジスタ(13)及び
(14)とそれぞれカレントミラー接続されて、定電流回
路が形成される。
(40)は電流制御回路であって、1対のpnpトランジ
スタ(41)及び(42)の各エミッタが、定電流源として
のpnpトランジスタ(43)及び(44)を介して、電源Vcc
にそれぞれ接続されると共に、両エミッタ間に抵抗器
(45)が接続される。トランジスタ(41)のベースに、
制御端子(5)を介して、可変制御電源Evが接続され、
トランジスタ(42)のベースには定電圧源(46)が接続
される、pnpトランジスタ(41)及び(42)のコレクタ
が、それぞれダイオード接続のnpnトランジスタ(47)
及び(48)を介して接地されると共に、次段の増幅器
(20)のトランジスタ(25)及び(26)のベースにそれ
ぞれ接続される。トランジスタ(43)及び(44)は、ダ
イオード接続のトランジスタ(32)とそれぞれカレント
ミラー接続される。
かかる構成において、初段差動増幅器(10)のトラン
ジスタ(13)及び(14)は、トランジスタ(33)及び
(34)を介して、トランジスタ(32)と2段のカレント
ミラー接続となり、定電流源(31)の基準電流I0と等し
い定電流がトランジスタ(13)及び(14)にそれぞれ流
れる。
端子(5)から入力される制御信号Evと電圧源(46)
の電圧E46が等しいとき、トランジスタ(41)及び(4
2)のコレクタ電流は定電流源(31)の基準定電流と等
しく、I41=I42=I0となる。また、このとき、トランジ
スタ(47)及び(48)とそれぞれカレントミラーを構成
する、次段増幅器(20)のトランジスタ(26)及び(2
5)のコレクタ電流はI26=I25=2I0となる。
制御電圧Evの変化に応じて、電流制御回路(40)のト
ランジスタ(41)及び(42)のコレクタ電流I41及びI42
は差動的に変化し、増幅器(20)の定電流源トランジス
タ(26)及び(25)のコレクタ電流I26及びI25にも同率
の変化をもたらす。
増幅器(20)の負荷抵抗器(23)及び(24)の抵抗値
をR23=R24=R20とし、差動増幅器(10)の抵抗器(1
5)の抵抗値をR15とすれば、入力端子(1),(2)か
ら出力端子(3),(4)までの利得Gは次の(1)式
のように表わされる。
なお、トランジスタ対(21),(22)の動作電流I25
の変化に伴う出力電圧の直流分の変動は、他方のトラン
ジスタ対(27),(28)の動作電流I26の逆方向の変化
に伴う直流分の変動によって相殺されて、端子(3)及
び(4)の力流レベルは一定に保たれる。
また、初段差動増幅器(10)及び電流制御回路(40)
において、トランジスタ(11)、(12)及び(41),
(42)の各エミッタ間にそれぞれ抵抗器(15)及び(4
5)を挿入することにより、各エミッタを直結した基本
的構成に比較して、直線性やダイナミックレンジが改善
される。
〔発明が解決しようとする課題〕
第2図のような従来の利得制御増幅器では、前述のよ
うに、初段の差動増幅器(10)のトランジスタ(13)及
び(14)は、トランジスタ(32)〜(34)と共に2段の
カレントミラーを構成し、定電流源(31)の基準電流I0
と等しい定電流が流れる。次段の増幅器(20)のトラン
ジスタ(25)及び(26)は、トランジスタ(32)との間
にトランジスタ(43),(47)及び(44),(48)をそ
れぞれ介在させて、同様に2段のカレントミラーを構成
する。
ところが、この2段のカレントミラーの中間にpnpト
ランジスタ(41)及び(42)が挿入されているため、両
トランジスタ(41)及び(42)のhFE等の特性が増幅器
(20)のトランジスタ対(21),(22)及び(27),
(28)の動作電流I25及びI26に影響するのに対して、初
段の差動増幅器のトランジスタ(13),(14)には一定
の電流が流れ、トランジスタ(41)及び(42)のhFE
影響を受けないので、電流制御回路(40)の特性と初段
の差動増幅器(10)の特性が一致せず、その結果、信号
の入力端子(1),(2)から出力端子(3),(4)
までの回路の利得がばらつくという問題があった。
トランジスタ(41)及び(42)のhFEのばらつきが、
例えば中心値の60から最小値の20までの場合、利得Gの
ばらつきが例えば0.4dB程度となり、例えば0.5dBの限度
に対して殆ど余裕がなくなってしまう。
かかる点に鑑み、本発明の目的は、総合利得のばらつ
きの小さい安定な利得制御増幅器を提供するところにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題を解決するために、本発明は、下記の手段
を備えた利得制御増幅器を提供する。即ち、 縦続接続された第1及び第2の差動増幅器と、それら
の差動増幅器に流れる電流を制御する電流制御回路とを
含む利得制御増幅器であって、 上記第1の差動増幅器は、ベースに入力信号が印加さ
れコレクタから出力が取り出される第1及び第2のトラ
ンジスタと、それらのトランジスタのエミッタに夫々電
流を供給する第1及び第2の定電流源を有し、 上記第2の差動増幅器は、上記第1の差動増幅器の出
力に縦続接続されたベースと出力が取り出されるコレク
タとを有する第3及び第4のトランジスタと、それらの
トランジスタのエミッタに共通に電流を供給する第3の
定電流源を有し、 上記電流制御回路は、電源・アース間回路に直列に接
続されたエミッタとコレクタを有するとともに可変制御
電圧が供給されるベースを有する第5のトランジスタ
と、電源・アース間回路に直列に接続されたエミッタと
コレクタを有するとともに固定電圧が供給されるベース
を有し上記第5のトランジスタと差動的に動作する第6
のトランジスタを含み、互いに差動的に変化する第1と
第2の制御電流を出力し、 上記第1及び第2の定電流源には夫々上記電流制御回
路から出力する第1と第2の制御電流の平均値電流が流
れるように回路接続され、それによって、上記第1の差
動増幅器の利得を固定するとともに、 上記第1及び第2の制御電流のどちらか一方の電流値
を、上記第3の定電流源の電流値と略等しくなるように
回路接続して、上記第2の差動増幅器の利得を制御する
ようにした利得制御増幅器を提供する。
〔作用〕
かかる構成によれば、電流制御回路のトランジスタの
特性の影響が抑えられて、安定な総合利得が得られる。
〔実施例〕
以下、第1図を参照しながら、本発明による利得制御
増幅器の一実施例について説明する。
本発明の一実施例の構成を第1図に示す。この第1図
において、前出第2図に対応する部分には同一の符号を
つけて重複説明を省略する。
第1図において、(10D)は初段の差動増幅器であっ
て、トランジスタ(11)及び(12)のエミッタがそれぞ
れ1対の定電流源トランジスタ(13A),(13B)及び
(14A),(14B)を介して接地される。トランジスタ
(13A)〜(14B)の面積はそれぞれ第2図のトランジス
タ(13)及び(14)の面積の1/2とされ、トランジスタ
(13A)及び(14B)が、次段増幅器(20)のトランジス
タ(25)と共通に、電流制御回路(40)のダイオード接
続のトランジスタ(48)とカレントミラー接続される。
同様に、トランジスタ(13B)及び(14A)が、次段増幅
器(20)のトランジスタ(26)と共通に、電流制御回路
(40)のダイオード接続のトランジスタ(47)とカレン
トミラー接続される。
その余の構成は前出第2図と同様である。
本実施例の動作は次のとおりである。
前述のように、制御電圧Evの変化に応じて、電流制御
回路(40)のトランジスタ(41)及び(42)のコレクタ
電流I41及びI42は差動的に変化する。初段差動増幅器
(10D)のトランジスタ(13A)及び(14B)にはそれぞ
れI42/2の定電流が流れ、トランジスタ(13B)及び(14
A)にはそれぞれI41/2の定電流が流れるから、信号が入
力されるトランジスタ(11)及び(12)のコレクタ電流
I11及びI12は、次の(2)式に示すように、いずれも電
流制御回路(40)のトランジスタ(41)及び(42)のコ
レクタ電流の平均となり、定電流源(31)の基準電流I0
と等しくなる。
I11=I12=(I41+I42)/2=I0 ……(2) このように、本実施例の可変利得増幅器においては、
定電流源のトランジスタ対(13A),(13B)及び(14
A),(14B)には夫々電流I41とI42の平均値電流が流れ
るので、電流制御回路(40)における差動的に変化する
電流I41,I42の変化にかかわらず、初段の差動増幅器
(10D)の定電流源に流れる電流が一定になり、その結
果、該差動増幅器の利得が固定される。また、トランジ
スタ対(13A),(13B)及び(14A),(14B)には電流
I41,I42が流れるので電流制御回路(40)のトランジス
タ(41)及び(42)の特性を初段差動増幅器の特性に反
映することができ、従って、電流制御回路と初段差動増
幅器の特性を一致させることができる。その結果、前述
のようにhFEが60〜20までばらついても、利得Gのばら
つきを例えば0.1dB以下に抑えることができる。
上述のように、本実施例では、利得に対する、電流制
御回路(40)の差動トランジスタ(41)及び(42)のh
FEの影響を抑えることができるが、このhFEは温度変化
により変動するものであるから、本実施例においては、
温度による変動が抑えられて、利得の安定度が向上す
る。
なお、上述の実施例において、初段増幅器(10D)及
び電流制御回路(40)は、差動トランジスタ(11),
(12)及び(41),(42)の各エミッタ間に抵抗器(1
5)及び(45)がそれぞれ接続されているが、トランジ
スタ(11),(12)及び(41),(42)の各エミッタを
それぞれ直結した基本的差動構成であってもよい。
〔発明の効果〕
以上詳述のように、本発明によれば、2段の差動増幅
器を縦続接続し、可変制御電圧により差動的に変化する
1対の制御電流の一方を用いて後段の差動増幅器の利得
を制御すると共に、初段の差動増幅器の定電流源の電流
値を1対の制御電流の和とするようにしたので、制御電
流を形成する電流制御回路のトランジスタの特性の影響
を抑えて、総合利得の安定度を向上させた利得制御増幅
器が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による利得制御増幅器の一実施例の構成
を示す結線図、第2図は従来の利得制御増幅器の構成例
を示す結線図である。 (10D),(20)は差動増幅器、(13A),(13B);(1
4A),(14B);(25),(26)は定電流源トランジス
タ、Evは可変制御電源である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】縦続接続された第1及び第2の差動増幅器
    と、それらの差動増幅器に流れる電流を制御する電流制
    御回路とを含む利得制御増幅器であって、 上記第1の差動増幅器は、ベースに入力信号が印加され
    コレクタから出力が取り出される第1及び第2のトラン
    ジスタと、それらのトランジスタのエミッタに夫々電流
    を供給する第1及び第2の定電流源を有し、 上記第2の差動増幅器は、上記第1の差動増幅器の出力
    に縦続接続されたベースと出力が取り出されるコレクタ
    とを有する第3及び第4のトランジスタと、それらのト
    ランジスタのエミッタに共通に電流を供給する第3の定
    電流源を有し、 上記電流制御回路は、電源・アース間回路に直列に接続
    されたエミッタとコレクタを有するとともに可変制御電
    圧が供給されるベースを有する第5のトランジスタと、
    電源・アース間回路に直列に接続されたエミッタとコレ
    クタを有するとともに固定電圧が供給されるベースを有
    し上記第5のトランジスタと差動的に動作する第6のト
    ランジスタを含み、互いに差動的に変化する第1と第2
    の制御電流を出力し、 上記第1及び第2の定電流源には夫々上記電流制御回路
    から出力する第1と第2の制御電流の平均値電流が流れ
    るように回路接続され、それによって、上記第1の差動
    増幅器の利得を固定するとともに、 上記第1及び第2の制御電流のどちらか一方の電流値
    を、上記第3の定電流源の電流値と略等しくなるように
    回路接続して、上記第2の差動増幅器の利得を制御する
    ようにした 利得制御増幅器。
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