JP3181849B2 - 可変コンダクタンス回路 - Google Patents

可変コンダクタンス回路

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JP3181849B2
JP3181849B2 JP02991697A JP2991697A JP3181849B2 JP 3181849 B2 JP3181849 B2 JP 3181849B2 JP 02991697 A JP02991697 A JP 02991697A JP 2991697 A JP2991697 A JP 2991697A JP 3181849 B2 JP3181849 B2 JP 3181849B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラ半導体
集積回路で構成され、例えばアクティブフィルタに使用
される可変コンダクタンス回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般的に利用されている可変コン
ダクタンス回路を図3に示し、図3の可変コンダクタン
ス回路を用いて構成したアクティブフィルタとしての2
次の低域通過フィルタ回路を図4に示す。従来の可変コ
ンダクタンス回路は、図3に示すように、NPN型のト
ランジスタ31,32,33,34と抵抗39,40と
電流源42とにより入力部を構成し、NPN型のトラン
ジスタ35,36とカレントミラー回路を構成するPN
P型のトランジスタ37,38と電流源41とにより出
力部を構成し、トランジスタ31とトランジスタ32の
ベースにそれぞれ電圧入力端子43,44を設け、トラ
ンジスタ38のコレクタとトランジスタ36のコレクタ
の接続点に電流出力端子45を設けている。
【0003】そして、トランジスタ31のベース電圧を
入力電圧V1 とし、トランジスタ32のベース電圧を入
力電圧V2 とし、トランジスタ38とトランジスタ36
の各々のコレクタ電流の差電流を出力電流IOUT として
電流出力端子45から取り出すようになっている。この
場合、2個の抵抗39,40の抵抗値をそれぞれRと
し、トランジスタ31,32,33,34のエミッタ抵
抗をre とし、電流源41,42の電流をそれぞれ
1 ,I2 としたときに、入力電圧と出力電流の関係を
伝達コンダクタンスgm として表すと、〔数1〕のよう
になり、電流I1 ,I 2 を可変とすることで伝達コンダ
クタンスgm を制御することができる。
【0004】
【数1】
【0005】図3の可変コンダクタンス回路において
は、入力ダイナミックレンジDr は〔数2〕のように決
定される。
【0006】
【数2】
【0007】また、〔数1〕より、伝達コンダクタンス
m を変化させるために、電流I1のみを可変とし、か
つ電流I1 を直線的に変化させる場合は、伝達コンダク
タンスgm が電流I1 に比例して直線的に変化する。ま
た、電流I2 のみを可変とし、かつ電流I2 を直線的に
変化させる場合は、伝達コンダクタンスgm が電流I 2
に逆比例して非直線的に変化する。さらに、電流I1
2 を各々逆方向に同時に同変化量で直線的に変化させ
る場合は、伝達コンダクタンスgm が非直線的に変化す
る。
【0008】つぎに、二次の低域通過フィルタ回路は、
図4に示すように、2個の可変コンダクタンス回路(図
3に示した構成)と2個のコンデンサと2つのエミッタ
フォロワ回路とを組み合わせて構成している。すなわ
ち、図4において、51〜58はそれぞれトランジス
タ、59,60はそれぞれ抵抗値Rの抵抗、61,62
はそれぞれ電流I1 ,I2 の電流源であり、以上で図3
と同様の可変コンダクタンス回路50を構成しており、
その伝達コンダクタンスはgm1である。71〜78はそ
れぞれトランジスタ、79,80はそれぞれ抵抗値Rの
抵抗、81,82はそれぞれ電流I1 ,I2 の電流源で
あり、以上で図3と同様の可変コンダクタンス回路70
を構成しており、その伝達コンダクタンスはgm2であ
る。91はトランジスタ、92は電流源で、以上で一つ
のエミッタフォロワ回路を構成している。93はトラン
ジスタ、94は電流源で、以上でもう一つのエミッタフ
ォロワ回路を構成している。95,96はそれぞれ静電
容量値C1 ,C2 のコンデンサである。
【0009】この図4の低域通過フィルタ回路のカット
オフ周波数fC は、〔数3〕のようになり、コンデンサ
95,96の静電容量値C1 ,C2 と可変コンダクタン
ス回路50,70の伝達コンダクタンスgm1,gm2で決
定されることがわかる。
【0010】
【数3】
【0011】〔数3〕から、可変コンダクタンス回路5
0,70における電流源61,62,81,82の電流
1 ,I2 を可変として伝達コンダクタンスgm1,gm2
を変化させることで、低域通過フィルタのカットオフ周
波数fC を変化させることができることがわかる。この
場合、カットオフ周波数fC の変化は伝達コンダクタン
スgm1,gm2に比例し、伝達コンダクタンスgm1,gm2
の変化が直線的であれば、カットオフ周波数fC の変化
も直線的となる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】アクティブフィルタに
使用する従来の可変コンダクタンス回路においては、伝
達コンダクタンスgm を可変にする方法として、図3に
おいて電流I1 のみを可変とするのが一般的である。そ
の理由は第1に、伝達コンダクタンスgm を直線的に変
化させやすく、アクティブフィルタを設計する上で周波
数の可変範囲の検討が容易になり、コンダクタンスの制
御系の設計が容易になるからである。第2に、〔数2〕
から明らかなように、電流I2 を可変とした場合の入力
ダイナミックレンジDr の変化を避けたいがためであ
る。
【0013】このような状況下において、図3の従来回
路を使用するに当たってつぎに記すような問題がある。
第1の問題点は、入力ダイナミックレンジDr が〔数
2〕で示したように決定され、ダイナミックレンジとし
て確保する電圧をトランジスタ31のベースからトラン
ジスタ33のエミッタにかけての電圧として、同じくト
ランジスタ32のベースからトランジスタ34のエミッ
タにかけての電圧として得るため、所定の電源電圧VCC
内で入力ダイナミックレンジDr が得にくく、また設計
裕度が減る。
【0014】第2の問題点は、AC信号成分の電流が通
過する経路がトランジスタ31のベースからトランジス
タ32のベースまでと長く、トランジスタや抵抗などの
寄生容量による周波数特性の劣化が多くなり、この劣化
を補うために電流I2 の増加が必要となり、消費電力の
増加につながる。また、電流I2 のみを増加させると伝
達コンダクタンスgm が低下してしまうので、初期設定
した伝達コンダクタンスgm を維持するためには電流I
1 も増加させる必要があり、さらに消費電力の増加につ
ながる。
【0015】第3の問題点は、伝達コンダクタンスgm
を直線的に変化させるためには電流I1 のみを可変とす
るが、これは同時に消費電力も変化させることになる。
近年多くの外付けフィルタをアクティブフィルタ化し集
積回路内に内蔵するが、その規模は図4のフィルタ構成
を1ブロックとすると、数ブロックから十数ブロックに
も及び、伝達コンダクタンスgm の可変による消費電力
の変化も非常に大きくなる。このように消費電力の変化
幅が広がると言うことは、製品としての性能が低下する
ことであり、またこの回路が搭載されたICを使用する
場合の裕度も低下し、第2の理由により電流を増加させ
た場合さらに問題が大きくなる。なお、電流I2 も同時
に可変とすれば、消費電力の変動は少なくできるが、入
力ダイナミックレンジが変化してしまう。
【0016】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、大きな入力ダイナミックレンジを得ることがで
き、伝達コンダクタンスを直線的に可変でき、伝達コン
ダクタンスの可変時に消費電力の変動および入力ダイナ
ミックレンジの変動を引き起こさず、トランジスタや抵
抗などの素子の寄生容量の影響を軽減して回路の定常電
流を減らして消費電力を少なくできる可変コンダクタン
ス回路を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
可変コンダクタンス回路は、第1および第2の電圧入力
端子と、ベースを第1の電圧入力端子に接続した一導電
型の第1のトランジスタと、第1のトランジスタを駆動
する第1の電流源とからなる第1のエミッタフォロワ回
路と、ベースを第1の電圧入力端子に接続した一導電型
の第2のトランジスタと、第2のトランジスタを駆動す
る第2の電流源とからなる第2のエミッタフォロワ回路
と、ベースを第2の電圧入力端子に接続した一導電型の
第3のトランジスタと、第1の電流源と同値の電流を流
して第3のトランジスタを駆動する第3の電流源とから
なる第3のエミッタフォロワ回路と、ベースを第2の電
圧入力端子に接続した一導電型の第4のトランジスタ
と、第2の電流源と同値の電流を流して第4のトランジ
スタを駆動する第4の電流源とからなる第4のエミッタ
フォロワ回路と、第1のトランジスタのエミッタにベー
スを接続した一導電型の第5のトランジスタと、第2の
トランジスタのエミッタにベースを接続するとともに第
5のトランジスタのエミッタにエミッタを接続した一導
電型の第6のトランジスタと、第3のトランジスタのエ
ミッタにベースを接続した一導電型の第7のトランジス
タと、第4のトランジスタのエミッタにベースを接続す
るとともに第7のトランジスタのエミッタにエミッタを
接続した一導電型の第8のトランジスタと、第5および
第6のトランジスタのエミッタに共通に接続した第1の
電流供給手段と、第7および第8のトランジスタのエミ
ッタに共通に接続した第2の電流供給手段と、第5およ
び第6のトランジスタの共通エミッタに一端を接続し、
第7および第8のトランジスタの共通エミッタに他端を
接続し、零オーム以上の抵抗値を有する抵抗と、他導電
型の第9および第10のトランジスタからなり、入力側
トランジスタのコレクタを第5のトランジスタのコレク
タに接続し、出力側トランジスタのコレクタを第7のト
ランジスタのコレクタに接続したカレントミラー回路
と、カレントミラー回路の出力側トランジスタと第7の
トランジスタの共通接続したコレクタに接続した電流出
力端子とを備えている。
【0018】なお、カレントミラー回路の入力側トラン
ジスタは、第5から第8のトランジスタのどれに接続し
てもよい。ただし、入力側トランジスタを第5のトラン
ジスタに接続したときは、出力側トランジスタは第7の
トランジスタに接続することが必要で、入力側トランジ
スタを第6のトランジスタに接続したときは、出力側ト
ランジスタは第7のトランジスタに接続することが必要
で、入力側トランジスタを第7のトランジスタに接続し
たときは、出力側トランジスタは第5のトランジスタに
接続することが必要で、入力側トランジスタを第8のト
ランジスタに接続したときは、出力側トランジスタは第
6のトランジスタに接続することが必要である。しか
し、上記のカレントミラー回路の入力トランジスタおよ
び出力トランジスタの各接続態様は、全て均等であり、
特許請求の範囲ではそれらを代表して一つの組み合わせ
を示している。つまり、第1から第8までのトランジス
タおよび第1から第4までの電流源、および第1から第
4までのエミッタフォロワ回路をそれぞれ区別する番号
を入れ換えることで、上記のどの接続態様も同じに構成
なる。
【0019】この構成によると、第1から第4までの各
電流源の電流を調整することにより、伝達コンダクタン
スを変化させることができる。この際、第1および第3
の電流源と第2および第4の電流源の電流を逆方向に変
化させ、その変化量を同一とすれば、大きな入力ダイナ
ミックレンジを得ることができ、伝達コンダクタンスを
直線的に可変でき、伝達コンダクタンスの可変時に消費
電力の変動および入力ダイナミックレンジの変動を引き
起こさず、トランジスタや抵抗などの素子の寄生容量の
影響を軽減して回路の定常電流を減らして消費電力を少
なくできる。
【0020】本発明の請求項2記載の可変コンダクタン
ス回路は、第1および第2の電圧入力端子と、ベースを
第1の電圧入力端子に接続した一導電型の第1のトラン
ジスタと、第1のトランジスタを駆動する第1の電流源
とからなる第1のエミッタフォロワ回路と、ベースを第
1の電圧入力端子に接続した一導電型の第2のトランジ
スタと、第2のトランジスタを駆動する第2の電流源と
からなる第2のエミッタフォロワ回路と、ベースを第2
の電圧入力端子に接続した一導電型の第3のトランジス
タと、第1の電流源と同値の電流を流して第3のトラン
ジスタを駆動する第3の電流源とからなる第3のエミッ
タフォロワ回路と、ベースを第2の電圧入力端子に接続
した一導電型の第4のトランジスタと、第2の電流源と
同値の電流を流して第4のトランジスタを駆動する第4
の電流源とからなる第4のエミッタフォロワ回路と、第
1のトランジスタのエミッタにベースを接続した他導電
型の第5のトランジスタと、第2のトランジスタのエミ
ッタにベースを接続するとともに第5のトランジスタの
エミッタにエミッタを接続した他導電型の第6のトラン
ジスタと、第3のトランジスタのエミッタにベースを接
続した他導電型の第7のトランジスタと、第4のトラン
ジスタのエミッタにベースを接続するとともに第7のト
ランジスタのエミッタにエミッタを接続した他導電型の
第8のトランジスタと、第5および第6のトランジスタ
のエミッタに共通に接続した第1の電流供給手段と、第
7および第8のトランジスタのエミッタに共通に接続し
た第2の電流供給手段と、第5および第6のトランジス
タの共通エミッタに一端を接続し、第7および第8のト
ランジスタの共通エミッタに他端を接続し、零オーム以
上の抵抗値を有する抵抗と、一導電型の第9および第1
0のトランジスタからなり、入力側トランジスタのコレ
クタを第5のトランジスタのコレクタに接続し、出力側
トランジスタのコレクタを第7のトランジスタのコレク
タに接続したカレントミラー回路と、カレントミラー回
路の出力側トランジスタと第7のトランジスタの共通接
続したコレクタに接続した電流出力端子とを備えてい
る。
【0021】なお、カレントミラー回路の入力側トラン
ジスタは、第5から第8のトランジスタのどれに接続し
てもよい。ただし、入力側トランジスタを第5のトラン
ジスタに接続したときは、出力側トランジスタは第7の
トランジスタに接続することが必要で、入力側トランジ
スタを第6のトランジスタに接続したときは、出力側ト
ランジスタは第7のトランジスタに接続することが必要
で、入力側トランジスタを第7のトランジスタに接続し
たときは、出力側トランジスタは第5のトランジスタに
接続することが必要で、入力側トランジスタを第8のト
ランジスタに接続したときは、出力側トランジスタは第
6のトランジスタに接続することが必要である。しか
し、上記のカレントミラー回路の入力トランジスタおよ
び出力トランジスタの各接続態様は、全て均等であり、
特許請求の範囲ではそれらを代表して一つの組み合わせ
を示している。つまり、第1から第8までのトランジス
タおよび第1から第4までの電流源、および第1から第
4までのエミッタフォロワ回路をそれぞれ区別する番号
を入れ換えることで、上記のどの接続態様も同じ構成に
なる。
【0022】この構成によると、第1から第4までの各
電流源の電流を調整することにより、伝達コンダクタン
スを変化させることができる。この際、第1および第3
の電流源と第2および第4の電流源の電流を逆方向に変
化させ、その変化量を同一とすれば、大きな入力ダイナ
ミックレンジを得ることができ、伝達コンダクタンスを
直線的に可変でき、伝達コンダクタンスの可変時に消費
電力の変動および入力ダイナミックレンジの変動を引き
起こさず、トランジスタや抵抗などの素子の寄生容量の
影響を軽減して回路の定常電流を減らして消費電力を少
なくできる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。 〔第1の実施の形態〕図1は第1の実施の形態における
可変コンダクタンス回路を示すものである。図1におい
て、第1の電圧入力端子10には入力電圧V1 が加えら
れ、第2の電圧入力端子11には入力電圧V2 が加えら
れる。
【0024】第1のエミッタフォロワ回路1Aは、ベー
スを第1の電圧入力端子10に接続した一導電型(NP
N型)の第1のトランジスタ1aと、電流I1 を流して
第1のトランジスタ1aを駆動する第1の電流源17a
とからなる。第2のエミッタフォロワ回路3Aは、ベー
スを第1の電圧入力端子10に接続した一導電型(NP
N型)の第2のトランジスタ3aと、電流I2 を流して
第2のトランジスタ3aを駆動する第2の電流源18a
とからなる。
【0025】第3のエミッタフォロワ回路5Aは、ベー
スを第2の電圧入力端子11に接続した一導電型(NP
N型)の第3のトランジスタ5aと、第1の電流源17
aと同値の電流I1 を流して第3のトランジスタ5aを
駆動する第3の電流源19aとからなる。第4のエミッ
タフォロワ回路7Aは、ベースを第2の電圧入力端子1
1に接続した一導電型(NPN型)の第4のトランジス
タ7aと、第2の電流源18aと同値の電流I2 を流し
て第4のトランジスタ7aを駆動する第4の電流源20
aとからなる。
【0026】一導電型(NPN型)の第5のトランジス
タ2は第1のトランジスタ1aのエミッタにベースを接
続し、一導電型(NPN型)の第6のトランジスタ4は
第2のトランジスタ3aのエミッタにベースを接続する
とともに第5のトランジスタ2のエミッタにエミッタを
接続している。一導電型(NPN型)の第7のトランジ
スタ6は第3のトランジスタ5aのエミッタにベースを
接続し、一導電型(NPN型)の第8のトランジスタ8
は第4のトランジスタ7aのエミッタにベースを接続す
るとともに第7のトランジスタ6のエミッタにエミッタ
を接続している。
【0027】第5の電流源15は第5および第6のトラ
ンジスタ2,4のエミッタに共通に接続して電流Iを流
す第1の電流供給手段として機能し、第6の電流源16
は第7および第8のトランジスタ6,8のエミッタに共
通に接続して電流Iを流す第2の電流供給手段として機
能する。抵抗9は第5および第6のトランジスタ2,4
の共通エミッタに一端を接続し、第7および第8のトラ
ンジスタ6,8の共通エミッタに他端を接続してあり、
零オーム以上の抵抗値を有する。
【0028】なお、零オーム以上の抵抗値を有するとい
う表現は、抵抗9の抵抗値が零オーム、すなわち、抵抗
9を省いて、第5および第6のトランジスタ2,4の共
通エミッタと第7および第8のトランジスタ6,8の共
通エミッタとを直結した場合も含まれることを明示した
ものであり、この直結状態では、以下の各数式は、Rの
部分に“0”を代入したものとなる。
【0029】他導電型(PNP型)の第9のトランジス
タ12と他導電型(PNP型)の第10のトランジスタ
13とは、第9のトランジスタ12を入力側トランジス
タとするとともに第10のトランジスタ13を出力側ト
ランジスタとするカレントミラー回路を構成しており、
入力側トランジスタである第9のトランジスタ12のコ
レクタを第5のトランジスタ2のコレクタに接続し、出
力側トランジスタである第10のトランジスタ13のコ
レクタを第7のトランジスタ6のコレクタに接続してい
る。
【0030】そして、カレントミラー回路の出力側トラ
ンジスタである第10のトランジスタ13と第7のトラ
ンジスタ6の共通接続したコレクタに電流出力端子14
が接続されており、この電流出力端子14より電流IO
を取り出すことができるようになっている。なお、第
1,第2,第3,第4のトランジスタ1a,3a,5
a,7aのコレクタには電源電圧VCCが印加され、第
6,第8のトランジスタ4,8のコレクタには、適当な
バイアスとして例えば電源電圧VCCが印加され、さら
に、第9および第10のトランジスタ12,13のエミ
ッタには電源電圧VCCが印加されている。
【0031】以上のように構成された第1の実施の形態
の可変コンダクタンス回路について、図1を用いてその
動作を説明する。図1において、第1の電圧入力端子1
0に加えられた入力電圧V1 は、第1,第5のトランジ
スタ1a,2のベース・エミッタ間電圧をVBEとしたと
きに、直流的に2VBE降下してA点(抵抗9の一端)に
伝わる。また、第2の電圧入力端子11に加えられた入
力電圧V2 は、第3,第7のトランジスタ5a,6のベ
ース・エミッタ間電圧をVBEとしたときに、直流的に2
BE降下してB点(抵抗9の他端)に伝わる。したがっ
て、抵抗9の両端には第1および第2の電圧入力端子1
0,11に加えられる入力電圧V1 ,V 2 の電圧差(V
1 −V2 )がそのまま伝わることになり、第1および第
2の電圧入力端子10,11への入力電圧を前述のよう
に、それぞれV1 ,V2 とし、抵抗9の抵抗値をRと
し、第5から第8のトランジスタ2,4,6,8のエミ
ッタ抵抗を2re とし、抵抗9に流れる電流をiR とす
ると、電流iR は〔数4〕のようになる。
【0032】
【数4】
【0033】この電流iR はA点側では第5および第6
のトランジスタ2,4に分流して流れ、B点側では第7
および第8のトランジスタ6,8に分流して流れる。第
5および第6の電流源15,16の電流値をIとし、第
1および第3の電流源17a,19aの電流値をそれぞ
れI1 とし、第2および第4の電流源18a,20aの
電流値をそれぞれI2 とし、第5のトランジスタ2のコ
レクタ電流をIC1とすると、電流IC1は〔数5〕のよう
になる。
【0034】
【数5】
【0035】また、第7のトランジスタ6のコレクタ電
流をIC3とすると、電流IC3は〔数6〕のようになる。
【0036】
【数6】
【0037】また、電流出力端子14の出力電流をIO
とすると、電流I0 は〔数7〕のようになる。
【0038】
【数7】
【0039】したがって、可変コンダクタンス回路の伝
達コンダクタンスgm は、〔数8〕のようになり、第1
から第4のエミッタフォロワ回路1A,3A,5A,7
Aを駆動している第1から第4の電流源17a,18
a,19a,20aの電流値を変化させることで、伝達
コンダクタンスgm を可変とできる。
【0040】
【数8】
【0041】コンダクタンス可変にあたり、〔数8〕に
おいて、電流I1 ,I2 を変化させる場合の変化電流量
をΔiとすると、電流I2 を増加(+Δi)させるとき
は電流I1 を減少(−Δi)させ、逆に電流I2 を減少
(−Δi)させるときは電流I1 を増加(+Δi)させ
るように、すなわち電流I1 ,I2 の増減量を同量で逆
方向に同時に変化させると、伝達コンダクタンスgm
変化はΔiに比例し、Δiを直線的に変化させれば、伝
達コンダクタンスgm も直線的に変化し、電流I1 ,I
2 の和は常に一定であるので、消費電力は変動しない。
【0042】また、入力ダイナミックレンジDr は〔数
9〕で表され、電流Iは伝達コンダクタンスgm を制御
するための電流I1 ,I2 と無関係な一定電流であるの
で、コンダクタンスを変化させても入力ダイナミックレ
ンジDr は一定である。一方、第1の電圧入力端子10
からA点までと、第2の電圧入力端子11からB点まで
の各々の電圧消費量は2VBEであるので、一定の電源電
圧VCC内での入力ダイナミックレンジDr を従来例に比
べて広く設定できる。
【0043】
【数9】
【0044】また、入力部の第1から第4のエミッタフ
ォロワ回路1A,3A,5A,7Aの負荷は各々トラン
ジスタ1a,3a,5a,7aのベース1つのみである
ので、第1から第4のエミッタフォロワ回路1A,3
A,5A,7Aの駆動電流(伝達コンダクタンスgm
制御する電流I1 ,I2 に当たる電流)は極めて少量で
よく、寄生容量による影響を考慮して電流量を決定しな
くてはならない部分は第5から第8のトランジスタ2,
4,6,8と抵抗9とカレントミラー回路の出力側トラ
ンジスタ13のみで、それも抵抗の使用箇所が1か所だ
けであるので、比較的電流量は少なく設定でき、消費電
力は少なくて済む。
【0045】以上のように、第1の実施の形態によれ
ば、大きな入力ダイナミックレンジD r を得ることがで
き、伝達コンダクタンスgm を直線的に変化させること
ができ、伝達コンダクタンスgm の可変時に消費電力の
変動および入力ダイナミックレンジDr の変動を引き起
こさず、素子の寄生容量の影響を軽減し回路の定常電流
を減らして消費電力を少なくできる。
【0046】なお、この第1の実施の形態では、第5の
トランジスタ2のコレクタをカレントミラー回路の入力
側トランジスタ12に接続し、第7のトランジスタ6の
コレクタをカレントミラー回路の出力側トランジスタ1
3と共通接続して電流出力端子14を設けたが、第6の
トランジスタ4のコレクタをカレントミラー回路の入力
側トランジスタ12に接続し、第8のトランジスタ8の
コレクタをカレントミラー回路の出力側トランジスタ1
3と共通接続して電流出力端子を設け、第5および第7
のトランジスタ2,6のコレクタには適当なバイアス、
例えば電源電圧VCCを印加するようにしてもよい。この
場合の伝達コンダクタンスgm は〔数10〕のようにな
る。
【0047】
【数10】
【0048】また、第1および第2の電流供給手段とし
ては、第5および第6の電流源15,16に代えて、抵
抗器を用いてもよい。この場合の伝達コンダクタンスg
m は〔数8〕および〔数10〕におけるRの部分を、R
と電流源用の抵抗とを合成した合成抵抗にすればよい。
すなわち、電流源15,16を同じ抵抗値の抵抗Riと
し、Rと2つのRiの合成抵抗をR′とすると、 R′=R//2Ri=(R×2Ri)/(R+2Ri) となる。このR′を数8,数9,数10のRとして使用
すればよい。
【0049】〔第2の実施の形態〕図2は第2の実施の
形態における可変コンダクタンス回路を示すものであ
る。図2において、第1の電圧入力端子10には入力電
圧V1 が加えられ、第2の電圧入力端子11には入力電
圧V2 が加えられる。第1のエミッタフォロワ回路1B
は、ベースを第1の電圧入力端子10に接続した一導電
型(PNP型)の第1のトランジスタ1bと、電流I1
を流して第1のトランジスタ1bを駆動する第1の電流
源17bとからなる。第2のエミッタフォロワ回路3B
は、ベースを第1の電圧入力端子10に接続した一導電
型(PNP型)の第2のトランジスタ3bと、電流I2
を流して第2のトランジスタ3bを駆動する第2の電流
源18bとからなる。
【0050】第3のエミッタフォロワ回路5Bは、ベー
スを第2の電圧入力端子11に接続した一導電型(PN
P型)の第3のトランジスタ5bと、第1の電流源17
bと同値の電流I1 を流して第3のトランジスタ5bを
駆動する第3の電流源19bとからなる。第4のエミッ
タフォロワ回路7Bは、ベースを第2の電圧入力端子1
1に接続した一導電型(PNP型)の第4のトランジス
タ7bと、第2の電流源18bと同値の電流I2 を流し
て第4のトランジスタ7bを駆動する第4の電流源20
bとからなる。
【0051】他導電型(NPN型)の第5のトランジス
タ2は第1のトランジスタ1bのエミッタにベースを接
続し、他導電型(NPN型)の第6のトランジスタ4は
第2のトランジスタ3bのエミッタにベースを接続する
とともに第5のトランジスタ2のエミッタにエミッタを
接続している。他導電型(NPN型)の第7のトランジ
スタ6は第3のトランジスタ5bのエミッタにベースを
接続し、他導電型(NPN型)の第8のトランジスタ8
は第4のトランジスタ7bのエミッタにベースを接続す
るとともに第7のトランジスタ6のエミッタにエミッタ
を接続している。
【0052】第5の電流源15は第5および第6のトラ
ンジスタ2,4のエミッタに共通に接続して電流Iを流
す第1の電流供給手段として機能し、第6の電流源16
は第7および第8のトランジスタ6,8のエミッタに共
通に接続して電流Iを流す第2の電流供給手段として機
能する。抵抗9は第5および第6のトランジスタ2,4
の共通エミッタに一端を接続し、第7および第8のトラ
ンジスタ6,8の共通エミッタに他端を接続してあり、
零オーム以上の抵抗値を有する。
【0053】一導電型(PNP型)の第9のトランジス
タ12と一導電型(PNP型)の第10のトランジスタ
13とは、第9のトランジスタ12を入力側トランジス
タとするとともに第10のトランジスタ13を出力側ト
ランジスタとするカレントミラー回路を構成しており、
入力側トランジスタである第9のトランジスタ12のコ
レクタを第5のトランジスタ2のコレクタに接続し、出
力側トランジスタである第10のトランジスタ13のコ
レクタを第7のトランジスタ6のコレクタに接続してい
る。
【0054】そして、カレントミラー回路の出力側トラ
ンジスタである第10のトランジスタ13と第7のトラ
ンジスタ6の共通接続したコレクタに電流出力端子14
が接続されており、この電流出力端子14より電流IO
を取り出すことができるようになっている。なお、第
1,第2,第3,第4のトランジスタ1b,3b,5
b,7bのコレクタには電源電圧VCCが印加され、第
6,第8のトランジスタ4,8のコレクタには、適当な
バイアスとして例えば電源電圧VCCが印加され、さら
に、第9および第10のトランジスタ12,13のエミ
ッタには電源電圧VCCが印加されている。
【0055】以上のように構成された第2の実施の形態
の可変コンダクタンス回路について、図2を用いてその
動作を説明する。図2において、第1の電圧入力端子1
0に加えられた入力電圧V1 は、第1,第5のトランジ
スタ1b,2のベース・エミッタ間電圧をVBEとしたと
きに、直流的に1VBEの上昇、1VBEの降下をしてA点
(抵抗9の一端)に伝わる。また、第2の電圧入力端子
11に加えられた入力電圧V2 は、第3,第7のトラン
ジスタ5b,6のベース・エミッタ間電圧をV BEとした
ときに、直流的に1VBEの上昇、1VBEの降下をしてB
点(抵抗9の他端)に伝わる。したがって、抵抗9の両
端には第1および第2の電圧入力端子10,11への入
力電圧V1 ,V2 の電圧差(V1 −V2 )がそのまま伝
わり、第1および第2の電圧入力端子10,11の電圧
を前述のように、それぞれV1 ,V2 とし、抵抗9の抵
抗値をRとし、第5から第8のトランジスタ2,4,
6,8のエミッタ抵抗を各々2re とし、抵抗9に流れ
る電流をiR とすると、電流iR は第1の実施の形態の
〔数4〕と同様になる。
【0056】この電流iR はA点側では第5および第6
のトランジスタ2,4に分流して流れ、B点側では第7
および第8のトランジスタ6,8に分流して流れ、第5
および第6の電流源15,16の電流値をIとし、第1
および第3の電流源17b,19bの電流値をそれぞれ
1 とし、第2および第4の電流源18b,20bの電
流値をそれぞれI2 とし、第5のトランジスタ2のコレ
クタ電流をIC1とすると、電流IC1は〔数11〕のよう
になる。
【0057】
【数11】
【0058】また、第7のトランジスタ6のコレクタ電
流をIC3とすると、電流IC3は〔数12〕のようにな
る。
【0059】
【数12】
【0060】また、電流出力端子14の出力電流をI0
とすると、電流I0 は〔数13〕のようになる。
【0061】
【数13】
【0062】したがって、可変コンダクタンス回路の伝
達コンダクタンスgm は、第1の実施の形態の〔数1
0〕と同様になり、第1から第4のエミッタフォロワ回
路1B,3B,5B,7Bを駆動している第1から第4
の電流源17b,18b,19b,20bの電流値を変
化させることで、伝達コンダクタンスgm を可変とでき
る。
【0063】コンダクタンス可変にあたり、〔数10〕
において電流I1 ,I2 を変化させる場合の変化電流量
をΔiとすると、電流I1 を増加(+Δi)させるとき
は電流I2 は減少(−Δi)させ、逆に電流I1 を減少
(−Δi)させるときは電流I2 を増加(+Δi)させ
るように、すなわち電流I1 ,I2 の増減量を同量で逆
方向に同時に変化させると、伝達コンダクタンスgm
変化はΔiに比例し、Δiを直線的に変化させれば、伝
達コンダクタンスgm も直線的に変化し、電流I1 ,I
2 の和は常に一定であるので、消費電力は変動しない。
また、入力ダイナミックレンジDr は第1の実施の形態
と同様に〔数9〕で表され、電流Iは伝達コンダクタン
スgm を制御するための電流I1 ,I2 と無関係な一定
電流であるので、入力ダイナミックレンジDr も一定で
あり、第1の電圧入力端子10からA点までと、第2の
電圧入力端子11からB点までの各々の電圧消費量はほ
ぼ1VBEであるので、所定の電源電圧VCC内での入力ダ
イナミックレンジDr は第1の実施の形態よりもさらに
広く設定でき、また入力部の第1から第4のエミッタフ
ォロワ回路1B,3B,5B,7Bの負荷は各々トラン
ジスタ1b,3b,5b,7bのベース1つのみである
ので、第1から第4のエミッタフォロワ回路1B,3
B,5B,7Bの駆動電流(伝達コンダクタンスgm
制御する電流I1 ,I2 に当たる電流)は極めて少量で
よく、トランジスタや抵抗等の素子の寄生容量による影
響を考慮して電流量を決定しなくてはならない部分は第
5から第8のトランジスタ2,4,6,8と抵抗9とカ
レントミラー回路の出力側トランジスタ13のみで、そ
れも抵抗の使用箇所が1か所だけであるので、電流量は
少なく設定でき、消費電力は少なくて済む。
【0064】以上のように、第2の実施の形態によれ
ば、第1の実施の形態よりもPNP型のトランジスタを
多く使用するため、集積回路化した場合の面積が第1の
実施の形態の場合よりも少し増加するが、入力部の電圧
降下量がほぼ1VBEであるので第1の実施の形態よりも
大きな入力ダイナミックレンジDr (第1の実施の形態
よりも総合的に1VBE以上広がる)を設定することがで
き、一般的に使用される電源電圧VCCは数ボルト(4.
3V,5V,8V,9V等)であるので、ダイナミック
レンジDr が1VBE以上拡大することの効果は極めて大
きく、また第1の実施の形態と同様に、伝達コンダクタ
ンスgm を直線的に可変でき、伝達コンダクタンスgm
の可変時に消費電力の変動および入力ダイナミックレン
ジDr の変動を引き起こさず、素子の寄生容量の影響を
軽減し回路の定常電流を減らして消費電力を少なくでき
る。
【0065】この第2の実施の形態では、入力ダイナミ
ックレンジDr は、第1の実施の形態の場合と同様に、
〔数9〕で表されるが、電流Iを大きくして入力ダイナ
ミックレンジDr を広く設定しようとする場合に、第2
の実施の形態の方が広く設定することができる。ここ
で、入力部の電圧降下量の大きさについて説明する。第
1の実施の形態の図1の回路の場合、第1の電圧入力端
子10からA点まで2VBEの電圧降下であるので、入力
ダイナミックレンジDr の設定範囲は、VCCから2VBE
と各電流源15,16,17a,18a,19a,20
aの電流I,I1 ,I2 による電圧降下を差し引いた残
りとなる。一方、第2の実施の形態の図2の回路の場
合、第1の電圧入力端子10とA点とはほぼ同電位とな
るが、電圧降下量としては、1VBE上昇、1VBE降下し
てA点の電位となり、実質的に1VBEの降下量であり、
入力ダイナミックレンジDr の設定範囲は、VCCから1
BEと各電流源15,16,17b,18b,19b,
20bの電流I,I1 ,I2 による電圧降下を差し引い
た残りとなる。実際には、入力部のエミッタフォロワを
NPN型からPNP型に変更したことにより、PNPの
エミッタフォロワの電流源17b,18bの飽和電圧も
差し引いた残りになるが、飽和電圧は約0.1V程度で
あり、上述の説明では無視している。
【0066】なお、この第2の実施の形態では第5のト
ランジスタ2のコレクタをカレントミラー回路の入力側
トランジスタ12に接続し、第7のトランジスタ6のコ
レクタをカレントミラー回路の出力側トランジスタ13
と共通接続して電流出力端子14を設けたが、第6のト
ランジスタ4のコレクタをカレントミラー回路の入力側
トランジスタ12に接続し、第8のトランジスタ8のコ
レクタをカレントミラー回路の出力側トランジスタ13
と共通接続して電流出力端子を設け、第5および第7の
トランジスタ2,6のコレクタには適当なバイアス、例
えば電源電圧V CCを印加するようにしてもよい。この場
合の伝達コンダクタンスgm は第1の実施の形態と同様
に〔数8〕のようになる。
【0067】また、第1および第2の電流供給手段とし
ては、第5および第6電流源15,16に代えて、抵抗
器を用いてもよい。この場合の伝達コンダクタンスgm
は〔数8〕および〔数10〕におけるRの部分を、Rと
電流源用の抵抗とを合成した合成抵抗にすればよい。
【0068】
【発明の効果】以上のように、本発明の可変コンダクタ
ンス回路によれば、第1から第4のエミッタフォロワ回
路と、第5から第8のトランジスタと、第1および第2
の電流供給手段と、抵抗と、カレントミラー回路とを備
えることにより、大きな入力ダイナミックレンジを得る
ことができ、コンダクタンスを直線的に可変でき、コン
ダクタンスの可変時に消費電力の変動および入力ダイナ
ミックレンジの変動を引き起こさず、素子の寄生容量の
影響を軽減し回路の定常電流を減らして消費電力を少な
くできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における可変コンダク
タンス回路の回路図である。
【図2】本発明の第2の実施形態における可変コンダク
タンス回路の回路図である。
【図3】従来の可変コンダクタンス回路の回路図であ
る。
【図4】可変コンダクタンス回路の使用例を示す2次低
域通過アクティブフィルタの回路図である。
【符号の説明】
1A 第1のエミッタフォロワ回路 1B 第1のエミッタフォロワ回路 1a 第1のトランジスタ 1b 第1のトランジスタ 3A 第2のエミッタフォロワ回路 3B 第2のエミッタフォロワ回路 3a 第2のトランジスタ 3b 第2のトランジスタ 5A 第3のエミッタフォロワ回路 5B 第3のエミッタフォロワ回路 5a 第3のトランジスタ 5b 第3のトランジスタ 7A 第4のエミッタフォロワ回路 7B 第4のエミッタフォロワ回路 7a 第4のトランジスタ 7b 第4のトランジスタ 2 第5のトランジスタ 4 第6のトランジスタ 6 第7のトランジスタ 8 第8のトランジスタ 10 第1の電圧入力端子 11 第2の電圧入力端子 12 第9のトランジスタ 13 第10のトランジスタ 14 電流出力端子 15 第5の電流源 16 第6の電流源 17a 第1の電流源 17b 第1の電流源 18a 第2の電流源 18b 第2の電流源 19a 第3の電流源 19b 第3の電流源 20a 第4の電流源 20b 第4の電流源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 11/04 H03F 3/45

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1および第2の電圧入力端子と、 ベースを前記第1の電圧入力端子に接続した一導電型の
    第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタを駆動
    する第1の電流源とからなる第1のエミッタフォロワ回
    路と、 ベースを前記第1の電圧入力端子に接続した一導電型の
    第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタを駆動
    する第2の電流源とからなる第2のエミッタフォロワ回
    路と、 ベースを前記第2の電圧入力端子に接続した一導電型の
    第3のトランジスタと、前記第1の電流源と同値の電流
    を流して前記第3のトランジスタを駆動する第3の電流
    源とからなる第3のエミッタフォロワ回路と、 ベースを前記第2の電圧入力端子に接続した一導電型の
    第4のトランジスタと、前記第2の電流源と同値の電流
    を流して前記第4のトランジスタを駆動する第4の電流
    源とからなる第4のエミッタフォロワ回路と、 前記第1のトランジスタのエミッタにベースを接続した
    一導電型の第5のトランジスタと、 前記第2のトランジスタのエミッタにベースを接続する
    とともに前記第5のトランジスタのエミッタにエミッタ
    を接続した一導電型の第6のトランジスタと、 前記第3のトランジスタのエミッタにベースを接続した
    一導電型の第7のトランジスタと、 前記第4のトランジスタのエミッタにベースを接続する
    とともに前記第7のトランジスタのエミッタにエミッタ
    を接続した一導電型の第8のトランジスタと、 前記第5および第6のトランジスタのエミッタに共通に
    接続した第1の電流供給手段と、 前記第7および第8のトランジスタのエミッタに共通に
    接続した第2の電流供給手段と、 前記第5および第6のトランジスタの共通エミッタに一
    端を接続し、前記第7および第8のトランジスタの共通
    エミッタに他端を接続し、零オーム以上の抵抗値を有す
    る抵抗と、 他導電型の第9および第10のトランジスタからなり、
    入力側トランジスタのコレクタを前記第5のトランジス
    タのコレクタに接続し、出力側トランジスタのコレクタ
    を前記第7のトランジスタのコレクタに接続したカレン
    トミラー回路と、 前記カレントミラー回路の出力側トランジスタと前記第
    7のトランジスタの共通接続したコレクタに接続した電
    流出力端子とを備えた可変コンダクタンス回路。
  2. 【請求項2】 第1および第2の電圧入力端子と、 ベースを前記第1の電圧入力端子に接続した一導電型の
    第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタを駆動
    する第1の電流源とからなる第1のエミッタフォロワ回
    路と、 ベースを前記第1の電圧入力端子に接続した一導電型の
    第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタを駆動
    する第2の電流源とからなる第2のエミッタフォロワ回
    路と、 ベースを前記第2の電圧入力端子に接続した一導電型の
    第3のトランジスタと、前記第1の電流源と同値の電流
    を流して前記第3のトランジスタを駆動する第3の電流
    源とからなる第3のエミッタフォロワ回路と、 ベースを前記第2の電圧入力端子に接続した一導電型の
    第4のトランジスタと、前記第2の電流源と同値の電流
    を流して前記第4のトランジスタを駆動する第4の電流
    源とからなる第4のエミッタフォロワ回路と、 前記第1のトランジスタのエミッタにベースを接続した
    他導電型の第5のトランジスタと、 前記第2のトランジスタのエミッタにベースを接続する
    とともに前記第5のトランジスタのエミッタにエミッタ
    を接続した他導電型の第6のトランジスタと、 前記第3のトランジスタのエミッタにベースを接続した
    他導電型の第7のトランジスタと、 前記第4のトランジスタのエミッタにベースを接続する
    とともに前記第7のトランジスタのエミッタにエミッタ
    を接続した他導電型の第8のトランジスタと、 前記第5および第6のトランジスタのエミッタに共通に
    接続した第1の電流供給手段と、 前記第7および第8のトランジスタのエミッタに共通に
    接続した第2の電流供給手段と、 前記第5および第6のトランジスタの共通エミッタに一
    端を接続し、前記第7および第8のトランジスタの共通
    エミッタに他端を接続し、零オーム以上の抵抗値を有す
    る抵抗と、 一導電型の第9および第10のトランジスタからなり、
    入力側トランジスタのコレクタを前記第5のトランジス
    タのコレクタに接続し、出力側トランジスタのコレクタ
    を前記第7のトランジスタのコレクタに接続したカレン
    トミラー回路と、 前記カレントミラー回路の出力側トランジスタと前記第
    7のトランジスタの共通接続したコレクタに接続した電
    流出力端子とを備えた可変コンダクタンス回路。
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