JPS60229409A - 可変利得回路 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、モノリシック集積回路で形成されるＡＧＣ回
路に使用される可変利得回路に関する。

〔発明の背景〕

ＡＧＣ回路は各極電子機器への使用が多く、また近年の
半導体集積回路技術の普及と相まって集積化がさかんに
行われている。ＡＧＣ回路は、特に可変利得回路の特性
を良好にする必要があるが、従来は、利得を変化させる
のに伴って動作点が変動するため、可変利得範囲が狭く
なってしまったり、可変利得範囲を広げようとすると電
源電圧を高くしなければならないために、モノリシック
集積回路で形成するのに適さなかった。

以下、従来のモノリシック集積回路で形成された可変利
得回路の一例を第１図と第２図に基づいて説明する。

第１図において、１〜４はＮＰＮ型のトランジスタ、５
．６はダイオード、７〜１６は抵抗、１７は定電流源、
１８は第１の可変電流源、１９は第１の入力端子、２０
は第２の入力端子、２１は第１の出力端子、２２は第２
の出力端子、２３は電源端子、２４はアース端子である
。

差動対を形成するトランジスタ１，２のエミッタ端子は
共に定電流源１７に接続され、コレクタ端子はそれぞれ
抵抗９，１０を介して電源端子２３に接続されている。

トランジスタ１０ベース端子はダイオード５のアノード
端子に接続されるとともＫ、抵抗７を介してトランジス
タ３のエミッタ端子に接続されている。トランジスタ２
０ベース端子はダイオード６のアノード端子に接続され
るとともに１抵抗８を介してトランジスタ４のエミッタ
端子に接続されている。

トランジスタ３．４は、それぞれ入力端子１９゜２０に
供給され振幅が変えられる信号（以下、入力信号という
）をトランジスタ１，２側へ供給する緩衝増幅回路を構
成している。

ダイオード５，６０カソード端子は、共に可変電流源１
８に接続されている。

ここで、ダイオード５．６に流れる順方向電流の値が共
にＩＰの時の動作抵抗をｒｄとすると、ｒｄ＝堅・＋　
・・・・・・・・・・・・・・・（１）となる。ただし
、Ａはポルツマン定数、Ｔは絶対温度、？は電子の電荷
である。なお、常温における動作抵抗ｒｄは、上記式（
１）から、ｒｄ中０．０２６．／ＩＦとなる。

上記式（１）の関係から、可変電流源１８の電流を変え
てダイオード５，６の順方向電流を変化させ、それぞれ
のダイオード５，６の動作抵抗ｒｄｌｒｒｄ２の値を変
化させるととＫよって、入力端子１９　、２０に供給さ
れろ入力信号を、抵抗７とダイオード５の動作抵抗およ
び抵抗８とダイオード６の動作抵抗により所望の振幅に
減衰させてトランジスタ１．２に供給するよう罠なって
いる。

そして、トランジスタ１，２のベース端子に供給された
４６号はトランジスタ１，２によって増幅され、出力端
子２１　、２２から得られるよう罠なっている。なお、
抵抗７，８はかかる機能を有するとともに、直流バイア
スの設定をも行っている。

このようＫ、可変電流源１８の電流を変えることにより
、入力信号対出力信号の電圧利得を変えることができる
。

次に、かかる構成の可変利得回路の電圧利得を示す。な
お、トランジスタ１〜４のエミッタ接地電流増幅室βは
十分に大きく、それぞれのベース電流は無視し得るもの
とし、ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥも全て等しいとす
る。また、抵抗７，８のそねぞれの抵抗値Ｒ７ｙ　Ｒｓ
は共に等しく、同様に、抵抗１１　、１２の抵抗値Ｒｔ
　１　ｒ　ｎ１２が。

等しく、抵抗１３　、１５の抵抗値１１３　＊　Ｒｌｓ
が等しく、抵抗１４　、１６の抵抗値Ｒ４４ｒ　Ｒ１６
が等しく、抵抗９゜１０の抵抗値Ｒ９ｒ　Ｒｔｏが等し
くなっており、ダイオード５，６の特性も揃っていると
する。

このような場合には、差動対を形成するトランジスタ１
，２に、第２■に示すような等価回路が接続されている
と見なせる。同図において、Ｂ１はトランジスタ１のベ
ース端子％Ｂ２はトランジスタ２０ベース端子に対応し
ている。

ここで、入力端子１９．２０にそれぞれ供給される入力
信号がｖｉ＋　ｌ　Ｖｉ−ならば、トランジスタ１．２
のベース端子Ｂ１．Ｂ潤には、 ｒｄｘ　＋　ｒｄ２ Ｒ７＋Ｒ８ｒｄ１＋ｒ、１２×（”ｉ＋　Ｖｉ−）　−
川・・（２）の電圧が印加される。

上記式（２）において、Ｒ７＝Ｒｇ＝Ｒ４＊　Ｖｉ＋　
Ｖｉ−＝Ｖｉとし、可変電流源１８の電流をＩＩとして
、各ダイオード５．６に等しい順方向電流が流れるとす
れば、’ｄｉ　＝’ｄ２　＝ｒｄ　＝’ｔ　”　Ｉ”ｌ
となり、上記式（２） また、ここで、トランジスタ１，２のそれぞれのエミッ
タ抵抗をｒａｌ　ｒ　ｒｅ２とするならば、トランジス
タ１．２による差動対の電圧利得Ａ７は、ＡＹ　：＋・
−先輩＋４３　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（４）となる。ただし、トランジスタ１，２のエミッタ
電流が共ＫＩＥであるならば、 ４Ｔ・上　・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５
）ｒ０１＝ｒ１１２＝工ｌＥ となり、定電流源１７の電流が工。ならば、それぞれの
エミッタ電流１．は工。／２となるので、上記式（５）
は、 一般・−１・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６
）ｒｓｌ　”　ｒｅ２　＝　ｒｅ　−、１゜となる。そ
して、Ｒ９＝ＲＩＯ＝ＲＬとするならば、上記式（４）
に上記式（６）を代入することＫよって、差動対の電圧
利得ＡＶは、 したがって、出力端子２１の出力信号をＶｏ＋、出力端
子２２の出力信号な■。−とし、■ｏ十−■。−＝ｖｏ
として、第１図に示す可変利得回路の電圧利得Ａ、をめ
ると、上記式（２）　、　（７）よりＡＧ＝Ｌ−一−ニ
ー・」Ｖ　・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８
）ＶＩＲ４＋ｒ、１　ｒ＠ となる。

Ｔ　２ 上記式（８）と先のｒ６＝−７７７−■の関係から明ら
かなように、第１の可変電流源１８の電流を変えて、ダ
イオード５，６の動作抵抗ｒｄを変えることＫより、電
圧利得ＡＧを適宜変化させることができる。なお、第１
の可変電流源１８の電流を十分に小さくして、Ｒ４（ｒ
（Ｈの関係にすると、電圧利得Ａｏは大きくなり、はば
、ＡｏＬ；ＲＬ／ｒ、で最大となる。

ところで、前記したように、抵抗７．８は直流バイアス
の設定も行っている。しかし、第１の可変電流源１８の
電流を変えると、抵抗７，８にはダイオード５，６への
電流が流れ、それぞれの抵抗７，８には、それぞれＲｉ
　ｘｌの電流が生じて、これらの電圧降下が変動し、ト
ランジスタ１，２０ペ一ス電位が変動してしまう欠点が
ある。したがって、ベース電位の変動を極力小さくする
ように直流動作点を設定する必要がある。

そこで、第１岬においては、抵抗７，８による電圧降下
によってトランジスタ１，２のベース電位が低］しても
、必要とする最小の利得は少なくとも得られるようにす
るために、）ランジスタ３，４のベース電位を設定し【
いる。すなわち、この必要とする最小の利得に対する可
変電流源１８の電流値は、上記式（８）と、ｒｄ＝４７
−・？ 丁の関係式とから、変化範囲の最大値となるものである
から、この電流値を工１ｍａ　Ｘとすると、このときに
１抵抗７．８に生ずる電圧降下はチＸ　Ｒｉであり、こ
の電圧降下があっても、このときに生ずるトランジスタ
ー、２のベース電位によって必要とする最小の利得が得
られるようＫしている。

しかし、このためには、トランジスタ３．４のエミッタ
電位を抵抗７．８の電圧降下５川×Ｒ８だけ高めてこの
電圧降下を相殺しなければならす、したがって、この電
圧降下に相当する分抵抗１３．１４の抵抗値および抵抗
１５　、１６の抵抗値比を所定の値に設定してトランジ
スタ３，４のベース電圧を高める必要がある。この結果
、トランジスタ３，４に供給される入力信号のダイナミ
ックレンジが狭くなり、トランジスター。

２のコレクタの動作可能範囲が狭くなって電源電圧を充
分有効に利用することができないという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去し、電圧利
得の変化によって生じる動作点の変動を低減するととも
に１電源電圧を有効に利用できる可変利得回路の提供に
ある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するためＫ、本発明は、差動対を形成す
る第１．第２のトランジスタのベース端子の夫々に第１
．第２の抵抗を介して入力信号を供給するとともに、該
ベース端子の夫々に接続された第１．第２のダイオード
に流れる電流を制御して利得制御を行い、該電流は該第
１、第２のトランジスタのベース端子の夫々にさらに接
続された第３．第４のダイオードを介して流すようＫし
て、該第１．第２のダイオードに流れる電流によって該
第１．第２の抵抗に電圧降下が生じないようにし、利得
制御に伴うｇｇｔ、ｓｇ２のトランジスタのベース電圧
の変動を抑圧するよう忙した点忙特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面とともに説明する。

第３図は本発明になる可変利得回路の一実施例を示す回
路図であって、　２５　、２６はダイオード、２７は第
２の可変電流源であり、第１図に対応する部分には同一
符号をつけている。

同図では、差動対を形成するトランジスタ１゜２のそれ
ぞれのベース端子にダイオード２５　、２６のカソード
端子が接続され、それらのダイオード２５　、２６のア
ノード端子が共に第２の可変電流源２７に接続されてい
る点が第１回の回路と異なっている。

第１の可変電流源１８と第２の可変電流源２７の設定電
流は常に等しくなるように制御され、第２の可変電流源
２７で設定された電流は、ダイオード２５．５およびダ
イオード２６．６を順方向に流れ、第１の可変電流源１
８へ流れる。

したがって、従来の回路（第１図）では、第１の可変電
流源１８の電流が変わると抵抗７．８を流れる電流も変
化したのに対し、この実施例（第３図）では、第１の可
変電流源１８の変化に伴う抵抗７，８に流れる電流の変
化はないので、抵抗７，８のそれぞれの両端に生ずる電
圧降下の変動がなくなり、差動対を形成するトランジス
タ１．２ベース端子の電位も変動しないようになってい
る。

そして、第１．第２の可変を流源１８　、２７の電流を
変えて、ダイオード５　、６．２５．２６の動作抵抗の
値を変化させることにより、入力端子１９゜２０に供給
された信号が抵抗７，８とそれらの動作抵抗で所望の振
幅に減衰されて、トランジスタ１，２に供給されるので
、所望の電圧利得を得ることができる。

ここで、ダイオード２５　、２６と第２の可変電流源２
７が設けられたことＫより、差動対を形成するトランジ
スタ１．２のそれぞれのベース端子に、第４図に示すよ
うな等価回路が接続されていると見なすことができる。

同図において、ｒｄ３はダイオード２５の動作抵抗、「
ｄ４はダイオード２６の動作抵抗でル）す、第２図忙対
応する部分には同一符号をつけている。

動作抵抗ｒｄ３とｒｄ４は、ダイオード５，６の動作抵
抗ｒｄｌ　＊　ｒｄ２に並列に設けられていることから
、第３図の回路の電圧利得Ａ、は、前記式（８）にこの
関係を代入するととも忙、動作抵抗ｒｄｌ〜ｒｄ４が全
てｒｄであるとするならば、となる。なお、第１図に示
す回路図の第１の可変電流源１８の亀、流値と第３図に
示す回路図の第１、第２の’ＥｉＪ変電流源１８．２７
の電流値が等しく、しかも、それらの電流によってＲｉ
　、＞　ｒ、３の関係となっている場合には、上記式（
８１、＋９）から明らかなように、この実施例の電圧利
得Ａ′Ｇは、従来の電圧利得ＡＧの約半分になる。

以上説明したよ５Ｋ、この実施例では、利得を変化させ
るための電流が、抵抗７，８を流れないようＫなってい
るので、差動対を形成するトランジスタ１，２のベース
電位の変動が低減された。また、とのヘースｔｔ位の変
動が低減されたこと、すなわち、利得を変えるための電
流の変化に伴って抵抗７．８に生じる電圧降下の変動が
低減し７たことから、従来のように、トランジスタ３，
４０ベ一スｉ１位を高くする必要がなくなり、トランジ
スタ１．２のコレクタの動作可能な範囲を広くすること
ができ、電源電圧を有効に利用できるとともに、設計の
自由度が−１−８かった。

次に、本発明による可変利得回路の他の実施例を第５図
に示す回路図に基づいて説明する。

同図において、２８　、２９はＮＰＮ型のトランジスタ
、３０　、３１はＰＮＰ型のトランジスタ、３２は利得
制御信号入力端子であり、第３図と対応する部分には同
一符号をつけている。

第３図忙示す第１の可変電流源１８と第２の可変電流源
２７は、それぞれ、第５図に示すトランジスタ２８とト
ランジスタ３１に対応している。

すなわち、トランジスタ２８　、２９のベース端子は、
共に利得制御信号入力端子３２に接続され、トランジス
タ２８のコレクタ端子がダイオード５゜６０カソード端
子に接続されている。トランジスタ２９のコレクタ端子
は、ベース端子とコレクタ端子とが接続されてダイオー
ドとしての動作をするトランジスタ３０のコレクタ端子
あるいはベース端子に接続されている。トランジスタ３
０゜３１はカレントミラー回路を構成し、トランジスタ
３１のコレクタ端子がダイオード２５　、２６のアノー
ド端子に接続されている。

そして、利得制御信号入力端子３２に供給する制御信号
のレベルに応じて、トランジスタ２８゜２９に等しい電
流が流れ、トランジスタ３０　、３１がカレントミラー
回路を構成することから、トランジスタ３０．３１ＶＣ
もトランジスタ２８　、２９と等しい電流が流れる。

したがって、トランジスタ３１のコレクタからダイオー
ド２５　、２６に供給される電流の値と、ダイオード５
，６からトランジスタ２８のコレクタへ流れる電流の値
とは常に等しく、利得制御信号に応じて変化することに
なる。

なお、トランジスタ２８　、２９のエミッタの面積を等
しくシ、トランジスタ３０　、３１のエミッタの面積を
等しくすることにより、トランジスタ２８とトランジス
タ３１のそれぞれのコレクタ電流が等しくなるようにし
である。

すなわち、一般に、同一の製造プロセスによって形成さ
れたトランジスタに１等しいペース書エミッタ電圧を印
加すると、エミッタ電流がほばエミッタの面積の比に比
例することは周知である。したがって、トランジスタ２
８〜３１のそれぞれのエミッタ電流をＩＥ２８　ｒ　工
Ｅ２９　ｙ　ＩＥ３０　ｒ　ＩＥ３１とすれば、ＩＥ２
８　＝ＩＢ２９　＝ＩＥ３０　＝ＩＥ３１となり、トラ
ンジスタ２８　、２９のそれぞれのコレクタ電流をＩ。

工２とすれば、１１＝Ｉ２となる。

この結果、ダイオード５，６，２５．２６には、それぞ
れＩｔ／２　（＝　Ｉ２／２　）の電流が流れ、前記し
たように、各ダイオードの順方向電流を等しくする条件
が満足される。

以上説明したように、この実施例においても、利得制御
のための電流が抵抗７，８を流れないので、トランジス
タ１．２のペース電位の変動が低減されるとともＫ、電
源電圧の有効な利用と、設計の自由度が上がる利点を有
する。

なお、上記双方の実施例では、ダイオード５゜６．２５
．２６にＰＮ接合型のダイオードを用いているが、その
他に、コレクタ端子とベース端子とを接続してダイオー
ドとしての動作をするトランジスタを用いることもでき
る。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、利得の変化に伴
５回路の直流動作電圧の変動が低減され、これに伴って
、電源電圧の有効な利用を図ることができるとともに設
計の自由度が上がるものであって、また、従来よりも電
源電圧を有効に利用できることから電源電圧を下げるこ
とができることと、信号経路の途中にコンデンサを介さ
ず、直結回路にしても直流動作点の電圧変動が少ないこ
とから、モノリシック集積回路に適するものであり、上
記従来技術の欠点を除いて優れた機能の可変利得回路を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の可変利得回路の一例を示す回路図、第２
図は第１図の回路の一部を岬価的に示す回路図、第３図
は本発明になる可変利得回路の一実施例を示す回路図、
第４図は第３図の回路の一部を等測的に示す回路図、第
５図は本発明になる可変利得回路の他の実施例を示す回
路図である。 １．２・・トランジスタ ５　、６　、２５　、２６・・・ダイオード１８・・・
第１の可変電流源 ２７・・・第２の可変電流源 ２８　、２９　、３０　、３１・・・トランジスタ３２
・・・利得制御信号入力端子。 第　１覆 第　２剖 第　３　図 第４ｆ］ σ ｖｓｒｌ！Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 差動対を形成する第１．第２のトランジスタと、一端を
   ［ＥＩのトランジスタのペース端子に接続された他端を
   入力信号入力端子とする第１の抵抗と、一端を該第２の
   トランジスタのペース端子に接続され他端を入力信号入
   力端子とする第２の抵抗と、該第１のトランジスタのベ
   ース端子にアノード端子が接続される第１のダイオード
   およびカソード端子が接続される第２のダイオードと、
   該第２のトランジスタのベース端子にアノード端子が接
   続される第３のダイオードおよびカソード端子が接続さ
   れる第４のダイオードと、該第１．第３のダイオードの
   カソード端子に接続され順方向電流を設定する第１の可
   変電流源と、該第２．第４のダイオードのアノード端子
   に接続され該第１の可変電流源の設定電流と等しい順方
   向電流を供給する第２の可変電流源とを設け、利得制御
   信号に応じて第１゜第２の可変電流源の電流を変化させ
   ることにより利得を変えるようにしたことを特徴とする
   可変利得回路。