JP3141899B2 - 多段アンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＩＣ化に好適な多段
アンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】電池を電源とする機器に使用されるＩ
Ｃ、例えば、ラジオ受信機用のＩＣにおいては、電池の
寿命を長くするため、ＩＣの消費電流が十分に小さいこ
とが要求される。

【０００３】そこで、例えば図２に示すような、アンプ
が考えられている。すなわち、図２は、ＦＭ受信回路の
中間周波アンプの一部を示すもので、トランジスタＱ1
、Ｑ2 、定電流源用のトランジスタＱ0 及び抵抗器Ｒ1
、Ｒ2 により差動アンプ１が構成され、トランジスタ
Ｑ3 、Ｑ4 、抵抗器Ｒ1 、Ｒ2 及び抵抗器Ｒ3 、Ｒ4 に
より差動アンプ２が構成される。

【０００４】そして、ＦＭ中間周波信号が、前段（図示
せず）からトランジスタＱ1 、Ｑ2のベースに供給さ
れ、その増幅出力が、トランジスタＱ1 、Ｑ2 のコレク
タからコンデンサＣ1 、Ｃ2 を通じてトランジスタＱ3
、Ｑ4 のベースに供給される。

【０００５】この場合、トランジスタＱ1 、Ｑ2 のコレ
クタ電流に含まれる信号電流成分は、互いに逆相であ
り、抵抗器Ｒ1 、Ｒ2 と、トランジスタＱ3 、Ｑ4 のエ
ミッタとの接続点には、トランジスタＱ1 、Ｑ2 からの
信号電流成分は現れない。したがって、上記のように、
トランジスタＱ1 、Ｑ2 は、抵抗器Ｒ1 、Ｒ2 を負荷と
する差動アンプ１として動作し、トランジスタＱ3 、Ｑ
4 は、抵抗器Ｒ1 、Ｒ2を定電流源とする差動アンプ２
として動作する。

【０００６】したがって、トランジスタＱ3 、Ｑ4 のコ
レクタからは増幅されたＦＭ中間周波信号が取り出され
る。

【０００７】こうして、このアンプは、交流的には、差
動アンプ１と、差動アンプ２とが縦続接続された２段ア
ンプとして動作し、２段分の利得を得ることができる。
しかし、直流的には、電源に対して差動アンプ２と、差
動アンプ１とが直列接続されているので、消費電流は１
段分となる。したがって、このアンプは、２段分の利得
を１段分の消費電流で得ることができ、低消費電流とす
ることができる。

【０００８】また、図２のアンプと同様、ｎ段（ｎ≧
３）の差動アンプを、電源に対して直列接続し、信号に
対して縦続接続すれば、１段分の消費電流でｎ段分の利
得を得ることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ｎ段の
差動アンプを、電源に対して直列接続し、信号に対して
縦続接続すれば、１段分の消費電流でｎ段分の利得を得
ることができる。

【００１０】しかし、大きな利得を得るためには、段数
ｎを多くする必要があり、段数ｎを多くすると、電源電
圧ＶCCを高くする必要がある。したがって、電源が電池
の場合、そのような構成を採ることはできず、大きな利
得を得ることができない。

【００１１】さらに、アンプが、中間周波アンプ、特に
ＦＭ中間周波アンプの場合には、以下のようなことも考
慮する必要がある。

【００１２】すなわち、ＦＭ中間周波アンプは、フロン
トエンド回路の利得をできるだけ低くできるように、低
雑音であることが要求される。また、中間周波回路の選
択特性を与える素子として、一般にセラミックフィルタ
が使用されるが、このセラミックフィルタの特性インピ
ーダンスは、300 Ω前後である。そして、ＦＭ中間周波
アンプには、非常に大きな利得、例えば80dB前後の利得
が必要とされるので、回路の安定度を高めるため、入力
インピーダンスが低いことも重要である。

【００１３】この結果、中間周波アンプの初段のアンプ
の雑音指数は、低インピーダンスの信号源に対して、小
さな値であることが要求される。

【００１４】一方、トランジスタに流す電流は、ショッ
トノイズを考慮すると、小さくすることはできない。例
えば、初段のアンプが差動アンプであるとすれば、 ＮＦ＝１＋ｒe ／Ｒg ・・・・・ (1) ＮＦ：雑音指数 ｒe ：差動アンプを構成するトランジスタのエミッタ抵
抗 Ｒg ：信号源の出力インピーダンス で示される。そして、トランジスタに流す電流を100 μ
Ａとすると、 ｒe ＝約260 Ω となる。また、上記のように、 Ｒg ＝300 Ω である。そして、これらの値を(1) 式に代入すると、 ＮＦ＝約２倍（＝約３dB） となる。

【００１５】したがって、トランジスタのショットノイ
ズ以外の雑音を無視できるとしても、初段のトランジス
タに流す電流を、上記の値100 μＡよりも小さくする
と、雑音指数ＮＦの悪化を招き、中間周波アンプとして
不適当である。

【００１６】この発明は、以上のような問題点を解決
し、高利得・低雑音であり、しかも、低消費電流・低電
圧で動作するアンプを提供しようとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】ところで、多段アンプに
おいて、初段のアンプが低雑音であり、かつ、十分な利
得であれば、２段目以降のアンプの雑音が、多段アンプ
全体の雑音指数に与える影響の小さいことが、知られて
いる。したがって、初段のアンプが低雑音・高利得であ
れば、２段目以降のアンプは、雑音に対する電流の制限
がゆるくなり、低電流で動作させても、問題はないこと
になる。

【００１８】この発明は、このような点に着目し、多段
アンプにおいて、初段の差動アンプには必要な大きさの
動作電流を流すとともに、この初段の差動アンプに流れ
る電流を、次段以降の各段のアンプに、それらの動作電
流として分流させるようにしたものである。

【００１９】すなわち、この発明においては、各部の参
照符号を後述の実施例に対応させると、第１〜第４の差
動アンプ１０〜４０を有し、第１の差動アンプ１０は、
差動増幅用の１対のトランジスタＱ11、Ｑ12を有して構
成され、第２〜第４の差動アンプ２０〜４０は、それぞ
れ、差動増幅用の１対のトランジスタ（Ｑ21、Ｑ22）、
（Ｑ31、Ｑ32）、（Ｑ41、Ｑ42）のエミッタが、互いに
接続されるとともに、１対の抵抗器（Ｒ21、Ｒ22）、
（Ｒ31、Ｒ32）、（Ｒ41、Ｒ42）を通じて１対のトラン
ジスタＱ11、Ｑ12のコレクタに接続されて構成され、第
１〜第４の差動アンプ１０〜４０をそれぞれ構成する１
対のトランジスタ（Ｑ11、Ｑ12）〜（Ｑ41、Ｑ42）のベ
ース・コレクタ間が縦続接続され、第１の差動アンプ１
０に動作電流として流れる直流電流が、第２〜第４の差
動アンプ２０〜４０に、それらの動作電流として分流さ
れ、第１の差動アンプ１０に供給された入力信号が、こ
の第１の差動アンプ１０から、第２〜第４の差動アンプ
２０〜４０に順に供給されて増幅されるようにしたもの
である。

【００２０】

【作用】初段の差動アンプ１０には、十分な動作電流が
流れ、アンプ全体が低雑音となる。入力信号は、４段の
差動アンプ１０〜４０により順に増幅され、アンプ全体
が高利得となる。初段の差動アンプ１０に動作電流とし
て流れる直流電流が、次段以降の差動アンプ２０〜４０
に動作電流として分流され、低消費電流となる。差動ア
ンプ１０〜４０の、電源に対するスタック数は２段とな
り、低電圧で動作する。

【００２１】

【実施例】図１は、この発明を４段構成のＦＭ中間周波
アンプに適用した場合の一例を示す。

【００２２】そして、トランジスタＱ11、Ｑ12のエミッ
タが互いに接続されるとともに、このエミッタと、接地
との間に、定電流源用のトランジスタＱ10のコレクタ・
エミッタ間が接続されて初段の差動アンプ１０が構成さ
れる。そして、トランジスタＱ11、Ｑ12のベースには、
前段（図示せず）から互いに逆相のＦＭ中間周波信号が
供給される。なお、一例として、トランジスタＱ10のコ
レクタ電流は、100 μＡとされる。

【００２３】また、トランジスタＱ11、Ｑ12のコレクタ
が、コンデンサＣ21、Ｃ22を通じてトランジスタＱ21、
Ｑ22のベースに接続され、このトランジスタＱ21、Ｑ22
のエミッタが、互いに接続されるとともに、抵抗器Ｒ2
1、Ｒ22を通じてトランジスタＱ11、Ｑ12のコレクタに
接続される。さらに、トランジスタＱ21、Ｑ22のコレク
タが負荷抵抗器Ｒ23、Ｒ24を通じて電源端子Ｔ10に接続
され、そのベースがバイアス抵抗器Ｒ25、Ｒ26を通じて
端子Ｔ10に接続される。こうして、第２段目の差動アン
プ２０が構成される。

【００２４】さらに、トランジスタＱ21、Ｑ22のコレク
タが、コンデンサＣ31、Ｃ32を通じてトランジスタＱ3
1、Ｑ32のベースに接続され、このトランジスタＱ31、
Ｑ32のエミッタが、互いに接続されるとともに、抵抗器
Ｒ31、Ｒ32を通じてトランジスタＱ11、Ｑ12のコレクタ
に接続される。また、トランジスタＱ31、Ｑ32のコレク
タが負荷抵抗器Ｒ33、Ｒ34を通じて電源端子Ｔ10に接続
され、そのベースがバイアス抵抗器Ｒ35、Ｒ36を通じて
端子Ｔ10に接続される。こうして、第３段目の差動アン
プ３０が構成される。

【００２５】同様に、トランジスタＱ31、Ｑ32のコレク
タが、コンデンサＣ41、Ｃ42を通じてトランジスタＱ4
1、Ｑ42のベースに接続され、このトランジスタＱ41、
Ｑ42のエミッタが、互いに接続されるとともに、抵抗器
Ｒ41、Ｒ42を通じてトランジスタＱ11、Ｑ12のコレクタ
に接続される。さらに、トランジスタＱ41、Ｑ42のコレ
クタが負荷抵抗器Ｒ43、Ｒ44を通じて電源端子Ｔ10に接
続され、そのベースがバイアス抵抗器Ｒ45、Ｒ46を通じ
て端子Ｔ10に接続される。こうして、第４段目の差動ア
ンプ４０が構成される。

【００２６】このような構成によれば、トランジスタＱ
10により決まる直流電流が、差動アンプ１０の動作電流
となるが、この差動アンプ１０を流れる直流電流は、抵
抗器Ｒ21、Ｒ22と、抵抗器Ｒ31、Ｒ32と、抵抗器Ｒ41、
Ｒ42との比で決まる割り合いで、それらの抵抗器Ｒ21〜
Ｒ42を流れる。そして、抵抗器Ｒ21、Ｒ22、抵抗器Ｒ3
1、Ｒ32、抵抗器Ｒ41、Ｒ42を流れる直流電流は、差動
アンプ２０、３０、４０の動作電流でもある。

【００２７】すなわち、差動アンプ１０〜４０に動作電
流として流れる直流電流の向きは、この発明の本質とは
関係ないので、その向きを考慮しないで表現すれば、差
動アンプ１０に動作電流として流れる直流電流が、抵抗
器Ｒ21〜Ｒ42により分流され、その分流電流が、差動ア
ンプ２０〜４０にそれらの動作電流としてそれぞれ流れ
る（直流電流の向きを考慮すれば、差動アンプ２０〜４
０に動作電流として流れた直流電流が、抵抗器Ｒ21〜Ｒ
42を通じて合流し、その合流電流が差動アンプ１０にそ
の動作電流として流れる）。

【００２８】したがって、トランジスタＱ11、Ｑ12は、
抵抗器Ｒ21〜Ｒ42を負荷とする差動アンプ１０として動
作し、トランジスタＱ21、Ｑ22は、抵抗器Ｒ21、Ｒ22を
定電流源とする差動アンプ２０として動作し、同様に、
トランジスタＱ31〜Ｑ42もそれぞれ差動アンプ３０、４
０として動作する。

【００２９】したがって、前段からのＦＭ中間周波信号
は、差動アンプ１０→コンデンサＣ21、Ｃ22→差動アン
プ２０→コンデンサＣ31、Ｃ32→差動アンプ３０→コン
デンサＣ41、Ｃ42→差動アンプ４０の信号ラインを通じ
て、次段（図示せず）に供給されるとともに、このと
き、差動アンプ１０〜４０において順に増幅される。

【００３０】なお、上述においては、各差動アンプ１０
〜４０がコンデンサ結合とされているが、直結とするこ
ともできる。また、トランジスタＱ10の代わりに、抵抗
器を定電流源とすることもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、交流
的には４段の差動アンプ１０〜４０を縦続接続している
ので、例えば中間周波アンプとして必要な高利得を得る
ことができる。また、直流的には、差動アンプ１０に動
作電流として流れる直流電流を、差動アンプ２０〜４０
にそれらの動作電流としてそれぞれ分流しているので、
差動アンプ１０に必要な直流電流しか消費せず、低消費
電流となる。さらに、直流電圧的には、差動アンプ１０
と、差動アンプ２０〜４０との２段のスタックなので、
電源電圧を低くすることができ、すなわち、低電圧で動
作する。

【００３２】また、抵抗器Ｒ21、Ｒ31、Ｒ41の並列値、
及び抵抗器Ｒ22、Ｒ32、Ｒ42の並列値が、それぞれトラ
ンジスタＱ11、Ｑ12のコレクタ負荷となるので、これら
抵抗器Ｒ21〜Ｒ42を、所定の値に設定しておくことによ
り、初段の差動アンプ１０を高利得とすることができ
る。さらに、差動アンプ１０のトランジスタＱ11、Ｑ12
には、定電流源Ｑ10により、十分な動作電流を与えるこ
とができるので、低雑音とすることができる。したがっ
て、差動アンプ２０〜４０の動作電流を小さくしても、
上述の理由により、中間周波アンプ全体として低雑音と
なる。

【００３３】あるいは、差動アンプ２０〜４０の動作電
流を小さくしても、それらの和の電流が、差動アンプ１
０の動作電流となるので、差動アンプ１０には十分な動
作電流を流すことができ、したがって、上述のように、
差動アンプ１０を高利得・低雑音とすることができる。

【００３４】さらに、差動アンプ２０〜４０において
も、抵抗器Ｒ21、Ｒ22を、抵抗器Ｒ31〜Ｒ42に比べて小
さくすることにより、差動アンプ２０に流れる直流電流
を、差動アンプ３０、４０に流れる直流電流に比べて大
きくすることができ、したがって、差動アンプ２０〜４
０の間では初段となっている差動アンプ２０を高利得・
低雑音にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一例を示す接続図である。

【図２】従来例を示す接続図である。

【符号の説明】

１０〜４０ 差動アンプ Ｃ21〜Ｃ42 コンデンサ Ｑ11〜Ｑ42 トランジスタ Ｒ21〜Ｒ42 抵抗器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１〜第ｎ（ｎ≧３）の差動アンプを有
   し、 上記第１の差動アンプは、差動増幅用の１対のトランジ
   スタを有して構成され、 上記第２〜第ｎ（ｎ≧３）の差動アンプは、それぞれ、
   差動増幅用の１対のトランジスタのエミッタが、互いに
   接続されるとともに、１対の抵抗器を通じて上記第１の
   差動アンプを構成する１対のトランジスタのコレクタに
   接続されて構成され、 上記第１〜第ｎの差動アンプをそれぞれ構成する１対の
   トランジスタのベース・コレクタ間が縦続接続され、 上記第１の差動アンプに動作電流として流れる直流電流
   が、上記第２〜第ｎの差動アンプに、それらの動作電流
   として分流され、 上記第１の差動アンプに供給された入力信号が、この第
   １の差動アンプから、上記第２〜第ｎの差動アンプに順
   に供給されて増幅されるようにされた多段アンプ。
2. 【請求項２】 第１〜第ｎ（ｎ≧３）の差動アンプを有
   し、 上記第１の差動アンプは、差動増幅用の１対のトランジ
   スタを有して構成され、 上記第２〜第ｎ（ｎ≧３）の差動アンプは、それぞれ、
   差動増幅用の１対のトランジスタのエミッタが、互いに
   接続されるとともに、１対の抵抗器を通じて上記第１の
   差動アンプを構成する１対のトランジスタのコレクタに
   接続されて構成され、 上記第１〜第ｎの差動アンプをそれぞれ構成する１対の
   トランジスタのベース・コレクタ間が、それぞれコンデ
   ンサを通じて縦続接続され、 上記第１の差動アンプに動作電流として流れる直流電流
   が、上記第２〜第ｎの差動アンプに、それらの動作電流
   として分流され、 上記第１の差動アンプに供給された入力信号が、この第
   １の差動アンプから、上記第２〜第ｎの差動アンプに順
   に供給されて増幅されるようにされた多段アンプ。