JPH0227808A - 利得可変増幅器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、オーディオ信号などの信号振幅の加減、串
制御などに用いられる利得可変増幅器に関する。

〔従来の技術〕

従来、音響再生手段としてヘッドフォンを主体とするテ
ープレコーダ、ＣＤプレーヤなどのいわゆるヘンドフォ
ンオーディオ分野では、たさえば、第４図に示すように
、最終段の電力増幅器２の前段側に再生出力の振幅レベ
ルを聴き易い音量レベルに調整するための電子ボリュー
ムとしての利得可変増幅器４が設置されている。

この利得可変増幅器４の前段には、磁気ヘッドやＦＭ復
調回路が設置され、入力端子６には増幅すべき入力信号
Ｖｉが加えられる。そして、この利得可変増幅器４には
、動作電流の加減によって増幅利得が加減可能な差動増
幅器４０が設置されており、一対のトランジスタ４０２
．４０４のエミッタを共通に接続した差動対に対し、動
作電流を加減するための電流源４０６が設置されている
。

各トランジスタ４０２．４０４のベースには、バイアス
回路４１から一定のバイアス電圧ｖｌが抵抗４０８．４
１０を通して加えられている。

この場合、バイアス回路４１では、電源端子４２および
接地端子４３の間に加えられた電源電圧ＶＣＣを抵抗４
１２．４１４およびキャパシタ４１６を以て分圧するこ
とにより、バイアス電圧Ｖ、とじて電源電圧ＶＣＣの１
／２の電圧ＶＣＣ／２が設定されている。

そして、トランジスタ４０２のベースには、人力信号■
１が抵抗４１８を通して加えられている。

したがって、人力信号■、は、電流源４０６による動作
電流Ｉで増幅利得が設定された差動増幅器４０によって
増幅される。そして、差動増幅器４０の各トランジスタ
４０２．４０４に流れる差動電流は、各トランジスタ４
０２．４０４のコレクタ側に能動負荷として設置された
トランジスタ４２０．４２２を以て取り出され、トラン
ジスタ４２２に流れる電流は、トランジスタ４２２と電
流ミラー回路を構成するトランジスタ４２４、トランジ
スタ４２０に流れる電流は、トランジスタ４２０と電流
ミラー回路を構成するトランジスタ４２６に流れる。各
トランジスタ４２４．４２６に流れる電流は、電流合成
回路としての電流ミラー回路を構成するトランジスタ４
２８．４３０に加えられて合成され、トランジスタ４２
６．４３０の電流の授受による不足電流または余剰電流
によって振幅調整された出力信号Ｖ、が、バイアス回路
４１から抵抗４３２を通して加えられるバイアス電圧Ｖ
ＩＩを基準にして出力端子８から取り出される。

この出力信号Ｖ、は、出力端子８から電力増幅器２に加
えられて増幅され、電力増幅器２を通して得られた最終
的な出力信号■。が、出力端子ＩＯからヘッドフオン１
２に加えられる。この結果、利得可変増幅器４の可変利
得に応した音量かヘッドフォン１２によって再生される
。

そして、このような利得可変増幅器４を用いた場合には
、ＩＣによって構成しても、トランジスタ４２０．４２
２．４２４．４２６の素子特性のばらつきや電流ミラー
回路を構成するトランジスタ４２８．４３０におけるベ
ース電流による誤差によって出力信号■、にオフセット
を生じさせ、これが電力増幅器２の利得倍されて出力信
号Ｖ０に生じることが知られている。

たとえば、ヘッドフォンオーディオ機器では、携帯の便
利さから、低電圧動作が行われており、３■での動作で
は、入力信号■、が無い無信号入力のとき、入力換算値
で１ｍＶ程度のオフセットを生じ、電力増幅器２の利得
を５０ｄＢ程度とすると、出力信号■。には３００ｍＶ
程度のオフセット出力が生じることになる。

このため、このような利得可変増幅器４を用いた場合に
は、出力信号■。のダイナミックレンジが低下するとい
う欠点があった。

そこで、第５図に示すように、オフセットを回避した利
得可変増幅器４が用いられている。この利得可変増幅器
４では、電流ミラー回路を構へするトランジスタ４２８
．４３０に代え、差動増幅器４０の各トランジスタ４０
２．４０４に対して能動負荷を構成する電流ミラー回路
を成すトランジスタ４３４．４３６が設置されている。

そして、トランジスタ４３４．４３６に生じるベース電
流誤差に対応した電流が、定電流源４３８およびトラン
ジスタ４４０を通じて差動増幅器４０の出力側に供給さ
れ、オフセットの軽減が図られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような利得可変増幅器４では、トランジ
スタ４３４．４３６のベース電流誤差に対応して定電流
源４３８の定電流Ｉ０を設定することが不可欠であって
、トランジスタ４３４．４３６のベース電流誤差と、ト
ランジスタ４４０から供給されるベース電流とを確実に
相殺することが困難であるので、オフセットを無視でき
る程度に軽減させることは不可能であった。

そこで、この発明は、オフセットを無視できる程度に軽
減させた利得可変増幅器の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の利得可変増幅器は、第１の電流ミラー回路を
負荷とし、第１の電流源による動作電流に応じて増幅利
得が可変可能な差動増幅器と、第１の電流源に対応して
設置され、前記動作電流に対応して出力電流が加減され
る第２の電流源と、第２の電流源に生した電流に基づく
電流を第１の電流ミラー回路のダイオード側から引き込
むことにより、第１の電流ミラー回路の電流誤差を第２
の電流源の電流に基づいて相殺する第２の電流ミラー回
路とを備えたものである。

また、この発明の利得可変増幅器は、第１の電流ミラー
回路を負荷とし、第１の電流源による動作電流に応じて
増幅利得が可変可能な第１の差動増幅器と、第１の電流
源に対応して設置された第２の電流源による動作電流が
加減可能にされ、第１の差動増幅器と共通の入力関係を
持つ第２の差動増幅器と、第１の電流ミラー回路に対応
して設けられ、第２の差動増幅器によって得られた電流
を取り出す第２の電流ミラー回路と、第２の電流ミラー
回路によって得られた前記電流から第１の電流ミラー回
路の誤差電流分に対応した電流を生じさせ、第１の差動
増幅器の出力側に供給する第３の電流源とをＩ丸たちの
である。

そし、て、この′発明の利得可変増幅器は、前記第３の
電流源に生じさせた電流を、前記第１の差動増幅器の出
力側への供給に代え、前記第１の電流ミラー回路のダイ
オード側から引き込む第３の電流ミラー回路を設置して
もよい。

（作　　　用） このように構成すると、第１の電流源に対応して設置さ
れて前記動作電流に対応した電流が第２の電流源によっ
て得られ、第２の電流源に生じた電流ゐ（第２の電流ミ
ラー回路に、第１の電流ミラー回路のダイオード側から
引き込まれるので、第１の電流ミラー回路側の電流誤差
が第２の電流ミラー回路の電流引込みによって相殺され
、オフセットが無視できる程度に軽減される。

また、第１の差動増幅器に対して入力関係を共通にした
第２の差動増幅器が設置され、この第２の差動増幅器に
対し、第１の電流ミラー回路に対応する第２の電流ミラ
ー回路を設置することにより、第１の電流ミラー回路と
等しい電流を第２の電流ミラー回路に流し、この電流に
基づいて第３の電流源から第１の電流ミラー回路の誤差
電流分に等しい電流を生じさせ、この電流を第１の差動
増幅器の出力側に供給しているので、第１の電流ミラー
回路の誤差電流分が相殺され、オフセットが無視できる
程度に軽減される。

そして、第３の電流源に生じさせた電流に等しい電流を
第１の電流ミラー回路のダイオード側から第３の電流ミ
ラー回路に引き込んでも、同様に第１の電流ミラー回路
の誤差電流分を相殺でき、オフセットを軽減することが
できる。

〔実　施　例〕

第１図は、この発明の利得可変増幅器の第１実施例を示
す。

利得可変増幅２には、動作電流によって増幅利得が加減
可能にされた差動増幅器４０が設置されており、差動増
幅器４０には、一対のトランジ、スタ４０２．４０４が
設置されているとともに、動作電流Ｉを任意に加減する
ための第１の電流源４５Ａが設置されている。電流源４
５Ａは、任意に電流を加減可能にした電流源を以て構成
することがで、きる。

トランジスタ４０２．４０４の各ベースには、抵抗４１
２．４１４およびキャパシタ４１６からなるバイアス回
路４１から一定のバイアス電圧■、が加えられ、一方の
トランジスタ４０２のベースには、入力端子６から任意
の振幅を持つ入力信号■、が抵抗４１８を通して加えら
れている。

そこで、電流源４５Ａによって差動増幅器４０の各トラ
ンジスタ４０２．４０４に流れる動作電流■を加減する
と、その動作電流Ｉを動作点として各トランジスタ４０
２．４０４に入力信号■ｉの信号振幅に対応した差動電
流が流れる。

各トランジスタ４０２．４０４のコレクタ側には、差動
増幅器４０の負荷を構成する第１の電流ミラー回路４６
Ａが設置されている。この電流ミラー回路４６Ａは、ト
ランジスタ４６２．４６４を以て構成されており、トラ
ンジスタ４０２側のトランジスタ４６２がダイオードと
して構成されている。

また、トランジスタ４０４．４６４のコレクタ側から振
幅調整出力としての出力信号ＶＪがバイアス回路４１で
設定されたバイアス電圧Ｖ、を中点レベルとして得られ
、出力端子８から取り出される。

そして、電流源４５Ａに対応した第２の電流源４５Ｂが
設置されている。この電流源４５Ｂは、トランジスタ４
６２．４６４のベース電流誤差を相殺する電流ＩＫを生
じさせる電流源であり、電流源４５Ａの動作電流■と等
しい変化率を以て変化する電流ＩＫを発生させる。たと
えば、ＩＣでは、電流源４５Ａ、４５Ｂは同等のトラン
ジスタから共通の電流ミラー回路によって構成され、電
流源４５Ａの電流制御に応した電流■、が得られる。

この電流源４５Ｂで得られた電流Ｉにと等しい電流を電
流ミラー回路４６Ａのトランジスタ　、４６２からなる
ダイオード側から引き込んで接地側に放流するため、電
流ミラー回路４６Ａと等しい第２の電流ミラー回路４６
Ｂが設置されている。

電流ミラー回路４６Ｂは、電流ミラー回路４６Ａのトラ
、ンジスタ４６２に対応するトランジスタ４６３、トラ
ンジスタ４６４に対応するトランジスタ４６５を以て構
成され、トランジスタ４６５のコレクタがトランジスタ
４６２のベース・コレクタに共通に接続されている。

このように構成すれば、電流源４５Ａによって差動増幅
器４０および電流ミラー回路４６Ａに動作電流Ｉが流れ
、電流源４５Ａに対応した電流源４５Ｂには、動作電流
■に対応した等しい変化率を持つ電流ＩＫが流れる。こ
の電流■えは、電流ミラー回路４６Ａのトランジスタ４
６２．４６４のベース電流による誤差電流と等しいので
、この電流ｌＫが、電流ミラー回路４６Ｂを通して電流
ミラー回路４６Ａのトランジスタ４６２．４６４のベー
スから引き出されると、オフセット出力の原因となる電
流ミラー回路４６Ａの誤差電流分が相殺されることにな
る。この結果、入力信号■直に基づき、電流ミラー回路
４６Ａによる誤差電流分を含まない純粋な振幅調整出力
としての出力信号Ｖ、が、出力端子８から取り出される
。

次に、第２図は、この発明の利得可変増幅器の第２実施
例を示す。

第１の差動増幅器４０Ａに対応する第２の差動増幅器４
０Ｂが設置されている。差動増幅器４０Ｂは、各トラン
ジスタ４０２．４０４と入力関係が共通化されたトラン
ジスタ４０３．４０５を以て構成され、差動増幅器４０
Ａ側の第１の電流源４５ａに対応する第２の電流源４５
ｂが設置され、電流源４５ａによって動作電流が制御さ
れる。

また、差動増幅器４０Ｂには、第１の電流ミラー回路４
６Ａに対応する第２の電流ミラー回路４６Ｂが設置され
、トランジスタ４０３側の電流が電流ミラー回路４６Ｂ
を以て取り出される。この場合、トランジスタ４０３．
４０５に流れる電流の双方の加算電流を取り出すため、
トランジスタ４０３の電流能力を基準にしてトランジス
タ４６３の電流能力が設定され、トランジスタ４６３に
対するトランジスタ４６５の電流比が１：２に設定され
ている。

そして、トラ・ンジスタ４６５で引き出された電流は、
第３の電流源としてのトランジスタ４９に供給されてい
る。すなわち、トランジスタ４６２．４６４と等価なト
ランジスタ４６３が設置されており、トランジスタ４６
５にはトランジスタ４６３の２倍の電流が流れ、この電
流によってトランジスタ４９にはトランジスタ４６２．
４６４のベース電流と等しいベース電流が得られる。

ここで、トランジスタ４６３側からトランジスタ４０３
に流れる電流を１４、トランジスタ４６２側からトラン
ジスタ４０２に流れる電流をＩｆ、トランジスタ４６５
からトランジスタ４９に流れる電流を１．、誤差電流を
Ｉｈ、トランジスタ４６４からトランジスタ４０４側に
流れる電流を■４、トランジスタ４６２のベース電流を
ＩＩＩ、トランジスタ４６４のベース電流をＩ、２とす
ると、電流ミラー回路４６Ａでは、カレントミラー効果
により、電流！、は、 Ｉｒ＝Ｌ、＋１゜＋ＩｊζＩ、　　　・・・（１）とな
り、式（１）において、ベース電流、（１＋＋＋　Ｉｓ
ｇ）がオフセットの原因であるので、このベース電流（
■□＋１０）を相殺するための補正電流！１を形成する
。

このため、トランジスタ４６２．４６３は等価であり、
トランジスタ４６３に対するトランジスタ４６５の電流
比を１：２、トランジスタ４６２に対するトランジスタ
４６４の電流比をｌ：ｌとすると、Ｉ、＝Ｉｆ　、１．
　′、２　Ｉａ　、Ｉｆ　′、Ｉ。

から、 ■、ζＬ＋Ｉｊ　　　　　　・・　・（２）となる、。

各トランジスタ４６２．４６３．４６４の電流増幅率を
βとすると、 Ｉｈ＝　　　　　　　　　　　　・・・（３）β から、 Ｉｈ　ζＩ□＋Ｉｌ！　　　　　　　・　・　・（５）
となり、補正電流Ｉ、は、電流ミラー回路４６Ａによっ
て生じる誤差電流であるベース電流（ＩＩｌｌ＋ｌ１ｌ
ｚ）と等しくなる。

したがって、トランジスタ４６５のコレクタから流れる
電流■、によって、電流ミラー回路４６Ａの誤差電流で
あるトランジスタ４６２．４６４のベース電流と等しい
補正電流■、が、トランジスタ４６２．４６４からトラ
ンジスタ４０２側に流出したベース電流（■□＋Ｉ□）
を補償する電流としてトランジスタ４０４側から引き出
される。この結果、電流ミラー回路４６Ａに生じた電流
誤差が相殺され、誤差電流分を含まない純粋な振幅調整
出力としての出力信号■ｊが、出力端子８から取り出さ
れる。

次に、第３図は、この発明の利得可変増幅器の第３実施
例を示す。

この実施例の利得可変増幅器では、第１の差動増幅器４
０Ａに対応して第２の差動増幅器４０Ｂが設置されてい
るとともに、第１の電流源４５ａに対応して第２の電流
源４５ｂ、第１の電流ミラー回路４６Ａに対して第２の
電流ミラー回路４６Ｂが設置されている。

電流ミラー回路４６Ｂのトランジスタ４６３に対するト
ランジスタ４６５の電流比が１：３に設定され、トラン
ジスタ４６５に流れる電流が電流源としてのトランジス
タ４９に供給されている。

そして、トランジスタ４９で得られたベース電流を電流
ミラー回路４６Ａのトランジスタ４６２からなるダイオ
ード側から引き込むために第３の電流ミラー回路４６Ｃ
が設置されている。電流ミラー回路４６Ｃは、トランジ
スタ４６６．４６７を以て構成され、トランジスタ４９
で得られたベース電流力トランジスタ４６６．４６７の
電流ミラー効果によってトランジスタ４６２からトラン
ジスタ４６７側に引き込まれ、接地側に放流されている
。

ところで、電流補正動作において、トランジスタ４９．
４６２．４６３．４６４．４６５のＰ、ＮＰ型トランジ
スタの電流増幅率ｈｆｔａをβ、トランジスタ４０２．
４０３．４０４．４０５．４６６．４６７のＮＰＮ型ト
ランジスタの電流増幅率ｈｅｍをβＮとし、また、トラ
ンジスタ４６３に流れる電流を、１．、ｌ−ランジスタ
４６５に流れる電流を１２、トランジスタ４９に流れる
電流をＩ３、トランジスタ４９のベース電流を１４、ト
ランジスタ４６６のベースに流れる電流を１３、トラン
ジスタ４６７に流れる補正電流を■１、トランジスタ４
６２に流れる電流をＩｌ、トランジスタ４６４に流れる
電流を１８、トランジスタ４０２に流れる電流をＩ７、
出力端子８側から差動増幅器４０Ａ側に流れ込む誤差電
流をＬとすると、トランジスタ４６３．４６５の電流比
をｌ：２とするとき、各電流ＩＩ、Ｉｔ、１．．１．、
Ｉ。

および■８には、 の関係が成立し、 式（９）を変形し、 式（９）、 ０ωから、 β＋２ となり、式（７）、（８）から、 ■２ ＝β ・（７） ・　・　・θり となる。ここで、（１／β）・Ｉ６ζ０とすると、１１
＝Ｉｔと近似できるので、補正電流Ｉ６は、１台 β−１ となり、電流Ｉ、は、 Ｉｑ＝Ｉｔ　　　Ｉ６ となる。

また、たとえば、ＮＰＮ型トランジスタの電流増幅率ｈ
ｆａ＝β８＝６０、ＰＮＰ型トランジスタの電流増幅率
り、。＝β＝３５、Ｉ、＝１２０μＡとして差電流Ｉ、
を算出すると、式０５）から、・　・　・圓 となる。

式０１）、０りから、誤差電流■１と補正電流Ｉ６の差
電流Ｉ、、は、 １、−Ｉｔ　　　Ｉｓ　　　ｌ６ ＝３．３μＡ となり、電力増幅器２の出力信号Ｖ０側に生じるオフセ
ットの換算（出力オフセット換算）では、２６７ｍＶと
なる。

ココテ、β、　＝１２０　、Ｂ　＝７０、（、＝　１２
０．１７Ａとすると、弐〇５）から、 ・　・　・０５） となり、Ｉｑ、Ｌの差は（１／β）・■、程度＝１．６
８μＡ となり、出力オフセット換算では、−１３６ｍＶとなる
。

これらの値から明らかなように、誤差が補正できないこ
とが判る。誤差が大きい原因は、式０５）におけるβＮ
β２の項があるためである。これを打ち消すためには、
弐〇２１と弐０＄の第３式から、電流ミラー回路４６Ｂ
のトランジスタ４６３．４６５の電流比をｌ：３にすれ
ばよいことが判る。

そこで、トランジスタ４６３．４６５の電流比を１：３
にすると、 ■、　β＋４ Ｉｔ　　３β−３ であるから、弐αωと同様に、 １　？　　−１８−夏　。

β−３５、Ｉｚ　＝　１２０μＡのとき、Ｉ、＝０．１
ｔｌＡ、出力オフセット換算で−８，１ｍＶとなる。し
たがって、オフセットを確実に補正するには、トランジ
スタ４６６．４６７の電流比を１：１に設定し、これを
基準にして電流能力をトランジスタ４６３．４６２．４
６４を２倍、トランジスタ４０２．４０３．４０４．４
０５を３倍、また、トランジスタ４６５を６倍に設定す
ればよい。

そして、弐０５）において、（１／β）・Ｉ、を無視し
ないときの差電流１．は、トランジスタ４６３．４６５
の電流比をｌ：ｎとすると、差電流１１は、 １、ｆｉ ・　・　・０ω となる。

たとえば、βｓ　”　１２０、β＝７０ＳＩ　７＝　１
２０μＡのとき、Ｉ、＝０．０３μＡ、出力オフセット
換算で−２，４ｍＶとなり、最悪条件である８ｍ　＝６
０−（β、＋２）β”＋（ｎ＋３）（β工＋２）β’＋
２（ｎ＋１）（β９＋２）β・　・　・ａｌ となり、ｎ＝３の場合、分子のβ”ｓ８の項が無くなる
ので、 となる。

したがって、トランジスタ４６５から供給されたコレク
タ電流に基づき、電流ミラー回路４６Ａの誤差電流であ
るトランジスタ４６２．４６４のベース電流と等しい補
正電流Ｉ、が、トランジスタ４９で求められ、電流ミラ
ー回路４６Ｃを通じてトランジスタ４６７に引き込まれ
て接地側に放流されるので、電流ミラー回路４６Ａに生
じた電流誤差が相殺され、誤差電流分を含まない純粋な
振幅調整出力としての出力信号■ｊが、出力端子８から
取り出される。

なお、実施例では、オーディオ増幅を例に取って説明し
たが、この発明は、オーディオ増幅以外のアナログ信号
の増幅に用いることができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、差動増幅器に設置された電流ミラー
回路の電流誤差を抑制でき、オフセットを無視できる程
度に軽減でき、特に、トランジスタの電流増幅率の大小
による影響を受けることなく、オフセットを軽減でき、
しかも、ＩＣで容易に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の利得可変増幅器の第１実施例を示す
回路図、第２図はこの発明の利得可変増幅器の第２実施
例を示す回路図、第３図はこの発明の利得可変増幅器の
第３実施例を示す回路図、第４図は従来の利得可変増幅
器を用いた増幅回路を示す回路図、第５図は従来の利得
可変増幅器を示す回路図である。 ４０・・・差動増幅器 ４０Ａ・・・第１の差動増幅器 ４０Ｂ・・・第２の差動増幅器 ４５Ａ、４５ａ・・・第１の電流源 ４５Ｂ、４５ｂ・・・第２の電流源 ４６Ａ・・・第１の電流ミラー回路 ４６Ｂ・・・第２の電流ミラー回路 ４６Ｃ・・・第３の電流ミラー回路 トランジスタ （第３の電流源） 第 図 （従来例）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の電流ミラー回路を負荷とし、第１の電流源に
   よる動作電流に応じて増幅利得が可変可能な差動増幅器
   と、 第１の電流源に対応して設置され、前記動作電流に対応
   して出力電流が加減される第２の電流源と、 第２の電流源に生じた電流に基づく電流を第１の電流ミ
   ラー回路のダイオード側から引き込むことにより、第１
   の電流ミラー回路の電流誤差を第２の電流源の電流に基
   づいて相殺する第２の電流ミラー回路とを備えた利得可
   変増幅器。 ２、第１の電流ミラー回路を負荷とし、第１の電流源に
   よる動作電流に応じて増幅利得が可変可能な第１の差動
   増幅器と、 第１の電流源に対応して設置された第２の電流源による
   動作電流が加減可能にされ、第１の差動増幅器と共通の
   入力関係を持つ第２の差動増幅器と、 第１の電流ミラー回路に対応して設けられ、第２の差動
   増幅器によって得られた電流を取り出す第２の電流ミラ
   ー回路と、 第２の電流ミラー回路によって得られた前記電流から第
   １の電流ミラー回路の電流誤差に対応した電流を生じさ
   せ、第１の差動増幅器の出力側に供給する第３の電流源
   とを備えた利得可変増幅器。 ３、前記第３の電流源に生じさせた電流を、前記第１の
   差動増幅器の出力側への供給に代え、前記第１の電流ミ
   ラー回路のダイオード側から引き込む第３の電流ミラー
   回路を設置した請求項２記載の利得可変増幅器。