JPH03154508A - 増幅器回路 - Google Patents

増幅器回路

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JPH03154508A
JPH03154508A JP2247681A JP24768190A JPH03154508A JP H03154508 A JPH03154508 A JP H03154508A JP 2247681 A JP2247681 A JP 2247681A JP 24768190 A JP24768190 A JP 24768190A JP H03154508 A JPH03154508 A JP H03154508A
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
    • H03F1/0261Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers with control of the polarisation voltage or current, e.g. gliding Class A

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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】 A、産業上の利用分野 本発明は、一般に増幅器に関するものであり、具体的に
は増幅器の動作特性を改良するデバイスおよび技法に関
するものである。
B、従来の技術 トランジスタ増幅器は各種の電子機器に広く使用されて
いる。増幅器の設計において基本的な相反する要素は、
電力消費量と性能である。代表的なトランジスタ増幅器
は、入力信号を受け取る少なくとも1つの入力段、1つ
または複数の中間段、および負荷回路に入力信号を供給
する少なくとも1つの出力段を存する。増幅器の電力は
その増幅器に接続された電源から供給される。
増幅器の出力段はしばしば、大信号動作領域と呼ばれる
範囲で動作する。この動作領域では、信号または負荷電
流が、静止電流またはバイアス電流と同程度の大きさで
ある。増幅器がこの大信号モードで動作している場合、
その特性の多くが信号レベルの関数として変動する。た
とえば、動作電流に伴って変動する重要な性能特性には
、出力インピーダンス、帯域幅および直線性が含まれる
上記の問題はいくつかのタイプの増幅器構成で発生する
が、その影響は共通エミッタ・フォロワ構成で顕著であ
るので、この構成を用いてこの問題を例示する。第3図
は、A級モードで動作する従来技術のエミッタ・フォロ
ワ増幅器の電気的概略図を示す。出力電圧(vO)が最
大限まで上昇する時、トランジスタのエミッタ電流(I
e)は11−max+I。である。出力電圧がOボルト
に向かって下降する時、ILは減少し、Qo 1のエミ
ッタ電流はIQに近づく。出力電圧が負になると、負荷
電流(I、)は負になり、Qo 1のエミッタ電流は0
に向かって減少する。
この大信号動作の結果、Qo 1のコレクタ電流が工。
+I LwaxからOまで変化する。トランジスタ特性
の多くはコレクタ電流の関数であるため、この増幅器の
性能は信号レベルに伴って大きく変動し、したがって非
線形である。
従来技術は、増幅器の非線形性を補償するいくつかの技
法を提供してきた。自明な技法の1つは、IQが増加し
て、11.の変動に打ち勝つようにするものである。こ
の技法は電力消費量を犠牲にして直線性を改善する。
増幅器の非線形特性を改善するために使用される従来技
術のもう1つの技法が負帰還である。この技法はその所
期の目的に対しては良好に動作するものの、増幅器の動
作に悪影響を与えるという欠点を有する。負帰還の性能
改善能力は、安定性の制限のみならず、得られる余剰利
得の量によっても制限されている。帰還の大信号性能改
善能力は、帰還ループ内の誤差訂正回路のダイナミック
・レンジによっても制限されている。
カスコード構成は、増幅器の非線形特性を改善するため
に使用されるもう1つの従来技術の技法である。カスコ
ード回路構成は、主増幅トランジスタを定電圧動作状態
に保つトランジスタを追加することによって増幅器の性
能を向上させるのに広く使用されている。この技法を使
って、電圧利得増幅器の帯域幅を広げ、直線性を改善す
ることができる。しかし、カスコード技法(ま、電流f
il <得のみの増幅器への適用が制限されてb)る。
また、カスコード回路は、追加のカスコード・デノ(イ
スに必要な電圧低下により、信号振幅が減少する。
仁発明が解決しようとする課題 本発明の主目的は、大信号モード動作中シこ直線動作範
囲で機能する、改良された増幅器をtEHIt−するこ
とである。
01課題を解決するための手段 本発明の教示による増幅器の性能は、電IM、不111
尋構成で使用されるトランジスタの)くイアスミ流を動
的に変化させることによって改良される。この技法は、
入力インピーダンス、帯域幅、直線性など多くの特性を
改良する。より重要なことζこ、これらの改良は、負帰
還またはカスコード構成の;ムリ限を伴わずに達成され
る。これらの改善it供給電流の増加を伴わずに達成さ
れるため、この技法もマ性能と電力消費のトレードオフ
にお0て著し0改善をもたらす。以下に詳細に説明する
この技法1ま、多くの異なる形式の増幅器構成に適用可
能であり、また、性能をさらに改善するために、負帰還
またはカスコード構成に追加して使用することもできる
ことに留意されたい。
この改良された増幅器は、入力信号(V I N )と
負荷2.との関数であるバイアス電流(IQ)を提供す
る回路配置を含む。工。、V 、 、およびZLの間の
関係を数式で表現すると工。” f (VIN、 ZL
)となる。別の表現をすると、Ic1=(Ie−AVI
N/ZL)である。但し、IQはバイアス電流を表し、
Ieは電圧フォロワ構成のデノくイス中のエミッタ電流
を表し、Aは増幅器の利得を表し、VINは入力信号を
表し、zLは負荷インピーダンスである。
特定の構成において、この改良された増幅器は1対の差
動トランジスタから形成される差動段を含む。エミッタ
・フォロワ・トランジスタがこの差動段に接続される。
電流源が差動トランジスタ対のエミッタ端子を負電源レ
ールに相互接続する。
もう1つのエミッタ・フォロワ・トランジスタもこの差
動段に接続される。増幅器が駆動する負荷のインピーダ
ンス特性に類似したインピーダンス特性を有する負荷回
路が、前記の第2のエミー/夕・フォロワのエミッタ電
極に接続される。その結果、バイアス電流I0が発生し
、電流ミラー回路によってエミッタ・フォロワ・トラン
ジスタに結合される。本発明の前述の特徴および利点は
、添付の図面により完全に記載されている。
E、実施例 第1図は、本発明の教示による回路の電気的概略図であ
る。この回路は、電流源12と負荷手段14とに接続さ
れた増幅器10を含む。電源が増幅器に接続され、これ
に電力を供給する。増幅器は、入力信号VINを受け取
る入力端子と出力電圧Voを供給する出力端子を存する
。増幅器10は出力段に結合された複数の入力段を含む
ことができる。この出力段は、エミッタ・フォロワ構成
で配置されたデバイス20によって表されている。
好ましい実施例では、デバイス20はトランジスタであ
る。本発明は、異なる構成の出力段を有する増幅器にも
適用可能であることに留意されたい。
すなわち、前記のエミッタ・フォロワ構成は単に本発明
を例示するものにすぎず、本発明の範囲を限定するもの
と解釈されるべきものではない。
さらに第1図を参照すると、可変バイアス電流にとって
重要なのは、負荷電流(IL)が変動する際に前記トラ
ンジスタのエミッタ電流(Ie)およびコレクタ電流が
一定またはほぼ一定に保たれるように、バイアス電流I
Qを信号レベルの関数にすることである。この関係を表
す数式はIQ” f (VIN−ZL)である。但し、
IQはバイアス電流を表し、VINは入力信号を表し、
ZLは負荷を表す。この数式はより正確には工。=Ie
−AVuv/Zt、で表すことができる。但し、Iaは
バイアス電流を表し、工eはエミッタ電流を表し、Aは
増幅器の利得を表し、VINは入力信号を表し、ZLは
負荷インピーダンスを表す。
第2図は、本発明の教示による増幅器の詳細な回路配置
を示す。この回路配置は、番号22で表されるある増幅
器の最後の2段、増幅器にバイアスを与える回路配置2
4、および出力負荷回路18を含む。前述のように、I
OはVINと出力負荷18との関数になっており、増幅
器を通る電流を一定にする。増幅器22は、回路部品2
8.30、RおよびR′から形成される差動段を含む。
定電流源29が、差動段を負電源レールと相互接続する
。差動段は、NPN)ランジスタQ1から形成される出
力段に結合される。トランジスタQ1はエミッタ・フォ
ロワ構成になっている。前述のように、このエミッタ・
フォロワ構成はあくまで例示的なものにすぎず、本発明
の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の形式の構
成を使用することもできる。
さらに第2図を参照すると Rl とRの値は、設計し
ようとする増幅器の種類に基づいて選択される。適当な
値を選択することは当技術分野の通常の技量の範囲内に
含まれるので、特定の値は示さない。本発明の好ましい
実施例では、R゛=R/2である。もちろん、本発明の
趣旨および範囲から逸脱することなく、R′とRの比を
変更することは、当技術分野の技量の範囲内に含まれる
第2図を見るとわかるように、差動増幅器は入力信号v
1..を受け取り、それを増幅してデバイスQ1のベー
ス」二に車端信号V1として供給する。これと同時に、
Vlの負位相の半分がV’lに与えられる。この関係を
表す数式はV’ +=V+/2で表される。後で説明す
るように、VlはQlによって緩衝され、負荷18を駆
動するための電流に変換される。また V 11は回路
配置24によって処理され、Qlにバイアスを与える電
流■。を発生する。
さらに第2図を参照すると、回路配置24はデバイスQ
3およびQ4によって形成される電流ミラー回路、エミ
ッタ・フォロワ構成で結合されたデバイスQ2、および
RC回路配置32を含む。
RC回路配置32は、等価な負荷回路18のおよそ2倍
のインピーダンスを有する。RC回路配置32はQlの
エミッタ回路内でIoとして反映される電流を発生する
。第2図を見るとわかるように、電圧V’lはQ2のベ
ースに供給され、RC回路構成によって電流に変換され
る。この電流がQ3およびQ4によって反転されてQl
のエミッタ端子に流入する。
さらに第2図を参照すると、この改良された増幅器によ
って駆動される負荷回路18は、4個の並列に相互接続
されたトランジスタ26′から形成される高電流回路を
含む。このトランジスタのエミッタ端子は、抵抗R8u
7を介して基準電圧レベル(図示せず)に接続される。
これは接地側に接続されており、トランジスタ26′の
コレクタ電極は電源の正端子に接続されている。前述の
ように、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、
他の形式の負荷回路を設計することもできる。
動作の際には、入力信号VINが差動増幅器の差動入力
に印加される。差動増幅器は極性が逆の電圧V1および
VIIを発生する。VlおよびVl1の電圧は位相外れ
信号であり、V’ +=V+/2である。電圧v1はQ
lを駆動し、Qlは負荷18を駆動する電流■、を発生
する。同様に、電圧V”はエミッタ・フォロワQ2を駆
動し、RC回路配置32は電流ミラー回路Q3およびQ
4に電流を供給する。Q4が吸い込む信号変化電流はI
Lと位相が逆である。このため、IQはVIHの所望の
関数となる。この実施例では、Qlの静止電流は、V゛
 での静止電圧と接地電位(−Vb−の2倍)をZt、
で割った商との差によって設定される。但し、2vb、
はQlおよびQ3のベース−エミッタ間電圧を表す。3
2のインピーダンスは、回路18の負荷インピーダンス
の2倍である。
第2図を見るとわかるように、複合出力トランジスタの
入力インピーダンスZLは、抵抗性でありかつ容1性で
ある。したがって、回路配置32は抵抗性の部分と容量
性の部分の両方を有する。
負荷32は増幅器が駆動する出力負荷の特性と等価な特
性をもたなければならないことに留意されたい。また、
バイアス電流I0は定常部分と変動部分とを有すること
にも留意されたい。第2図では工。の定常部分は、コレ
クタ抵抗(RおよびR’)とQ2が駆動する負荷の「比
を選択する」ことによって得られる。
本発明をその好ましい実施例に関して具体的に示し記述
してきたが、当業者には理解されるように、本発明の趣
旨および範囲を逸脱することなく形態および細部に種々
の変更を加えることができる。
F8発明の効果 本発明により、大信号モード動作中に直線動作範囲で機
能する改良された増幅器が提供される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の教示を含む回路の電気的概略図であ
る。 第2図は、本発明の教示による増幅器の電気回路を示す
図である。 第3図は、従来技術のA級動作エミッタ・フォロワ増幅
器を示す図である。この図は本発明で矯正する問題を理
解する助けとなる。 10・・・・増幅器、12・・・・電流源、14・・・
・負荷手段、18・・・・出力負荷回路、24・・・・
バイアス回路、29・・・・定電流源、32・・・・R
C回路。 電源 正電源 負電源 第3図

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)信号を受け取り増幅する第1回路手段と、前記第
    1回路手段に接続された負荷回路と、前記第1回路手段
    に結合され、I_Qは前記第1回路手段のバイアス電流
    を表し、I_Oは前記第1回路手段の出力段に流入する
    電流を表し、Aは前記第1回路手段の利得を表し、Z_
    Lは負荷回路のインピーダンスを表し、V_I_Nは信
    号を表すものとして、 I_Q=I_O−AV_I_N/Z_L なる電流を発生する第2回路手段と、 を含む増幅器回路。
  2. (2)前記増幅器回路に接続された電力供給用の電源を
    含む、請求項(1)に記載の回路配置。
  3. (3)前記第1回路が、 信号を受け取ってそれから差動電圧対を発生する差動増
    幅器と、 前記差動増幅器に接続されたエミッタ・フォロワ・デバ
    イスと を含む請求項(1)に記載の回路。
  4. (4)負荷回路が、各トランジスタが共通の接続点に接
    続された、エミッタ電極と電源に接続されたコレクタ電
    極とを有する、並列に接続された複数のトランジスタを
    含むことを特徴とする、請求項(1)または(2)に記
    載の増幅器回路。
  5. (5)差動構成で接続された1対のデバイスから形成さ
    れる差動段と、前記差動段に結合された出力デバイスと
    を含む、信号を受け取り増幅する第1回路手段と、 前記差動デバイス対に結合された電流源と、前記出力デ
    バイスに結合された出力負荷回路手段と、 前記差動段が供給する差動電圧に応答して、出力負荷電
    流が変動した場合でも前記出力デバイス内を流れる電流
    をほぼ一定に保つように変化する電流信号をそれから発
    生する、前記差動段に結合された入力負荷回路手段と、 前記出力デバイスと入力負荷回路手段との間に接続され
    た、前記電流信号を反転するための回路手段と を含む増幅器回路。
  6. (6)さらに、前記増幅器回路に電力を供給する電源を
    含む、請求項(5)に記載の改良された増幅器回路。
  7. (7)増幅器にバイアスを与える回路であって、前記増
    幅器の入力段に結合され、基準信号に応答して、I_Q
    はバイアス電流を表し、I_Oは前記増幅器の出力段を
    流れる電流を表し、Aは前記増幅器の利得を表し、V_
    I_Nは入力信号を表し、Z_Lは前記増幅器の出力に
    接続された負荷回路のインピーダンスを表すものとして
    、I_Q=I_O−AV_I_N/Z_Lとなるように
    大きさが変化する制御電流をそれから発生する回路手段
    と、 前記回路手段を前記増幅器の出力段に相互接続する電流
    ミラー回路と を含む増幅器バイアス回路。
JP2247681A 1989-10-31 1990-09-19 増幅器回路 Expired - Lifetime JPH0697725B2 (ja)

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