JPH0353604A - トランジスタ増幅器 - 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】 〔概　要〕 光通信システム等の光信号受信部集積回路において、光
信号から変換された電気信号を増幅するようにしたトラ
ンジスタ増幅器に関し、利得を制御することを目的とし
、 ベース接地された第１のトランジスタと、エミッタが第
１のトランジスタのエミッタに接続された第２のトラン
ジスタと、第ｌのトランジスタのコレクタに接続された
抵抗器と、２つのトランジスタのエミッタに接続され、
バイアス電流を流す電流源とを備え、２つのトランジス
タのエミッタを入力端子とし、第１のトランジスタのコ
レクタを出力端子とし、第２のトランジスタのベースを
制御端子とするように構或する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光通信システム等の光信号受信部集積回路に
おいて、光信号から変換された電気信号を増幅するよう
にしたトランジスタ増幅器に関するものである。

近年のデータ通信，画像通信といったサービスの多様化
により、幹線系光通信システムには、より高速化，長距
離化が要求されている。光中継器や端局における光信号
受信部集積回路は、長距離伝送された後の光信号を電気
信号に変換した後、等化増幅，ｍ別を行う機能を有する
。ところで、光ファイバによって伝送された光信号は、
伝送線路．光信号送信部の経年劣化などの要因で振幅が
異なるが、光信号受信部では、入力振幅の大小によらず
、一定の等化出力振幅の出力を出力することが要求され
ている。

〔従来の技術〕

従来、光信号入力振幅の変動に対して一定の等化出力振
幅を出力するには、等化増幅部出力からのフィードバッ
クによって、 ■受光素子の増倍率を制御する． ■後段に自動利得制御回路（以後ＡＧＣ回路と称する）
を設け、その利得を制御する。

という２つの方式によって、あるいはそれらを組み合わ
せた方式によって対処していた。

第６図に、従来例の構或を示す。図において、６１１は
アバランシェ・ホト・ダイオード（ＡＰＤ）等の受光素
子を、６２１はプリアンプ回路を、６３１はＡＧＣ回路
を、６４１はアンプ回路を、６５１はスイッチをそれぞ
れ示している。

入力される光信号が受光素子６１１に′よって電気信号
に変換され、この電気信号をプリアンプ回路６２１によ
って増幅する。ブリアンプ回路６２１の出力は、ＡＧＣ
回路６３１を介してアンプ回路６４１に人力され、増幅
された後出力される。

また、フィードバックループがこのアンプ回路６４１の
出力端と受光素子６１１あるいはＡＧＣ回路６３１との
間にスインチ６５１を介して形成されており、受光素子
６１１の増倍率あるいはＡＧＣ回路６３１の利得がフィ
ードバック制御される。

このような構成によって、受光素子６１１に入射される
光信号の強度が経年劣化しても、常に一定の出力振幅を
アンプ回路６４１から出力することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した受光素子６１１の増倍率を制御する
方式にあっては、増倍率によって小信号利得周波数特性
が変化してしまうという欠点があった。そのため、入力
信号の振幅によって出力信号波形が異なることになり、
等化出力が得られなくなってしまう。

また、ＡＧＣ回路６３１の利得を制御する方式にあって
は、大振幅の光信号に応じたブリアンプ回路６２１の出
力がＡＧＣ回路６３１に入力されるため、ＡＧＣ回路６
２１が線形動作を行うように入力信号の振幅が制限され
、充分なダイナξツクレンジが確保できないという欠点
があった。

これらの欠点は、受光素子６１１の増倍率あるいはＡＧ
Ｃ回路６３１の利得を制御しているために生じるもので
あり、直接利得を制御することが可能なプリアンプ回路
が望まれていた。

本発明は、このような点にかんがみて創作されたもので
あり、利得を制御することができるトランジスタ増幅器
（プリアンプ回路）を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明のトランジスタ増幅器の原理図である
。

図において、本発明のトランジスタ増幅器は、べ−ス接
地された第１のトランジスタ１１１と、工Ｑ７夕が第１
のトランジスタ１１１のエミッタに接続された第２のト
ランジスタ１２１と、第１のトランジスタ１１１のコレ
クタに接続された抵抗器１３１と、２つのトランジスタ
１１１，１２１の工ξツタに接続され、バイアス電流を
流す電流源１４１とを備え、２つのトランジスタ１ｌ１
，１２１の工ξツタを入力端子とし、第１のトランジス
タ１１１のコレクタを出力端子とし、第２のトランジス
タ１２１のベースを制御端子とするように構威されてい
る。

〔作　用〕

２つのトランジスタ１１１，１２１のエミッタ電流と、
入力端子に入力される電流（人力信号）との合計が、電
流源１４１に流れる。また、２つのトランジスタ１１１
，１２１の各工ξツタ電流は、それぞれのベース電圧に
よって相対的に決定される。

従って、第２トランジスタ１２１のベース電圧が所定の
値であるときに、入力信号の電流変化に応じて第１のト
ランジスタ１１１のエミッタ電流が変化し、この電流変
化に応じた電圧変化が出力として取り出される。

また、第２のトランジスタ１２１のベース電圧を変える
ことにより、２つのトランジスタ１１１，１２１の工く
ツタ電流全体に占める第１のトランジスタ１１１のエミ
ッタ電流の割合が変化する。

本発明にあっては、ベース接地された第１のトランジス
タ１１１とエミッタを共通にする第２のトランジスタ１
２１のベース電圧を変化させて、第１のトランジスタ１
１１に流れる工くツタ電流を制御し、抵抗器１３１に流
れる電流を制御することによって、利得の制御が行われ
る。

例えば、第１図のトランジスタ増幅器の出力端子の電圧
を■ｏｕ丁、入力端子に入力される電流を■．，１とす
ると、利得ＺＴは、 で表される。ここでＲ，は抵抗器１３１の抵抗値である
。また、電流源１４１に流れる電流を■。

とした場合に、第１のトランジスタ１１１．第２のトラ
ンジスタ１２１のそれぞれについて以下の関係が成り立
つ。

ここで、 Ｉｓはトランジスタの逆方向飽和電流、■Ｔは熱電圧（
＝ｋＴ／ｑ）、Ｖｌ　は第１のトランジスタ１１１のベ
ースの電位、■２は２つのトランジスタ１１１，１２１
のエミッタの電位である。

（２），　（３）式よりＸを求めると、１ となる。従って、（４）式を（１）式に代入することに
より、利得Ｚ，は、 となる。このように、トランジスタ１２１のベース電圧
Ｖ　ＣＮＴＬを制御することで、利得制御が可能となる
。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説
明する。

第２図は、本発明の一実施例におけるトランジスタ増幅
器の回路を示す。

第２図において、本発明実施例のトランジスタ増幅器は
、３つのトランジスタ２１１，２２１，２５１　（ＮＰ
Ｎ型のトランジスタとする）と、３つの抵抗器２２３，
２３１，２４１と、２つの電池２１３，２５３とを備え
ている。

トランジスタ２５１のベースは電池２５３を介して（ベ
ース側が正極に対応）第ｌの電源端子（電源電圧Ｖｃｃ
）に、工旦ツタは抵抗器２４１を介して第２の電源端子
（電源電圧ＶＥＥ）にそれぞれ接続されている。また、
このトランジスタ２５１の工旦ツタは入力端子に接続さ
れている。

トランジスタ２１１のベースは電池２１３を介して（ベ
ース側が正極に対応）第１の電源端子に、エミッタはト
ランジスタ２５１のコレクタに、コレクタは抵抗器２３
１を介して第１の電源端子にそれぞれ接続されている。

また、このトランジスタ２１１のコレクタは出力端子に
接続されている。

トランジスタ２２１のベースは制御端子に、エくツタは
抵抗器２２３を介してトランジスタ２５１のコレクタに
、コレクタは第ｌの電源端子にそれぞれ接続されている
。

このような構或を有するトランジスタ増幅器において、
抵抗器２４１は電流源として作用するものであり、ベー
ス接地されたトランジスタ２５１はこのトランジスタ増
幅器の入力インピーダンスを低くするためのものである
。また、抵抗器２３１は負荷抵抗として作用し、抵抗器
２２３は利得低下時の雑音の増大を抑制するためのエミ
ッタ抵抗である。

また、２６１はエミッタホロヮ回路である。エミッタホ
ロワ回路２６１によって出力端子から出力される電圧の
レベル変換を行い、後段の回路に供給する。

第２図に示したトランジスタ増幅器では、制御端子に入
力するトランジスタ２２１のベース電圧を制御すること
により、２つのトランジスタ２１１，２２１の各工ξツ
タ電流の割合が、すなわちトランジスタ２１１のエミッ
タ電流が制御される。

換言すれば、出力端子の電圧と人力端子に供給される電
流との比で表されるこのトランジスタ増幅器の利得が制
御される。

従って、トランジスタ増幅器の利得が制御可能になるこ
とにより、例えば第６図に示した構成において、フィー
ドバックルーブをプリアンプ回路６２１に直接接続する
ことが可能になる。その結果、受光素子６１１の増倍率
を固定化することによって小信号利得周波数特性が安定
する。また、ＡＧＣ回路６３１の人力を制御することが
できるのでＡＧＣ回路６３１の非線形動作を回避して、
広いダイナＳツクレンジを確保することができる。

第３図に、第２図に示したトランジスタ増幅器について
、回路シミュレータＳＰＩＣＥを用いてシミュレーショ
ンした結果を示す。同図（ａ）は利得に相当するトラン
スインピーダンスと周波数の関係を、同図（ｂ）に入力
インピーダンスと周波数の関係を、同図（ｃ）に人力換
算雑音電流密度と周波数の関係をそれぞれ示している。

また、同図に示した３本の特性曲線Ａ，Ｂ，Ｃは、制御
端子の電圧を制御することにより変化するそれぞれの特
性に対応している。

このように、制御端子の電圧を変えることでトランスイ
ンピーダンスが制御され、しかもトランスインピーダン
スの周波数特性はほぼ同じ傾向となる。人力インピーダ
ンスは、トランスインピーダンスによらず安定している
。また、入力換算雑音電流密度はトランスインピーダン
スの変化に応して変化するが、これらの変化の度合いは
トランスインピーダンスと同程度となる。

また、第４図，第５図に別実施例の構戒を示す．第４図
に示したトランジスタ増幅器は、第２図に示した抵抗器
２２３を、トランジスタ２１１のエミッタ抵抗として作
用する抵抗器２２５に置き換えたものであり、第２図の
トランジスタ増幅器と同様に利得低下時の雑音の増大を
抑制することができる。

また、第５図に示したトランジスタ増幅器は、第２図の
構或に、トランジスタ２１１のエミッタ抵抗として作用
する抵抗器２２５を追加しｋものであり、第２図あるい
は第４図のトランジスタ増幅器と同様に利得低下時の雑
音の増大を抑制することができる。

なお、上述した実施例においては、光信号を電気信号に
変換した後に前置増幅するような場合を考えて、トラン
ジスタ２１１を電池２１３によって高周波的にベース接
地するようにしたが、高周波領域で使用しない場合は、
他のベース接地方法でもよい。

また、実施例のトランジスタ増幅器は、光信号の受信部
のみならず、他の用途の前置増幅にも使用することがで
きる。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、ベース接地された第
１のトランジスタとエミッタを共通にする第２のトラン
ジスタのベース電圧を変化させて、第１のトランジスタ
に流れるエミッタ電流を制御し、抵抗器に流れる電流を
制御することによって、トランジスタ増幅器の利得を制
御することができるので、実用的には極めて有用である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトランジスタ増幅器の原理図、第２図
は本発明の一実施例によるトランジスタ増幅器の回路図
、 第３図は一実施例の周波数特性の説明図、第４図は別実
施例の回路図、 第５図は別実施例の回路図、 第６図は従来例の構威図である。 図において、 １１１は第１のトランジスタ、 １２１は第２のトランジスタ、 １３１は抵抗器、 １４１は電流源、 ２１１，２２１，２５１はトランジスタ、２２３　　２
２５，２３１，２４１は抵抗器、２１３．２５３は電池
、 ２６１は工旦ツタホロワ回路である。 ！−も哨の片．毘閏 第１図 デ　１庇乞　１ク・１ｏ　しつ亨ｈａコ第２図 ３ｉ　　’ｉ＜　　ｈ’ｃ　　ノ夕’Ｊ　＠　　Ｏ　ｇ
６　　Ｏ第４図 薊涙枚（Ｇ　ＨＺ） （ａ） １，引乱１１−（ＧＨｚ） ０．１ 困亀軌（ＧＨｚ） （Ｃ） １００ ？ルＦＬイタ■Ｊ　（７１　ｌｌｆｆｉｆｄ乏』！ヤ｛
づ二。１乗，田αつ第３図 ５・１１（１−うヲ割四σフ（三〕ｉじ７＠第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベース接地された第１のトランジスタ（１１１）
   と、 エミッタが前記第１のトランジスタ（１１１）のエミッ
   タに接続された第２のトランジスタ（１２１）と、 前記第１のトランジスタ（１１１）のコレクタに接続さ
   れた抵抗器（１３１）と、 前記２つのトランジスタ（１１１、１２１）のエミッタ
   に接続され、バイアス電流を流す電流源（１４１）と、 を備え、前記２つのトランジスタ（１１１、１２１）の
   エミッタを入力端子とし、前記第１のトランジスタ（１
   １１）のコレクタを出力端子とし、前記第２のトランジ
   スタ（１２１）のベースを制御端子とするように構成し
   たことを特徴とするトランジスタ増幅器。