JPH0374911A - 増幅回路 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、電圧信号をこれに対応する出力信号に増幅す
る増幅回路に係り、特に増幅回路の高周波特性とその増
幅度を任意に変更できるように改良した増幅回路に間す
る。

〈従来の技術〉 第７図は従来から用いられている反転電圧増幅回路の１
例を示す回路図である。

入力電圧■ｌは入力抵抗Ｒ１を介して非反転入力端（＋
）が共通電位点ＣＯＭに接続された演算増幅器Ｑｌの反
転入力端（−〉に印加され、この反転入力＠（−）はさ
らに帰還抵抗Ｒ２を介Ｌ７て出力端に接続されている。

以上の構成により、演算増幅器Ｑｌの出力端には入力電
圧Ｖ□を増幅度ｌ　Ａ　ｌ　＝　Ｒ２／　Ｒ＋で増幅し
た出力電圧Ｖ。が得られる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、以上のような増幅凹路は、演箕増幅器Ｑ
、のゲイン−バンド積をＧＢＷとすると、この増幅回路
の増幅度が一３ｃｉｂになる周波数帯域は、ＧＢＷｘ　
（１／　ｌ　Ａ　ｌ　）となるので２増幅度を大きくし
ようとすると高周波特性が低下することとなり、このＱ
め高周波まで＠幅度を大きく維持しながら増幅しこれを
変更すらことは通常の電圧増幅回路では困難である。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するために、第１の構成手
段として、第１バイアス電流に対して入力電圧に対応す
る第１、第２電流信号に変換してこれ等のコレクタより
出力する１対の第１、第２トランジスタと、所定の第２
バイアス電流に対して第１、第２電流イス杉に対めする
第３、第３電流ｆ１に変換してこれ等のコレクタより出
力する１対の第３、第４トランジスタと、これ等の第３
、第４トランジスタのベースを所定のベース電圧に固定
する１対のバイアス手段と、第１電流信号と第４電流信
ゆどの和の電流を第３電流信号と第４電流信号と出力電
流の和の電流に等しくコピーするカレントミラー手段ヒ
、出力電流を入力端の他端が所定の基準電圧に保持され
た入力端の一端に入力し入力電圧に対応する出力信号に
変換する演算手段とを具備するようにし、 第２の構成手段２二して、この第１の構成手段に加えて
さらに、１対の第１、第２トランジスタのそれぞれのコ
レクタと１対の第３、第４トランジスタのそれぞれのベ
ースとの間に接続されこの第１、第２トランジスタのコ
レクタを所定電位に固定する電位固定手段と、第２バイ
アス電流を１対の第１、第２トランジスタのコｌ／クタ
に分流する分流手段とを具備するようにしたものである
。

く作　用〉 第１バイアス＠流が流された第１、第２ｔ−ランジスタ
のベースに入力電圧が印加されこれに対応する第１、第
２電流信号がそのコｌ／クタに出力される。

また、第２バイアス電流が流された第３、第４トランジ
スタのベースが所定の電位に１対のバイアス手段でそれ
ぞれ固定され、これ等の第３、第４トランジスタのコレ
クタから第１、第２電流信号に対応する第３、第４電流
信号に変換して出力される。

そして、カレントミラー手段はこ九等の第１電流信号と
第４電流信号との和の電流を第３電流ｆ１号と第４電流
信号ε出力電流の和の電流に等しくなるように制御する
。

さらに、この出力電流を入力端のｆｌ！！端が所定の基
準電圧に保持きれた演算手段によりその入力端の一端に
入力）−入力端子に対めする出力信号に変換する。

全体としての増幅度は第１バイアス＄流と第２バイアス
電流の比率に関連して決定されるが、この増幅度を変更
する場合には第２の構成を用いて変更する。

そして、第２の構成の作用としては、第１の槽或の作用
に加えて、さらに電位固定手段を用いて第１、第２トラ
ンジスタのコレクタを所定電位に固定するヒともに、分
流手段を用いて第２バイγス電流を１対の第１、第２ト
ランジスタのコレクタに分流することにより増幅度を変
更する。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。第
１図は本発明の１実施１列の構成を示す回路図である。

入力電圧ｖｉはボルテージフォロワーとして機能する演
算増幅器ＱｌとＱ、のそれぞれ非反転入力＠（＋）に印
加されている。これ等の演算増幅器ＱｌとＱ３の出力端
はそれぞれトランジスタＱａ　、Ｑ５のベースに接続さ
れている。これ等のヱミッタはそれぞれ演算増幅器Ｑｌ
とＱ３の反転入力端（−〉に接続されると共に抵抗Ｒ１
で接続されている。そして、演算増幅器Ｑ２ヒＱ３はそ
れぞれゲインが１の増幅器として機能している。また、
演算増幅器Ｑ２とＱ３のエミッタは一定のバイアス電流
値ＩＡを持つ他端が電源−Ｖｓに接続された定電流源ｃ
ｃｔ　、ＣＣ２の一端にそれぞれ接続されている。

トランジスタＱｅ、Ｑｖはこれ等のエミッタが共通接続
され一定のバイアス電流ＩＱを持つ他端が電源−Ｖａに
接続された定電流源ＣＣ３の一端にそれぞれ接続されて
いる。

トランジスタＱａ、Ｑｓのコレクタは、トランジスタＱ
６、Ｑｔのベースに接続されると共にこれ等のベースの
電位を一定に保持するトランジスタＱ８、Ｑｓのエミッ
タにそれぞれ接続されている。

これ等のトランジスタＱｅ、Ｑｓのベースにはそれぞれ
共通電位点ＣＯＭに対して所定のバイアスをするバイア
ス電源Ｅ、、Ｅ、が接続されている。

これ等のトランジスタ０６〜０ｇ、定電流源ＣＣ３、バ
イアス電源Ｅｌ、Ｒ２などでいわゆるギルバートゲイン
セルＧＧＣを構成している。

トランジスタＱ＋　ａ　、Ｑ＋　、のエミッタ同志は接
続されて電源＋Ｖａに接続され、さらにこれ等のベース
も相互に接続され、またトランジスタＱ、。はそのベー
スとコレクタも接続されてこれ等はいわゆるミラー回路
ＭＲＲを構成している。トランジスタ（ｈ　ｏ　、　Ｑ
ｔ　＋のコレクタはそれぞれトランジスタＱａ、Ｑｓの
コレクタに接続されると共にそれぞれトランジスタＱｙ
、Ｑｇのコレクタにも接続されている。

そして、トランジスタＱ１＋のコレクタは、反転入力端
（−）と出力端が抵抗Ｒ４で接続され非反転入力＠（＋
）がバイアス電源Ｅ３に接続された演算増幅器Ｑｔ２の
反転入力端（−）に接続されている。演算増幅器Ｑｔ２
は電流を出力電圧Ｖ。に変換する電流／電圧変換器とし
て機能している。

次に、以上のように構成された増幅回路の動作について
説明する。

演算増幅器Ｑ２とＱ３とはボルテージフォロワとして動
作しているので、抵抗Ｒ３の両端には入力電圧ｖＬが印
加される。従って、トランジスタＱ４とＱｓのベース電
流を無視すると、抵抗Ｒ３に流れる電流Δ１は Δｉ＝Ｖ、／Ｒ３・・・（１） となる、トランジスタＱ４、Ｑ５のそれぞれのコレクタ
に流れるコレクタ電流１４、Ｉ、はｌ４＝Ｉ＾十Δ１　
　　　　　・・・（２）Ｉ　ａ　＝ＩムーΔＩ　　　　
　　・・・（３）となる、また、トランジスタＱ６〜Ｑ
ｓのベース／エミッタ間の電圧をそれぞれｖｂｅｓ〜Ｖ
ｂｅ９とすると、 Ｖｂｅａ　＋Ｖｂｅａ　＝ｖｂｅ、＋Ｖｂｅ５・・・（
４〉 の関係があるので、これ等のベース電流を無視し、エミ
ッタ電流、逆方向飽和電流をそれぞれＩＥ、１、として
Ｖ　ｂ　ｅ　”　ｉ　ｎ　（Ｉ　Ｅ　／　Ｉ　ｓ　）な
る関係を用い、さらにトランジスタＱａ、Ｑｖのコレク
タに流れるコレクタ電流をＸ、、Ｉ、とすれば、１、Ｉ
、＝Ｉ、Ｉ、　　　　　　・・・（５）となる、また、 Ｉａ＝ｌｓ＋＋１７　　　　　・・・（６）の関係があ
るので、（２〉、（３）、（５）、（６）式を用いて、 １６＝（ＩＥＩ／２１＾）Ｉ５ ＝（Ｉｓ／２Ｉ＾）（ＩＡ−Δｌ）・・・（７）Ｉｖ　
＝　（Ｉｓ　／２　ＩＡ　）　ｌ４＝（Ｉｓ／２Ｉ＊　
）（Ｉ＾十Δｌ）・・・（８）となる、Ｑ＋ｏ、Ｑｔ＋
はカレントミラー回路であるので、ベース電流を無視す
るとこれ等のコレクタ電流１１０、Ｉｌｌは等しい、こ
のため、演算増幅器Ｑｔ２の入力端に流れ込む出力電流
をＩＯとすれば、 １４＋Ｉｖ　＝Ｉｓ　＋Ｉｓ＋　＋Ｉｏ　　　・・・（
９）の関係がある。そこで、（１）〜（３）式、（７）
（８）式を（９）式に代入すると Ｉ　ｏ　＝　［（Ｉ　ｎ　／　Ｉ　Ａ　）　＋　２　］
Δ１”　［（Ｉａ　／ＩＡ　）＋２１　　（Ｖｔ　／Ｒ
３）・・・（１０） となる、つまり、入力電圧ｖＬに対応する電流Δ１に対
する出力電流の電流利得Ｇ１は Ｇ＋　＝　［（Ｉｎ／Ｉａ　）＋２］・・・（１１）と
なる。

従って、出力電圧ＶＯは Ｖｏ＝１．Ｒ。

−［（Ｉ　ａ　／　ＩＡ）　＋２］　（Ｖ、Ｒ４／Ｒ３
）・・・（１２） となる。

さらに、最終的にはこの増幅回路の増幅度はＲ４／Ｒ３
またはＩ　ｓ　／　Ｉ　Ａで決定される。

そして、この場合、演算増幅器Ｇ２、Ｇ３はそれぞれゲ
イン１のボルテージフォロワーとして動作するので、そ
のユニティゲイン周波数まで周波数帯域を延ばして使用
でき、また演算増幅器Ｇ２、Ｇ３と抵抗Ｒ３で変換され
たΔ１はギルバートゲインセルＧ　Ｇ　Ｃとカレンｌ−
ミラー回路ＭＲＲｆ電流増幅されるが、これ等を構成す
る各１−ランジスタのベース／コレクタ間には電位差が
発生しないように、例えばトランジスタＱ！、Ｇ５のコ
レクタはそれぞれトランジスタＱｓ、Ｑｓのベース／ヱ
ミッタ間の電圧とバイアス電源Ｅ１．Ｅ２で固定される
ように、さらにｌ・ランジスタＱｔＩ、Ｑ、のコレクタ
は演算増幅器Ｇ１２の入力端の仮想設置による電圧固定
がされるようにして、ミラ効果による周波数帯域の低下
を防止している。

さらに、出力電流１．の出力インピーダンスは非常に高
いので、演算増幅器Ｇ１２は利得をかせいでいないこと
になり、周波数帯域の拡大に寄与している。

以」二のような考慮を払うことにより、各素子の周波数
帯域を最大限に使用１７て、必要な増幅度を確保しなが
ら高周波特性を改良している。

第２図は第１図に示す実施例に対する第１の変形実施例
の構成を示す部分回路図であも。

この実施例は、第１図に示す実施例においてこの増幅回
路の増幅度（利得）を消費電流を増加させることなく可
変出来るように改良したものである。

トランジスタＱ４のコレクタとトランジスタＧ８とエミ
ッタとの間に電位固定手段として機能するベースが共通
電位点ＣＯＭに接続されたトランジスタＱｌ）のエミッ
タとコレクタが接続されている。また、トランジスタＧ
５のコレクタεトランジスタＱｓのエミッタとの間に電
位固定手段として機能するベースが共通電位点ＣＯＭに
接続されたトランジスタＱ＋ａのエミッタとコレクタが
接続されている。

さらに、１対のトランジスタＱ１１．Ｑ７の双方のエミ
ッタとトランジスタＱ４．Ｑｓのコレクタとの間にバイ
アス電流１．を分流する電流分流手段として機能する定
電流源ＣＣ，，ＣＣ，がそれぞれ接続されている。

以上の構成によると定電流源ＣＣ５、ＣＣ，で分流され
る分流電流をそれぞれ等しくＩｓとすると、トランジス
タＧ６とＧ７のエミ・γりに流れる電流の合計のエミッ
タ電流ＩＱ”は、定電流源ＣＣ３の定電流はＩＢである
から Ｉ　ａ　”　＝　Ｉ　ｅ　＋２１　ｓ　　　　　−（１
３）の関係がある９また、■・ランジスタＱＩ３εＱ＋
４のそれぞれのコレクタに流れる電流の一定電流分ＩＡ
”は、 ＩＡ　　−＝ＩＡ−Ｘｓ　　　　　　＝−（１４）の関
係がある。

従って、（１１）式を参照すれば、この場合の電流利得
Ｇ２は Ｇ２−［（Ｉａ　−／ＩＡ　−）＋２］・・・（１５）
となる、この（１５）式に（１３）、（１４〉式を代入
すれば、 Ｇ２　”　［（Ｉｓ　＋２１ｓ　）／　（ＩＡ−Ｉｓ）
＋２］・・・（１６） となり、分流電流Ｉｓを変更することによりこの増幅回
路の増幅度を変更することができる。

以上のように、分流電流ｉｓを変更するだＣ１で増幅度
を変更できるので、総合のバイアス電流を増加させるこ
とはなく、低消費電流で利得の大きい電流増幅ができる
。

第３図は第２図に示す増幅回路を具体的に構成するとき
の１例を示す部分回路図である。

この場合は、定電流源ＣＣ５、ｅｅ、として抵抗Ｒ５と
Ｒ６とを用いて実現した例を示す、この抵抗Ｒ５とＲ６
の両端はそれぞれトランジスタＱ１３、Ｑ１０で、また
トランジスタＱ６と０日、Ｑ７とＱ９でそれぞれ電位が
固定されて、定電流が流される。

第４図は第２図に示す増幅回路を具体的に構成した他の
１例を示す部分回路図である。

この場合は、定電流源ｃｃ５、ｃｃ、とじて電界効果ト
ランジスタＱ１５．とＱ、ｓとを用いて実現した例を示
す、この構成によれば、電界効果トランジスタＱ＋５と
（ｈ６のゲートに制御電圧■０を印加することによりこ
れ等のトランジスタのソース／ドレイン間の抵抗を可変
出来るので、容易にＡＧＣ回路（オートマテイヅク・ゲ
イン・コントロール回路〉を実現することができる。

第５図は第１図〜第４図に示す実施例の入力部を変形し
た部分変形実施例である。

第１図に示す演算増幅器Ｑ２．Ｑ３と抵抗Ｒ３を省略し
、さらに定電流源ＣＣ１、ＣＣ２の２つを１個の定電流
値２ＩＡを持つ定電流源ＣＣ４に置き換えても同様な動
作を示す。

この場合は、 １４＝ＩＡ＋　（Ｖｔ　ｇｌｌ２）・・・（１７）Ｉ５
　＝ＩＡ　　　（Ｖｔ　ｇｔ／２＞・・・（１８）とな
る、但し、ｇｌｌは演算増幅器Ｑ２、Ｑ３の相互コンダ
クタンスであり、ｇｔ＝Ｉｓ／Ｖτである。但し、Ｖｖ
　＝ｉＴ／’ｉ　（１：ボルツマン定数、ｅ：電子の電
荷、Ｔ：絶対温度）である。

そして、出力電圧Ｖｏは Ｖ　ｏ　＝　Ｉ　ｏ　Ｒａ ＝　Ｃ（Ｉ　ａ　／　Ｉ　Ａ　）　＋　２　］Ｘ　（Ｖ
ｊ　ｇｔＲ４／２）　　　＝　（１９）となる。

第６図は第１図〜第４図に示す増幅回路の出力部の部分
変形実施例を示す。

この場合は、出力信号を電圧出力ではなく電流出力とし
たものである。演算増幅器Ｑ１０の反転入力端（−）と
出力端の間に一次巻数がｎ、二次巻数がｍのトランスＴ
の一次巻線を接続し、その二次巻線に負荷抵抗ＲＬを接
続して、この負荷抵抗ＲＬに出力電流１ｏ−電流すよう
にしたものである。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明のう
ちその第１請求項に係る発明によれば、電流変換された
入力電流はギルバートゲインセルとカレントミラー回路
で電流増幅されるが、これ等を構成する各トランジスタ
のベース／コレクタ間には電位差が発生しないように構
成しているので、ミラー効果による周波数帯域の低下を
防止し、さらに、出力電流の出力インピーダンスを非常
に高くしているので、出力側の演算増幅器は利得をかせ
がず、周波数帯域の拡大に寄与させて、各素子の周波数
帯域を最大限に利用して必要なゲインを得ることができ
、さらに第２請求項に係る発明によれば第１請求項に係
る発明の効果に加えて分流電流を変更するだけで増幅度
を変更できるので、総合のバイアス電流を増加させるこ
とはなく、低消ｇ！電流で利得の大きい電流増幅をする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示す回路図、第２図
は第１図に示す実施例に対する第１の変形実施例の構成
を示す部分回路図、第３図は第２図に示す増幅回路を具
体的にｍ或したときの１例を示す部分回路図、第４図は
第２図に示す増幅回路を具体的に構成した他の例を示す
部分回路図、第５図は第１図〜第４図に示す実施例の入
力部を変形した部分変形実施例、第６図は第１図〜第４
図に示す増幅回路の出力部の部分変形実施例を示す部分
回路図、第７図は従来の増幅回路の構成を示す回路図で
ある。 Ｖ、・・・入力電圧、ＶＯ・・・出力電圧、ＣＣ＋〜Ｃ
Ｃ６・・・定電流源、Ｅ、〜Ｅ、・・・バイアス電源、
ＧＧＣ・・・ギルバートゲインセル、ＭＲＲ・・・カレ
ントミラー回路、ｖｌ・・・入力電圧、ＩＡ、Ｉ８・・
・バイアス電流、Ｉｓ・・・分流電流、Ｖｏ・・・出力
電圧。 第 ！ 図 今Ｖａ 第 図 −Ｖθ 第 図 一〇 第 図 ６１−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の第１バイアス電流に対して入力電圧に対応
   する第１、第２電流信号に変換してこれ等のコレクタよ
   り出力する１対の第１、第２トランジスタと、所定の第
   ２バイアス電流に対して前記第１、第２電流信号に対応
   する第３、第４電流信号に変換してこれ等のコレクタよ
   り出力する１対の第３、第４トランジスタと、これ等の
   第３、第４トランジスタのベースを所定のベース電圧に
   固定する１対のバイアス手段と、前記第１電流信号と前
   記第４電流信号との和の電流を前記第３電流信号と前記
   第４電流信号と出力電流の和の電流に等しくコピーする
   カレントミラー手段と、前記出力電流を入力端の他端が
   所定の基準電圧に保持された入力端の一端に入力し前記
   入力電圧に対応する出力信号に変換する演算手段とを具
   備したことを特徴とする増幅回路。
2. （２）１対の前記第１、第２トランジスタのそれぞれの
   コレクタと１対の前記第３、第４トランジスタのそれぞ
   れのベースとの間に接続され前記第１、第２トランジス
   タのコレクタを所定電位に固定する電位固定手段と、前
   記第２バイアス電流を前記１対の第１、第２トランジス
   タのコレクタに分流する分流手段とを具備することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の増幅回路。