JPH05121964A - 電気信号を増幅する回路装置 - Google Patents

電気信号を増幅する回路装置

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JPH05121964A
JPH05121964A JP4096698A JP9669892A JPH05121964A JP H05121964 A JPH05121964 A JP H05121964A JP 4096698 A JP4096698 A JP 4096698A JP 9669892 A JP9669892 A JP 9669892A JP H05121964 A JPH05121964 A JP H05121964A
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JP
Japan
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transistor
circuit arrangement
circuit
amplifier
voltage divider
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JP4096698A
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English (en)
Inventor
Paul Benz
パウル・ベンツ
Ulrich Steigenberger
ウルリヒ・シユタイゲンベルガー
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Alcatel Lucent NV
Original Assignee
Alcatel NV
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/42Modifications of amplifiers to extend the bandwidth
    • H03F1/48Modifications of amplifiers to extend the bandwidth of aperiodic amplifiers
    • H03F1/483Modifications of amplifiers to extend the bandwidth of aperiodic amplifiers with field-effect transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/04Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
    • H03F3/08Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
    • H03F3/082Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with FET's

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、PINフォトダイオードの出力を
増幅する負帰還回路網を備えた回路装置の高周波特性を
改善することを目的とする。 【構成】 電流分流フィードバックを含む電流増幅器と
して形成され、負帰還回路網のフィードバック抵抗R1
およびキャパシタC1によって影響される回路装置の周
波数特性は2つの容量性電圧分割器から形成された負帰
還回路網C,C1,R1,C2,R2によって補償さ
れ、伝送電圧分割器が電流増幅器FET1,FET2および電流
増幅器の入力におけるループ電圧分割器C,C1,R1
の負帰還通路に設けられ、伝送電圧分割器のキャパシタ
C1の値は回路装置の最高要求遮断周波数においても最
良のループ利得が保証されるように選択されていること
を特徴とすいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気信号を増幅する回
路装置、特にフォトダイオードに入射する光の強度の関
数として発生されるフォトダイオードの光電流を増幅す
る回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】既知のこの型式の回路装置(D.Lutzke、
R.Pflaum Verlag 、Lichtwellenleitertechnik、Munic
h、1986年、282 乃至285 頁)において、トランスイン
ピーダンス増幅器が設けられ、それは負帰還回路網とし
てフィードバック抵抗を含む。この回路装置において、
さらに増幅するための低インピーダンス電圧源が高イン
ピーダンス電流源(フォトダイオード)から形成される
ことによって伝送作用を得ることを可能にする。しかし
ながら、この回路の帯域幅はフィードバック抵抗の影響
によって制限される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】別の回路装置(H.-D.K
irschbaum 、Stuttgart 、Transistorverstrarker 2 、
Teil 1、1985年、199 乃至202 頁)において、電流増幅
器として接続されたトランジスタ増幅器は抵抗回路網か
らなる電流分流フィードバックを設けられている。ここ
に記載される回路は2つのトランジスタ段および第2の
トランジスタにある1つの分割されたエミッタ抵抗並び
にこのエミッタ抵抗の中心タップから入力に、正確に言
えば第1のトランジスタのベースに結合して戻る負帰還
抵抗を含む。この従来の回路は例えば光信号の検出時に
フォトダイオードによって電流が発生されるときのとり
わけ小さい入力電流の増幅に適している。この接続にお
いて、必要な電流の増幅の後にフォトダイオードの電流
の別の評価に対する十分な信号対雑音比を保証すること
は特に重要であるので、次の情報処理のエラー速度はで
きるだけ低く保つことができる。エラー速度と信号対雑
音比の関係は例えば文献(G.Grau氏、Springer Verlag
Optische Nachrichtentechnik 、Berlin、Heidelberg、
New York、264 頁)に記載されている。さらに、光デー
タ通信において伝送されるべき帯域幅は非常に広いの
で、利得は高周波数において十分であることを考慮しな
ければならない。この従来の回路装置はまたフォトダイ
オード、特にPINダイオードの光電流を増幅する場合
には高周波数での伝送作用は最良ではない欠点を有す
る。
【0004】本発明の目的は、フォトダイオードの光電
流の増幅中の伝送作用が改良される電気信号を増幅する
ための、フォトダイオードに入射する光の強度の関数と
してフォトダイオードによって発生された電気信号を増
幅し、フィードバック抵抗を備えた負帰還回路網を含む
回路装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】これは電流分流フィード
バックを含む電流増幅器として形成され、負帰還回路網
のフィードバック抵抗およびキャパシタによって影響さ
れる回路装置の周波数特性は2つの容量性電圧分割器か
ら形成された負帰還回路網によって補償され、伝送電圧
分割器は電流増幅器および電流増幅器の入力におけるル
ープ電圧分割器の負帰還通路に設けられ、伝送電圧分割
器のキャパシタの値は回路装置の最高要求遮断周波数に
おいても最良のループ利得が保証されるように選択され
ていることを特徴とする本発明にしたがった回路装置に
よってて達成される。
【0006】本発明の回路装置は2つの容量性電圧分割
器から構成される負帰還回路網の使用により、回路工学
の観点から実現するために非常に容易であり、電流増幅
器の原理の他の特性に悪影響を与えず、しかも十分な信
号対雑音比の処理されるべき信号により高周波数での回
路装置の伝送特性の顕著な改良を保証することが主な利
点である。
【0007】請求項2以下の特徴を備える本発明の回路
装置の1実施例は容量性電圧分割器の抵抗およびキャパ
シタの寸法を適当に定めることによって最適ループ利得
を有利に得ることができる。特に第2のトランジスタ段
のソース端子における低インピーダンス回路点が利用さ
れる。これは非常に抵抗性である電圧分割器の負帰還通
路に配置された抵抗を選択し、好ましい信号対雑音比を
得ることを可能にする。容量性電圧分割器の中心タップ
における比較的低いインピーダンス回路点が容量性電圧
分割器を容量的に負荷することを可能にさせるので、負
帰還通路の比較的小さいキャパシタの使用を可能にし、
この高い抵抗値を得ることができる。しかしながら、容
量性電圧分割器の2つの部品の時定数が一致し、例えば
1:10の分割率が得られることが常に保証される。し
たがって、この実施例によって、優秀な伝送特性はまた
高周波数に対して保証される。
【0008】2つの電界効果トランジスタを含む本発明
の請求項3による回路装置の実施例において、PINダ
イオードと電流増幅器との組合わせによって生じる利点
が特に明らかになる。PINダイオードの使用は通常使
用される電子雪崩フォトダイオードと比較して特に有効
である。なぜなら、電子雪崩フォトダイオードは非常に
高い感度を有するが、非常に高価であり、電圧をそのよ
うなフォトダイオードに供給するのに高い電圧が必要で
あるからである。したがって、回路装置はかなり簡略化
され、低コストですむ。
【0009】
【実施例】図1は抵抗R1,R2 からなる電圧分割器によっ
て電流分流負帰還を含む電流増幅器として構成される2
つの直列に接続された増幅器段T1,T2 を含むブロック図
を示す。抵抗R1はここでは第2の段T2から第1の段T1の
入力にフィードバックされる。電流源Qは第1の増幅器
段T1の入力に配置され、増幅されるべき信号として電流
Ioを供給する。出力電圧Uの取出し可能な出力抵抗R
は第2の増幅器段T2の出力に配置される。電流Ioはこ
こでは抵抗R1を通って供給され、次式の電流Io'は抵
抗R2を通って供給される。 Io' =Io(R1/R2) 次式の電流Io''は第2の段の出力に供給される。 Io''=Io(1+R1/R2) 結果的に生じた電流増幅器の伝達関数はIo''/Ioで
ある。
【0010】図2は電流源が電界効果トランジスタFET1
から形成された第1の増幅器段のゲートG1と動作電圧UB
の正の端子の間にフォトダイオードPとして接続される
PINダイオードである本発明の回路装置の基本的な実
施例を示す。このフォトダイオードPは電流Ioを電流
増幅器の入力信号として供給する。電界効果トランジス
タFET1のゲートG1と動作電圧UBのゼロ電位の間に、フォ
トダイオードPの固有キャパシタンスを含む回路装置お
よび電界効果トランジスタFET1の入力領域のスイッチン
グキャパシタンスから本質的に構成されるキャパシタン
スCが配置される。抵抗R1とキャパシタC1の第1の並列
接続および抵抗R2とキャパシタC2の第2の並列接続の容
量性伝送電圧分割器はキャパシタンスCに接続される。
伝送電圧分割器は図4に個々に示され、伝達関数はUo
/Uの関係から得ることができる。図3はループ利得の
計算のために決定され負帰還通路の計算された分離点に
よって示すことができるキャパシタンスCおよび並列接
続の抵抗R1とキャパシタC1からなるループ電圧分割器の
概略図である。
【0011】第1の電界効果トランジスタFET1のソース
端子SO1 (図2)は動作電圧UBのゼロ電位に直接接続さ
れ、ドレイン端子D1は抵抗X1によって動作電圧UBの正の
端子に接続され、また第2の電界効果トランジスタFET2
のゲートG2に直接接続されている。
【0012】第2の電界効果トランジスタFET2のソース
端子SO2 は容量性電圧分割器の中心タップMに接続さ
れ、第2の電界効果トランジスタFET2のドレイン端子D2
は抵抗X2によって動作電圧UBの正の端子に接続され、ま
たキャパシタC3によって出力抵抗Rに接続される。すな
わち、ここではドレイン抵抗X2の抵抗値は出力抵抗Rの
値よりも大きくなければならない。
【0013】本発明の回路装置の最適伝送特性を得るた
めに、容量性電圧分割器はその両部品の時定数が同じで
あるように寸法が定められなければならない、すなわち
次の条件が満たされなければならない。 R1・C1=R2・C2 容量性電圧分割器R1,R2 の2つの部品の複素抵抗は次の
ようになる: R1 =R1/(1+jω・R1・C1) R2 =R2/(1+jω・R2・C2) したがって、この回路装置の電流利得は次のようにな
る: Vi= 1+R1(1+jω・R1・C1)/R2(1+jω・R2・C2/R2) そして、R1・C1=R2・C2の条件下で、それは次
の通りである: Vi=1+C2/C1=1+R1/R2 容量性電圧分割器による負帰還の条件下で、回路装置の
ループ利得Vsは次の式にしたがって計算される: Vs=S1・X1/{1+[R1/(1+jω・R1・C1)]jωC} 低周波数では、次の通りである: Vst=S1・X1 高周波数では、次の通りである: Vsh=S1・X1/[1+(C/C1)] 例えば、電界効果トランジスタFET1の勾配S1が50m
sであると仮定すると、次の値が存在する: X1=200オーム、 C=1pF、 C1=0.25pF 低周波数では20dBの利得であり、高周波数では6d
Bの利得が生じる。
【0014】これらから、C/C1の比率は高周波数で
のループ利得を決定することがわかる。したがって、キ
ャパシタC1の最適な選択は高周波数でさえ本発明の回路
装置に対して十分な増幅ファクターを保証する。
【0015】図2の実施例において、例えば、50オー
ムの抵抗値が出力抵抗Rとして選択されることができ
る。しかしながら、その代りに、カスコード回路の形態
をとる別のトランジスタ段が図5に示されるように付加
されることができる。負荷抵抗X2の代りに、図5ではソ
ースホロワをそれぞれ有するゲート段およびカスコード
回路を含む。このために、負荷抵抗R3を含む電界効果ト
ランジスタFET3が設けられる。この電界効果トランジス
タFET3の出力は出力電界効果トランジスタFET4のゲート
に接続され、そのソース抵抗R4において出力信号が得ら
れる。
【0016】本発明の回路装置の出力形態の別の実施例
が図6に示されている。ここでは、既知の方法で構成さ
れたトランスインピーダンス増幅器TVはここでは図2に
したがってブロックとして示されている電流増幅器SVの
出力に接続され、トランスインピーダンス増幅器の伝達
関数は負帰還抵抗RTに本質的に依存する。
【図面の簡単な説明】
【図1】電流フィードバックを有する電流増幅器のブロ
ック図。
【図2】入力におけるPINダイオードを含む電流増幅
器の基本的な回路図。
【図3】ループ電圧分割器の基本的な回路図。
【図4】伝送電圧分割器の基本的な回路図。
【図5】接続されたゲートドレイン段を含む図2の電流
増幅器の出力回路の1実施例。
【図6】トランスインピーダンス増幅器を含む電流増幅
器の出力回路の1実施例。
【符号の説明】
C1,C2,C3…キャパシタ、D1…ドレイン端子、G1,G2 …ゲ
ート、R,R1,R2,X1,X2…抵抗、UB…動作電圧、SO1,SO2
…エミッタソース端子、FET1,FET2 …トランジスタ、C
…キャパシタンス、M…中心タップ、P…フォトダイオ
ード。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フォトダイオードに入射する光の強度の
    関数としてフォトダイオードによって発生された電気信
    号を増幅し、フィードバック抵抗を備えた負帰還回路網
    を含む回路装置において、 電流分流フィードバックを含む電流増幅器として形成さ
    れ、負帰還回路網のフィードバック抵抗およびキャパシ
    タによって影響される回路装置の周波数特性は2つの容
    量性電圧分割器から形成された負帰還回路網によって補
    償され、伝送電圧分割器は電流増幅器および電流増幅器
    の入力におけるループ電圧分割器の負帰還通路に設けら
    れ、伝送電圧分割器のキャパシタの値は回路装置の最高
    要求遮断周波数においても最良のループ利得が保証され
    るように選択されていることを特徴とする回路装置。
  2. 【請求項2】 回路装置はエミッタまたはソースとコレ
    クタまたはドレイン段から構成された2段トランジスタ
    増幅器であり、第2のトランジスタのエミッタまたはソ
    ース端子は低インピーダンススイッチング点として容量
    性電圧分割器の中心タップに接続され、容量性電圧分割
    器の2つの部品の時定数はほぼ等しいように定められて
    いることを特徴とする請求項1記載の回路装置。
  3. 【請求項3】 トランジスタ増幅器は2つの電界効果ト
    ランジスタから構成され、 トランジスタ増幅器は、 PINダイオードは第1のトランジスタのゲートと動作
    電圧の正の端子の間に配置され、 第1のトランジスタのドレイン端子は抵抗によって動作
    電圧の正の端子に接続され、ソース端子は動作電圧のゼ
    ロ電位に直接接続され、 第1のトランジスタのゲートと動作電圧のゼロ電位の間
    にキャパシタンスが接続され、その実効的な大きさは回
    路装置並びに伝送電圧分割器の入力領域のスイッチング
    キャパシタンスによって影響され、 第2のトランジスタのゲート端子は第1のトランジスタ
    のドレイン端子と接続され、 第2のトランジスタのソース端子は容量性電圧分割器の
    中心タップに接続され、ドレイン端子は抵抗によって動
    作電圧の正の端子に接続され、キャパシタによって出力
    信号が得られる抵抗に接続されることを特徴とする請求
    項2記載の回路装置。
  4. 【請求項4】 回路装置の出力における抵抗は50オー
    ムの値を有していることを特徴とする請求項3記載の回
    路装置。
  5. 【請求項5】 回路装置の出力における抵抗は別の電界
    効果トランジスタから構成されたゲートドレイン段であ
    ることを特徴とする請求項3記載の回路装置。
  6. 【請求項6】 回路装置の出力における抵抗はトランス
    インピーダンス増幅器回路であることを特徴とする請求
    項3記載の回路装置。
JP4096698A 1991-04-17 1992-04-16 電気信号を増幅する回路装置 Pending JPH05121964A (ja)

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JP (1) JPH05121964A (ja)
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