JPS6014523B2 - カスコ−ド増幅器回路 - Google Patents

カスコ−ド増幅器回路

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JPS6014523B2
JPS6014523B2 JP55140366A JP14036680A JPS6014523B2 JP S6014523 B2 JPS6014523 B2 JP S6014523B2 JP 55140366 A JP55140366 A JP 55140366A JP 14036680 A JP14036680 A JP 14036680A JP S6014523 B2 JPS6014523 B2 JP S6014523B2
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amplifier
transistor
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transistors
base
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JP55140366A
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ケネス・ジヨ−ジ・シユロツツハウワ−
ア−サ−・ジエイムズ・メツツ
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Tektronix Inc
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Tektronix Inc
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/4508Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using bipolar transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45098PI types
    • H03F3/45103Non-folded cascode stages
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3211Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in differential amplifiers

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  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカスコード増幅器回路、特にカスコード型主増
幅器と補正増幅器チャンネルを有するフィードフオワー
ド型の広帯域増幅器に関する。
高精度の広帯域増幅器は最新電子機器、特に電子計測機
器に広い用途を有する。高精度差動増幅器の設計傾向は
半導体PN接合の物理的特性に付随する回路中の非直線
歪及び熱歪誤差を大幅に軽減するメカニズムに関連する
。動作特性を大幅に改善した増幅器の設計例として、本
願出願人に譲渡されたクィンによる米国特許第4146
844号明細書(対応日本特許:特開昭54一6774
5)に開示するカスコードフイードフオワード増幅器が
ある。このフィードフオワード増幅器は主増幅器チャン
ネルのPN接合歪を検出して誤差補正信号を出力ノード
‘こ注入する補正チャンネルを有する。この主増幅器チ
ャンネルは信号電流路に少なくとも4個のトランジスタ
を有するカスコード増幅器であり、Qが1以下である為
に、増幅器の相互コンダクタンスに僅かの誤差を生じ、
非直線及び熱依存の利得低下を生じることとなる。よっ
て、本発明の1つの目的は改良したカスコード増幅器回
路を提供することである。
本発明の他の目的はトランジスタのQによる利得低下誤
差が補正できるカスコード型フィードフオワード増幅器
回路を提供することである。
本発明のその他の目的及び作用効果は添付図面を参照し
つつ後述の詳細な説明を読めば明らかとなろう。本発明
によるカスコード増幅器回路は上述したQに起因する誤
差を補正すべく変形されている。
このQはベース接地型トランジスタの順方向電流伝達比
、即ちコレクタ電流lc対ェミッタ電流leの比(lc
/le)であって、ェミッタ電流の1部がベース電流と
してベース・ェミッタ接合に流れるので必らず1以下の
値である。よって、補正チャンネルのトランジスタの導
電度を調整することにより、ベース電流の損失分に相当
する信号成分を出力ノード‘こ加算する。これは例えば
予定値の2個の抵抗器を追加して、主増幅器チャンネル
のカスコード・トランジスタのベース電流に依存する補
正チャンネルの誤差電圧を加えることにより達成してい
る。尚、ここで増幅器内の各素子並びにトランジスタの
接合面積比のスケーリング及びマッチングも当然考慮し
ている。以下図を参照して詳細に説明する。
図は本発明によるカスコード増幅器の1実施例の回路図
であり、主増幅器チャンネルは4個のトランジスタQ,
乃至Qから成り、補正チャンネルは増幅器A,から成る
。トランジスタQ,一Q2のェミッタを抵抗器10で結
合し、夫々定電流源12,14を介して負電圧源一VE
8に接続する。トランジスタQ,一Q2のベースは夫々
抵抗器20,22を介して差動入力信号V,Nを発生す
る電圧源16及び18に接続する。Rsで示す抵抗器2
0,22の抵抗値は電圧源16,18の信号源インピー
ダンスであり、入力抵抗器の抵抗値を含んでいてもよい
。トランジスタQ,一Q2は相互コンダクタンス増幅器
として動作する、即ちQ,一Q2は入力信号電圧V,N
を信号電流に変換する。トランジスタQ3一Q4はベー
ス接地増幅器段を構成する。
Q3一Qのベースは夫々抵抗器30,32を介してベー
スバイアス電圧源に接続し、それらのコレクタは夫々負
荷抵抗器34,36を介して所望コレクタ電圧源+Vc
cに接続する。またヱミツタは夫々トランジスタQ,一
Q2のコレクタに接続する。補正増幅器A,は図示の如
く差動増幅器であるのが好ましく、1対の入力端をトラ
ンジスタQ,Qのェミツタに、またコレクタを夫々トラ
ンジスタQ4,Q3のコレクタに交差接続している。
カスコード型フィードフオワード増幅器における補正増
幅器A,の動作については前述したクィンの米国特許明
細書中に充分説明している。図示した相互コンダクタン
ス増幅器では、出力信号電流1。。が入力電圧を抵抗器
10の抵抗RMで除した値、即ちV…/RMに等しいの
が好ましい。然し、Qに起因する誤差の為に、トランジ
スタQ,,Q2のェミッタにおける信号電流の総てが出
力端子、即ちトランジスタQ3,Q4のコレクタに到達
することはない。その理由は前述したベース接地増幅器
のQ=lcノleが1以下であるからである。ェミッタ
電流の1部はベース・ェミッタ接合にベース電流として
流れる。この信号電流の損失を克服するには補正増幅器
A,のトランジスタの導電度を調整してベース信号電流
の損失に相当する電流を出力ノード‘こおいてトランジ
スタQ3,Q4のコレクタ信号電流に加算すればよい。
夫々予定抵抗Rcを有する抵抗器30,32をトランジ
スタQ3,Q4のベース間に付加し、そのェミツタによ
って補正増幅器A,の入力に入力信号V,Nに比例して
変化し且つ正しい極性の誤差電圧VERを生じる。増幅
器A,の相互コンダクタンスタ仇=1/R8であり、出
力電流は12±V8R/REである。ここでREは増幅
器A,の相互抵抗であり12は各出力の定常電流である
。よって、VER/REは出力ノードに加算或は減算さ
れるべき補正信号電流である。よって、補正された最終
出力電流は1,土looである。ここで1,はカスコー
ド型フィードフオヮード増幅器の全定常電流であり、I
D。はV…/RNである。Rcの最適値は次式により決
められる。
RC=キテRM+きR3 ……{11ここでRM
及びRsの値は既知であり、4個のトランジスタQ,乃
至Q4のQの値は等しいとする。
即ち、Q:Q,=Q2=Q3=Q4。よって、フィード
フオワード増幅器内のすべての素子は集積回路で作り充
分に特性がそろっている。特に、次の設計仕様を満足し
なければならない。増幅器A,の相互抵抗REはェミッ
タ結合抵抗器10の抵抗RMと等しくなければならない
。トランジスタQ及びQの熱状態は夫々トランジスタQ
,及びQ2の熱状態と等しく、即ちT3=T,、T4:
T2である。またトランジスタQ3及びQのェミッタ接
合面積はトランジスタQ,及びQ2のそれのQ倍であり
、ls3=Q1s,及びls4=Q1s2となす。ここ
でlsは各トランジスタの日頃方向飽和電流である。上
述の条件が満足されれば、出力信号電流は次式で与えら
れる。
1。
凧2(生害)‐鍔=良さ …・【2)ここで・ V…−WBE,−VBE2) …【3,(V,N
−VE=・十次1−QR3/RN)上述の説明より明ら
かな如く、本発明のカスコード増幅回路によると、カス
コード接続のェミッタ接地・ベース接地両トランジスタ
のQ(電流増幅率)を実質的に等しく選定することによ
り、ベース接地トランジスタのベースにェミツタ接地ト
ランジスタのベース入力電流のQ倍の電流を流すと共に
、そのベースと基準電源間に接続した抵抗Rcに斯るQ
関連の信号電圧降下を生ぜしめる。
斯る電圧降下を付加の補正増幅器A,で増幅して補正出
力電流をベース接地トランジスタのコレクタに同相加算
してベース接地トランジスタのQ起因誤差を完全に排除
することができる。その結果、本発明のカスコード増幅
回路は、ェミツタ接地の入力i・ランジスタのコレクタ
電圧を入力信号に無関係に実質的に一定に維持すること
により直線性で良好で且つダイナミックレンジが広いカ
スコード増幅器の特徴を維持すると共に、恰もェミッタ
接地トランジスタのみを用いる増幅器の場合と同様に(
ベース接地トランジスタのQに無関係に)増幅動作する
。また、回路パラメータの選定により、両トランジスタ
のQ‘こ依存せず。ェミツタ抵抗とコレクタ負荷抵抗と
の比のみで正確に決まる電圧増幅度の増幅器回路が得ら
れるという実用上顕著な作用効果がある。特に、1%程
度の精度が要求されるオシロスコープ等の精密計測器用
増幅器に好適である。尚、回路構成上、本発明は集積回
路に応用する場合に各トランジスタの諸特性が均一にな
るので、特に好適である。以上は本発明のカスコード増
幅器回路を好適1実施例について説明したが、本発明は
何ら斯る実施例に限定する意図を有するものではなく、
当業者は本発明の要旨を逸脱することなく種々の変更変
形をすることができる。
例えばRcの値は異なる信号源抵抗及びQに起因する誤
差を補償するべく設計することができる。更に本発明は
図示した対称型増幅器に限らずシングルェンデツド型カ
スコード増幅器にも同様に適用し得ること勿論である。
従って、本発明の技術的範囲はこれらすべての変更変形
を包含するものと解すべきであること言うに及ばない。
【図面の簡単な説明】
図は本発明によるカスコード増幅器回路の好適1実施例
の回路図を示す。 図中、Q,,Q2はェミッタ接地トランジスタ、偽,Q
4はベース接地トランジスタ、Rcはベース抵抗器、A
,は補正増幅器を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 エミツタ接地型入力トランジスタ及び該トランジス
    タのコレクタに接続されたベース接地型出力トランジス
    タを含むカスコード増幅器において、上記入力及び出力
    トランジスタのαを実質的に等しく選択することにより
    上記出力トランジスタのベースに上記入力トランジスタ
    のベース電流のα倍の電流を流し、上記出力トランジス
    タのベース及び基準電流間に抵抗器を接続し、該抵抗器
    に生じるαに関連る信号電流を補正増幅器で増幅して上
    記出力トランジスタのコレクタ電流と同相で加算するこ
    とにより上記トランジスタのαに起因する誤差を補正す
    ることを特徴とするカスコード増幅器回路。 2 上記入力及び出力トランジスタとして夫々αが実質
    的に等しい2個のトランジスタを用いて差動カスコード
    増幅器を構成し、上記補正増幅器として上記出力トラン
    ジスタのエミツタ間電圧を受ける差動増幅器を用いるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のカスコード
    増幅器回路。
JP55140366A 1979-10-11 1980-10-07 カスコ−ド増幅器回路 Expired JPS6014523B2 (ja)

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US06/083,873 US4322688A (en) 1979-10-11 1979-10-11 Cascode feed-forward amplifier
US83873 2002-02-27

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JPS5661809A JPS5661809A (en) 1981-05-27
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