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JP4405113B2 - 利得可変増幅回路 - Google Patents

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    • H03G1/0088Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal using discontinuously variable devices, e.g. switch-operated

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  • Amplifiers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、利得可変ができる増幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6と図7はそれぞれ従来の利得可変増幅回路を示す。
図6の利得可変増幅回路は、入力端1から入力された信号をエミッタ接地トランジスタ3で増幅して出力端2に出力するよう構成されており、トランジスタ3のコレクタには、電源10から負荷9とベース接地トランジスタ4のコレクタ−エミッタを介して電源電圧が印加される高利得モードと、電源10から負荷9と抵抗7およびベース接地トランジスタ6のコレクタ−エミッタを介して電源電圧が印加される低利得モードを有している。11はトランジスタ3の動作点を決めるバイアス電圧を発生するバイアス電源である。
【0003】
高利得モードと低利得モードの選択は、選択スイッチ12で行われる。
高利得モード選択時には選択スイッチ12が接点12a側に切り換える。これによって、バイアス電源13からトランジスタ4,6の両ベースのうちのトランジスタ4のベースにだけバイアス電圧が印加され、トランジスタ3にはトランジスタ4を介して電源電圧が印加される。トランジスタ3で増幅された信号は分岐5を介して出力端2から出力される。
【0004】
低利得モード選択時には選択スイッチ12が接点12b側に切り換える。これによって、バイアス電源13からトランジスタ6のベースにだけバイアス電圧が印加され、トランジスタ3にはトランジスタ6を介して電源電圧が印加される。トランジスタ3で増幅された信号は分岐8を介して出力端2から出力される。この低利得モードの利得は抵抗7によって調整される。
【0005】
図7の利得可変増幅回路は、利得調整が分岐25と分岐27の電流比を調整することによって行い、電流調整はベース接地トランジスタ6のベース電圧を調整することによって行われる点が図6とは異なっている。
【0006】
詳しくは、入力端1から入力された信号RFinをエミッタ接地トランジスタ3で増幅して出力端2に出力するよう構成されており、11はトランジスタ23の動作点を決めるバイアス電圧を発生するバイアス電源である。
【0007】
トランジスタ3のコレクタには、電源10から負荷9とベース接地トランジスタ4のコレクタ−エミッタを介して電源電圧が印加される高利得モードと、電源10からベース接地トランジスタ6のコレクタ−エミッタを介して電源電圧が印加される低利得モードを有している。
【0008】
トランジスタ4,6のベースには、それぞれ電源29,30からベース電圧が印加されており、電源30の出力電圧を可変してベース接地トランジスタ6のベース電圧を調整して電流調整し、分岐25と分岐27の電流比を調整することによって行っている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
この利得可変増幅回路が使用される回路例としては、高周波受信機のフロントエンドのヘッドアンプを挙げることができる。図8に示すようにヘッドアンプAの入力段と出力段にはそれぞれ選択度の向上を目的としてバンドパスフィルタ709,710が接続されている。711はミキサー回路である。
【0010】
バンドパスフィルタ709,710は特定の入出力インピーダンスで目的の通過周波数特性を満足するように設計されているので、高周波受信機が使用される電界強度に応じて利得可変増幅回路Aの利得を高利得モードと低利得モードに切り換えて使用される。
【0011】
そのため、利得可変増幅回路Aとしては高利得モードと低利得モードの切り換えにかかわらずに入出力インピーダンスが前記特定のインピーダンスで一定であることが要求される。
【0012】
しかしながら、図6の利得可変方法では、高利得モード時と低利得モード時とでは、出力インピーダンスが変化するため、高利得モード時と低利得モード時の両方のモード時に対して、出力インピーダンス整合をとることが難しい。
【0013】
また、図7の利得可変方法では、分岐25と分岐27の電流比の調整方法がベース接地トランジスタ26のベース電圧を調整することによって行われるが、例えばトランジスタ26のベース電圧が0.02ボルト変化すると利得が1dB変化してしまうため、利得調整が難しい。
【0014】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、高利得モード時と低利得モード時の両モード時に対して出力インピーダンスの変化が小さく、利得調整を容易かつ正確に行うことができる利得可変増幅回路を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために本発明の利得可変増幅回路は、第1のトランジスタの出力回路に負荷を有し、第1のトランジスタの出力回路と前記負荷との間に第2のトランジスタの出力回路を介装し、第1のトランジスタの入力に供給された入力信号を増幅して前記負荷と第2のトランジスタとの接続点から増幅信号を取り出す利得可変増幅回路であって、高利得モードでは第2,第3のトランジスタのうちの第2のトランジスタにのみ制御バイアスをオンし、低利得モードでは第2,第3のトランジスタの両トランジスタの制御バイアスをオンするように構成したことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の利得可変増幅回路は、第1のトランジスタの出力回路に負荷を有し、第1のトランジスタの出力回路と前記負荷との間に第2のトランジスタの出力回路を介装し、第1のトランジスタの入力に供給された入力信号を増幅して前記負荷と第2のトランジスタとの接続点から増幅信号を取り出す利得可変増幅回路であって、第3のトランジスタの出力回路を第2のトランジスタの出力回路と前記負荷との直列回路に並列接続するとともに第3のトランジスタの制御バイアスをオン/オフするスイッチ手段を設け、かつ第2のトランジスタと第3のトランジスタの互いのサイズを異ならせ、高利得モードでは前記スイッチ手段をオフして第2,第3のトランジスタのうちの第2のトランジスタにのみ制御バイアスをオンし、低利得モードでは前記スイッチ手段をオンして第2,第3のトランジスタの両トランジスタの制御バイアスをオンするように構成し、第3のトランジスタの出力回路に直列に抵抗を介装したことを特徴とする。
【0017】
この構成によると、高利得モードと低利得モードの両モード時に対して出力インピーダンスの変化が小さく、かつ出力電流が前記各々のベース接地型トランジスタのサイズ比により決定されるため、制御バイアスに依存することなく利得調整を容易にかつ正確に行うことができる。
【0018】
本発明の請求項2に記載の利得可変増幅回路は、第1のトランジスタの出力回路に負荷を有し、第1のトランジスタの出力回路と前記負荷との間に第2のトランジスタの出力回路を介装し、第1のトランジスタの入力に供給された入力信号を増幅して前記負荷と第2のトランジスタとの接続点から増幅信号を取り出す利得可変増幅回路であって、第3のトランジスタの出力回路を第2のトランジスタの出力回路と前記負荷との直列回路に並列接続するとともに、第2,第3のトランジスタの両制御端子間をスイッチ手段で接続し、かつ第2のトランジスタと第3のトランジスタの互いのサイズを異ならせ、高利得モードでは前記スイッチ手段をオフして第2,第3のトランジスタのうちの第2のトランジスタにのみ制御バイアスをオンし、低利得モードでは前記スイッチ手段をオンして第2,第3のトランジスタの両トランジスタの制御バイアスをオンするように構成したことを特徴とする。
【0019】
本発明の請求項3に記載の利得可変増幅回路は、請求項2において、前記スイッチ手段をMOSトランジスタで構成し、前記第3のトランジスタの制御端子に並列に抵抗を接続したことを特徴とする。
【0020】
本発明の請求項4に記載の利得可変増幅回路は、請求項2または請求項3の何れかにおいて、第3のトランジスタの出力回路に直列に抵抗を介装したことを特徴とする。
【0021】
本発明の請求項5記載の利得可変増幅回路は、第1のトランジスタの出力回路に負荷を有し、第1のトランジスタの出力回路と前記負荷との間に第2のトランジスタの出力回路を介装し、第1のトランジスタの入力に供給された入力信号を増幅して前記負荷と第2のトランジスタとの接続点から増幅信号を取り出す利得可変増幅回路であって、第3のトランジスタの出力回路を第2のトランジスタの出力回路と前記負荷との直列回路に並列接続するとともに第3のトランジスタの制御バイアスをオン/オフするスイッチ手段を設け、前記第2のトランジスタのベースが接地されており、高利得モードでは前記スイッチ手段をオフして第2,第3のトランジスタのうちの第2のトランジスタにのみ制御バイアスをオンし、低利得モードでは前記スイッチ手段をオンして第2,第3のトランジスタの両トランジスタの制御バイアスをオンするように構成したことを特徴とする。
本発明の請求項6記載の利得可変増幅回路は、第1のトランジスタの出力回路に負荷を有し、第1のトランジスタの出力回路と前記負荷との間に第2のトランジスタの出力回路を介装し、第1のトランジスタの入力に供給された入力信号を増幅して前記負荷と第2のトランジスタとの接続点から増幅信号を取り出す利得可変増幅回路であって、第3のトランジスタの出力回路を第2のトランジスタの出力回路と前記負荷との直列回路に並列接続するとともに、第2,第3のトランジスタの両制御端子間をスイッチ手段で接続し、前記第2のトランジスタのベースが接地されており、高利得モードでは前記スイッチ手段をオフして第2,第3のトランジスタのうちの第2のトランジスタにのみ制御バイアスをオンし、低利得モードでは前記スイッチ手段をオンして第2,第3のトランジスタの両トランジスタの制御バイアスをオンするように構成したことを特徴とする。
【0022】
以下、本発明の各実施の形態を図1〜図5に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の(実施の形態1)の利得可変増幅回路を示す。
【0023】
第1のトランジスタとしてのエミッタ接地トランジスタ102の出力回路のコレクタ−エミッタ側に負荷106を有し、トランジスタ102のコレクタと負荷106との間に、第2のトランジスタとしてのベース接地トランジスタ103の出力回路のコレクタ−エミッタを介装し、トランジスタ102の入力であるベースに入力端1から供給された入力信号RFinを増幅して負荷106とトランジスタ103との接続点P1に接続された出力端2から増幅信号を取り出す利得可変増幅回路であって、第3のトランジスタとしてのベース接地トランジスタ104の出力回路のコレクタ−エミッタを、トランジスタ103のコレクタ−エミッタと負荷106との直列回路に並列接続する。
【0024】
108はトランジスタ103のベースバイアスを電源114から作り出すバイアス回路、109はトランジスタ104のベースバイアスを電源115から作り出すバイアス回路で、この(実施の形態1)では、電源115とバイアス回路109の間にスイッチ手段としてのスイッチ110を直列に介装してトランジスタ104へのベースバイアスをオン/オフするよう構成されている。111,112は高周波バイパスコンデンサである。107はトランジスタ102のベースバイアスを電源113から作り出すバイアス回路である。
【0025】
このように構成された利得可変増幅回路は、トランジスタ103へのベースバイアスは高利得モードと低利得モードとにかかわらずバイアス回路108から印加されているのに対して、トランジスタ104へのベースバイアスは高利得モードと低利得モードとに応じてスイッチ110によって次のようにオン/オフが選択される。
【0026】
高利得モード時には、スイッチ110をOFFとし、トランジスタ104をOFF動作とする。その時、全ての高周波信号はトランジスタ103のエミッタに入力し、コレクタに出力され出力端2から高利得の高周波信号を得ることができる。
【0027】
低利得モード時には、スイッチ110をオンとし、トランジスタ103と同じ値のベース電圧がかかるように第2のベース接地トランジスタ104をオン動作にする。このとき、トランジスタ103とトランジスタ104に流れる電流比は、トランジスタ103と第2のベース接地トランジスタ104のサイズ比によって決定される。
【0028】
そこでトランジスタ103とトランジスタ104のサイズ比を調整することでトランジスタに流れる電流を容易かつ正確に調整することができ、低利得の高周波信号を出力端2から得ることができる。
【0029】
例えば、トランジスタ103とトランジスタ104のサイズ比を1:1から2:3とすることで利得を1dB調整することができる。具体的には、トランジスタ103とトランジスタ104のサイズ比を1:1から2:3とすることで利得を−1dBすることができ、トランジスタ103とトランジスタ104のサイズ比を1:1から3:2とすることで利得を+1dBすることができる。
【0030】
また高利得モード時と低利得モード時の両モードじに対して出力の負荷条件は同じであるので、出力インピーダンスの変化は小さい。
この(実施の形態1)によれば、高利得モード時と低利得モード時の両モード時に対してインピーダンスの変化が小さく、利得調整を容易かつ正確に行うことができる増幅回路を提供することができる。
【0031】
また、出力電流がトランジスタ103,104のサイズ比により決定されるため、制御バイアスに依存することなく利得調整を容易にかつ正確に行うことができる。
【0032】
(実施の形態2)
図2は本発明の(実施の形態2)の利得可変増幅回路を示す。
(実施の形態1)を示す図1では、トランジスタ104のベースバイアスがバイアス回路109から供給されていたが、この(実施の形態2)では、トランジスタ103,104の両制御端子間を、スイッチ手段としてのMOSトランジスタ201の出力回路で接続し、MOSトランジスタ201のゲートにスイッチ202を介して電源203から電圧を印加するよう構成されている点だけが異なっている。
【0033】
具体的には、MOSトランジスタ201のドレインをトランジスタ103ベースに接続し、MOSトランジスタ201のソースをトランジスタ104ベースに接続している。
【0034】
高利得モード時では、スイッチ202をオフしてトランジスタ104のベースをオープンとしトランジスタ104をオフ動作とする。その時、全ての高周波信号はトランジスタ103のエミッタに入力し、コレクタに出力され出力端2から高利得の高周波信号を得ることができる。
【0035】
低利得モード時では、スイッチ202をオンしてトランジスタ104をオン動作にする。これによってトランジスタ103,104のベースには同じ値のベースバイアス電圧を与えることができる。
【0036】
このとき、トランジスタ103とトランジスタ104に流れる電流比は、トランジスタ103とトランジスタ104のサイズ比によって決定される。そこでトランジスタ103とトランジスタ104のサイズ比を調整することでトランジスタに流れる電流を容易かつ正確に調整することができ、低利得の高周波信号を出力端2から得ることができる。
【0037】
(実施の形態3)
図3は本発明の(実施の形態3)の利得可変増幅回路を示す。
この(実施の形態3)は(実施の形態2)のトランジスタ104のベースに並列に抵抗301を接続した点だけが異なっている。抵抗301はトランジスタ104のベースと基準電位302の間に接続されている。
【0038】
このように構成したため、MOSトランジスタ201のドレインをトランジスタ103ベースに接続し、MOSトランジスタ201のソースをトランジスタ104ベースに接続してスイッチ手段を構成した場合に、高利得モード時にしようとスイッチ202をオフとすると、トランジスタ104のベースは抵抗301によって接地されているため、トランジスタ104を完全なオフ動作とすることができ、高周波電力を減衰させ出力端への高周波電力の回り込みを防ぐことができる。
【0039】
(実施の形態4)
図4は本発明の(実施の形態4)の利得可変増幅回路を示す。
この(実施の形態4)は(実施の形態2)のトランジスタ104のコレクタに直列に抵抗401を介装した点だけが異なっている。
【0040】
このように構成したため、低利得モード時ではスイッチ202をオンとし、トランジスタ104をオン動作にすると、トランジスタ103とトランジスタ104のベースには同じ値の電圧を与えることができる。ここでトランジスタのコレクタに接続された抵抗401により高周波信号を減衰することができ、出力端への高周波電力の回り込みを防ぐことができる。
【0041】
(実施の形態5)
(実施の形態4)では(実施の形態2)のトランジスタ104のコレクタに直列に抵抗401を介装したが、図1に示した(実施の形態1)でもトランジスタ104のコレクタに直列に抵抗を介装することもできる。この場合も、トランジスタ103とトランジスタ104のサイズが同じ構成または互いのサイズを異ならせた構成の何れかを採用することもできる。
【0042】
(実施の形態6)
(実施の形態3)では(実施の形態2)のトランジスタ104のベースに並列に抵抗301を介装し、(実施の形態4)では(実施の形態2)のトランジスタ104のコレクタに直列に抵抗401を介装したが、(実施の形態2)のトランジスタ104のベースに並列に抵抗301を介装し、かつ、トランジスタ104のコレクタに直列に抵抗401を介装することもできる。この場合も、トランジスタ103とトランジスタ104のサイズが同じ構成または互いのサイズを異ならせた構成の何れかを採用することもできる。
【0043】
なお、上記各実施の形態におけるバイアス回路107は図5(b)に示すようにミラー回路で構成されており、バイアス回路108は図5(a)に示すように構成されている。17Aはバイアス回路107の出力、18Aはバイアス回路108の出力、19はバイアス回路108の入力との接続線、バイアス回路109はバイアス回路108と同様に構成されている。
【0044】
【発明の効果】
以上のように本発明の利得可変増幅回路は、高利得モード時と低利得モード時の両モード時に対して出力インピーダンスの変化が小さく、利得調整を容易かつ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の(実施の形態1)の利得可変増幅回路の回路図
【図2】本発明の(実施の形態2)の利得可変増幅回路の回路図
【図3】本発明の(実施の形態3)の利得可変増幅回路の回路図
【図4】本発明の(実施の形態4)の利得可変増幅回路の回路図
【図5】各実施の形態のバイアス回路の構成図
【図6】従来の第1の利得可変増幅回路の回路図
【図7】従来の第2の利得可変増幅回路の回路図
【図8】利得可変増幅回路の使用例を示すブロック図
【符号の説明】
1 入力端
2 出力端
102 エミッタ接地トランジスタ(第1のトランジスタ)
103 ベース接地トランジスタ(第2のトランジスタ)
104 ベース接地トランジスタ(第3のトランジスタ)
106 負荷
107,108,109 バイアス回路
110 スイッチ
201 MOSトランジスタ(スイッチ手段)
202 スイッチ
301,401 抵抗

Claims (6)

  1. 第1のトランジスタの出力回路に負荷を有し、第1のトランジスタの出力回路と前記負荷との間に第2のトランジスタの出力回路を介装し、第1のトランジスタの入力に供給された入力信号を増幅して前記負荷と第2のトランジスタとの接続点から増幅信号を取り出す利得可変増幅回路であって、
    第3のトランジスタの出力回路を第2のトランジスタの出力回路と前記負荷との直列回路に並列接続するとともに第3のトランジスタの制御バイアスをオン/オフするスイッチ手段を設け、
    かつ第2のトランジスタと第3のトランジスタの互いのサイズを異ならせ、
    高利得モードでは前記スイッチ手段をオフして第2,第3のトランジスタのうちの第2のトランジスタにのみ制御バイアスをオンし、
    低利得モードでは前記スイッチ手段をオンして第2,第3のトランジスタの両トランジスタの制御バイアスをオンする
    ように構成し、第3のトランジスタの出力回路に直列に抵抗を介装した
    利得可変増幅回路。
  2. 第1のトランジスタの出力回路に負荷を有し、第1のトランジスタの出力回路と前記負荷との間に第2のトランジスタの出力回路を介装し、第1のトランジスタの入力に供給された入力信号を増幅して前記負荷と第2のトランジスタとの接続点から増幅信号を取り出す利得可変増幅回路であって、
    第3のトランジスタの出力回路を第2のトランジスタの出力回路と前記負荷との直列回路に並列接続するとともに、第2,第3のトランジスタの両制御端子間をスイッチ手段で接続し、
    かつ第2のトランジスタと第3のトランジスタの互いのサイズを異ならせ、
    高利得モードでは前記スイッチ手段をオフして第2,第3のトランジスタのうちの第2のトランジスタにのみ制御バイアスをオンし、
    低利得モードでは前記スイッチ手段をオンして第2,第3のトランジスタの両トランジスタの制御バイアスをオンする
    ように構成した利得可変増幅回路。
  3. 前記スイッチ手段をMOSトランジスタで構成し、前記第3のトランジスタの制御端子に並列に抵抗を接続した
    請求項2記載の利得可変増幅回路。
  4. 第3のトランジスタの出力回路に直列に抵抗を介装した
    請求項2または請求項3の何れかに記載の利得可変増幅回路。
  5. 第1のトランジスタの出力回路に負荷を有し、第1のトランジスタの出力回路と前記負荷との間に第2のトランジスタの出力回路を介装し、第1のトランジスタの入力に供給された入力信号を増幅して前記負荷と第2のトランジスタとの接続点から増幅信号を取り出す利得可変増幅回路であって、
    第3のトランジスタの出力回路を第2のトランジスタの出力回路と前記負荷との直列回路に並列接続するとともに第3のトランジスタの制御バイアスをオン/オフするスイッチ手段を設け、
    前記第2のトランジスタのベースが接地されており、
    高利得モードでは前記スイッチ手段をオフして第2,第3のトランジスタのうちの第2のトランジスタにのみ制御バイアスをオンし、
    低利得モードでは前記スイッチ手段をオンして第2,第3のトランジスタの両トランジスタの制御バイアスをオンするように構成した
    利得可変増幅回路。
  6. 第1のトランジスタの出力回路に負荷を有し、第1のトランジスタの出力回路と前記負荷との間に第2のトランジスタの出力回路を介装し、第1のトランジスタの入力に供給された入力信号を増幅して前記負荷と第2のトランジスタとの接続点から増幅信号を取り出す利得可変増幅回路であって、
    第3のトランジスタの出力回路を第2のトランジスタの出力回路と前記負荷との直列回路に並列接続するとともに、第2,第3のトランジスタの両制御端子間をスイッチ手段で接続し、
    前記第2のトランジスタのベースが接地されており、
    高利得モードでは前記スイッチ手段をオフして第2,第3のトランジスタのうちの第2のトランジスタにのみ制御バイアスをオンし、
    低利得モードでは前記スイッチ手段をオンして第2,第3のトランジスタの両トランジスタの制御バイアスをオンするように構成した
    利得可変増幅回路。
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