JPH04233813A - 広帯域増幅器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１つの直接出力端子を
有し、この出力端子に、少なくとも１つのレベルシフト
素子と直列に配置された少なくとも第１エミッタホロワ
トランジスタを含み少なくとも１つのレベルシフト出力
を発生するレベルシフト段を接続し、前記第１トランジ
スタはそのベースと電圧源との間に配置さた第１抵抗を
具えており、且つ少なくとも１つのレベルシフト出力端
子から入力側へ負帰還回路を具えている広帯域増幅器に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このタイプの増幅器は「ＩＥＥＥ　Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｌｅ　Ｃｉｃｕ
ｉｔｓ　」Ｖｏｌ．　ＳＣ１６，Ｎｏ．　６，　１９８
１　年１２月、　ｐｐ６３４〜６３８　に発表されてい
るロバート　　ジー．　メイヤー及びロバート　　エイ
・ブロウシルドの論文“Ａ　４−ｔｅｒｍｉｎａｌ　Ｗ
ｉｄｅ−Ｂａｎｄ　Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　Ａｍｐｌｉ
ｆｉｅｒ　”、特に　Ｆｉｇ．２及び８から既知である
。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような増幅器は広
い帯域幅とともに低い雑音レベル及び好適な値の入力及
び出力インピーダンスを有する利点がある。本発明の目
的は少なくとも２個の別個の出力端子を有する増幅器の
特性をこれら出力端子間の適正なアイソレーションが得
られるように改善して、例えばテレビジョン出力端子及
びビデオレコーダ出力端子を有するミクサ−セパレータ
を実現することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の基本アイデアは
、興味深い特性を本質的に有する上述したタイプの増幅
器を用い、その主負帰還ループの電圧シフト回路の特性
を、この増幅器に接続された別個の出力端子間に適切な
アイソレーションが得られるように改善することにある
。

【０００５】従って、本発明は１つの直接出力端子を有
し、この出力端子に、少なくとも１つのレベルシフト素
子と直列に配置された少なくとも第１エミッタホロワト
ランジスタを含み少なくとも１つのレベルシフト出力を
発生するレベルシフト段を接続し、前記第１トランジス
タはそのベースと電圧源との間に配置された第１抵抗を
具えており、且つ少なくとも１つのレベルシフト出力端
子から入力側へ負帰還回路を具えている広帯域増幅器に
おいて、当該増幅器はそれぞれ別個の出力端子を構成す
る少なくとも第２及び第３トランジスタを具え、これら
トランジスタはそれらのベースが前記レベルシフト出力
端子の１つに接続され且つそれらのコレクタがそれぞれ
１個の第１及び第２出力端子を構成するように配置し、
且つ前記レベルシフト段は前記第１エミッタホロワトラ
ンジスタと前記レベルシフト素子との間に縦続接続され
た第４エミッタホロワトランジスタを具えると共に、前
記レベルシフト素子と相まって電流ミラー回路を構成す
る第５トランジスタを具え、該第５トランジスタの主電
流通路を前記第１エミッタホロワトランジスタ主電流通
路と前記レベルシフト素子の前記第４エミッタホロワト
ランジスタに接続されてない側の端子との間に直列に接
続したことを特徴とする。

【０００６】前記電流ミラー回路はレベルシフト回路の
出力インピーダンスを減少させると共に別個の出力端子
間のアイソレーションを雑音レベルを増大することなく
改善せしめる。本発明の増幅器の有利な実施例では、当
該増幅器はベースが増幅器の入力端子を構成する第６ト
ランジスタを具え、そのコレクタを第８トランジスタと
ダーリトン段を構成する入力側の第７トランジスタのベ
ースに接続し、前記直接出力端子を前記第１エミッタホ
ロワトランジスタのベースに接続された前記第８トラン
ジスタのコレクタに接続した構成にする。

【０００７】この場合、前記（主）負帰還回路は前記レ
ベルシフト出力端子と前記第６トランジスタのエミッタ
との間に接続された第２抵抗を具え、前記第６トランジ
スタは第３エミッタ抵抗を有しているものとすることが
できる。第４抵抗を前記第８トランジスタのエミッタと
前記第６トランジスタのベースとの間に挿入し、入力イ
ンピーダンスを雑音を生じさせる低い値の入力抵抗を導
入することなく規定し得る補助負帰還回路を構成するこ
とができる。主負帰還ループ内の電流を制限することが
でき、この目的のために、当該増幅器は第９トランジス
タを具え、そのベースを前記レベルシフト出力端子に接
続し、そのコレクタを第５抵抗を経て、主電流通路が前
記電圧源と前記第６トランジスタのコレクタの第６バイ
アス抵抗及び前記第１抵抗との間に接続された第１０ト
ランジスタのベースに接続する。

【０００８】前記第１及び第４エミッタホロワトランジ
スタ間に第１エミッタホロワトランジスタを縦続接続し
て４×ベース−エミッタ電圧のシフトを得ることができ
、この場合には前記レベルシフト素子と電流ミラー回路
を構成する第１２トランジスタの主電流通路を前記第１
１トランジスタの主電流通路と前記レベルシフト素子の
前記第４エミッタホロワトランジスタに接続されてない
側の端子との間に直列に接続することができる。第１電
流源を前記第４エミッタホロワトランジスタと前記レベ
ルシフト素子とに共通の端子に接続し、少なくとも１つ
の第２電流源を第１及び第４エミッタホロワトランジス
タの少なくとも一方のベースに接続することができる。 これら電流源の少なくとも１つは第７抵抗で構成するこ
とができる。

【０００９】図面につき本発明を説明する。図１に示す
ように、前記メイヤー及びブロウシルドの論文に開示さ
れている広帯域増幅器はベースがこの増幅器の入力端子
Ｅを構成するトランジスタＱ１　を具える。抵抗Ｒ１　
を経て電圧源ＶＣＣに接続されたこのトランジスタＱ１
　のコレクタがダーリントン段の上流側トランジスタＱ
６　のベースに接続される。このダーリントン段の下流
側トランジスタはトランジスタＱ２　であり、トランジ
スタ　　Ｑ２　及びＱ６　のエミッタ間に抵抗Ｒ３　が
接続される。トランジスタＱ２　及びＱ６　の相互接続
コレクタがこの増幅器の直接出力端子（Ｃ）　を構成す
る。抵抗Ｒ２　によりこれらコレクタを電圧源ＶＣＣに
接続することができる。この増幅器の利得を決める主負
帰還ループは２レベルシフト回路を具え、即ちベースが
出力端子Ｃに、コレクタが電圧源ＶＣＣに接続されたエ
ミッタホロワとして配置された第１トランジスタＱ３　
と、これに縦続接続された、Ｑ３　と同一のタイプのト
ランジスタのベースとコレクタを相互接続して実現した
ダイオードＱ４　とを具えている。負帰還抵抗ＲＦ１が
ダイオードＱ４　のカソード（エミッタ）とトランジス
タＱ１　のエミッタとの間に直列に接続され、Ｑ１　の
エミッタは抵抗ＲＥ１を経て共通モード点（大地）に接
続される。

【００１０】この増幅器の利得は下記の値：を有する。 ダーリントン段により大きな開ループ利得を得ることが
できる。この増幅器は更に入力インピーダンス及び出力
インピーダンスに好影響を与える追加の負帰還ループを
具え、この負帰還ループはトランジスタＱ２のエミッタ
とトランジスタＱ１のベース（入力端子Ｅ）との間に接
続された抵抗ＲＦ２を具える。この抵抗ＲＦ２はトラン
ジスタＱ１のベースに直流バイアス電流を供給すること
ができる。主負帰還ループ及び追加の負帰還ループを具
えるこのような増幅器は広帯域を有すると共に比較的低
い雑音レベルを有し、従って空中線信号のような弱い信
号を増幅するのに好適である。

【００１１】図２は、入力端子に空中線信号ψを受信す
ると共に一方がテレビジョンセット（ＴＶ）　を給電し
他方がビデオレコーダ（ＶＣＲ）　を給電する２つの別
個の出力端子を有する増幅器Ａを具えたセパレータ−ミ
キサを示す。これら２つの出力端子は互いに及び空中線
に対し適切なアイソレーションを有する必要がある。

【００１２】図３は本発明広帯域増幅器の好適実施例の
回路図である。図３において図１に示すものと同様の機
能を成す素子は同一の符号で示してある。出力シフト回
路は３×ベース−エミッタ電圧に対応する３レベルのシ
フトを発生し、２つのトランジスタＱ３　及びＱ′３　
をエミッタホロワとしてダイオード接続トランジスタＱ
４　と縦続接続する。トランジスタＱ′３　のエミッタ
は２×ベース−エミッタ電圧だけシフトしたレベルを有
する出力端子Ｓを構成し、この出力端子から２つの別個
の出力信号Ｓ１　及びＳ２　を次のようにして得る。２
つのトランジスタＱ２０およＱ３０のコレクタを別々の
抵抗Ｒ２０およＲ３０を経て電圧源ＶＣＣに接続し、そ
れらのエミッタを別々の抵抗ＲＥ２０　及びＲＥ３０　
を経て共通モド点に接続し、それらのベースを出力端子
Ｓに接続する。これらトランジスタＱ２０及びＱ３０の
コレクタをもってそれぞれ別個の出力端子Ｓ１　（例え
ばＶＣＲ出力端子）及びＳ２　（例えばＴＶ出力端子）
を構成する。

【００１３】出力端子Ｓ１　及びＳ２　間及びこれら出
力端子と増幅器の入力端子との間のアイソレーションは
完全ではない。高周波数ではトランジスタＱ２０及びＱ
３０のコレクタ−ベースキャパシタンスにより出力端子
Ｓの信号の一部の再注入が生ずると共に一方の出力端子
からの信号の他方の出力端子への再注入が生ずる。上で
考察したように、このアイソレーションを改善するため
には電圧シフト回路（点Ｂ）の出力インピーダンスの値
及び点Ｓの出力インピーダンスの値も減少させると共に
点Ａ（トランジスタＱ′３　のベース）　のインピーダ
ンスの値を増大させるのが好適である。この目的のため
に、トランジスタＱ１０のベースを点Ｓに接続し、その
主電流通路を点Ａ及びＢ間に、即ちトランジスタＱ３　
の主電流通路と直列に接続する。トランジスタＱ４　及
びＱ１０が同一であれば、出力電流Ｉ３　はンジスタＱ
１０とＱ４　とに均等に分配される。

【００１４】トランジスタＱ１０がない場合の点Ｂ及び
点Ｓの出力インピーダンスをそれぞれＺＢ１及びＺＳ１
で表わし、トランジスタＱ１０がある場合の点Ｂ及び点
Ｓの出力インピーダンスをそれぞれＺＢ２及びＺＳ２で
表わすものとする。更に、トランジスタＱ１０がない場
合の点Ａの入力インピーダンスをＺＡ１で表わし、トラ
ンジスタＱ１０がある場合の点Ａの入力インピーダンス
をＺＡ２で表わすものとすると、これらのインピーダン
スは次のように表わせる。 ここで、ｒｄ　＝トランジスタのエミッタ抵抗値β＝ト
ランジスタＱ３　の電流利得 レベルシフト（３×ベース−エミッタ電圧）はほぼ同一
のままである（１８ｍＶ以下）　。トランジスタＱ３　
（　電流　Ｉ／２を流す）　はトランジスＱ１０により
給電される。回路の最適化のためにはダイオードのダイ
ナミック抵抗値をＲＦ１の値に対し極めて低くする必要
がある。この条件は電流消費も雑音レベルも増大しない
本提案回路により容易に満足させることができる。トラ
ンジスタＱ１０の付加により増幅器の入力端子と出力端
子との間、即ち空中線と各出力端子Ｓ１　，　Ｓ２　と
の間及び両出力端子間のアイソレーションに対し、約１
０　ｄＢまでの改善を達成することができる。

【００１５】種々の素子の値の一例を挙げると次の通り
である。 　　　　Ｒ１　＝　５００Ω　　　　　　　　　　Ｒ２
　＝　５０　Ω　　　　ＲＦ１＝　１２０Ω　　　　　
　　　　　ＲＦ２＝　６００Ω　　　　ＲＥ１＝　１５
　Ω　　　　　　　　　　ＲＥ２＝　８０　Ω　　　　
　　ＲＥ６＝　５００Ω以下に、主負帰還抵抗ＲＦ１を
流れる電流Ｉ３　を制限する手段を示す。ｎを電圧シフ
ト回路のレベルシフトの数であるものとする（図３では
ｎ＝３）。第１近似として

【数１】 が得られる。Ｉ３　はＶｃｃ及び温度の変化に極めて影
響されやすい。負帰還が良好な直線性及び電圧シフト回
路と無関係の利得を有するようにするためには抵抗ＲＦ
１は電圧シフト回路のインピーダンスＺＢ２より著しく
高い値を有する必要がある。即ち 　　ＲＦ１の値は回路の所要の性能に対応する所定数の
パラメータの関数値に選択されるため、及びＩ３　は温
度及び電源電圧の変化に影響されるため、少なくとも先
ず第１にその変化を抑制して極端な状態において電流消
費が高くなりすぎないようにするのが望ましい。

【００１６】これを実現するための基本的アイデアは電
流Ｉ３　を本質的に点Ｂの電圧Ｖ３　に依存させること
にある。電流Ｉ３　を電圧Ｖ３　を測定して制御するこ
とができる。トランジスタＱ８　のベースを高い値の抵
抗Ｒ９　を経て点Ｂに接続し、そのエミッタを抵抗ＲＥ
８を経て電圧源（大地）に接続する。積分キャパシタＣ
８　をそのコレクタとベースとの間に接続する。そのコ
レクタを抵抗Ｒ８　を経て安定トランジスタＱ７　のベ
ースに接続し、このトランジスタＱ７　のコレクタを電
圧源Ｖｃｃに接続し、そのエミッタを抵抗Ｒ１　及びＲ
２　の接続点に接続する。抵抗Ｒ７　をトランジスタＱ
７　のコレクタとベースとの間に接続してこの抵抗と抵
抗Ｒ８　とをもって分圧器ブリッジを構成する。抵抗Ｒ
７　は増幅器を妨害しないように選択する。抵抗Ｒ７　
を流れる電流は電流Ｉ３　に依存し、トランジスタＱ７
　のエミッタの電圧Ｖ′ＣＣは電流Ｉ３　が増大すると
減少し、従ってこの構成によれば電流Ｉ３　がＶＣＣの
代りにＶ′ＣＣに依存する制御が得られる。

【００１７】図４は点Ａ及びＳに電流源を付加すること
により電圧シフト回路の直線性を改善した構造を示し、
本例ではこれら電流源を各別の抵抗Ｒ１０及びＲ４　で
構成している。図５はｎ＝４の場合に対応する実施例を
示す。エミッタホロワＱ″３　をトランジスタＱ３　と
Ｑ′３　との間に縦続接続し、ダイオードＱ４　と電流
ミラー回路を構成するトランジスタＱ′１０の主電流通
路をトランジスタＱ″３　の主電流通路と直列に配置す
る。この構成はＩ３　を小さくすることができる。本発
明は上述した実施例にのみ限定されるものでない。特に
、図示のトランジスタはｎｐｎ型であり、ｎｐｎ型はｐ
ｎｐ型トランジスタより集積化し易く高速であるが、本
発明増幅器はｐｎｐ型トランジスタで実現することもで
きる。

【００１８】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の広帯域増幅器の回路図である。

【図２】テレビジョンセット用ミクサ−セパレータの略
図である。

【図３】本発明増幅器の好適実施例の回路図である。

【図４】本発明によるシフト回路の変形例の回路図であ
る。

【図５】本発明によるシフト回路の他の変形例の回路図
である。

【符号の説明】

Ｅ　　入力端子 Ｑ１　　　入力トランジスタ Ｑ６，　　Ｑ２　　　ダーリントン段 Ｃ　　直接出力端子 Ｑ３　，　Ｑ′３　，　Ｑ４　，　Ｑ１０；Ｑ３　，　
Ｑ′３　，　Ｑ″３　，　Ｑ４　，　Ｑ１０　，Ｑ′１
０　　　　　　レベルシフト回路Ｑ１０　，Ｑ４　；Ｑ
１０　，Ｑ′１０　，Ｑ４　　　電流ミラー回路ＲＦ１
■　　主負帰還抵抗 ＲＦ２■　　追加の負帰還抵抗 Ｑ２０　，Ｑ３０■　　出力トランジスタＳ１　，　Ｓ
２　　　出力端子

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　１つの直接出力端子を有し、この出力
   端子に、少なくとも１つのレベルシフト素子と直列に配
   置された少なくとも第１エミッタホロワトランジスタを
   含み少なくとも１つのレベルシフト出力を発生するレベ
   ルシフト段を接続し、前記第１トランジスタはそのベー
   スと電圧源との間に配置された第１抵抗を具えており、
   且つ少なくとも１つのレベルシフト出力端子から入力側
   へ負帰還回路を具えている広帯域増幅器において、当該
   増幅器はそれぞれ別個の出力端子を構成する少なくとも
   第２及び第３トランジスタ（Ｑ２０，　Ｑ３０）　を具
   え、これらトランジスタはそれらのベースが前記レベル
   シフト出力端子の１つ（Ｓ）　に接続され且つそれらの
   コレクタがそれぞれ別個の第１及び第２出力端子（Ｓ１
   ，Ｓ２）を構成するように配置し、且つ前記レベルシフ
   ト段は前記第１エミッタホロワトランジスタ（Ｑ３）と
   前記レベルシフト素子（Ｑ４）との間に縦続接続された
   第４エミッタホロワトランジスタ（Ｑ３　′）　を具え
   ると共に、前記レベルシフト素子（Ｑ４　）と相まって
   電流ミラー回路を構成する第５トランジスタ（Ｑ１０）
   　を具え、該第５トランジスタ（Ｑ１０）　の主電流通
   路を前記第１エミッタホロワトランジスタ（Ｑ３）の主
   電流通路と前記レベルシフト素子（Ｑ４）の前記第４エ
   ミッタホロワトランジスタ（Ｑ３　′）　に接続されて
   ない側の端子との間に直列に接続したことを特徴とする
   広帯域増幅器。
2. 【請求項２】　　前記レベルシフト素子はダイオード接
   続トランジスタであることを特徴とする請求項１記載の
   増幅器。
3. 【請求項３】　　当該増幅器はベースが増幅器の入力端
   子を構成する第６トランジスタ（Ｑ１）を具え、そのコ
   レクタを第８トランジスタ（Ｑ２）とダーリトン段を構
   成する入力側の第７トランジスタ（Ｑ６）のベースに接
   続し、前記直接出力端子（Ｃ）　を前記第１エミッタホ
   ロワトランジスタ（Ｑ３）のベースに接続された前記第
   ８トランジスタ（Ｑ２）のコレクタに接続したことを特
   徴とする請求項１又は２記載の増幅器。
4. 【請求項４】　　前記負帰還回路は前記レベルシフト出
   力端子（Ｂ）　と前記第６トランジスタ（Ｑ１）のエミ
   ッタとの間に接続された第２抵抗（ＲＦ１）　を具え、
   前記第６トランジスタ（Ｑ１）は第３エミッタ抵抗（Ｒ
   Ｅ１）　を有していることを特徴とする請求項３記載の
   増幅器。
5. 【請求項５】　　当該増幅器は前記第８トランジスタ（
   Ｑ２）のエミッタと前記第６トランジスタ（Ｑ１）のベ
   ースとの間に挿入された第４抵抗（ＲＦ２）　を具えて
   いることを特徴とする請求項３又は４記載の増幅器。
6. 【請求項６】　　当該増幅器は第９トランジスタ（Ｑ８
   ）を具え、そのベースを前記レベルシフト出力端子（Ｂ
   ）　に接続し、そのコレクタを第５抵抗（Ｒ８）を経て
   、主電流通路が前記電圧源と前記第６トランジスタ（Ｑ
   １）のコレクタの第１バイアス抵抗（Ｒ１）及び前記第
   １抵抗（Ｒ２）との間に接続された第１０トランジスタ
   （Ｑ７）のベースに接続したことを特徴とする請求項３
   又は５記載の増幅器。
7. 【請求項７】　　前記レベルシフト段は前記第１及び第
   ４エミッタホロワトランジスタ（Ｑ３，Ｑ′３）間に縦
   続接続された第１１エミッタホロワトランジスタ（Ｑ″
   ３）を具えると共に前記レベルシフト素子（Ｑ４）と電
   流ミラー回路を構成する第１２トランジスタ（Ｑ′１０
   ）　を具え、該トランジスタの主電流通路を前記第１１
   トランジスタ（Ｑ″３）の主電流通路と前記レベルシフ
   ト素子（Ｑ４）の前記第４エミッタホロワトランジスタ
   （Ｑ′３）に接続されてない側の端子との間に直列に接
   続したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の
   増幅器。
8. 【請求項８】　　当該増幅器は前記第４エミッタホロワ
   トランジスタ（Ｑ′３）と前記レベルシフト素子（Ｑ４
   ）との共通端子（Ｓ）　に接続された第１電流源と、前
   記第１及び第４エミッタホロワトランジスタ（Ｑ３　，
   　Ｑ′４）の少なくとも一方のベースに接続された少な
   くとも１つの第２電流源を具えていることを特徴とする
   請求項７記載の増幅器。
9. 【請求項９】　　前記電流源の少なくとも１つは第７抵
   抗（Ｒ４，Ｒ１０）　で構成したことを特徴とする請求
   項８記載の増幅器。