專利名稱：可變增益放大器電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可變增益放大器電路。特別是，本發(fā)明涉及一種可變增益放大器電路，其能夠實現(xiàn)最小增益的建立，而不會在增益可變時改變輸出端的DC電壓。
在可變增益放大器電路中，當放大器電路使增益由最小值變?yōu)樽畲笾禃r，最好是不改變輸出端的DC電壓。在常規(guī)可變增益放大器電路中，存在的問題在于，當放大器電路響應于增益控制信號使增益發(fā)生變化時，輸出端的DC電壓會與增益成正比改變。日本專利申請?zhí)亻_平3-153133公開了一種解決該問題的可變增益放大器電路。


圖1是表示按照在日本專利申請?zhí)亻_平3-153133中所公開常規(guī)實例的可變增益放大器電路的電路圖。圖1所示可變增益放大器電路包括輸入差動電路，增益控制差動電路，和第一和第二負載電阻?？勺冊鲆娣糯笃麟娐愤B接于第一電源端52與第一和第二恒定電流源37,38之間，由此差動放大輸入到第一和第二輸入端33,34的輸入信號，以便根據來自第一和第二增益控制端31,32的增益控制信號而輸出。
輸入差動電路帶有第一晶體管35，其基極連接于輸入端33，和第二晶體管36，其基極連接于輸入端34。第一晶體管35和第二晶體管36的每個發(fā)射極通過第一發(fā)射極反饋電阻41而相互連接，并且連接于第一和第二恒定電流源37,38上。標號39,40表示接地端。
增益控制差動電路帶有第三、第九、第十、和第四晶體管42,43,48，和49，其各基極連接于第一增益控制端31上，并且其各集電極連接于第一和第二輸出端53和54上，和第五、第六、第七、和第八晶體管44,45,46，和47，其各基極連接于第二增益控制端32上。第三、第九、第五、和第六晶體管42,43,44，和45的各發(fā)射極共同連接于第一晶體管35的集電極上。第七、第八、第十、和第四晶體管46,47,48，和49的各發(fā)射極共同連接于第二晶體管36的集電極上。第五和第七晶體管44和46的各集電極共同連接于第一輸出端53上。第六和第八晶體管45和47的各集電極共同連接于第二輸出端54上。第一負載電阻50連接在第三、第九、第五、和第七晶體管42,43,44，和46的各集電極與第一電源端52之間。第二負載電阻51連接在第六、第八、第十、和第四晶體管45,47,48，和49的各集電極與第一電源端52之間。
進一步地，建立有相互相等的第三、第九、第五、第六、第七、第八、第十、和第四晶體管42,43,44,45,46,47,48，和49的發(fā)射極區(qū)面積。
圖1所示常規(guī)可變增益放大器電路按如下操作也就是說，由第一和第二輸入端33,34所輸入的信號通過第一和第二晶體管35,36而變換為電流，由此共同輸入給第三、第九、第五、和第六晶體管42,43,44，和45的各發(fā)射極，以及第七、第八、第十、和第四晶體管46,47,48，和49的各發(fā)射極。給各發(fā)射極所輸入的電流根據增益控制端31和32的增益控制電壓Vd而均分給第三、第九、第五、和第六晶體管42,43,44，和45的各集電極，以及第七、第八、第十、和第四晶體管46,47,48，和49的各集電極。將第三、第九、第五、第六、第七、第八、第十、和第四晶體管42,43,44,45,46,47,48，和49的集電極電流的DC成分分別取為ICQ3,ICQ9,ICQ5,ICQ6,ICQ7,ICQ8,ICQ10，和ICQ4，并且將第一和第二晶體管35和36的集電極電流的DC成分取為IO。從而獲得下列通式ICQ3=ICQ9=ICQ10=ICQ4=IO2(1+eVdVT)]]>ICQ5=ICQ6=ICQ7=ICQ8=IO2(1+eVdVT)]]>因此，流過第一和第二負載電阻50和51的DC電流為ICQ3+ICQ9+ICQ4+ICQ7=ICQ4+ICQ10+ICQ8+ICQ6=IO由此變?yōu)楹愣ㄖ?，而不取決于增益控制電壓Vd。也就是說，當增益可變時，不會改變輸出端的DC電壓。
另外，將第三、第九、第五、第六、第七、第八、第十、和第四晶體管42,43,44,45,46,47,48，和49集電極電流的AC成分取為iCQ3,iCQ9,iCQ5,iCQ6,iCQ7,iCQ8,iCQ10，和iCQ4，并且將第一晶體管35集電極電流的AC成分取為iO，從而獲得下列通式iCQ3=iCQ9=iO2(1+e-VdVT)=-iCQ10=-iCQ4]]>iCQ5=iCQ6=iO2(1+eVdVT)=-iCQ7=-iCQ8]]>因此，流過第一和第二負載電阻50和51的AC電流為iCQ3+iCQ9+iCQ5+iCQ7=iO1+e-VdVT]]>iCQ4+iCQ10+iCQ8+iCQ6=-iO1+e-VdVT]]>也就是說，第五和第七晶體管44和46集電極電流的AC成分與第八和第六晶體管47和45集電極的電流的AC成分相互完全抵消，由此不會影響增益。
下面，將負載電阻取為Rc，將增益控制電壓(增益控制信號)取為Vd，將輸入差動電路的傳導率取為Gm，將熱電壓取為VT。此時，可變增益放大器電路的增益G為G=20log(GmRc)-20log(1+e-VdVT)]]>在這里，當增益控制電壓以負方向增加時，最小增益Gmin為Gmin=-∞然而，在圖1所示常規(guī)可變增益放大器電路中，存在的問題在于，當增益可變時提供給增益控制端的增益控制電壓在負方向上超過正常范圍時，會使增益降為負無窮大。
其原因在于，第五和第七晶體管44和46集電極電流，或第六和第八晶體管45和47的集電極電流，其AC成分的幅值相互相等，并且其相位相差180度。輸出上述集電極電流的第五、第六、第七、和第八晶體管44,45,46，和47以相同DC集電極電流在建立最小增益時操作，以便不改變輸出端的DC電壓，由此其AC成分完全抵消，使得增益降為負無窮大。
另外，還有一個問題在于，為了克服上述問題而使增益控制電路變復雜，由此使片狀器件的尺寸變大。
有必要新制備一電路以增加限制的原因就是使增益控制電壓在負方向上不超過正常范圍，以便獲得所需的最小增益。
還有一些現(xiàn)有技術的參考資料與圖1所示的上述可變增益放大器電路相似。
A．日本專利申請?zhí)亻_平5-259768公開了一種可變增益放大器，其中輸出電壓的工作點不波動。
B．日本專利申請?zhí)亻_昭62-183207公開了一種可變增益放大器，其中完全消除了輸出DC電平所發(fā)生的波動。
C．日本專利申請?zhí)亻_昭58-200612公開了一種可變增益放大器，其中不出現(xiàn)DC波動成分。
D．日本專利申請?zhí)亻_平10-41750，其公開了“增益控制頻率變換電路”。
在上述參考文獻A,B，和C中，提供了一對增益控制差動晶體管。例如，A的圖3的Q7和Q8,B的圖1的元件4和5，和C的圖2的Q14和Q15。在整個各種情況下，這些增益控制差動晶體管是相互完全相同的晶體管。也就是說，在A,B，和C的結構中，除了可變增益放大器電路不改變輸出端的DC電壓以外，未獲得任何效果。
鑒于上述觀點，本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種可變增益放大器電路，其能夠很容易地建立最小增益，而在增益可變時不改變輸出端的DC電壓。
按照本發(fā)明的第一方案，就是克服上述問題，提供一種可變增益放大器電路，其具有輸入差動電路，增益控制差動電路，第一負載電阻，和第二負載電阻，其同時連接在第一電源端和第一恒定電流源之間，由此根據第一和第二增益控制端的增益控制信號進行差動放大，以輸出第一和第二輸入信號，其特征在于輸入差動電路帶有第一晶體管，其基極連接于第一輸入端上，和第二晶體管，其基極連接于第二輸入端上，其中第一和第二晶體管的各發(fā)射極共同連接于第一恒定電流源上，增益控制差動電路帶有第三和第四晶體管，其各基極連接于第一增益控制端上，而其各集電極連接于第一和第二輸出端上，和第五、第六、第七、和第八晶體管，其各基極共同連接于第二增益控制端上，其中第三、第五、和第六晶體管的各發(fā)射極共同連接于第一晶體管的集電極上，并且第七、第八、和第四晶體管的各發(fā)射極共同連接于第二晶體管的集電極上，和第五和第七晶體管的各集電極共同連接于第一輸出端上，并且第六和第八晶體管的各集電極共同連接于第二輸出端上，第一負載電阻連接在第三、第五、和第七晶體管的集電極與第一電源端之間，并且第二負載電阻連接在第六、第八、和第四晶體管的集電極與第一電源端之間。第三和第四晶體管、第五和第八晶體管、和第六和第七晶體管中的各發(fā)射極區(qū)面積相互等同地建立。第五或第八晶體管的發(fā)射極區(qū)面積大于第六或第七晶體管的發(fā)射極區(qū)面積。
按照本發(fā)明的第二方案，提供一種可變增益放大器電路，其中具有連接在第一晶體管和第一恒定電流源之間的第一發(fā)射極反饋電阻，和連接在第二晶體管和所述第一恒定電流源之間的第二發(fā)射極反饋電阻。
下面將通過詳細的描述同時結合附圖使本發(fā)明的上述和進一步的目的以及新的特征更加清楚。然而，應當理解，附圖只是用于圖示，其不作為對本發(fā)明的限制。
附圖的簡要說明。
圖1是表示常規(guī)可變增益放大器電路的電路圖；圖2是表示按照本發(fā)明實施例1的可變增益放大器電路的電路圖；圖3是表示在按照本發(fā)明實施例1的可變增益放大器電路中當改變增益控制電壓時增益變化的特性圖；圖4是表示在按照本發(fā)明實施例1的可變增益放大器電路中當改變增益控制電壓時增益變化的特性圖；圖5是表示按照本發(fā)明實施例2的可變增益放大器電路的電路圖；和圖6是表示在按照本發(fā)明實施例2的可變增益放大器電路中當改變增益控制電壓時增益變化的特性圖。
下面將結合附圖詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖2是表示按照本發(fā)明實施例1的可變增益放大器電路的電路圖。
在圖2中，按照本發(fā)明實施例1的可變增益放大器電路包括輸入差動電路，增益控制差動電路，第一負載電阻，和第二負載電阻，其中可變增益放大器電路連接在第一電源端17和第一恒定電流源7之間，由此根據增益控制端1和2的增益控制信號對輸入信號進行差動放大，并由第一和第二輸入端3和4而輸出。
輸入差動電路帶有第一晶體管5，其基極連接于第一輸入端3上，和第二晶體管6，其基極連接于第二輸入端4上。第一和第二晶體管5和6的各發(fā)射極共同連接于第一恒定電流源7上。
增益控制差動電路帶有第三和第四晶體管9和14，其各基極連接于第一增益控制端1上，而其各集電極連接于第一和第二輸出端18和19上，和第五、第六、第七、和第八晶體管10,11,12，和13，其各基極共同連接于第二增益控制端2上。第三、第五、和第六晶體管9,10，和11共同連接于第一晶體管5的集電極上，而第七、第八、和第四晶體管12,13，和14共同連接于第二晶體管6的集電極上。另外，第五和第七晶體管10和12的各集電極共同連接于第一輸出端18上，而第六和第八晶體管11和13的各集電極共同連接于第二輸出端19上。
還有，第一負載電阻15連接在第三、第五、和第七晶體管9,10，和12共同連接的集電極與第一電源端17之間。另外，第二負載電阻16連接在第六、第八、和第四晶體管11,13，和14共同連接的集電極與第一電源端17之間。
再有，第三晶體管9的發(fā)射極區(qū)面積與第四晶體管14的發(fā)射極區(qū)面積相互相等。第五晶體管10的發(fā)射極區(qū)面積與第八晶體管13的發(fā)射極區(qū)面積相互相等。第六晶體管11的發(fā)射極區(qū)面積與第七晶體管12的發(fā)射極區(qū)面積相互相等。第五或第八晶體管10或13的發(fā)射極區(qū)面積要比第六或第七晶體管11或12的發(fā)射極區(qū)面積大。
在按照圖2所示本發(fā)明實施例1的可變增益放大器電路中，由輸入端3和4所輸入的信號借助于第一和第二晶體管5和6而轉換為各電流。該電流通過第一晶體管5共同輸入給第三、第五、和第六晶體管9,10，和11的各發(fā)射極，該電流通過第二晶體管6共同輸入給第七、第八、和第四晶體管12,13，和14的各發(fā)射極。另外，電流根據增益控制端1和2的增益控制電壓Vd而均分給各晶體管的各集電極，由此通過輸出端18和19而輸出，同時借助于負載電阻15和16轉換為電壓。
將第三晶體管9或第四晶體管14、第五晶體管10或第八晶體管13、和第六晶體管11或第七晶體管12的發(fā)射極區(qū)面積比設置為l∶m∶n，進一步將集電極電流的DC成分設置為ICQ3,ICQ5,ICQ6,ICQ7,ICQ8，和ICQ4，還有將第一和第二晶體管5和6的集電極電流的DC成分設置為IO，由此得出ICQ3=ICQ4=IO1+m+nle-VdVr]]>ICQ5=ICQ8=IOme-VdVrl(1+m+nl)e-VdVr]]>ICQ6=ICQ7=IOme-VdVrl(1+m+nl)e-VdVr]]>在這里，l=m+n(這是一個假設，并且為了簡化計算，可以借助于一個實例來進行設定)，并且m＞n(這是不可缺少的)。
因此，流過第一和第二負載電阻15和16的DC電流為ICQ3+ICQ5+ICQ7=ICQ4+ICQ8+ICQ6=IO
其是恒定值而不取決于增益控制電壓Vd。
也就是說，輸出端的DC電壓在增益可變時不會變化。
可將第三、第五、第六、第七、第八、和第四晶體管9,10,11,12,13，和14的各集電極電流的AC成分設置為iCQ3,iCQ5,iCQ6,iCQ7,iCQ8，和iCQ4，并且將第一晶體管5的集電極電流的AC成分設置為iO，得出iCQ3=iO1+e-VdVT=-iCQ4]]>iCQ5=iome-VdVTl(1+e-VdVT)=-iCQ8]]>iCQ6=ione-VdVTl(1+e-VdVT)=-iCQ7]]>因此，流過第一和第二負載電阻15和16的AC電流為iCQ3+iCQ5+iCQ7=io(1+m-nle-VdVT)1+e-VdVT]]>iCQ4+iCQ8+iCQ6=io(1+m-nle-VdVT)1+e-VdVT]]>也就是說，第五和第七晶體管10和12與第八和第六晶體管13和11的AC成分分別不完全抵消，因此，對最小增益產生影響。G=20log(GmRc)-20log(1+e-VdVT1+m-nle-VdVT)]]>將負載電阻設為Rc，將增益控制電壓(增益控制信號)設為Vd，將輸入差動電路的傳導率設為Gm，并將熱電壓設為VT。此時，可變增益放大器電路的增益G得出上述通式。
在這里，當增益控制電壓Vd在負方向上增加時，最小增益Gmin得出Gmin=20log(GmRc)-20log(lm-n)]]>最小增益Gmin是只通過第三晶體管9(或第四晶體管14)、第五晶體管10(或第八晶體管13)、和第六晶體管11(或第七晶體管12)的發(fā)射極區(qū)面積比l∶m∶n來確定的。因此，由于根據增益控制信號限制最小增益是無必要的，所以可以簡化增益控制部分。
圖3表示在按照圖2所示本發(fā)明實施例1的可變增益放大器電路中當增益控制電壓Vd改變時增益變化的的特性圖。
如圖3所示，當增益控制電壓Vd發(fā)生改變時，可以知道，增益會由最小增益20log(GmRc)-20log{l/(m-n)}變?yōu)樽畲笤鲆?0log(GmRc)。
圖4是表示在按照本發(fā)明實施例1的可變增益放大器電路中當增益控制電壓Vd發(fā)生改變時增益變化的特性圖。
在圖4中，最大增益20log(GmRc)取為15[dB]。
在本發(fā)明實施例1中，由第一和第二晶體管5和6組成的輸入差動電路具有的傳導率為Gm。將第三晶體管9(或第四晶體管14)、第五晶體管10(或第八晶體管13)、和第六晶體管11(或第七晶體管12)的發(fā)射極區(qū)面積比設置為11∶6∶5。
在這種情況下，在本發(fā)明實施例1中的增益會按照圖4的實線所示的增益1變化。
進一步地，在本發(fā)明實施例1中，由第一和第二晶體管5和6組成的輸入差動電路具有的傳導率為Gm，并且將第三晶體管9(或第四晶體管14)、第五晶體管10(或第八晶體管13)、和第六晶體管11(或第七晶體管12)的發(fā)射極區(qū)面積比33∶17∶16。
在這種情況下，本發(fā)明實施例1中的增益按圖4虛線所示的增益2變化。
圖5是表示按照本發(fā)明實施例2的可變增益放大器電路的電路圖。
按照圖5所示本發(fā)明實施例2的可變增益放大器電路，其特征在于，在圖2所示實施例1中的第一電阻5與恒定電流源7之間和在第二電阻6與第一恒定電流源7之間連接有第一和第二發(fā)射極反饋電阻20和21。其余部分的構成與實施例1相同。
在本發(fā)明實施例2中，設置Gm≌1/(2RE)，其中將由第一和第二晶體管5和6以及第一和第二發(fā)射極反饋電阻20和21組成的輸入差動電路的傳導率取為Gm，并同時將第一和第二發(fā)射極反饋電阻的各電阻值取為RE。
此時，可變增益放大器電路的G為G=20log(Rc2RE)-20log(1+e-VdVT1+m-nle-VdVT)]]>在這里，當增益控制電壓Vd在負方向上增加時，最小增益Gmin為Gmin=20log(Rc2RE)-20log(lm-n)]]>在本發(fā)明實施例2中，當將第一恒定電流源7的電流取為2IO，通過插入發(fā)射極反饋電阻20,21，輸入差動電路的擴展輸入動態(tài)范圍為2IO×RE。由于該原因，即使輸入端3和4輸入信號的振幅很大，失真特性也不會變壞。
圖6是表示在按照本發(fā)明實施例2的可變增益放大器電路中當改變增益控制電壓Vd時增益變化的特性圖。
如圖6所示，當增益控制電壓Vd發(fā)生變化時，將會知道，其間的增益會由最小增益20log(Rc/2RE)-20log{l/(m-n)}變?yōu)樽畲笤鲆?0log(Rc/2RE)。
以上基于優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述。本發(fā)明可變增益放大器電路不只限于上述實施例的構成。還應包括對本發(fā)明上述實施例結構進行改型或變形的可變增益放大器電路。
如上所述，按照本發(fā)明，提供一種可變增益放大器電路，其輸出端的DC電壓是不變的，即使其使增益根據增益控制電壓而變化。
還有，其能夠通過增益控制差動電路的晶體管發(fā)射極區(qū)面積比很容易地建立最小增益。
再有，由于只通過元件的相對比可以很容易地建立最小增益，所以增益控制電壓發(fā)生電路可以簡化結構。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例是采用特定術語進行的描述，其描述僅僅是用以說明，可以理解，對其所進行的各種改型和變形均不會脫離下列權利要求的精神或范圍。
權利要求
1．一種可變增益放大器電路，其具有輸入差動電路，增益控制差動電路，第一負載電阻，和第二負載電阻，該可變增益放大器電路連接于第一電源端與第一恒定電流源之間，由此根據第一和第二增益控制端的增益控制信號進行差動放大，以便輸出第一和第二輸入信號，其特征在于所述輸入差動電路具有第一晶體管，其基極連接于第一輸入端上，和第二晶體管，其基極連接于第二輸入端上，其中所述第一和第二晶體管的各發(fā)射極共同連接于所述第一恒定電流源上；所述增益控制差動電路具有第三和第四晶體管，其各基極連接于所述第一增益控制端上，而其各集電極連接于第一和第二輸出端上，和第五、第六、第七、和第八晶體管，其各基極共同連接于所述第二增益控制端上，其中所述第三、第五、和第六晶體管的各發(fā)射極共同連接于所述第一晶體管的集電極上，并且所述第七、第八、和第四晶體管的各發(fā)射極共同連接于所述第二晶體管的集電極上，并且所述第五和第七晶體管的各集電極共同連接于所述第一輸出端上，和所述第六和第八晶體管的各集電極共同連接于所述第二輸出端上；所述第一負載電阻連接在所述第三、第五、和第七晶體管的所述集電極與所述第一電源端之間；所述第二負載電阻連接在所述第六、第八、和第四晶體管的所述集電極與所述第一電源端之間；在所述第三和第四晶體管、所述第五和第八晶體管、和所述第六和第七晶體管中的各發(fā)射極區(qū)面積相互等同地建立，和所述第五或第八晶體管的發(fā)射極區(qū)面積大于所述第六或第七晶體管的發(fā)射極區(qū)面積。
2．根據權利要求1的可變增益放大器電路，其中在所述第一晶體管與所述第一恒定電流源之間連接有第一發(fā)射極反饋電阻，并且在所述第二晶體管與所述第一恒定電流源之間連接有第二發(fā)射極反饋電阻。
全文摘要
可變增益放大器電路,其具有由第一和第二晶體管組成的輸入差動電路,其中晶體管的各基極連接于輸入端上,而各發(fā)射極連接于恒定電流源上,和由第三至第八晶體管組成的增益控制差動電路,其相互連接使得基極、集電極、和發(fā)射極具有所需關系。而且,可變增益放大器電路具有第一負載電阻,其連接在第三、第五、和第七晶體管的集電極與第一電源端之間,和第二負載電阻,其連接在第六、第八、和第四晶體管的集電極與第一電源端之間。
文檔編號H03G3/04GK1234649SQ9910082
公開日1999年11月10日 申請日期1999年2月23日 優(yōu)先權日1998年2月20日
發(fā)明者石原尚也 申請人:日本電氣株式會社