專利名稱：可變增益放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)通過對于控制電壓以指數(shù)函數(shù)控制增益、從而對于控制電壓線性地控制能以對數(shù)表現(xiàn)的增益(dB)的可變增益放大器。
背景技術(shù)：
圖1為表示現(xiàn)有的可變增益放大器的電路圖，圖中，1為可變電源，2為發(fā)射極接地的晶體管、3為放大器。其動作說明如下。
如圖1所示，如可變電源1產(chǎn)生的控制電壓VBE線性可變，則發(fā)射極接地的晶體管2的集電極電流Ic按照該控制電壓VBE的指數(shù)函數(shù)形式變化。通過將按照這一指數(shù)函數(shù)變化的集電極電流Ic作為放大器3的電流源供給，從而能對于控制電壓VBE以指數(shù)函數(shù)控制放大器3的增益。
這樣，通過對于控制電壓VBE以指數(shù)函數(shù)控制增益，從而對于控制電壓VBE線性地控制能以對數(shù)表現(xiàn)的增益(dB)。
如以數(shù)學式表示該集電極電流Ic和控制電壓VBE間的關(guān)系，則能以下式(1)表示。
Ic＝Is·exp((q/k·T)·VBE)(1)式中，Is為飽和電流，q為電荷，k為波爾茨曼常數(shù)，T為絕對溫度。
現(xiàn)有的可變增益放大器的結(jié)構(gòu)如上所述，故如上述式(1)所示，按照控制電壓VBE的指數(shù)函數(shù)變化的集電極電流Ic取決于絕對溫度T，不能高精度地對這一特性進行溫度補償。
另外，上述式(1)中，若由于晶體管2的制造誤差而造成飽和電流Is的誤差，則集電極電流Ic相對于控制電壓VBE的斜率產(chǎn)生誤差，存在的問題是不能抑制該晶體管2的制造誤差引起的特性變化等。
本發(fā)明為解決上述問題而提出，目的在于通過抑制特性的溫度補償及晶體管制造誤差引起的特性變化，對于控制電壓以指數(shù)函數(shù)控制增益，從而獲得對于控制電壓線性地控制能以對數(shù)表現(xiàn)的增益(dB)的可變增益放大器。

發(fā)明內(nèi)容
本申請第1方面的可變增益放大器包括設(shè)置多個將兩個輸入作為基準電壓及控制電壓、在改變該控制電壓時相對于規(guī)定的電壓變化的輸出電流增加倍數(shù)為一定的要素電路，并且供給逐個加上規(guī)定的電壓變化部分后的電壓作為這些各要素電路的基準電壓的要素電路組；將各要素電路來的輸出電流相乘的乘法器；及根據(jù)相乘后的輸出電流進行可變增益放大的放大器。
通過這樣，從乘法器輸出的控制電壓—輸出電流特性對于控制電壓作為指數(shù)函數(shù)的電流進行輸出，在以對數(shù)表現(xiàn)增益時，能對于控制電壓線性地進行增益控制。另外，雖然各要素電路的控制電壓—輸出電流特性根據(jù)溫度相應(yīng)變化，但在各要素電路的控制電壓—輸出電流特性互相連接的部分使與該溫度對應(yīng)的變化互相抵消，能補償溫度特性。再有，整個可變增益放大器由于晶體管制造誤差造成的控制電壓—輸出電流特性幾乎不會變化，故起到能抑制由于晶體管制造誤差引起的特性變化的效果本申請第2方面的可變增益放大器，其要素電路包括供給控制電壓的第1晶體管；供給基準電壓的第2晶體管；供給基準電壓并和第2晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路、和第2晶體管的尺寸之比按照1∶N-1而構(gòu)成的第3晶體管；從第1及第2晶體管公共地流出輸出電流，并且從第1至第3晶體管的另一端公共地連接流出最大輸出電流的恒流源。
通過這樣，起到能以簡單的結(jié)構(gòu)制成各要素電路的效果。
本申請第3方面的可變增益放大器，其要素電路包括一端連接恒流源的第1晶體管；和第1晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路的第2晶體管；和第1晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路、并一端連接輸出電流端的第3晶體管；供給基準電壓的第4晶體管；供給控制電壓并和第4晶體管一起構(gòu)成差動對、與該第4晶體管一起另一端公共地與第2晶體管的一端連接的第5晶體管；與第5晶體管中流過的電流成比例地從輸出電流端流出不流過第3晶體管而分流的電流的晶體管電路網(wǎng)絡(luò)，將第2、第3晶體管及晶體管電路網(wǎng)絡(luò)的晶體管尺寸設(shè)定成該分流電流最大時、該分流電流和第3晶體管中流過的電流之比為N-1∶1。
通過這樣，起到能從簡單的結(jié)構(gòu)制成各要素電路的效果。
本申請第4方面的可變增益放大器包括將兩個電源作為基準電壓和控制電壓，在改變該控制電壓時輸出電流增加倍數(shù)對于規(guī)定的電壓變化為一定的要素電路多級串聯(lián)連接，并供給逐個加上該規(guī)定的電壓變化部分后的電壓作為這些要素電路的基準電壓的要素電路組；及根據(jù)要素電路組的輸出電流進行可變增益放大的放大器。
通過這樣，從要素電路組輸出的控制電壓—輸出電流特性對于控制電壓作為指數(shù)函數(shù)的電流輸出，在用對數(shù)表現(xiàn)增益時，對于控制電壓能線性地進行增益控制。另外，雖然各要素電路的控制電壓—輸出電流特性根據(jù)溫度相應(yīng)變化，但在各要素電路的控制電壓—輸出電流特性的互相連接部分使與該溫度對應(yīng)的變化互相抵消，能補償溫度特性。再有，整個可變增益放大器由于晶體管制造誤差造成的控制電壓—輸出電流特性幾乎不會變化，故起到能抑制由于晶體管制造誤差引起的特性變化的效果。
本申請第5方面的可變增益放大器，其要素電路包括供給控制電壓的第1晶體管；供給基準電壓的第2晶體管；供給基準電壓并和第2晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路、和第2晶體管的尺寸之比按照1∶N-1而構(gòu)成的第3晶體管；從一端流入輸入電流的第4晶體管；一端與第1至第3晶體管的另一端公共地連接、并和所述第4晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路的第5晶體管；及與第1、第2晶體管的一端公共地連接的輸出電流電路。
通過這樣，起到能用簡單的結(jié)構(gòu)制成各要素電路的效果。
本申請第6方面的可變增益放大器，其要素電路包括從一端流入輸入電流的第1晶體管；和第1晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路的第2晶體管；和第1晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路、并一端連接輸出電流電路的第3晶體管；供給基準電壓的第4晶體管；供給控制電壓并和第4晶體管一起構(gòu)成差動對、和該第4晶體管一起另一端公共地連接第2晶體管的一端的第5晶體管；及與第5晶體管中流過的電流成比例地從輸出電流電路流出不流過第3晶體管而分流的電流的晶體管電路網(wǎng)絡(luò)，將第2、第3晶體管及晶體管電路網(wǎng)絡(luò)的晶體管的尺寸設(shè)定成該分流電流最大時、該分流電流和第3晶體管中流過的電流之比為N-1∶1。
通過這樣，起到能以簡單的構(gòu)造制成各要素電路的效果。
本申請第7方面的可變增益放大器包括將兩個電源作為基準電壓和控制電壓、在改變該控制電壓時增益增加倍數(shù)對于規(guī)定的電壓變化為一定的要素電路多級串聯(lián)連接，并供給逐個加上該規(guī)定的電壓變化部分后的電壓作為這些要素電路的基準電壓的要素電路組。
通過這樣，在利用要素電路組以對數(shù)表現(xiàn)增益時，能對于控制電壓線性地進行增益控制。另外，雖然各要素電路的控制電壓—增益特性根據(jù)溫度相應(yīng)變化，但在各要素電路的控制電壓—增益特性的互相連接部分使與該溫度對應(yīng)的變化互相抵消，能補償溫度特性。再有，整個可變增益放大器由于晶體管制造誤差造成的控制電壓—增益特性幾乎不會變化，故起到能抑制由于晶體管制造誤差引起的特性變化的效果。
本申請第8方面的可變增益放大器，其要素電路包括供給控制電壓的第1晶體管；供給基準電壓的第2晶體管；供給基準電壓并和第2晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路、和第2晶體管的尺寸之比按照1∶N-1而構(gòu)成的第3晶體管；供給輸入電壓并一端與第1至第3晶體管的另一端公共地連接的第4晶體管；及連接在第1、第2晶體管的一端和電源之間的電阻，使得從電阻和第1及第2晶體管的一端之間產(chǎn)生輸出電壓。
通過這樣，起到能以簡單的結(jié)構(gòu)制成各要素電路的效果。


圖1為表示現(xiàn)有可變增益放大器的電路圖。
圖2為表示本發(fā)明實施形態(tài)1的要素電路構(gòu)成圖。
圖3為表示要素電路的控制電壓—輸出電流特性的特性圖。
圖4為表示可變增益放大器的構(gòu)成圖。
圖5為表示可變增益放大器的控制電壓—輸出電流特性的特性圖。
圖6為表示要素電路的控制電壓—輸出電流溫度特性的特性圖。
圖7為表示可變增益放大器的控制電壓—輸出電流在高溫時的溫度特性的特性圖。
圖8為表示可變增益放大器的控制電壓—輸出電流在低溫時的溫度特性的特性圖。
圖9為詳細表示本發(fā)明實施形態(tài)2的要素電路的電路圖。
圖10為詳細表示要素電路的其它電路圖。
圖11為詳細表示本發(fā)明實施形態(tài)3的要素電路的電路圖。
圖12為詳細表示要素電路的其它電路圖。
圖13為表示本發(fā)明實施形態(tài)4的要素電路的電路圖。
圖14為表示要素電路的控制電壓—輸出電流特性的特性圖。
圖15為表示可變增益放大器的構(gòu)成圖。
圖16為表示可變增益放大器的控制電壓—輸出電流特性的特性圖。
圖17為詳細表示本發(fā)明實施形態(tài)5的要素電路的電路圖。
圖18為詳細表示要素電路的其它電路圖。
圖19為詳細表示本發(fā)明實施形態(tài)6的要素電路的電路圖。
圖20為詳細表示要素電路的其它電路圖。
圖21為表示本發(fā)明實施形態(tài)7的要素電路的電路圖。
圖22為表示要素電路的控制電壓—增益特性的特性圖。
圖23為表示可變增益放大器的構(gòu)成圖。
圖24為表示可變增益放大器的控制電壓—增益特性的特性圖。
圖25為詳細表示本發(fā)明實施形態(tài)8的要素電路的電路圖。
具體實施例方式
以下，為了更加詳細地對本發(fā)明進行說明，參照附圖對實施本發(fā)明的最佳形態(tài)進行說明。
實施形態(tài)1圖2為表示本發(fā)明實施形態(tài)1的要素電路構(gòu)成圖。圖中，11為要素電路。圖3為表示要素電路的控制電壓—輸出電流特性的特性圖。
圖4為表示可變增益放大器的構(gòu)成圖，圖中，3為放大器，111～11M為M(M為任意的自然數(shù))個要素電路，121～12M-1為M-1個乘法器。圖5為表示可變增益放大器的控制電壓—輸出電流特性的特性圖。
以下說明其動作。
如圖2所示，設(shè)置將基準電壓Vref和控制電壓Vcont作為信號輸入，輸出電流Iout作為信號輸出的要素電路11。
該要素電路11如圖3所示，在對于基準電壓Vref改變控制電壓Vcont時，對于規(guī)定的電壓變化Vr的輸出電流Iout的變化為Io→NIo(式中，N為大于1的任意數(shù))，即具有電流增加倍數(shù)為一定即N-1的控制電壓—輸出電流特性。
如圖4所示，該要素電路11設(shè)置M個，即設(shè)置要素電路111～11M，供給逐個加上其規(guī)定的電壓變化Vr后的電壓作為這些各要素電路111～11M的基準電壓Vref1～VrefM。即，(VrefM)-(VrefM-1)＝Vr。另外，向各要素電路111～11M供給可變的公用控制電壓Vcont。
將各要素電路111～11M的輸出電流Iout用乘法器121～12M-1相乘，根據(jù)相乘后的輸出電流Iout可變增益地控制放大器3。
其結(jié)果如圖5所示，對于控制電壓Vcont的電壓變化Vr，得到輸出電流Iout具有近似指數(shù)函數(shù)IoM、NIoM、N2IoM、…、NMIoM的控制電壓—輸出電流特性的特性，在用對數(shù)表示放大器3的增益時，能夠?qū)τ诳刂齐妷篤cont線性地控制放大器3的增益。
這樣，因不利用晶體管自身的指數(shù)特性，所以能抑制晶體管制造誤差造成的特性變化。
另外，通過適當?shù)卦O(shè)置要素電路的級數(shù)及高精度地生成基準電壓Vref1～VrefM，從而整個可變增益放大器的控制電壓—輸出電流特性的斜率幾乎不會因晶體管的制造誤差而變化，能抑制特性變化。
再有，圖6為表示要素電路的控制電壓—輸出電流特性的特性圖。相對于常溫，溫度越高斜率越小，相對于常溫，溫度越低斜率越大。
圖7為表示可變增益放大器的控制電壓—輸出電流在高溫時的溫度特性的特性圖。圖8為表示可變增益放大器的控制電壓—輸出電流在低溫時的溫度特性的特性圖。在多級連接要素電路時，在每一個相鄰的要素電路的溫度特性的上部和下部連接的部分處互相抵消，能對溫度特性進行補償。
實施形態(tài)2圖9為詳細表示本發(fā)明實施形態(tài)2的要素電路的電路圖，為詳細表示圖2的要素電路11的電路圖。圖中，Q1為向基極供給控制電壓Vcont的雙極型晶體管(以后稱晶體管)；Q2為向基極供給基準電壓Vref并和晶體管Q1一起構(gòu)成差動對的晶體管(第2晶體管)；Q3為向基極供給基準電壓Vref并和晶體管Q2一起構(gòu)成電流鏡電路、而且在輸出電流增加倍數(shù)為N-1時按照和晶體管Q2的發(fā)射極面積比為1∶N-1構(gòu)成的晶體管(第3晶體管)。另外，從晶體管Q1、Q2的集電極公共地流出輸出電流Iout，在晶體管Q3的集電極上接電源Vcc。再有，NIo是流過公共地連接晶體管Q1～Q3的發(fā)射極的最大輸出電流的恒流源。
以下說明其動作。
圖9中，在控制電壓Vcont相對于基準電壓Vref足夠小時，電流不流過晶體管Q1，另外，由于晶體管Q2、Q3是按照發(fā)射極面積比為1∶N-1構(gòu)成的電流鏡電路，故Io的電流流過晶體管Q2，(N-1)Io的電流流過晶體管Q3。結(jié)果電流Io作為輸出電流Iout流出。
另外，在控制電壓Vcont相對基準電壓Vref足夠大時，所有的電流NIo流過晶體管Q1，另外，晶體管Q2、Q3中無電流流過。結(jié)果，電流NIo作為輸出電流Iout流出。
這樣，如圖9所示，利用雙極型晶體管的簡單構(gòu)成，能制成對于控制電壓Vcont的變化使輸出電流Iout從Io變化成電流NIo的要素電路11。
還有，圖10為詳細表示要素電路的其它電路圖，將圖9中的要素電路11的雙極型晶體管Q1～Q3置換成MOSFETQ1～Q3，按照1∶N-1構(gòu)成MOSFETQ2與Q3的柵極寬度。至于其它的構(gòu)成及動作和圖9相同，這樣也能制成要素電路11。
實施形態(tài)3圖11為詳細表示本發(fā)明實施形態(tài)3的要素電路的電路圖，為詳細表示圖2的要素電路11的電路圖。圖中，Io為流過恒定電流Io的恒流源；Q11為集電極接恒流源Io的雙極型晶體管(以后稱晶體管；第1晶體管)；Q12為和晶體管Q11一起構(gòu)成電流鏡電路的晶體管(第2晶體管)；Q13為和晶體管Q11一起構(gòu)成電流鏡電路、并且集電極接輸出電流端Iout的晶體管(第3晶體管)。
Q14為供給基準電壓Vref、集電極接電源Vcc的晶體管(第4晶體管)；Q15為供給控制電壓Vcont并和晶體管Q14一起構(gòu)成差動對、和該晶體管Q14一起發(fā)射極公共地與晶體管Q12的集電極連接的晶體管(第5晶體管)。
Q16為發(fā)射極接電源Vcc、集電極接晶體管Q15的集電極的晶體管；Q17為發(fā)射極接電源Vcc并和晶體管Q16一起構(gòu)成電流鏡電路的晶體管；Q18為集電極接晶體管Q17的集電極的晶體管；Q19為集電極接電流輸出端Iout并和晶體管Q18一起構(gòu)成電流鏡電路的晶體管，利用這些晶體管Q16～Q19，構(gòu)成晶體管電路網(wǎng)絡(luò)。
以下說明其動作。
圖11中，流過恒流源Io的恒定電流Io通過由晶體管Q11～Q13構(gòu)成的電流鏡電路，流過晶體管Q12、Q13的發(fā)射極面積相對于晶體管11發(fā)射極面積之比的比例的電流。
流過晶體管Q12的電流從由晶體管Q14、Q15構(gòu)成的差動對流入，根據(jù)基準電壓Vref和控制電壓Vcont間電位差，分配作為晶體管Q14和Q15的電流。
在控制電壓Vcont比基準電壓Vref足夠小時，因電流I12全部從晶體管Q14流出，故晶體管Q15中無電流流動。相反，在控制電壓Vcont比基準電壓Vref足夠大時，因電流I12全部從晶體管Q15流出，故I15＝I12。
流過該晶體管Q15的電流I15利用晶體管Q16、Q17構(gòu)成的電流鏡電路和晶體管Q18、Q19構(gòu)成的電流鏡電路，按照與各自的發(fā)射極面積比相對應(yīng)的電流比，生成晶體管Q19的電流I19。
這里，如設(shè)定晶體管Q12、Q13及晶體管電路網(wǎng)絡(luò)的晶體管Q16～Q19的發(fā)射極面積比，使得在該晶體管Q19的電流I19為最大時，該電流I19和晶體管Q13中流過的電流I13之比變成N-1∶1(式中，N-1為輸出電流增加倍數(shù))，則在控制電壓Vcont相對于基準電壓Vref足夠小時，流出電流I13＝Io作為輸出電流Iout，在控制電壓Vcont相對基準電壓Vref足夠大時，流出電流I19＝(N-1)Io和電流I13＝Io之和的電流NIo作為輸出電流Iout。
更具體為，晶體管Q12、Q13、Q16～Q19的發(fā)射極面積只要設(shè)定成滿足下式(2)即可。
Q12·Q17·Q19/Q13·Q16·Q18＝N-1(2)這樣，如圖11所示，利用雙極型晶體管的簡單構(gòu)成，能制成對于控制電壓Vcont的變化使輸出電流Iout從電流Io變成電流NIo的要素電路11。
還有，圖12為詳細表示要素電路的其它電路圖，將圖11中的雙極型晶體管Q11～Q19置換成MOSFETQ11～Q19，設(shè)定MOSFETQ12、Q13及晶體管電路網(wǎng)絡(luò)的MOSFETQ16～Q19的柵極寬度。至于其它的構(gòu)成及動作和圖11相同，這樣也能制成要素電路11。
實施形態(tài)4圖13為表示本發(fā)明實施形態(tài)4的要素電路的電路圖，圖中，21為要素電路。圖14為表示要素電路的控制電壓—輸出電流特性的特性圖。
圖15為表示可變增益放大器的構(gòu)成圖。圖中，211～21M為M個要素電路，Io為流過恒定電流Io的恒流源。圖16為表示可變增益放大器的控制電壓—輸出電流特性的特性圖。至于其它構(gòu)成均和圖4相同。
以下說明其動作。
如圖13所示，設(shè)置將輸入電流Iin作為信號輸入、將輸出電流Iout作為信號輸出、將基準電壓Vref及控制電壓Vcont作為電源的要素電路21。
該要素電路21如圖14所示，在對于基準電壓Vref改變控制電壓Vcont時，對于規(guī)定的電壓變化Vr的輸出電流Iout的變化為Iin→NIin。即，電流增加倍數(shù)為一定即N-1的控制電壓—輸出電流特性。
如圖15所示，將M個該要素電路21、即要素電路211～21M串聯(lián)連接，供給恒定電流Io作為第1級要素電路211的輸入電流Iin。另外，供給逐個加上其規(guī)定的電壓變化Vr后的電壓作為上述各要素電路211～21M的基準電壓Vref1～VrefM。即(VrefM)-(VrefM-1)＝Vr。再將可變的公用控制電壓Vcont供給各要素電路211～21M。
而且，根據(jù)最末級的要素電路21M的輸出電流Iout，對放大器3進行可變增益控制。
其結(jié)果如圖16所示，對于控制電壓Vcont的電壓變化Vr，得到輸出電流Iout具有近似指數(shù)函數(shù)Io、NIo、N2Io、…、NMIo的控制電壓—輸出電流特性的特性，在用對數(shù)表示放大器3的增益時，能對于控制電壓Vcont線性地控制放大器3的增益。
這樣，因不利用晶體管自身的指數(shù)特性，所以能抑制由于晶體管制造誤差造成的特性變化。
另外，通過適當設(shè)置要素電路的級數(shù)、及高精度地生成基準電壓Vref1～VrefM，從而整個可變增益放大器的控制電壓—輸出電流特性的斜率幾乎不會因晶體管的制造誤差而變化，能抑制特性變化。
再有，在多級連接要素電路時，在每一個相鄰的要素電路的溫度特性的上部和下部連接的部分處互相抵消，能對溫度特性進行補償。
實施形態(tài)5圖17為詳細表示本發(fā)明實施形態(tài)5的要素電路的電路圖，為詳細表示圖13的要素電路21的電路圖。圖中，Q21為從集電極流入輸入電流Iin的雙極型晶體管(以后稱晶體管，第4晶體管)；Q22為集電極和晶體管Q1～Q3的發(fā)射極公共地連接并和晶體管21一起構(gòu)成電流鏡電路的晶體管(第5晶體管)。
Q23為發(fā)射極接電源Vcc、集電極和晶體管Q1及Q2的集電極公共地連接的晶體管；Q24為發(fā)射極接電源Vcc、從集電極流出輸出電流Iout并和晶體管Q23一起構(gòu)成電流鏡電路的晶體管，由此構(gòu)成輸出電流電路。至于其它的構(gòu)成均與圖9相同。
以下說明其動作。
圖17中，晶體管Q21、Q22構(gòu)成電流鏡電路。預(yù)先設(shè)定好發(fā)射極面積比，使得對于輸入電流Iin，在晶體管Q22中流過電流NIin。
在控制電壓Vcont比基準電壓Vref足夠小時，晶體管Q1中無電流流過，又因晶體管Q2、Q3為按照發(fā)射極面積比1∶N-1構(gòu)成的電流鏡電路，故Iin的電流在晶體管Q2中流過，(N-1)Iin的電流在晶體管Q3中流過。最終，電流Iin在晶體管Q23中流過，在構(gòu)成電流鏡電路的晶體管Q24中流過電流Iin，作為輸出電流Iout。
另外，在控制電壓Vcont比基準電壓Vref足夠大時，所有的電流NIin在晶體管Q1中流過，另外，晶體管Q2、Q3中無電流流過。結(jié)果，電流NIin在晶體管Q23中流過，在構(gòu)成電流鏡電路的晶體管Q24中流過電流NIin，作為輸出電流Iout。
這樣，如圖17所示，利用雙極型晶體管簡單的構(gòu)成，能制成對于控制電壓Vcont的變化使輸出電流Iout從電流Iin變成NIin的要素電路21。
還有，是設(shè)晶體管Q21和Q22間的發(fā)射極面積比為1∶N，但也可以將發(fā)射極面積比設(shè)定成Q22·Q24/Q21·Q23＝N。
另外，圖18為詳細表示要素電路的其它電路圖，將圖17中的要素電路21的雙極型晶體管Q1～Q3、Q21～Q24置換成MOSFETQ1～Q3、Q21～Q24，按照1∶N-1構(gòu)成MOSFETQ2和Q3的柵極寬度，另外，按照Q22·Q24/Q21·Q23＝N構(gòu)成MOSFETQ21～Q24的柵極寬度。至于其它的構(gòu)成及動作和圖17相同，這樣也能制成要素電路21。
實施形態(tài)6圖19為詳細表示本發(fā)明實施形態(tài)6的要素電路的電路圖，為詳細表示圖13的要素電路21的電路圖。圖中，是從晶體管Q11的集電極流入輸入電流Iin而構(gòu)成的。
另外，Q31為發(fā)射極接電源Vcc、集電極和晶體管Q13及Q19的集電極公共連接的晶體管；Q32為發(fā)射極接電源Vcc、集電極接輸出電流端Iout并和晶體管Q31一起構(gòu)成電流鏡電路的晶體管。以上，利用晶體管Q31、Q32構(gòu)成輸出電流電路。至于其它的構(gòu)成與圖11相同。
以下說明其動作。
圖19中，通過使輸入電流Iin流過晶體管Q11，從而晶體管Q12、Q13流過晶體管Q12、Q13的發(fā)射極面積相對于晶體管Q11的發(fā)射極面積之比的比例的電流。
結(jié)果，如上述實施形態(tài)3說明過的那樣，在控制電壓Vcont相對于基準電壓Vref足夠小時，晶體管Q31中流過電流I13＝Iin，在控制電壓Vcont相對于基準電壓Vref足夠大時，晶體管Q31中流過電流I19＝(N-1)Iin和電流I13＝Iin之和的電流NIin。
由于晶體管Q31、Q32構(gòu)成電流鏡電路，因此作為輸出電流Iout流過和晶體管Q31相同比例的電流。
這樣，如圖19所示，利用雙極型晶體管簡單的構(gòu)成，能制成對于控制電壓Vcont的變化使輸出電流Iout從電流Iin變成NIin的要素電路21。
還有，圖20為詳細表示要素電路的其它電路圖。將圖19中的要素電路21的雙極型晶體管Q11～Q19、Q31～Q32置換成MOSFETQ11～Q19、Q31～Q32，設(shè)定MOSFETQ12、Q13及晶體管電路網(wǎng)絡(luò)Q16～Q19的柵極寬度。至于其它的構(gòu)成及動作和圖19相同，這樣也能制成要素電路21。
實施形態(tài)7圖21為表示本發(fā)明實施形態(tài)7的要素電路的電路圖，圖中，31為要素電路。圖22為表示要素電路的控制電壓—增益特性的特性圖。
圖23為表示可變增益放大器的構(gòu)成圖。圖中，311～31M為M個要素電路。圖24為表示可變增益放大器的控制電壓—增益特性的特性圖。
以下說明其動作。
如圖21所示，設(shè)置將輸入電壓Vin作為信號輸入、將輸出電壓Vout作為信號輸出、將基準電壓Vref和控制電壓Vcont作為電源的要素電路31。
該要素電路31如圖22所示，在相對于基準電壓Vref改變控制電壓Vcont時，對于規(guī)定的電壓變化Vr的增益Gain的變化為Go→NGo，即增益增加倍數(shù)為一定即N-1的控制電壓—增益特性。
如圖23所示，將M個要素電路31、即要素電路311～31M串聯(lián)連接，將輸入電壓Vi供給第1級的要素電路311，另外，供給逐個加上其規(guī)定的電壓變化Vr后的電壓作為上述各要素電路311～31M的基準電壓Vref1～VrefM。即(VrefM)-(VrefM-1)＝Vr。再將可變的公用控制電壓Vcont供給各要素電路311～31M。從最末級的要素電路31M產(chǎn)生輸出電壓Vout。
結(jié)果，如圖24所示，對于控制電壓Vcont的電壓變化Vr，得到增益Gain具有近似指數(shù)函數(shù)GoM、NGoM、N2GoM、…、NMGoM的控制電壓—增益特性的特性，在用對數(shù)表示增益時，能對于控制電壓Vcont線性地控制其增益。
這樣，因不利用晶體管自身的指數(shù)特性，所以能抑制晶體管制造誤差造成的特性變化。
另外，通過適當設(shè)置要素電路的級數(shù)、及高精度地生成基準電壓Vref1～VrefM，從而整個可變增益放大器的控制電壓—增益特性的斜率幾乎不會因晶體管的制造誤差而變化，能抑制特性變化。
再有，在多級連接要素電路時，在每一個相鄰的要素電路的溫度特性的上部和下部連接的部分處互相抵消，能對溫度特性進行補償。
實施形態(tài)8圖25為詳細表示本發(fā)明實施形態(tài)8的要素電路的電路圖，為詳細表示圖21的要素電路31的電路圖。圖中，R1、R2是電阻，Q41為集電極與晶體管Q1～Q3的發(fā)射極公共連接、發(fā)射極接電阻R2并供給輸入電壓Vin的雙極型晶體管(以后稱晶體管，第4晶體管)。
另外，晶體管Q1、Q2的集電極通過電阻R1接電源Vcc，晶體管Q3的集電極直接接電源Vcc。還有，是從電阻R1和晶體管Q1、Q2的集電極之間產(chǎn)生輸出電壓Vout而構(gòu)成。至于其它構(gòu)成與圖9相同。
以下說明其動作。
圖25中，晶體管Q41中流過與輸入電壓Vin對應(yīng)的電流。
在控制電壓Vcont對于基準電壓Vref足夠小時，晶體管Q1中無電流流過，另外，因晶體管Q2、Q3是按照發(fā)射極面積比為1∶N-1構(gòu)成的電流鏡電路，故晶體管Q2中流過Iin的電流，晶體管Q3中流過(N-1)Iin的電流。結(jié)果，電阻R1中流過電流Iin，產(chǎn)生Iin·R1作為輸出電壓Vout。
另外，在控制電壓Vcont相對于基準電壓Vref足夠大時，晶體管Q1中流過全部電流NIin，另外，晶體管Q2、Q3中無電流流過。結(jié)果，電阻R1中流過電流Iin，產(chǎn)生Iin·R1作為輸出電壓Vout。
這樣，如圖25所示，利用雙極型晶體管的簡單構(gòu)成，從而使輸出電壓Vout對于控制電壓Vcont的變化從Iin·R1變化成NIin·R1。即，如設(shè)Iin·R1為增益Go，則能制成對于控制電壓Vcont的變化使增益從Go變成NGo的要素電路31。
工業(yè)上的實用性如上所述，本發(fā)明有關(guān)的可變增益放大器能抑制特性的溫度補償及晶體管制造誤差引起的特性變化，適用于對控制電壓進行線性的增益控制。
權(quán)利要求
1.一種可變增益放大器，其特征在于，包括設(shè)置多個將兩個輸入作為基準電壓及控制電壓、在相對于該基準電壓改變該控制電壓時對于規(guī)定的電壓變化的輸出電流增加倍數(shù)為一定的要素電路，并且供給逐個加上規(guī)定的電壓變化部分后的電壓作為這些各要素電路的基準電壓，同時還將該可變的控制電壓供給這些各要素電路的要素電路組；將各要素電路來的輸出電流相乘的乘法器；以及根據(jù)利用所述乘法器相乘后的輸出電流進行可變增益放大的放大器。
2.如權(quán)利要求1所述的可變增益放大器，其特征在于，要素電路包括供給控制電壓的第1晶體管；供給基準電壓并和所述第1晶體管一起構(gòu)成差動對的第2晶體管；供給基準電壓并和所述第2晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路、在輸出電流增加倍數(shù)為N-1(N為比1大的任意數(shù))時按照和該第2晶體管的尺寸之比為1∶N-1而構(gòu)成的第3晶體管；以及從所述第1及第2晶體管公共地流出輸出電流，并且從所述第1至第3晶體管的另一端公共地連接流出最大輸出電流的恒流源。
3.如權(quán)利要求1所述的可變增益放大器，其特征在于，要素電路包括一端連接恒流源的第1晶體管；和所述第1晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路的第2晶體管；和所述第1晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路、并一端連接輸出電流端的第3晶體管；供給基準電壓的第4晶體管；供給控制電壓并和所述第4晶體管一起構(gòu)成差動對、與該所述第4晶體管一起另一端公共地與所述第2晶體管的一端連接的第5晶體管；以及與所述第5晶體管中流過的電流成比例地從所述輸出電流端流出不流過所述第3晶體管而分流的電流的晶體管電路網(wǎng)絡(luò)，將所述第2、第3晶體管及所述晶體管電路網(wǎng)絡(luò)的晶體管的尺寸設(shè)定成該分流電流最大時、該分流電流和所述第3晶體管中流過的電流之比為N-1∶1(式中，N-1為輸出電流增加倍數(shù)，N為大于1的任意數(shù))。
4.一種可變增益放大器，其特征在于，包括將兩個電源作為基準電壓和控制電壓、在相對于該基準電壓改變該控制電壓時輸出電流增加倍數(shù)對于規(guī)定的電壓變化為一定的要素電路多級串聯(lián)連接，輸入電流供給第1級要素電路，并供給逐個加上該規(guī)定的電壓變化部分后增加的電壓作為這些要素電路的基準電壓、同時，還將該可變的控制電壓供給這些各要素電路的要素電路組；以及根據(jù)所述要素電路組的輸出電流進行可變增益放大的放大器。
5.如權(quán)利要求4所述的可變增益放大器，其特征在于，要素電路包括供給控制電壓的第1晶體管；供給基準電壓并和所述第1晶體管一起構(gòu)成差動對的第2晶體管；供給基準電壓并和所述第2晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路、在輸出電流增加倍數(shù)為N-1(N為大于1的任意數(shù))時按照和該第2晶體管的尺寸之比為1∶N-1而構(gòu)成的第3晶體管；從一端流入輸入電流的第4晶體管；一端與所述第1至第3晶體管的另一端公共地連接、并和所述第4晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路的第5晶體管；以及與所述第1、第2晶體管的一端公共地連接的輸出電流電路。
6.如權(quán)利要求1所述的可變增益放大器，其特征在于，要素電路包括從一端流入輸入電流的第1晶體管；和所述第1晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路的第2晶體管、和所述第1晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路、并一端連接輸出電流電路的第3晶體管；供給基準電壓的第4晶體管；供給控制電壓并和所述第4晶體管一起構(gòu)成差動對、和該第4晶體管一起另一端公共地連接所述第2晶體管的一端的第5晶體管；以及及與所述第5晶體管中流過的電流成比例地從所述輸出電流電路流出不流過所述第3晶體管而分流的電流的晶體管電路網(wǎng)絡(luò)，將所述第2、第3晶體管及所述晶體管電路網(wǎng)絡(luò)的晶體管的尺寸設(shè)定成該分流電流最大時、該分流電流和所述第3晶體管中流過的電流之比為N-1∶1(式中，N-1為輸出電流增加倍數(shù)，N為大于1的任意數(shù))。
7.一種可變增益放大器，其特征在于，包括將兩個電源作為基準電壓和控制電壓、在相對于該基準電壓改變該控制電壓時增益增加倍數(shù)對于規(guī)定的電壓變化為一定的要素電路多級串聯(lián)連接，輸入電壓供給第1級要素電路，并供給逐個加上該規(guī)定的電壓變化部分后的電壓作為這些要素電路的基準電壓、同時將該可變的控制電壓供給這些各要素電路并從最末級的要素電路產(chǎn)生輸出電壓的要素電路組。
8.如權(quán)利要求7所述的可變增益放大器，其特征在于，要素電路包括供給控制電壓的第1晶體管；供給基準電壓并和所述第1晶體管構(gòu)成差動對的第2晶體管；供給基準電壓并和所述第2晶體管一起構(gòu)成電流鏡電路、在設(shè)增益增加倍數(shù)為N-1(式中，N為大于1的任意數(shù))時按照和該第2晶體管的尺寸之比為1∶N-1而構(gòu)成的第3晶體管；供給輸入電壓并一端與所述第1至第3晶體管的另一端公共地連接的第4晶體管；及連接在所述第1、第2晶體管的一端和電源之間的電阻，從所述電阻和所述第1及第2晶體管的一端之間產(chǎn)生輸出電壓。
全文摘要
一種可變增益放大器，包括設(shè)置在改變控制電壓Vcont時對于電壓變化Vr的輸出電流增加倍數(shù)N－1為一定的要素電路1文檔編號H03G7/00GK1669217SQ02829638
公開日2005年9月14日 申請日期2002年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月19日
發(fā)明者高橋貴紀, 石本久人 申請人:三菱電機株式會社