(57)【要約】【課題】エミッタフォロア回路の帯域延伸を実現する。【解決手段】エミッタフォロア回路は、バイポーラトランジスタＱ１と、一端がバイポーラトランジスタＱ２のエミッタに接続され、他端が接地されたエミッタ抵抗Ｒ４または定電流源と、一端が電源電位に接続され他端がバイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続されたコレクタ抵抗Ｒ３またはダイオード接続トランジスタと、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタと接地との間に挿入されたコンデンサＣ１とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースが信号入力端子に接続され、エミッタが信号出力端子に接続されたバイポーラトランジスタと、
一端が前記バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、他端が接地されたエミッタ抵抗または定電流源と、
一端が電源電位に接続され他端が前記バイポーラトランジスタのコレクタに接続されたコレクタ抵抗またはダイオード接続トランジスタと、
前記バイポーラトランジスタのコレクタと接地との間に挿入されたコンデンサとを備えることを特徴とするエミッタフォロア回路。
【請求項２】
請求項１記載のエミッタフォロア回路において、
さらに、前記バイポーラトランジスタのコレクタと接地との間に、前記コンデンサと直列に挿入されたインダクタを備えることを特徴とするエミッタフォロア回路。
【請求項３】
請求項２記載のエミッタフォロア回路において、
前記インダクタのインダクタンスをＬ、前記コンデンサの容量をＣ、回路を流れる電流の角周波数をωとしたとき、ωＬ＞１／ωＣであることを特徴とするエミッタフォロア回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波回路用のエミッタフォロア回路に関し、特に帯域延伸技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
次段への電流供給能力を持ち、出力インピーダンスの低い回路として、エミッタフォロア回路は広く知られた手段である。半導体プロセスの微細化に伴い、高周波回路に用いられるトランジスタは高速化する代わりに、耐圧が低下する。そのような場合、バイポーラトランジスタのコレクタ電位を下げてトランジスタの耐圧以上の電圧が当該トランジスタのコレクタ・エミッタ間にかからないようにするため、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すようにコレクタ抵抗またはダイオード接続トランジスタを挿入することは広く知られた手段である（非特許文献１参照）。図１１（Ａ）の例では、バイポーラトランジスタＱ１００とエミッタ抵抗Ｒ１００とからなるエミッタフォロア回路にコレクタ抵抗Ｒ１０１を挿入しており、図１１（Ｂ）の例では、ダイオード接続トランジスタＱ１０１を挿入している。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）におけるＶｉｎは入力信号、Ｖｏｕｔは出力信号である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“On the transient response of emitter followers”，IEEE Journal of Solid-State Circuits，Volume 8，Issue 3，p.233-235，1973
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えばトランスインピーダンスアンプ回路のようにエミッタフォロア回路の前段に増幅回路Ａ１００を接続する構成を採る場合（図１２）、高周波特性の求められる増幅回路Ａ１００としては例えばベース接地型増幅器が用いられる（図１３）。図１４はベース接地型増幅器の詳細な構成を示す回路図である。ベース接地型増幅器は、バイポーラトランジスタＱ１０２と、コレクタ抵抗Ｒ１０２と、エミッタ抵抗Ｒ１０３とから構成される。図１４におけるＣＩはバイポーラトランジスタＱ１０２のベースに与えるバイアス電圧、ＣｊｃはバイポーラトランジスタＱ１００のベース−コレクタ間の寄生容量である。
【０００５】
エミッタフォロア回路にコレクタ抵抗Ｒ１０１を挿入した従来の構成では、エミッタフォロア回路のバイポーラトランジスタＱ１００のベース電位ｂ１が高くなるにつれてベース電流Ｉｂおよびコレクタ電流Ｉｃが増加し、コレクタ電位ｃ１が低くなる。つまり、ベース電位ｂ１とコレクタ電位ｃ１は逆相の関係である。
【０００６】
一般に広帯域な増幅回路を実現したい場合、負荷容量を小さくすることが考えられる。そのためには、例えば図１４のＱ１０２に面積の小さなトランジスタを使用して、Ｑ１０２のコレクタの寄生容量を小さくすることが考えられるが、代わりに駆動力が低下、つまり出力インピーダンスが高くなる。そのような場合、エミッタフォロア回路のトランジスタＱ１００のベース−コレクタ間に存在する寄生容量Ｃｊｃが無視できないものとなる。寄生容量Ｃｊｃが無視できない場合、前述のベース電位ｂ１とコレクタ電位ｃ１の電位関係では、寄生容量Ｃｊｃを介して電位変動が阻害され、出力振幅が減少してしまう、つまりエミッタフォロア回路の高周波特性が劣化してしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、前段に出力インピーダンスが高い増幅回路を接続する場合でも、従来よりも広い周波数帯域を実現することができるエミッタフォロア回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のエミッタフォロア回路は、ベースが信号入力端子に接続され、エミッタが信号出力端子に接続されたバイポーラトランジスタと、一端が前記バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、他端が接地されたエミッタ抵抗または定電流源と、一端が電源電位に接続され他端が前記バイポーラトランジスタのコレクタに接続されたコレクタ抵抗またはダイオード接続トランジスタと、前記バイポーラトランジスタのコレクタと接地との間に挿入されたコンデンサとを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のエミッタフォロア回路の１構成例は、さらに、前記バイポーラトランジスタのコレクタと接地との間に、前記コンデンサと直列に挿入されたインダクタを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のエミッタフォロア回路の１構成例において、前記インダクタのインダクタンスをＬ、前記コンデンサの容量をＣ、回路を流れる電流の角周波数をωとしたとき、ωＬ＞１／ωＣである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バイポーラトランジスタのコレクタと接地との間にコンデンサを挿入することにより、エミッタフォロア回路の前段に駆動力が小さい、つまり出力インピーダンスが高い増幅回路を接続しても、エミッタフォロア回路のバイポーラトランジスタのベース−コレクタ間に存在する寄生容量の影響を低減することができる。その結果、本発明では、従来よりも広い周波数帯域を有するエミッタフォロア回路を実現することができる。
【００１０】
また、本発明では、バイポーラトランジスタのコレクタと接地との間に、コンデンサと直列に挿入されたインダクタを設けることにより、エミッタフォロア回路の高周波特性をさらに改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るトランスインピーダンスアンプ回路の構成を示す回路図である。
【図２】図１のエミッタフォロア回路の等価回路図である。
【図３】本発明の第１、第２の実施の形態および従来のエミッタフォロア回路のバイポーラトランジスタのベース電位、コレクタ電位、エミッタ電位の変化の１例を示す図である。
【図４】本発明の第１、第２の実施の形態および従来のトランスインピーダンスアンプ回路のトランスインピーダンス利得を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るトランスインピーダンスアンプ回路の他の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るトランスインピーダンスアンプ回路の構成を示す回路図である。
【図７】図６のエミッタフォロア回路の等価回路図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るトランスインピーダンスアンプ回路の他の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係るトランスインピーダンスアンプ回路の他の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るトランスインピーダンスアンプ回路の他の構成を示す回路図である。
【図１１】従来のエミッタフォロア回路の構成を示す回路図である。
【図１２】エミッタフォロア回路の前段に増幅回路を接続した構成を示す回路図である。
【図１３】図１２の増幅回路としてベース接地回路を用いた構成を示す回路図である。
【図１４】ベース接地型増幅器の詳細な構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［発明の原理］
エミッタフォロア回路のトランジスタのベース−コレクタ間に存在する寄生容量Ｃｊｃの両端の電位差が見かけ上ゼロ、つまり、交流成分を考えた場合、エミッタフォロア回路のベース電位、コレクタ電位が同相、同振幅であれば、寄生容量Ｃｊｃは無視することができる。逆に、エミッタフォロア回路のベース電位、コレクタ電位が逆相である時が、寄生容量Ｃｊｃの影響が最大化する時である。そこで、本発明では、エミッタフォロア回路のトランジスタのコレクタと接地との間にコンデンサを挿入する。
【００１３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るトランスインピーダンスアンプ回路の構成を示す回路図である。トランスインピーダンスアンプ回路は、ベース接地型増幅器１と、エミッタフォロア回路２とから構成される。
【００１４】
ベース接地型増幅器１は、ベースにバイアス電圧ＣＩが与えられ、エミッタがトランスインピーダンスアンプ回路の信号入力端子に接続されたバイポーラトランジスタＱ１と、一端が電源電位に接続され他端がバイポーラトランジスタＱ１のコレクタに接続されたコレクタ抵抗Ｒ１と、一端がバイポーラトランジスタＱ１のエミッタに接続され、他端が接地されたエミッタ抵抗Ｒ２とから構成される。トランスインピーダンスアンプ回路の信号入力端子には入力信号Ｖｉｎが入力される。
【００１５】
エミッタフォロア回路２は、ベースがバイポーラトランジスタＱ１のコレクタ（エミッタフォロア回路２の信号入力端子）に接続され、エミッタが信号出力端子に接続されたバイポーラトランジスタＱ２と、一端が電源電位に接続され他端がバイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続されたコレクタ抵抗Ｒ３と、一端がバイポーラトランジスタＱ２のエミッタに接続され、他端が接地されたエミッタ抵抗Ｒ４と、一端がバイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続され、他端が接地されたコンデンサＣ１とから構成される。信号出力端子からは出力信号Ｖｏｕｔが出力される。上記のとおりＣｊｃは寄生容量である。
【００１６】
図２は図１のエミッタフォロア回路２のみを抜き出し、バイポーラトランジスタＱ２とエミッタ抵抗Ｒ４とを電流源Ｉｓに置き換えた図である。また、図３（Ａ）は図１４に示した従来のエミッタフォロア回路のバイポーラトランジスタＱ１００のベース電位ｂ１および本実施の形態のエミッタフォロア回路２のバイポーラトランジスタＱ２のベース電位ｂ２の変化の１例を示す図、図３（Ｂ）はバイポーラトランジスタＱ１００のコレクタ電位ｃ１およびバイポーラトランジスタＱ２のコレクタ電位ｃ２の変化の１例を示す図、図３（Ｃ）はバイポーラトランジスタＱ１００のエミッタ電位ｅ１およびバイポーラトランジスタＱ２のエミッタ電位ｅ２の変化の１例を示す図、図４は図１４に示した従来のトランスインピーダンスアンプ回路と本実施の形態のトランスインピーダンスアンプ回路のトランスインピーダンス利得を示す図である。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）の縦軸は電圧、横軸は時間、図４の縦軸はトランスインピーダンス利得、横軸は周波数である。なお、ｂ３，ｃ３，ｅ３は後述する第２の実施の形態のエミッタフォロア回路のバイポーラトランジスタＱ２のベース電位、コレクタ電位、エミッタ電位である。
【００１７】
上記のとおり、図１４に示した従来のエミッタフォロア回路では、バイポーラトランジスタＱ１００のベース電位ｂ１とコレクタ電位ｃ１は逆相の関係である（図３（Ａ）、図３（Ｂ））。
【００１８】
これに対して、本実施の形態では、エミッタフォロア回路２のバイポーラトランジスタＱ２（電流源Ｉｓ）に流れる電流をＩC、コンデンサＣ１に流れる電流をＩcap、エミッタ抵抗Ｒ３に流れる電流をＩRとすると、次式が成立する。
ＩR＝Ｉcap＋ＩC                                                 ・・・（１）
【００１９】
したがって、交流成分に注目すると、電流ＩcapとＩCは逆位相の関係にある。また、エミッタフォロア回路２のバイポーラトランジスタＱ２のベース電位ｂ２が増加すると電流ＩCも増加するため、ベース電位ｂ２と電流ＩCは同相の関係にある。コンデンサＣ１の電流位相に対し、電圧位相は９０度遅れるため、結果的に、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタ電位ｃ２はベース電位ｂ２に対し、９０度進んだ位相にある（図３（Ａ）、図３（Ｂ））。
【００２０】
一方、高周波回路の場合、コンデンサＣ１のインピーダンスは低インピーダンス（１／ｊωＣ）となる（ＣはコンデンサＣ１の容量、ωは角周波数）。つまり、コンデンサＣ１は一種のバイパスコンデンサとして働くため、エミッタフォロア回路２のバイポーラトランジスタＱ２のコレクタ電位ｃ２の振幅はコンデンサＣ１が無い従来のエミッタフォロア回路のコレクタ電位ｃ１と比較して小さなものとなる（図３（Ｂ））。
【００２１】
その結果、バイポーラトランジスタＱ２のベース電位ｂ２とコレクタ電位ｃ２の電位差が減少するので、バイポーラトランジスタＱ２のベース−コレクタ間に存在する寄生容量Ｃｊｃの影響を低減することができ、エミッタフォロア回路２の高周波特性を改善することができる。
【００２２】
図４におけるＧ０は図１４に示した従来のトランスインピーダンスアンプ回路のトランスインピーダンス利得を示し、Ｇ１は本実施の形態のトランスインピーダンスアンプ回路のトランスインピーダンス利得を示している。図４によれば、従来のトランスインピーダンスアンプ回路のトランスインピーダンス利得が１／√２になるｆ−３ｄＢ帯域は３０．２３ＧＨｚである。これに対して、本実施の形態のトランスインピーダンスアンプ回路のｆ−３ｄＢ帯域は３１．１３ＧＨｚであり、従来のトランスインピーダンスアンプ回路に対して＋３％の改善が得られている。
【００２３】
なお、図５に示すように、ベース接地型増幅器１においてエミッタ抵抗Ｒ２の代わりに定電流源ＩＳ１を用い、エミッタフォロア回路２においてエミッタ抵抗Ｒ４の代わりに定電流源ＩＳ２を用いるようにしてもよい。
【００２４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は本発明の第２の実施の形態に係るトランスインピーダンスアンプ回路の構成を示す回路図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のトランスインピーダンスアンプ回路は、ベース接地型増幅器１と、エミッタフォロア回路２ａとから構成される。
【００２５】
エミッタフォロア回路２ａは、バイポーラトランジスタＱ２と、コレクタ抵抗Ｒ３と、エミッタ抵抗Ｒ４と、一端がバイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続されたインダクタＬ１と、一端がインダクタＬ１の他端に接続され、他端が接地されたコンデンサＣ１とから構成される。このように、本実施の形態では、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタにインダクタＬ１とコンデンサＣ１とを接続している。
【００２６】
図７は図６のエミッタフォロア回路２ａのみを抜き出し、バイポーラトランジスタＱ２とエミッタ抵抗Ｒ４とを電流源Ｉｓに置き換えた図である。ここでは、バイポーラトランジスタＱ２（電流源Ｉｓ）に流れる電流をＩC、インダクタＬ１とコンデンサＣ１に流れる電流をＩLC、エミッタ抵抗Ｒ３に流れる電流をＩRとすると、次式が成立する。
ＩR＝ＩLC＋ＩC                                                  ・・・（２）
【００２７】
電流ＩLCとＩCが逆位相の関係にあることと、エミッタフォロア回路２ａのバイポーラトランジスタＱ２のベース電位ｂ３と電流ＩCが同相の関係にあることは、第１の実施の形態と同じである。
【００２８】
ＬＣ直列回路では、電流位相と電圧位相の関係は、ωＬと１／ωＣの大小関係で定まる（ＬはインダクタＬ１のインダクタンス、ＣはコンデンサＣ１の容量、ωは回路を流れる電流の角周波数）。
（I）ωＬ＞１／ωＣならば電流位相に対し、電圧位相は９０度進む。
（II）ωＬ＝１／ωＣならば電流位相と電圧位相は同相となる。
（III）ωＬ＜１／ωＣならば電流位相に対し、電圧位相は９０度遅れる。
【００２９】
Ｌ，Ｃの選び方にもよるが、今回のような高周波回路では、電流位相に対し、電圧位相は９０度進む。結果的に、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタ電位ｃ３はベース電位ｂ３に対し、９０度遅れた位相にある（図３（Ａ）、図３（Ｂ））。
一方、振幅については、第１の実施の形態の時ほど小さくはならないが、バイポーラトランジスタＱ２のコレクタ電位ｃ３の振幅はインダクタＬ１およびコンデンサＣ１が無い従来のエミッタフォロア回路のコレクタ電位ｃ１と比較して小さなものとなる（図３（Ｂ））。
【００３０】
その結果、バイポーラトランジスタＱ２のベース電位ｂ３とコレクタ電位ｃ３の電位差が減少するので、バイポーラトランジスタＱ２のベース−コレクタ間に存在する寄生容量Ｃｊｃの影響を低減することができ、エミッタフォロア回路２ａの高周波特性を改善することができる。Ｌ，Ｃの選び方によっては、共振周波数を所望の周波数に合わせることで、エミッタフォロア回路２ａの高周波特性をさらに改善することができる。
【００３１】
図４におけるＧ０は図１４に示した従来のトランスインピーダンスアンプ回路のトランスインピーダンス利得を示し、Ｇ２は本実施の形態のトランスインピーダンスアンプ回路のトランスインピーダンス利得を示している。図４によれば、従来のトランスインピーダンスアンプ回路のｆ−３ｄＢ帯域は３０．２３ＧＨｚである。これに対して、本実施の形態のトランスインピーダンスアンプ回路のｆ−３ｄＢ帯域は３１．８１ＧＨｚであり、従来のトランスインピーダンスアンプ回路に対して＋５．２％の改善が得られている。
【００３２】
なお、図８に示すように、ベース接地型増幅器１においてエミッタ抵抗Ｒ２の代わりに定電流源ＩＳ１を用い、エミッタフォロア回路２ａにおいてエミッタ抵抗Ｒ４の代わりに定電流源ＩＳ２を用いるようにしてもよい。
【００３３】
第１、第２の実施の形態では、電源電位とバイポーラトランジスタＱ２のコレクタとの間にコレクタ抵抗Ｒ３を挿入しているが、図９、図１０に示すようにダイオード接続トランジスタＱ３を挿入してもよい。図９は第１の実施の形態にダイオード接続トランジスタＱ３を適用した回路図であり、図１０は第２の実施の形態にダイオード接続トランジスタＱ３を適用した回路図である。ダイオード接続トランジスタＱ３を設ける場合、ベースおよびコレクタを電源電位に接続し、エミッタをバイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続すればよい。
【００３４】
また、第１、第２の実施の形態では、エミッタフォロア回路２，２ａを用いる回路の例としてトランスインピーダンスアンプ回路を例に挙げて説明し、エミッタフォロア回路２，２ａの前段に設ける回路としてベース接地型増幅器１を例に挙げて説明しているが、これに限るものではなく、他の回路とエミッタフォロア回路２，２ａを組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、エミッタフォロア回路に適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１…ベース接地型増幅器、２，２ａ…エミッタフォロア回路、Ｑ１〜Ｑ３…バイポーラトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ４…抵抗、Ｃ１…コンデンサ、Ｌ１…インダクタ、ＩＳ１，ＩＳ２…定電流源。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図３】
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