(57)【要約】【課題】これまでの反転増幅器では内部の増幅器の構成によっては発振を起こしてしまう問題があった。【解決手段】反転増幅器において、入力信号を増幅する第１トランジスタ１０８と、該第１トランジスタの出力信号を増幅する第２トランジスタ１１０と、該第２トランジスタの出力信号を増幅する第３トランジスタ１１１と、該第３トランジスタの出力信号を前記第１トランジスタの出力部に帰還する内部帰還抵抗１１２とを備える多段増幅器を備える。かかる構成によれば、３段のトランジスタで構成される多段増幅器の利得を低下させることができるので発振はしないで、必要な利得を設定することができる。【選択図】図１
2008054296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅する第１トランジスタと、
該第１トランジスタの出力信号を増幅する第２トランジスタと、
該第２トランジスタの出力信号を増幅する第３トランジスタと、
該第３トランジスタの出力信号を前記第１トランジスタの出力部に帰還する内部帰還抵抗と、を備える多段増幅器を備えたことを特徴とする反転増幅器。
【請求項２】
入力信号を増幅する第１トランジスタと、
該第１トランジスタの出力信号を増幅する第２トランジスタと、
該第２トランジスタの出力信号を増幅する第３トランジスタと、
該第３トランジスタの出力信号を増幅する第４トランジスタと、
該第４トランジスタの出力信号を増幅する第５トランジスタとを更に備え、
該第５トランジスタの出力信号を前記第１トランジスタの出力部に帰還する内部帰還抵抗とを備える多段増幅器を備えたことを特徴とする反転増幅器。
【請求項３】
入力端子と反転入力端子との間に接続された第１抵抗と、出力端子と反転入力端子との間に接続された第２抵抗とを備え、
前記反転入力端子からの入力信号を増幅する第１トランジスタと、
該第１トランジスタの出力信号を増幅する第２トランジスタと、
該第２トランジスタの出力信号を増幅する第３トランジスタと、
該第３トランジスタの出力信号を前記第１トランジスタの出力部に帰還する内部帰還抵抗とを備える多段増幅器を備えたことを特徴とする反転増幅器。
【請求項４】
前記第１トランジスタ乃至第３トランジスタは、ドレインに抵抗を有し、ソースが交流的に接地されていることを特徴とする請求項１記載の反転増幅器。
【請求項５】
前記第１トランジスタ乃至第５トランジスタは、ドレインに抵抗を有し、ソースが交流的に接地されていることを特徴とする請求項２記載の反転増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小信号を増幅する反転増幅器に係り、特に発振することなく歪が小さく更にゲイン調整が可能な反転増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より反転増幅器が知られている。図２はそのような反転増幅器を示す。図２の入力端子１からの入力信号は、抵抗２を介して演算増幅器３の反転入力端子（−）に印加される。演算増幅器３の出力端子４からの出力信号は、抵抗５を介して演算増幅器３の反転入力端子（−）に帰還される。
【０００３】
このため、入力信号と帰還信号との混合された信号が、演算増幅器３で増幅されて出力端子４に発生する。  従って、図２の反転増幅器によれば、入力端子１からの入力信号を増幅して出力端子４に得ることができる。図２の反転増幅器の利得（ｇａｉｎ）は、抵抗２、抵抗５、演算増幅器３の裸利得で決定される。  尚、先行技術文献として以下の特許文献１、特許文献２がある。
【特許文献１】特開２０００−２５２７７１号公報
【特許文献２】特開平０８−１４８９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図２の演算増幅器３では内部の増幅器の構成によっては発振を起こしてしまう問題があった。演算増幅器３にはソース接地のトランジスタを複数個使用した多段増幅器が使用できる。  図２の反転増幅器は、出力信号の歪を低減させるには演算増幅器３の内部の多段増幅器の利得を高く設定したい。  しかしながら、演算増幅器３の内部の多段増幅器の利得を高く設定すると、多段増幅器を構成するトランジスタの寄生容量が影響して発振する恐れがある。そこで、発振しないように演算増幅器３の内部の多段増幅器の利得を低く設定すると、多段増幅器全体としての利得が低下するので上述の歪の問題が発生する。例えば、多段増幅器を３段のトランジスタで構成すると、利得が高くなりすぎて発振する恐れがある。  この場合に、多段増幅器を２段のトランジスタで構成すると、正帰還となり発振器自体が構成できない。また、多段増幅器を１段のトランジスタで構成すると、利得が不足する。  図３は図２の演算増幅器３内部に多段増幅器を設けたときの、負帰還ループにおける信号周波数と利得、信号周波数と位相との関係を示す。図３（ａ）は信号周波数と利得ｇａｉｎとの関係を示す。図３（ａ）において、信号周波数が低いものに対しては多段増幅器を構成するトランジスタの寄生容量が影響しないので、利得は１００ｄＢと高い値になる。
【０００５】
また、図３（ａ）において、信号周波数が高いものに対しては多段増幅器を構成するトランジスタの寄生容量が影響してくる（見えてくる）ので、そのＬＰＦ特性に基づき利得が低下し始める。
【０００６】
図３ではまず、Ｃ１Ｒ１のポイントで利得が低下し、次にＣ２Ｒ２のポイントで利得が更に低下する。信号周波数は、Ｃ１Ｒ１のポイントで位相が９０度変化し、次にＣ２Ｒ２のポイントで位相が９０度変化する。その様子を図３（ｂ）に示す。
【０００７】
図３（ｂ）ではＣ１Ｒ１のポイントまでは位相が１８０度で負帰還が正常にかかっている。しかし、Ｃ１Ｒ１のポイントを過ぎると、９０度の帰還になってしまう。更にＣ２Ｒ２のポイントでは位相が０度に変化する。
【０００８】
そして、二点鎖線の信号周波数では正帰還となり、図３（ａ）から明らかなように利得も０ｄＢ以上となる。すると、図３の回路は発振するときの条件である正帰還で利得が０ｄＢ以上を満たすことになり信号周波数ｆ３で発振してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされ、反転増幅器において、入力信号を増幅する第１トランジスタと、該第１トランジスタの出力信号を増幅する第２トランジスタと、該第２トランジスタの出力信号を増幅する第３トランジスタと、該第３トランジスタの出力信号を前記第１トランジスタの出力部に帰還する内部帰還抵抗とを備える多段増幅器を備えたことを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、３段のトランジスタで構成される多段増幅器の利得を低下させることができるので発振はしないで、必要な利得を設定することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、反転増幅器において、入力信号を増幅する第１トランジスタと、該第１トランジスタの出力信号を増幅する第２トランジスタと、該第２トランジスタの出力信号を増幅する第３トランジスタと、該第３トランジスタの出力信号を増幅する第４トランジスタと、該第４トランジスタの出力信号を増幅する第５トランジスタとを備え、該第５トランジスタの出力信号を前記第１トランジスタの出力部に帰還する内部帰還抵抗とを備える多段増幅器を備える。
【００１２】
かかる構成によれば、５段のトランジスタで構成される多段増幅器の利得を低下させることができるので発振はしないで、必要な利得を設定することができる。
【００１３】
更に、本発明によれば、入力端子と反転入力端子との間に接続された第１抵抗と、出力端子と反転入力端子との間に接続された第２抵抗とを備える反転増幅器において、前記反転入力端子からの入力信号を増幅する第１トランジスタと、該第１トランジスタの出力信号を増幅する第２トランジスタと、該第２トランジスタの出力信号を増幅する第３トランジスタと、該第３トランジスタの出力信号を前記第１トランジスタの出力部に帰還する内部帰還抵抗とを備える多段増幅器を備える。
【００１４】
かかる構成によれば、第１抵抗と第２抵抗と、多段増幅器の利得とにより演算増幅器全体の利得を低下させることができるので発振はしないで、必要な利得を設定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、微小信号を増幅する反転増幅器において発振することなく歪が小さくゲイン調整が可能な反転増幅器が提供できる。
【００１６】
また、本発明によれば、ゲイン調整が可能なので発振することなく歪が小さい特性を得るのに最適な利得を設定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の第１の実施の形態を、図１を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の反転増幅器を示す。
【００１８】
図１において１００は、入力端子１０１と反転入力端子１０２との間に接続された第１抵抗、１０３は出力端子１０４と反転入力端子１０２との間に接続された第２抵抗、１０５は演算増幅器、１０８は反転入力端子１０２からの入力信号がゲートに印加されソースが接地されドレインに抵抗１０９が接続され増幅を行う第１トランジスタ、１１０は第１トランジスタ１０８の出力信号を増幅する第２トランジスタ、１１１は第２トランジスタ１１０の出力信号を増幅する第３トランジスタ、１１２は該第３トランジスタ１１１の出力信号を前記第１トランジスタ１０８の出力部に帰還する内部帰還抵抗である。
【００１９】
図１の入力端子１０１からの入力信号は、第１抵抗１００を介して演算増幅器１０５の反転入力端子（−）１０２に印加される。演算増幅器１０５の出力端子１０４からの出力信号は、第２抵抗１０３を介して演算増幅器１０５の反転入力端子（−）１０２に帰還される。
【００２０】
このため、入力信号と帰還信号との混合された信号が、演算増幅器１０５で増幅されて出力端子１０４に発生する。
【００２１】
ここで、演算増幅器１０５自身の裸利得は、第１トランジスタ１０８、第２トランジスタ１１０及び第３トランジスタ１１１で構成される多段増幅器の総合利得で定まる。この多段増幅器では、第３トランジスタ１１１のドレインと第１トランジスタ１０８のドレインとの間に内部帰還抵抗１１２が入っている。この内部帰還抵抗１１２の働きにより、多段増幅器の総合利得を所望の値に低下（調整）できる。
【００２２】
つまり、第１トランジスタ１０８、第２トランジスタ１１０及び第３トランジスタ１１１の３段構成で高い利得が発生してしまい、図３の信号周波数ｆ３に示すような状況が発生しなくなる。その様子を図４に示す。図４では図４（ａ）の０ｄＢの位置が図３（ａ）に比べて高くなっている。このため、信号周波数ｆ３で正帰還になっても利得が０ｄＢ以下になるので信号周波数ｆ３付近での発振が生ずることがない。
【００２３】
次に、内部帰還抵抗１１２の働きにより、多段増幅器の総合利得を低下することについて説明する。
【００２４】
図５は、図１の第１トランジスタ１０８、第２トランジスタ１１０及び第３トランジスタ１１１で構成される多段増幅器を示す。第１トランジスタ１０８、第２トランジスタ１１０及び第３トランジスタ１１１の相互コンダクタンスをすべてgmとする。また、第２トランジスタ１１０及び第３トランジスタ１１１のドレインに接続される抵抗１１３、抵抗１１４を、抵抗１０９と同じＲとする。そして、内部帰還抵抗１１２の値をＲＦＢとする。すると、図５の多段増幅器の伝達関数（ゲイン）は、数１のようになる。
【００２５】
【数１】
2008054296.tif 000003
【００２６】
この数１を数２の形に変形すると、伝達関数（ゲイン）は、数３のようになる。
【００２７】
【数２】
2008054296.tif 000004
【００２８】
【数３】
2008054296.tif 000005
【００２９】
数３は図６のＲＦＢ＝−（２Ｒ＋ｇｍ２Ｒ３）、Ｇａｉｎ＝ｇｍ３Ｒ３を漸近線とする直角双曲線となる。この図６の直角双曲線のカーブによれば、内部帰還抵抗１１２の値ＲＦＢを大きくすればゲインが増加する。また、内部帰還抵抗１１２の値ＲＦＢを小さくすればゲインが低下する。
【００３０】
これにより、内部帰還抵抗１１２の値ＲＦＢにより所望の利得が得られる。
【００３１】
従って、図１の第１トランジスタ１０８、第２トランジスタ１１０及び第３トランジスタ１１１で構成される多段増幅器によれば、演算増幅器１０５の裸利得を調整することができる。演算増幅器１０５の裸利得を調整することができれば、図１の演算増幅器１０５の総合利得を低下させることができ、図４の信号周波数ｆ３のように発振の恐れがなくなる。
【００３２】
本発明の第２の実施の形態を、図７を参照して詳細に説明する。図７は、本実施形態の反転増幅器を示す。
【００３３】
図７において１００は、入力端子１０１と反転入力端子１０２との間に接続された第１抵抗、１０３は出力端子１０４と反転入力端子１０２との間に接続された第２抵抗、１０５は演算増幅器、１０８は反転入力端子１０２からの入力信号がゲートに印加されソースが接地されドレインに抵抗１０９が接続され増幅を行う第１トランジスタ、１１０は第１トランジスタ１０８の出力信号を増幅する第２トランジスタ、１１１は第２トランジスタ１１０の出力信号を増幅する第３トランジスタ、１１５は第３トランジスタ１１１の出力信号を増幅する第４トランジスタ、１１６は第４トランジスタの出力信号を増幅する第５トランジスタ、１１９は該第５トランジスタ１１６の出力信号を前記第１トランジスタ１０８の出力部に帰還する内部帰還抵抗である。
【００３４】
ここで、演算増幅器１０５自身の裸利得は、第１トランジスタ１０８、第２トランジスタ１１０、第３トランジスタ１１１、第４トランジスタ１１５および第５トランジスタ１１６で構成される多段増幅器の総合利得で定まる。この多段増幅器では、第５トランジスタ１１６のドレインと第１トランジスタ１０８のドレインとの間に内部帰還抵抗１１９が入っている。この内部帰還抵抗１１９の働きにより、多段増幅器の総合利得を所望の値に低下（調整）できる。
【００３５】
上記構成による本実施形態の反転増幅器の動作およびこれによって得られる効果は、第１の実施形態において述べた説明と同様であるので、記述を省略する。５段のトランジスタで構成される多段増幅器の利得を低下させることができるので発振はしないで、必要な利得を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る反転増幅器を示す図である。
【図２】従来の反転増幅器を示す図である。
【図３】従来の多段増幅器における信号周波数と利得、位相との関係を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る多段増幅器における信号周波数と利得、位相との関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る多段増幅器を示す図である。
【図６】図５の多段増幅器の伝達関数を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る反転増幅器を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  第１抵抗
１０１  入力端子
１０２  反転入力端子
１０３  第２抵抗
１０４  出力端子
１０５  演算増幅器
１０８  第１トランジスタ
１０９  抵抗
１１０  第２トランジスタ
１１１  第３トランジスタ
１１２  内部帰還抵抗
１１３  抵抗
１１４  抵抗
１１５  第４トランジスタ
１１６  第５トランジスタ
１１７  抵抗
１１８  抵抗
１１９  内部帰還抵抗
【図１】
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【図２】
2008054296.tif 000007
【図３】
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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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