JP2000091857A - オペアンプ及びそれを用いたボルテージフォロワ回路 - Google Patents

オペアンプ及びそれを用いたボルテージフォロワ回路

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JP2000091857A
JP2000091857A JP10254466A JP25446698A JP2000091857A JP 2000091857 A JP2000091857 A JP 2000091857A JP 10254466 A JP10254466 A JP 10254466A JP 25446698 A JP25446698 A JP 25446698A JP 2000091857 A JP2000091857 A JP 2000091857A
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JP
Japan
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operational amplifier
transistor
circuit
differential
emitter
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JP10254466A
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Kazuhiro Sugano
一博 菅野
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて簡単な構成により、位相余裕を維持し
たままスルーレートを向上可能なオペアンプを得る。 【解決手段】 オペアンプ1の2つの入力端子VIN+ と
VIN- との差電圧がある閾値を超えたことを、トランジ
スタQ6,Q7及び抵抗R1,R2のスイッチング回路
にて検知して内部位相補償用コンデンサC1に電流を供
給する回路を、オペアンプ1に付加した構成とする。こ
れにより、オペアンプ1の位相余裕を保ったままスルー
レートを向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はオペアンプ及びそれ
を用いたボルテージフォロワ回路に関し、特に位相補償
コンデンサを内部に有するオペアンプ及びそれを用いた
ボルテージフォロワ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は内部に位相補償コンデンサを有す
るオペアンプ及びそれを用いたボルテージフォロワ回路
の例を示している。オペアンプ1はその出力が入力に直
接帰還されることによりボルテージフォロワ回路として
機能する様になっている。このオペアンプ1は、差動入
力端子(VIN- ,VIN+ )がベースに接続されエミッタ
が共通接続された差動対トランジスタQ1,Q2と、こ
れ等差動対トランジスタのコレクタ能動負荷として機能
するカレントミラー構成のトランジスタQ3,Q4とか
らなる初段差動増幅回路を有している。
【0003】またトランジスタQ2のコレクタ出力をベ
ース入力とするトランジスタQ5によるエミッタ接地増
幅回路と、その出力を入力とするバッファ3とを有して
おり、エミッタ接地トランジスタQ5のコレクタとベー
スとの間には位相補償用コンデンサC1が設けられてい
る。尚、I1は初段差動増幅回路の動作のためにこれを
バイアスするめたの定電流源であり、I2はトランジス
タQ5の動作のためにこれをバイアスするための定電流
源である。
【0004】そして、バッファ3の出力がオペアンプ出
力OPOUT となり、かつ全体回路の出力OUTとなり、
この出力OUTが初段差動増幅回路の差動対入力の一つ
である反転入力端子(VIN- )に直接帰還されており、
これによりこの図3の回路全体はボルテージフォロワ回
路として機能するのである。
【0005】図3の構成のオペアンプ1のスルーレート
SRは、 SR=I1/C1 と表せる。一方、位相余裕は、C1,I1以外に、内部
トランジスタの特性によっても変わるが、トランジスタ
の特性が同じであればI1/C1が大きいほど位相余裕
は小さくなる。この図3のオペアンプでは、スルーレー
トを増大させるほど位相余裕は減少する。
【0006】特開平6−112737号公報には、オペ
アンプの安定性である位相余裕を一定に維持したままス
ルーレートを増大させるための回路が提案されている。
この回路を図4,5に引用して示している。図4は従来
のオペアンプと図5のスルーレート増大回路Sとの接続
関係を示し、図5はそのスルーレート増大回路Sの例を
示している。トランジスタQ11とトランジスタQ1
2、及びトランジスタQ13とトランジスタQ14は夫
々差動対T1,T2を構成しており、夫々定電流源I1
1とI12によってバイアスされている。
【0007】また、トランジスタQ11のエミッタに直
列にダイオードD11が、トランジスタQ13のエミッ
タに直列にダイオードD12が夫々挿入されている。ト
ランジスタQ11とトランジスタQ14のベースは入力
端子11に接続され、トランジスタQ12とトランジス
タQ13のベースは入力端子12に接続されている。
【0008】トランジスタQ12とトランジスタQ14
のコレクタは電源に接続され、トランジスタQ11とト
ランジスタQ13のコレクタはカレントミラー回路14
の入力端子に接続され、カレントミラー回路14の出力
端子は出力端子13に接続されている。
【0009】次に動作について説明する。2つの差動対
T1,T2は全く同じ回路で入力端子が入れ換わっただ
けであるので、片方の差動対について考えれば良い。ト
ランジスタ2個で構成される一般的な差動対では、両方
のトランジスタのベース電圧が等しいときに、両方のト
ランジスタのコレクタ電流が等しくなるが、本回路の差
動対ではトランジスタQ11とトランジスタQ12のコ
レクタ電流が等しくなるのは、入力端子11の電圧が入
力端子12の電圧よりダイオードD11の順方向電圧分
高い状態の時である。
【0010】従って、2つの差動対T1,T2は、オペ
アンプの差動入力信号電圧がある閾値(約0.5V)よ
り大きくなったときのみ、オペアンプの初段部分10に
電流を供給し、位相補償容量Cpを急速充電してスルー
レートを増大させる。尚、図4において、20は増幅
部、30はバッファ部を夫々示す。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】図3に示した従来例で
は、スルーレートを増大させる程位相余裕は減少すると
いう欠点がある。また、図4,5に示した従来例では、
位相余裕を一定に維持したままスルーレートを増大させ
ることができるが、スルーレート増大回路が図5に示す
如く、2組の差動対T1,T2及びカレントミラー回路
を必要として、複雑化するという欠点がある。
【0012】本発明の目的は、極めて簡単な構成によ
り、位相余裕を維持したままスルーレートを向上可能な
オペアンプ及びそれを使用したボルテージフォロワ回路
を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、位相補
償用コンデンサを有するオペアンプであって、差動入力
の差電圧が所定閾値を越えた時に前記位相補償用コンデ
ンサに対して電流を供給する電流供給手段を含むことを
特徴とするオペアンプが得られる。
【0014】そして、前記電流供給手段は、前記差動入
力の差電圧が前記閾値を越えた時に導通するスイッチン
グ回路と、このスイッチング回路の導通時に前記位相補
償用コンデンサに対して電流を供給する電流供給回路と
を有することを特徴とする。
【0015】また、前記差動入力をベース入力としエミ
ッタが共通接続された差動対トランジスタと、前記差動
対トランジスタの動作電流源と、この差動対トランジス
タの出力をベース入力とするエミッタ接地トランジスタ
と、このエミッタ接地トランジスタのコレクタ出力と回
路出力との間に設けられたバッファとを有し、前記エミ
ッタ接地トランジスタのコレクタとベースとの間に前記
位相補償用コンデンサが設けられていることを特徴とす
る。更にはまた、前記差動対トランジスタの出力と前記
エミッタ接地トランジスタとの間に設けられたエミッタ
フォロワ回路を更に有することを特徴とする。
【0016】また、本発明によれば、上述のオペアンプ
の出力と入力との間を接続してなることを特徴とするボ
ルテージフォロワ回路が得られる。
【0017】本発明の作用を述べる。本発明では、オペ
アンプの2つの入力端子の差電圧がある閾値を超えたの
を検知し内部位相補償用コンデンサに電流を供給する回
路を、オペアンプに付加した構成とする。これにより、
オペアンプの位相余裕を保ったまま、スルーレートを向
上させることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しつつ本発明
の実施例を図説明いる。図1は本発明の一実施例のオペ
アンプと、それによって構成されたボルテージフォロア
回路の例を示す図であり、図3と同等部分は同一符号に
て示している。本実施例によるオペアンプ1は、トラン
ジスタQ1,Q2,Q3,Q4による初段差動増幅回路
と、トランジスタQ5によるエミッタ接地増幅回路と、
バッファ3とにより構成される。
【0019】初段差動増幅回路は、エミッタが共通接続
されかつベースに差動入力端子(VIN- ,VIN+ )が接
続された差動対トランジスタQ1,Q2を有し、この差
動対トランジスタのコレクタ能動負荷としてトランジス
タQ3,Q4によるカレントミラー回路が設けられてい
る。I1はこの初段差動増幅回路の動作電流を供給して
かつバイアスするための定電流源である。トランジスタ
Q2のコレクタから初段差動増幅回路の出力が導出され
て次段のエミッタ接地増幅回路のトランジスタQ5のベ
ースへ供給されている。
【0020】当該トランジスタQ5のコレクタとベース
との間には位相補償用コンデンサC1が接続されてい
る。I2はこのトランジスタQ5の動作電流を供給しか
つバイアスするための定電流源である。そして、トラン
ジスタQ5のコレクタ出力がバッファ3の入力となり、
このバッファ3の出力がオペアンプの出力端子(OPOU
T )に接続されている。ここまでは、図3に示した従来
のオペアンプ1と同様である。
【0021】トランジスタQ6と抵抗R1とはスイッチ
回路を構成しており、トランジスタQ1のベース端子と
トランジスタQ6のエミッタ端子とは抵抗R1を介して
接続され、トランジスタQ6のコレクタ端子はトランジ
スタQ2のコレクタ端子に、トランジスタQ6のベース
端子はトランジスタQ2のベース端子に接続される。
【0022】また、トランジスタQ7と抵抗R2とはス
イッチ回路を構成しており、トランジスタQ1のベース
端子とトランジスタQ7のエミッタ端子とは抵抗R2を
介して接続され、トランジスタQ7のコレクタ端子はカ
レントミラー回路2の入力端子に、トランジスタQ7の
ベース端子はトランジスタQ2のベース端子に夫々接続
されている。カレントミラー回路2の出力端子はトラン
ジスタQ1のコレクタ端子に接続される。
【0023】オペアンプとしての基本動作を図1を使っ
て説明する。VIN+ とVIN- との差電圧が増幅されA点
(トランジスタQ2のコレクタ)に現れ、このA点の電
圧はトランジスタQ5により増幅されD点(バッファ3
の入力)に現れ、このD点の電圧はバッファ3を介して
出力端子OPOUT に現れる。
【0024】次に、ボルテージフォロア回路としての動
作を図1を用いて説明する。これは、OPOUT とVIN-
とを短絡し、VIN+ を入力端子とし、OPOUT を出力端
子としたものである。以下、VIN- の電圧をVIN- 、V
IN+ の電圧をVIN+ 、OPOUT の電圧をOPOUT と表す
ものとする。DC(直流)的には、同相入力電圧範囲内
では、 VIN+ =OPOUT =VIN- ……(1) が成り立つ。この状態では、トランジスタQ6,Q7の
ベースエミッタ間電圧は0であり、トランジスタQ6,
Q7は共にオフしているので、このオペアンプは従来の
オペアンプと全く同じ回路であるとみなすことができ
る。
【0025】しかし、OPOUT の変化速度は有限である
ので、ステップ応答の最中には(1)式が成り立ってい
ない状態が存在する。
【0026】 |(VIN+ )−(VIN- )|>VF ……(2) VF :ダイオード順方向電圧(0.6V〜0.8V) この(2)式に示す状態のときにには、トランジスタQ
6またはQ7がオンとなり、トランジスタQ6またはQ
7のコレクタ電流(以下、IC(Q6),IC(Q7)
のように表記する)は位相補償用コンデンサC1の充放
電電流となる。
【0027】但し、トランジスタQ6とQ7とが同時に
オンすることはない(トランジスタQ7がオンの場合は
IC(Q7)はカレントミラーによって折り返されてコ
ンデンサC1に供給される)。
【0028】(2)式に示す状態の時のIC(Q6),
IC(Q7)をIadd とおき、R1,R2の抵抗値をR
1=R2=Rとおくと、 Iadd=(|(VIN+ )−(VIN- )|−VF )/R ……(3) となる。この時のスルーレートSRは、 SR=(I1+Iadd)/C1 ……(4) となる。
【0029】そして、位相余裕は、VIN+ =VIN- のと
きの、すなわちIadd =0の時のオペアンプの状態つま
り、I1,C1及びトランジスタ特性により決定され
る。よって、このオペアンプ1は電流源I1により位相
余裕を設定しつつ、(4)式に示した様に、Iadd によ
りスルーレートを位相余裕とは独立に設定可能となるの
である。
【0030】オペアンプ1のNPNトランジスタとPN
Pトランジスタとの極性をすべて入れ替えたオペアンプ
も、同様に実現できることは勿論である。また、図2に
示に示す様に、図1のオペアンプ1の初段差動増幅回路
の出力とエミッタ接地増幅回路(トランジスタQ5)の
入力との間に、トランジスタQ10と抵抗R3によるエ
ミッタフォロワ回路を付加したものにも、同様に本発明
は適用できるものであり、この図2では、図1と同等部
分は同一符号にて示してその説明は省略する。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、オペアンプの2つの入
力端子の差電圧がある閾値を超えたことを検知して内部
位相補償用コンデンサに電流を供給する回路を、オペア
ンプに付加するだけの簡単な構成により、オペアンプの
位相余裕を保ったままスルーレートを向上させるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図である。
【図2】本発明の他の実施例の回路図である。
【図3】従来の回路の一例を示す図である。
【図4】従来の回路の他の例を示す図である。
【図5】図4の回路の一部具体例を示す図である。
【符号の説明】
1 オペアンプ 2 カレントミラー回路 3 バッファ I1,I2 定電流源 Q1,Q2 差動対トランジスタ Q3,Q4,Q8,Q9 カレントミラートランジスタ Q5 エミッタ接地トランジスタ Q6,Q7 スイッチングトランジスタ Q10 エミッタフォロワトランジスタ R1〜R3 抵抗

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位相補償用コンデンサを有するオペアン
    プであって、差動入力の差電圧が所定閾値を越えた時に
    前記位相補償用コンデンサに対して電流を供給する電流
    供給手段を含むことを特徴とするオペアンプ。
  2. 【請求項2】 前記電流供給手段は、前記差動入力の差
    電圧が前記閾値を越えた時に導通するスイッチング回路
    と、このスイッチング回路の導通時に前記位相補償用コ
    ンデンサに対して電流を供給する電流供給回路とを有す
    ることを特徴とする請求項1記載のオペアンプ。
  3. 【請求項3】 前記電流供給回路はカレントミラー回路
    であることを特徴とする請求項2記載のオペアンプ。
  4. 【請求項4】 前記差動入力をベース入力としエミッタ
    が共通接続された差動対トランジスタと、前記差動対ト
    ランジスタの動作電流源と、この差動対トランジスタの
    出力をベース入力とするエミッタ接地トランジスタと、
    このエミッタ接地トランジスタのコレクタ出力と回路出
    力との間に設けられたバッファとを有し、前記エミッタ
    接地トランジスタのコレクタとベースとの間に前記位相
    補償用コンデンサが設けられていることを特徴とする請
    求項1〜3いずれか記載のオペアンプ。
  5. 【請求項5】 前記差動対トランジスタの出力と前記エ
    ミッタ接地トランジスタとの間に設けられたエミッタフ
    ォロワ回路を更に有することを特徴とする請求項4記載
    のオペアンプ。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5いずれか記載のオペアンプ
    の出力と入力との間を接続してなることを特徴とするボ
    ルテージフォロワ回路。
JP10254466A 1998-09-09 1998-09-09 オペアンプ及びそれを用いたボルテージフォロワ回路 Pending JP2000091857A (ja)

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