JP2001308653A - 増幅器 - Google Patents

増幅器

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JP2001308653A
JP2001308653A JP2000126196A JP2000126196A JP2001308653A JP 2001308653 A JP2001308653 A JP 2001308653A JP 2000126196 A JP2000126196 A JP 2000126196A JP 2000126196 A JP2000126196 A JP 2000126196A JP 2001308653 A JP2001308653 A JP 2001308653A
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mos transistor
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Shinichi Watanabe
伸一 渡邉
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Nippon Precision Circuits Inc
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    • H03F3/30Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3001Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor with field-effect transistors
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    • H03F3/3028CMOS common source output SEPP amplifiers with symmetrical driving of the end stage
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    • H03F2203/00Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
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    • H03F2203/45Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45508Indexing scheme relating to differential amplifiers the CSC comprising a voltage generating circuit as bias circuit for the CSC

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度特性に優れ、広い電源電圧範囲でクロス
オーバー歪みの少ない出力信号が得られる増幅器を提供
する。 【解決手段】 第2、第3の増幅器2、3の正相入力端
子に与える電圧値をそれぞれ第2のPチャネルMOSト
ランジスタTr3、第2のNチャネルMOSトランジス
タTr4のソースドレイン間電圧に応じたものとし、第
2、第3の増幅器2、3を介した第1の演算増幅器1の
出力信号によって電力バッファ4を構成する第1のPチ
ャネルMOSトランジスタTr1、第1のNチャネルM
OSトランジスタTr2を駆動するため、低い電源電圧
から電源電圧に依存しないアイドリング電流を得ること
ができ、広い電源電圧範囲でクロスオーバー歪みの少な
い出力信号が得られるとともに、その温度依存性を改善
することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、大出力電流の演算
増幅器に関するものであり、特に音響機器等に利用する
ヘッドフォン駆動用アンプ、スピーカー駆動用アンプ、
その他重負荷ドライブに適する増幅器に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、大出力電流を得るための増幅器で
は、図17、図18及び図19に示す回路構成のものが
ある。便宜上これらの図において、同一の構成要素は同
様の符号で示してある。図17のものでは、負電源端子
VSS(例えば、0V)にそのドレインを接続したPチ
ャネルMOSトランジスタTr1と、正電源端子VDD
(例えば、5V)にそのドレインを接続したNチャネル
MOSトランジスタTr2との互いのソースを接続して
出力端子OUTを設けて電力バッフアを構成し、演算増
幅器(以下、単にOPアンプと言う)1の出力端子と正
電源端子VDDとの間に正電源端子VDD側から抵抗R
N1と定電圧回路VNとを直列に接続してこれらの接続
点をNチャネルMOSトランジスタTr2のゲートに接
続し、OPアンプ1の出力端子と負電源端子VSSとの
間に負電源端子VSS側から抵抗RP1と定電圧回路V
Pとを直列に接続してこれらの接続点をPチャネルMO
SトランジスタTr1のゲートに接続し、図示しないが
出力端子OUTとOPアンプ1の負相入力端子VINN
との間に帰還抵抗を接続して構成してある。また、図1
8及び図19についても同様に帰還抵抗を設けてある。
定電圧回路VP、VNは特に図示しないが公知の定電圧
回路であり、PチャネルMOSトランジスタTr1、N
チャネルMOSTr2に近接して配置し、これらと熱的
結合されたトランジスタ又はダイオード及び抵抗にて構
成される。これにより、PチャネルMOSトランジスタ
Tr1、NチャネルMOSトランジスタTr2に温度補
償された所望のアイドリング電流を流し、OPアンプ1
の負相入力端子VINNに印加される交流信号を温度変
動による歪少なく増幅する。ここで、PチャネルMOS
トランジスタTr1、NチャネルMOSトランジスタT
r2は電流増幅のみを行なう。図17の増幅器の入力信
号が無信号状態となるアイドリング時における各端子1
1、12、13での電圧と電源電圧との関係を図20に
示し、図21にPチャネルMOSトランジスタTr1、
NチャネルMOSトランジスタTr2のドレイン電流、
すなわち、アイドリング電流II1、II2を示す。正
電源端子VDDの電圧をVDDとし、負電源端子VSS
の電圧をVSS(0V)とした。OPアンプ1の正相入
力端子VINPは正電源端子VDDと負電源端子VSS
との中間電位VDD−(VDD−VSS)/2に固定さ
れており、アイドリング時にはOPアンプ1の負相入力
端子VINNにも中間電位が印加され、端子11も同様
の電圧となる。
【0003】また、図18の増幅器は、正電源端子VD
Dにそのソースを接続したPチャネルMOSトランジス
タTr1と、負電源端子VSSにそのソースを接続した
NチャネルMOSトランジスタTr2との互いのドレイ
ンを接続して出力端子OUTを設けて電力バッフアを構
成し、OPアンプ1の出力端子と正電源端子VDDとの
間で抵抗RP1と抵抗RP2とを直列に接続し、これら
抵抗の互いの接続点をPチャネルMOSトランジスタT
r1のゲートに接続してあり、OPアンプ1の出力端子
と負電源端子VSSとの間で抵抗RN1と抵抗RN2と
を直列に接続してこれら抵抗の互いの接続点をNチャネ
ルMOSトランジスタTr2のゲートに接続してなる。
PチャネルMOSトランジスタTr1、NチャネルMO
SトランジスタTr2はそのゲートに抵抗の接続点に生
じるバイアス電圧とOPアンプ1の出力信号とを受け、
電流増幅及び電圧増幅を行う。図18の増幅器のアイド
リング時における各端子21、22、23での電圧と電
源電圧との関係を図22に示し、図23にPチャネルM
OSトランジスタTr1、NチャネルMOSトランジス
タTr2のドレイン電流Id1、Id2を示す。
【0004】図19の増幅器は、図18のものにおいて
抵抗RP1、RN1を定電圧回路VP、VNに置き換
え、これら定電圧回路VP、VNにより、PチャネルM
OSトランジスタTr1、NチャネルMOSトランジス
タTr2のアイドリング電流を定め、これらトランジス
タを低インピーダンスで駆動することにより、ゲート容
量の影響を減じたものである。すなわち、図18のもの
では低インピーダンス化のためには各抵抗の値を小さく
することとなるが、PチャネルMOSトランジスタTr
1、NチャネルMOSトランジスタTr2のドライバビ
リティを維持するためにはOPアンプ1への負担が大き
くなる。図3のものでは、このようなOPアンプ1への
負担を増大させず大出力電力を得ようとするものであ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図17の増幅器では、
PチャネルMOSトランジスタTr1、NチャネルMO
SトランジスタTr2のスレッショルド電圧(以下、単
に「Vth」と言う。)分だけ最大振幅が小さくなる。
言い換えれば、電源電圧を低くすることが難しい。図2
0を参照しながら述べると、アイドリング時において端
子11、端子12間の電圧はNチャネルMOSトランジ
スタTr2のVthと一致し、端子11、端子13間の
電圧はPチャネルMOSトランジスタTr1のVthと
一致している。最大振幅、すなわち、出力電圧の範囲
は、図20に示される電圧VDDから電圧12を減じた
電圧値と、電圧13から電圧VSSを減じた電圧値の和
となる。従って電源電圧が各トランジスタのVthの和
に近いときには出力電圧の範囲は狭くなり、電圧VDD
と電圧12との交わり、電圧13と電圧VSSとの交わ
る電圧値V0より小さい値の電源電圧では増幅動作が不
可能になる。
【0006】また、正電源端子VDD側へのNチャネル
MOSトランジスタTr2の接続、負電源端子VSS側
へのPチャネルMOSトランジスタTr1の接続は、デ
ィスクリート素子では可能であるが、集積化においては
同一のサブストレート上に形成し難い。このため、ディ
スクリート素子では可能であった定電圧回路VP、VN
とPチャネルMOSトランジスタTr1、NチャネルM
OSトランジスタTr2との熱的結合による温度補償も
不十分となる。例えば、温度変動によりあるPチャネル
MOSトランジスタTr1、NチャネルMOSTr2が
同時にオフとなるタイミングが広がって出力電圧が歪む
等の問題が生じる。
【0007】図18の増幅器では、OPアンプ1の出力
端子と正電源端子VDDとの間及び負電源端子VSSと
の間に抵抗が接続されているためPチャネルMOSトラ
ンジスタTr1、NチャネルMOSトランジスタTr2
のドライバビリティが犠牲となっている。また、Pチャ
ネルMOSトランジスタTr1、NチャネルMOSトラ
ンジスタTr2のゲートの低インピーダンス駆動を行な
おうとすると、OPアンプ1に負担がかかり、OPアン
プ1の負担を軽減しようとすると、ゲート容量と抵抗と
によって形成されるRC回路が低域濾波作用を起こし、
高周波特性が悪化する。さらに、図23に示すようにド
レイン電流Id1、Id2によりそれぞれの所望のアイ
ドリング電流II1、II2を得るには、電源電圧も限
定される。さらに、PチャネルMOSトランジスタTr
1、NチャネルMOSトランジスタTr2の温度補償も
難しい。
【0008】図19の増幅器も図18のものと同様に電
源電圧が限定されるという問題点を有している。加えて
トランジスタ構成の定電圧回路を設けてあるため、Pチ
ャネルMOSトランジスタTr1、NチャネルMOSト
ランジスタTr2の温度依存性に定電圧回路を構成する
トランジスタのそれが加わり、温度依存性はさらに依存
する方向に働く。
【0009】そこで、本発明では、増幅器において電力
バッファを構成する各トランジスタのアイドリング電流
の電源電圧依存性を抑え、低電源電圧化を進めるととも
に、各トランジスタの温度依存性の改善、各トランジス
タの駆動用の信号の低インピーダンス化を進めて周波数
特性の改善を目指すことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明では、正電源側に
第1のPチャネルMOSトランジスタ、負電源側に第1
のNチャネルMOSトランジスタを配置し、これらのド
レインを互いに接続して電力バッファを構成し、電力バ
ッファの出力端子に入力信号を受ける第1の演算増幅器
の負相入力端子を接続し、第1の演算増幅器の出力信号
をその負相入力端子に受ける第2の演算増幅器により出
力信号を発生し、この出力信号を第1のPチャネルMO
Sトランジスタのゲートに印加し、第1の演算増幅器の
出力信号をその負相入力端子に受ける第3の演算増幅器
により出力信号を生し、この出力信号により第1のNチ
ャネルMOSトランジスタのゲートに印加する。第2、
第3の増幅器の正相入力端子に与える電圧値をそれぞれ
第1のPチャネルMOSトランジスタと同様の温度特性
の第2のPチャネルMOSトランジスタ、第1のNチャ
ネルMOSトランジスタと同様の温度特性の第2のNチ
ャネルMOSトランジスタのソースドレイン間電圧に応
じたものとし、第2、第3の増幅器からは第1のPチャ
ネルMOSトランジスタのソースの電位から前記第2の
PチャネルMOSトランジスタのソースドレイン間電圧
相当分降下した電位を電位中心とする電圧波形の出力信
号、前記第1のNチャネルMOSトランジスタのソース
の電位から前記第2のNチャネルMOSトランジスタの
ソースドレイン間電圧相当分高い電位を電位中心とする
電圧波形の出力信号が発生し、これらによって電力バッ
ファを駆動するため、電源電圧に依存しないアイドリン
グ電流を得ることができる。ひいては、低電源電圧化が
可能となる。
【0011】また、第1のPチャネルMOSトランジス
タ、第2のNチャネルMOSトランジスタの温度変動を
相殺し、増幅器の温度依存性を改善する。
【0012】さらに、電力バッファを構成するトランジ
スタのゲートはソースからみて高いインピーダンスに保
持したまま等価的に低インピーダンスでの駆動を可能と
し、周波数特性を向上させる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の増幅器は、入力信号を受
ける第1の演算増幅器と、第1のPチャネルMOSトラ
ンジスタと第1のNチャネルMOSトランジスタとの互
いのドレインを接続して当該接続点に出力端子を設けた
電力バッファと、前記第1のPチャネルMOSトランジ
スタと同様の温度特性の第2のPチャネルMOSトラン
ジスタと、前記第1のNチャネルMOSトランジスタと
同様の温度特性の第2のNチャネルMOSトランジスタ
と、前記第2のPチャネルMOSトランジスタのソース
ドレイン間電圧に基づく電圧をその正相入力端子に受
け、負相入力に前記第1の演算増幅器の出力信号を受
け、前記第1のPチャネルMOSトランジスタのソース
の電位から前記第2のPチャネルMOSトランジスタの
ソースドレイン間電圧相当分降下した電位をその電圧波
形の電位中心とする出力信号を発生し、当該出力信号に
より前記第1のPチャネルMOSトランジスタを駆動す
る第2の演算増幅器と、前記第2のNチャネルMOSト
ランジスタのソースドレイン間電圧に基づく電圧をその
正相入力端子に受け、負相入力に前記第1の演算増幅器
の出力信号を受け、前記第1のNチャネルMOSトラン
ジスタのソースの電位から前記第2のNチャネルMOS
トランジスタのソースドレイン間電圧相当分高い電位を
その電圧波形の電位中心とする出力信号を発生し、当該
出力信号により前記第1のNチャネルMOSトランジス
タを駆動する第3の演算増幅器とを備える。
【0014】また、本発明の増幅器は、入力信号を受け
る第1の演算増幅器と、第1の電位の第1の電源端子に
第1のPチャネルMOSトランジスタのソースを接続
し、第1の電位より低い電位の第2の電源端子に第1の
NチャネルMOSトランジスタのソースを接続し、前記
第1のPチャネルMOSトランジスタと前記第1のNチ
ャネルMOSトランジスタとの互いのドレインを接続し
て当該接続点に出力端子を設けた電力バッファと、前記
第1の電源端子にそのソースを接続し、そのドレインを
第1の抵抗を介して第2の電源端子に接続し、そのゲー
トとドレインとを接続した第2のPチャネルMOSトラ
ンジスタと、前記第2の電源端子にそのソースを接続
し、そのドレインを第2の抵抗を介して第1の電源端子
に接続し、そのゲートとドレインとを接続した第2のN
チャネルMOSトランジスタと、前記第1の電位と前記
第2の電位との間の特定電位の端子と前記第2のPチャ
ネルトランジスタのドレインとの間を抵抗分割して得ら
れた電圧をその正相入力端子に受け、前記第1の演算増
幅器の出力信号をその負相入力端子に受け、その出力信
号により上記第1のPチャネルMOSトランジスタを駆
動する第2の演算増幅器と、前記特定電位の端子と前記
第2のNチャネルトランジスタのドレインとの間から抵
抗分割して得られた電圧をその正相入力端子に受け、前
記第1の演算増幅器の出力信号をその負相入力端子に受
け、その出力信号により前記第1のNチャネルMOSト
ランジスタを駆動する第2の演算増幅器とを備えること
も好ましい。
【0015】前記第1の演算増幅器の負相入力端子と前
記電力バッフアの出力端子間との間に帰還抵抗を有する
ことも好ましい。
【0016】前記第2の演算増幅回路及び前記第3の演
算増幅回路はユニティゲインであることも好ましい。
【0017】前記特定電位は第1の電位と前記第2の電
位との間の中間電位であり、当該特定電位の端子と前記
第2のPチャネルMOSトランジスタのドレインとの間
に接続された一対の抵抗の互いの接続点に生じる電圧を
前記第2の増幅器の正相入力端子に与え、特定電位の端
子と前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレイ
ンとの間に接続された一対の抵抗の互いの接続点に生じ
る電圧を前記第3の増幅器の正相入力端子に与えること
も好ましい。
【0018】前記第1のPチャネルMOSトランジス
タ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ、前記第
1のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチ
ャネルMOSトランジスタが同一基板上に形成されてい
ることも好ましい。
【0019】
【実施例】次に本発明の演算増幅器の詳細について図1
に示す第一実施例にそって説明する。まず、本例の構成
について説明する。同図において第1、第2、第3の演
算増幅器(以下、OPアンプと言う。)1、2、3は公
知の演算増幅器であり、それぞれPチャネルMOSトラ
ンジスタtr1〜tr6、NチャネルMOSトランジス
タtr7〜tr9より構成され、PチャンネルMOSト
ランジスタtr1を負相入力端子とし、PチャネルMO
Sトランジスタtr2を正相入力端子とし、Pチャネル
MOSトランジスタtr6、NチャネルMOSトランジ
スタtr9との接続点を出力端子としている。OPアン
プ1は、その正相入力端子VINPを正電源端子VD
D、負電源端子VSS間の中間電位にバイアスされ、そ
の負相入力端子VINNに入力信号を受ける。OPアン
プ2は、その負相入力端子にOPアンプ1の出力を受
け、正相入力端子に後述するブリッジ回路により生成さ
れるバイアス電圧を受ける。OPアンプ3は、その負相
入力端子にOPアンプ1の出力を受け、正相入力端子に
後述するブリッジ回路により生成されるバイアス電圧を
受ける。これらOPアンプ2、3は抵抗R1、帰還抵抗
R2によりユニティゲインとなるように設定される。
【0020】第1のPチャネルMOSトランジスタTr
1と第1のNチャネルMOSトランジスタTr2とを正
電源端子VDD、負電源端子VSS間でこの順に直列に
接続し、互いのドレイン同士を接続してなる接続点に出
力端子OUTを設けて電力バッファ4を構成する。これ
ら、第1のPチャネルMOSトランジスタTr1及び第
1のNチャネルMOSトランジスタTr2はOPアンプ
1〜3を構成するMOSトランジスタに比べてそのサイ
ズを大きくし、ヘッドフォンやスピーカーなどの数Ωか
ら数十Ωといった負荷を十全に駆動する大電力出力を可
能としてある。
【0021】第1のPチャネルMOSトランジスタTr
1のゲートはOPアンプ2の出力を受け、第1のNチャ
ネルMOSトランジスタTr2のゲートはOPアンプ3
の出力を受ける。出力端子OUTはOPアンプ1の負相
入力端子に帰還抵抗を介して接続されている。
【0022】ブリッジ回路5は、抵抗R1B〜R5B、
第2のPチャネルMOSトランジスタTr3から構成さ
れる。正電源端子VDD、負電源端子VSSとの間に抵
抗R2B、R3Bを直列に接続してこれら抵抗R2B、
R3Bの接続点の電位を正電源端子VDD、負電源端子
VSS間の中間電位としてある。正電源端子VDD、負
電源端子VSSとの間にPチャネルMOSトランジスタ
Tr3と抵抗R1Bとをこの順に直列に接続してある。
PチャネルMOSトランジスタTr3と抵抗R1Bとの
接続点と、抵抗R2Bと抵抗R3Bとの接続点とを抵抗
R4B、R5Bを介して接続してなり、抵抗R4Bと抵
抗R5Bとの接続点をOPアンプ2の正相入力端子に接
続してあり、この接続点に生ずる電圧をバイアス電圧と
してOPアンプ2に与える。
【0023】ブリッジ回路6は、抵抗R1C〜R5C、
第2のNチャネルMOSトランジスタTr3から構成さ
れる。正電源端子VDD、負電源端子VSSとの間に抵
抗R2C、R3Cを直列に接続してある。正電源端子V
DD、負電源端子VSSとの間に抵抗R1CとNチャネ
ルMOSトランジスタTr4とをこの順に直列に接続し
てある。NチャネルMOSトランジスタTr4と抵抗R
1Cとの接続点と、抵抗R2Cと抵抗R3Cとの接続点
とを抵抗R4C、R5Cを介して接続してなり、抵抗R
4Cと抵抗R5Cとの接続点をOPアンプ3の正相入力
端子に接続してあり、この接続点に生ずる電圧をバイア
ス電圧としてOPアンプ3に与える。
【0024】なお、バイアス回路7はPチャネルMOS
トランジスタtr10〜tr12、NチャネルMOSト
ランジスタtr13、tr14から構成され、OPアン
プ1〜3のPチャネルMOSトランジスタtr3、tr
4のゲートにバイアス電圧を与えてこれらを動作状態と
する。
【0025】次に本発明の動作について図1を参照する
とともに、同図の各端子における電圧、電流波形を図示
しながら説明する。まず、入力信号が無信号状態である
とし、各端子の電圧と電源電圧との関係を図2に示し、
同図を参照しながら述べる。同図において縦軸は各端子
の電圧、横軸は電源電圧である。ここでは負電源端子V
SSを0Vとしてこれを基準として、正電源端子VDDの
電圧に対する各端子の電圧が示される。
【0026】ブリッジ回路5では、第2のPチャネルM
OSトランジスタTr3はゲート、ドレイン間を接続し
ており、そのドレインの電圧は同図のTr3の特性を示
す。正電源端子VDD、負電源端子VSS間の電圧を抵
抗R2B、R3Bにより分圧し、抵抗R2B、R3Bの
接続点を正電源端子VDD、負電源端子VSS間の中間
電位としてある。中間電位は図2のVDD−(VDD−
VSS)/2の特性を示す。同図に示すように入力信号
の無信号状態では、OPアンプ1の出力端子71、負相
入力端子VINN、正相入力端子VINPの電圧も正電
源端子VDD、負電源端子VSS間の中間電位となる。
さらに、第2のPチャネルMOSトランジスタTr3と
抵抗R1Bとの接続点の電位と中間電位との間の電圧が
抵抗R4B、抵抗R5Bで分圧され、接続点75に図2
の75に示す特性の電圧が発生する。
【0027】同様にブリッジ回路6では、第2のNチャ
ネルMOSトランジスタTr4はゲート、ドレイン間を
接続しており、そのドレインの電圧は図3のTr4の特
性を示す。抵抗R2C、R3Cの接続点は電源端子VD
D、負電源端子VSS間の中間電位としてある。第2の
NチャネルMOSトランジスタTr4と抵抗R1Cとの
接続点の電位と中間電位との間の電圧が抵抗R4C、抵
抗R5Cで分圧され、接続点76に図3の76に示す特
性の電圧が発生する。
【0028】OPアンプ2の正相入力端子に接続点75
の電圧を与え、負相入力端子にOPアンプ1の出力端子
71の電圧を与えることにより、OPアンプ2の出力端
子72には図2の72に示すように第2のPチャネルM
OSトランジスタTr3のドレインの電圧とほぼ同じ電
圧が発生する。これを第1のPチャネルMOSトランジ
スタTr1のゲートに印加し、電源端子VDDを基準と
したバイアス電圧VB1とする。
【0029】同様にOPアンプ3の正相入力端子に接続
点76の電圧を与え、負相入力端子にOPアンプ1の出
力端子71の電圧を与えることにより、OPアンプ3の
出力端子73には図3の73に示すように第2のNチャ
ネルMOSトランジスタTr4のドレインの電圧とほぼ
同じ電圧が発生する。これを第1のNチャネルMOSト
ランジスタTr2のゲートに印加し、電源端子VSSを
基準としたバイアス電圧VB2とする。
【0030】図2の72、図3の73に示されるように
これらのバイアス電圧VB1、VB2は電源電圧によら
ず一定であり、さらに、第2のPチャネルMOSトラン
ジスタTr3、第2のNチャネルMOSトランジスタT
r4のVth付近の低い電源電圧から発生できる。これ
により、図4に示すように低い電源電圧VB3(図2、
図3にも示す。)から電源電圧によらず一定のアイドリ
ング電流II1、II2をそれぞれ第1のPチャネルM
OSトランジスタTr1、第1のNチャネルMOSトラ
ンジスタTr2に流すことができる。アイドリング電流
II1、II2はそれぞれのMOSトランジスタのソー
スからドレインへの向きを正としてある。
【0031】特定の電源電圧における無信号状態の各端
子の電圧波形は図5に示すようになる。同図において、
74は端子74、すなわち、出力端子OUTの電圧を示
し、この電圧値も端子71と等しい値となる。このと
き、各端子の電流波形は図6に示すようになる。端子7
4から、この端子に接続されたヘッドフォン等の負荷
(図示せず。)へ、負荷から中間電位へと流れる電流I
74の値はアイドリング電流II1とアイドリング電流
II2の合成により0mAとなっている。
【0032】特定の電源電圧において、図7に示す電圧
波形の入力信号がOPアンプ1の負相入力端子VINN
に与えられると、負荷が軽い場合には各端子の電圧波形
は図8に示すようになり、電流波形は図9に示すように
なる。図8において端子72の電圧は図5に示す端子7
2の電位を中心にOPアンプ1の出力信号が反転して振
れ、同様に端子73の電圧は図5に示す端子73の電圧
を中心にOPアンプ1の出力信号が反転して振れる。こ
れにより、図9に示すようにドレイン電流ID1、ID
2、電流I74が得られる。また、負荷が重い場合には
各端子の電圧波形は図10に示すようになり、ドレイン
電流ID1、ID2はそれぞれ図11、12に示すよう
になり、出力電流I74は図13に示すようになる。ま
た、図11〜13のタイミングa、b及びcでの拡大図
を図14に示してある。同図からも分かるようにドレイ
ン電流ID1、ID2が同時に途絶えることがなく、ク
ロスオーバー歪の少ない電圧74及び電流I74の出力
信号が得られる。
【0033】以上のように本例では、電力バッファを構
成する第1のPチャネルMOSトランジスタTr1及び
第1のNチャネルMOSトランジスタTr2に広い電源
電圧範囲で一定のアイドリング電流を流すことができ、
第1のPチャネルMOSトランジスタTr1及び第1の
NチャネルMOSトランジスタTr2が同時にオフとな
ることがなくクロスオーバー歪の少ない出力信号が得ら
れる。
【0034】本例は同一サブストレート上に各構成要素
を集積化することができ、第2のPチャネルMOSトラ
ンジスタTr3の温度特性は第1のPチャネルMOSト
ランジスタTr1のそれとほぼ一致し、端子72の電圧
は第1のPチャネルMOSトランジスタTr1のドレイ
ン電流の温度変動を相殺するように働き、第1のPチャ
ネルMOSトランジスタのドレイン電流の温度補償がな
される。第1のNチャネルMOSトランジスタTr2に
ついても第2のNチャネルMOSトランジスタによって
同様の温度補償がなされる。したがって本例の増幅器は
温度変動によらず安定した動作が可能となる。
【0035】上述したようにそれぞれ第1のPチャネル
MOSトランジスタTr1、第1のNチャネルMOSト
ランジスタTr2のゲートに与えられるOPアンプ2、
OPアンプ3の出力は入力に迅速に追随し、第1のPチ
ャネルMOSトランジスタTr1及び第1のNチャネル
MOSトランジスタTr2は等価的に低インピーダンス
で駆動することができ、増幅器の周数特性を向上させる
ことができる。しかも、第1のPチャネルMOSトラン
ジスタTr1及び第1のNチャネルMOSトランジスタ
Tr2はそれらのゲートはソースからみて高いインピー
ダンスに保持されているため、図18に示した従来のも
ののようにゲートバイアス設定のための抵抗による高イ
ンピーダンス化によってゲート容量、抵抗等により低域
濾波回路が形成され高周波の減衰が起こるということも
ない。
【0036】また、抵抗R1B、R1Cを互いに同一も
しくは近似の値に設定し、抵抗R2B、R3B、R2
C、R3Cを互いに同一もしくは近似の値に設定する。
これら6個の抵抗の値より十分大きな値であって互いに
同一もしくは近似の値に抵抗R4B、R4Cを設定し、
同じく、上記6個の抵抗の値より十分大きな値であって
互いに同一もしくは近似の値に抵抗R5B、R5Cを設
定する。第1のPチャネルMOSトランジスタTr1、
第2のPチャネルMOSトランジスタTr3を互いに同
一もしくは近似の特性に設定し、第1のNチャネルMO
SトランジスタTr2、第2のNチャネルMOSトラン
ジスタTr4を互いに同一もしくは近似の特性に設定す
る。これらにより、各素子のばらつきが絶対精度に依存
しにくく、相対精度として高くなりさえすれば、アイド
リング電流II1、II2の値を製造上のばらつきによ
らず、無調整にて所望の値に収束させることができる。
【0037】また、図12、13に示されるように端子
72、73の電位が中間電位に対し高いか低いかに関わ
らず、第1のPチャネルMOSトランジスタTr1、第
1のNチャネルMOSトランジスタTr2を駆動するに
十分なバイアス電圧が発生するため、本発明では負荷の
交流駆動が可能である。
【0038】図1に示した上記第一実施例では中間電位
をブリッジ回路5、6の抵抗R2B、R3B、R2C、
R3Cを用いて別々に発生させたが、図15に示すよう
に共通の中間電位としても良い。また、正電源端子VD
D、負電源端子VSSをその電位の絶対値が同一の正負
の電源電圧、例えば、正電源端子VDDを+1.5V、
負電源端子VSSを−1.5Vとすれば、図16に示す
ように共通の中間電位を接地電位GNDとしても良い。
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、第2、第3の増幅器の
正相入力端子に与える電圧値をそれぞれ第2のPチャネ
ルMOSトランジスタ、第2のNチャネルMOSトラン
ジスタのソースドレイン間電圧に応じたものとし、第
2、第3の増幅器を介した第1の演算増幅器の出力信号
によって電力バッファを構成する第1のPチャネルMO
Sトランジスタ、第1のNチャネルMOSトランジスタ
を駆動するため、低い電源電圧から電源電圧に依存しな
いアイドリング電流を得ることができ、広い電源電圧範
囲でクロスオーバー歪みの少ない出力信号が得られる。
ひいては、増幅器の低電源電圧化が可能となる。
【0040】また、第1のPチャネルMOSトランジス
タ、第2のNチャネルMOSトランジスタの温度による
特性変動を相殺し、増幅器の温度依存性を改善すること
が可能となる。
【0041】さらに、電力バッファを構成するトランジ
スタのゲートはソースからみて高いインピーダンスに保
持したまま等価的に低インピーダンスでの駆動を可能と
し、周波数特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例の増幅器の構成を説明する
ための電気回路図。
【図2】図1に示す増幅器の各端子の電圧と電源電圧と
の関係を示す特性図。
【図3】図1に示す増幅器の各端子の電圧と電源電圧と
の関係を示す特性図。
【図4】図1に示す増幅器の各端子の電流と電源電圧と
の関係を示す特性図。
【図5】図1に示す増幅器の入力信号の無信号状態での
各端子の電圧を示す波形図。
【図6】図1に示す増幅器の入力信号の無信号状態での
各端子の電流を示す波形図。
【図7】図1に示す増幅器の入力信号の一例の電圧波形
を示す波形図。
【図8】図7に示す入力信号を受け、軽負荷を駆動する
図1に示す増幅器の各端子の電圧を示す波形図。
【図9】図7に示す入力信号を受け、軽負荷を駆動する
図1に示す増幅器の各端子の電流を示す波形図。
【図10】図7に示す入力信号を受け、重負荷を駆動す
る図1に示す増幅器の各端子の電圧を示す波形図。
【図11】図7に示す入力信号を受け、重負荷を駆動す
る図1に示す増幅器の第1のPチャネルMOSトランジ
スタのドレイン電流を示す波形図。
【図12】図7に示す入力信号を受け、重負荷を駆動す
る図1に示す増幅器の第1のNチャネルMOSトランジ
スタのドレイン電流を示す波形図。
【図13】図7に示す入力信号を受け、重負荷を駆動す
る図1に示す増幅器の出力電流を示す波形図。
【図14】図11、12及び13に示す電流をそれぞれ
a点、b点及びc点の近傍で拡大して示した波形図。
【図15】本発明の第一実施例の増幅器の構成の一部を
変更した例を説明する電気回路図。
【図16】本発明の第三実施例の増幅器の構成の一部を
変更した例を説明する電気回路図。
【図17】従来の増幅器の構成を説明する電気回路図。
【図18】従来の増幅器の構成を説明する電気回路図。
【図19】従来の増幅器の構成を説明する電気回路図。
【図20】図17に示す増幅器の各端子の電圧と電源電
圧との関係を示す特性図。
【図21】図17に示す増幅器の各端子の電流と電源電
圧との関係を示す特性図。
【図22】図18に示す増幅器の各端子の電圧と電源電
圧との関係を示す特性図。
【図23】図18に示す増幅器の各端子の電流と電源電
圧との関係を示す特性図。
【符号の説明】
1 第1の増幅器 2 第2の増幅器 3 第3の増幅器 4 電力バッファ Tr1 第1のPチャネルMOSトランジスタ Tr2 第1のNチャネルMOSトランジスタ Tr3 第2のPチャネルMOSトランジスタ Tr4 第2のNチャネルMOSトランジスタ R1B 第1の抵抗 R1C 第2の抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J090 AA02 AA18 AA41 CA02 CA24 CA37 CA81 FA10 FN06 FN10 GN01 HA10 HA17 HA25 HA29 HN17 KA01 KA03 KA42 KA62 KA63 MA09 MA11 MA23 TA02 TA06 5J092 AA02 AA18 AA41 CA02 CA24 CA37 CA81 FA10 HA10 HA17 HA25 HA29 KA01 KA03 KA42 KA62 KA63 MA11 MA23 TA02 TA06 VL08

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号を受ける第1の演算増幅器と、 第1のPチャネルMOSトランジスタと第1のNチャネ
    ルMOSトランジスタとの互いのドレインを接続して当
    該接続点に出力端子を設けた電力バッファと、 前記第1のPチャネルMOSトランジスタと同様の温度
    特性の第2のPチャネルMOSトランジスタと、 前記第1のNチャネルMOSトランジスタと同様の温度
    特性の第2のNチャネルMOSトランジスタと、 前記第2のPチャネルMOSトランジスタのソースドレ
    イン間電圧に基づく電圧をその正相入力端子に受け、負
    相入力に前記第1の演算増幅器の出力信号を受け、前記
    第1のPチャネルMOSトランジスタのソースの電位か
    ら前記第2のPチャネルMOSトランジスタのソースド
    レイン間電圧相当分降下した電位をその電圧波形の電位
    中心とする出力信号を発生し、当該出力信号により前記
    第1のPチャネルMOSトランジスタを駆動する第2の
    演算増幅器と、 前記第2のNチャネルMOSトランジスタのソースドレ
    イン間電圧に基づく電圧をその正相入力端子に受け、負
    相入力に前記第1の演算増幅器の出力信号を受け、前記
    第1のNチャネルMOSトランジスタのソースの電位か
    ら前記第2のNチャネルMOSトランジスタのソースド
    レイン間電圧相当分高い電位をその電圧波形の電位中心
    とする出力信号を発生し、当該出力信号により前記第1
    のNチャネルMOSトランジスタを駆動する第3の演算
    増幅器とを備えることを特徴とする増幅器。
  2. 【請求項2】 入力信号を受ける第1の演算増幅器と、 第1の電位の第1の電源端子に第1のPチャネルMOS
    トランジスタのソースを接続し、第1の電位より低い電
    位の第2の電源端子に第1のNチャネルMOSトランジ
    スタのソースを接続し、前記第1のPチャネルMOSト
    ランジスタと前記第1のNチャネルMOSトランジスタ
    との互いのドレインを接続して当該接続点に出力端子を
    設けた電力バッファと、 前記第1の電源端子にそのソースを接続し、そのドレイ
    ンを第1の抵抗を介して第2の電源端子に接続し、その
    ゲートとドレインとを接続した第2のPチャネルMOS
    トランジスタと、 前記第2の電源端子にそのソースを接続し、そのドレイ
    ンを第2の抵抗を介して第1の電源端子に接続し、その
    ゲートとドレインとを接続した第2のNチャネルMOS
    トランジスタと、 前記第1の電位と前記第2の電位との間の特定電位の端
    子と前記第2のPチャネルトランジスタのドレインとの
    間を抵抗分割して得られた電圧をその正相入力端子に受
    け、前記第1の演算増幅器の出力信号をその負相入力端
    子に受け、その出力信号により上記第1のPチャネルM
    OSトランジスタを駆動する第2の演算増幅器と、 前記特定電位の端子と前記第2のNチャネルトランジス
    タのドレインとの間から抵抗分割して得られた電圧をそ
    の正相入力端子に受け、前記第1の演算増幅器の出力信
    号をその負相入力端子に受け、その出力信号により前記
    第1のNチャネルMOSトランジスタを駆動する第2の
    演算増幅器と、 を備えることを特徴とする増幅器。
  3. 【請求項3】 前記第1の演算増幅器の負相入力端子と
    前記電力バッフアの出力端子間との間に帰還抵抗を有す
    ることを特徴とする請求項1及び2に記載の増幅器。
  4. 【請求項4】 前記第2の演算増幅回路及び前記第3の
    演算増幅回路はユニティゲインであることを特徴とする
    請求項1乃至3に記載の増幅器。
  5. 【請求項5】 前記特定電位は第1の電位と前記第2の
    電位との間の中間電位であり、当該特定電位の端子と前
    記第2のPチャネルMOSトランジスタのドレインとの
    間に接続された一対の抵抗の互いの接続点に生じる電圧
    を前記第2の増幅器の正相入力端子に与え、特定電位の
    端子と前記第2のNチャネルMOSトランジスタのドレ
    インとの間に接続された一対の抵抗の互いの接続点に生
    じる電圧を前記第3の増幅器の正相入力端子に与えるこ
    とを特徴とする請求項2乃至3に記載の増幅器。
  6. 【請求項6】 前記第1のPチャネルMOSトランジス
    タ、前記第2のPチャネルMOSトランジスタ、前記第
    1のNチャネルMOSトランジスタ及び前記第2のNチ
    ャネルMOSトランジスタが同一基板上に形成されてい
    ることを特徴とする請求項1乃至5に記載の増幅器。
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