JP2003060448A - 1倍以上の利得を持つ入力バッファとしてオペアンプicを使用した電流帰還型増幅器 - Google Patents
1倍以上の利得を持つ入力バッファとしてオペアンプicを使用した電流帰還型増幅器Info
- Publication number
- JP2003060448A JP2003060448A JP2001290090A JP2001290090A JP2003060448A JP 2003060448 A JP2003060448 A JP 2003060448A JP 2001290090 A JP2001290090 A JP 2001290090A JP 2001290090 A JP2001290090 A JP 2001290090A JP 2003060448 A JP2003060448 A JP 2003060448A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- amplifier
- operational amplifier
- current
- signal
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】オペアンプICの優れた特性を生かしつつ安定
で広帯域な電力増幅器を構成する。 【解決手段】オペアンプICの電源端子から電流の形で
信号を取り出し次段の増幅回路に送るその出力からオペ
アンプICの出力に電流帰還を掛ける。また電流を取り
出し電圧増幅を行う部分を集積した半導体素子を作れば
より安価により高性能な増幅器を構成できる。
で広帯域な電力増幅器を構成する。 【解決手段】オペアンプICの電源端子から電流の形で
信号を取り出し次段の増幅回路に送るその出力からオペ
アンプICの出力に電流帰還を掛ける。また電流を取り
出し電圧増幅を行う部分を集積した半導体素子を作れば
より安価により高性能な増幅器を構成できる。
Description
【0001】
【発明の属する分野】本発明はオペアンプICの電源端
子から信号を電流の形で取り出し次段の増幅回路で電圧
及び電流増幅を行い、その出力からオペアンプICの出
力へ電流帰還を掛ける増幅回路に関するもので、広帯域
で位相特性の優れた増幅器を低コストで構成し得る電子
回路に関するものである。
子から信号を電流の形で取り出し次段の増幅回路で電圧
及び電流増幅を行い、その出力からオペアンプICの出
力へ電流帰還を掛ける増幅回路に関するもので、広帯域
で位相特性の優れた増幅器を低コストで構成し得る電子
回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】オペアンプICは、ディスクリートの素
子を用いたオペアンプに対して温度や素子の均一性、信
号経路の短さなど多くの利点を持っている。スピーカー
などの重い負荷を駆動する電力増幅回路にオペアンプI
Cを使用する場合、オペアンプICの出力電圧が±15
V程度、出力電流が±50mA程度と限られているため
ディスクリートのパワーデバイスによる電力増幅回路を
多段接続して、電力増幅回路の出力からオペアンプIC
の入力に帰還を掛ける方法がとられる。
子を用いたオペアンプに対して温度や素子の均一性、信
号経路の短さなど多くの利点を持っている。スピーカー
などの重い負荷を駆動する電力増幅回路にオペアンプI
Cを使用する場合、オペアンプICの出力電圧が±15
V程度、出力電流が±50mA程度と限られているため
ディスクリートのパワーデバイスによる電力増幅回路を
多段接続して、電力増幅回路の出力からオペアンプIC
の入力に帰還を掛ける方法がとられる。
【0003】しかし、従来の方法では開ループ伝達特性
がオペアンプICの開ループ伝達特性と電力増幅回路の
開ループ伝達特性の積になるので位相回転が大きくなる
ため安定な動作が難しく、また複雑な位相補正が必要と
なるため広い周波数特性が得られなくなる。これらの問
題を解決するには帰還ループ内の位相回転をできるだけ
小さくする必要がある。
がオペアンプICの開ループ伝達特性と電力増幅回路の
開ループ伝達特性の積になるので位相回転が大きくなる
ため安定な動作が難しく、また複雑な位相補正が必要と
なるため広い周波数特性が得られなくなる。これらの問
題を解決するには帰還ループ内の位相回転をできるだけ
小さくする必要がある。
【0004】本発明は電流帰還型オペアンプの応用であ
る。電流帰還型オペアンプは広帯域で優れた位相特性を
持つのでオーディオ用パワーアンプ、ビデオ帯で用いら
れている。一般的な電圧帰還型オペアンプでは入力部に
差動対が用いられるのに対して、電流帰還型オペアンプ
では入力部にバッファを用いるので反転入力のインピー
ダンスが低い。図2は電流帰還型オペアンプのブロック
図である。入力バッファ(27)の電源から取り出され
た信号は次段の電圧増幅部(28)で増幅されて出力バ
ッファ(29)から出力される。いま、入出力バッファ
が理想的であるとして閉ループゲインを求める。理想的
なバッファとは入力インピーダンス=∞、出力インピー
ダンス=0、入力電圧=出力電圧(ゲイン=+1)で+
電源から−電源に流れる電流が電源電圧に依存しないよ
うなものである。入力バッファを囲む円についてキルヒ
ホッフの法則を適用する。入力バッファの+側の電源端
子(5)に流れ込む電流をI1、−側の電源端子(6)
から流れでる電流をI2とし、帰還抵抗ri(30),
帰還抵抗rf(8)を流れる電流をそれぞれIri,I
rfとする、ただし方向はグラウンドに向かう方向を正
とする。 I1−I2=Iri−Irf 式1 理想的なバッファであればオペアンプの反転入力(7)
つまりは入力バッファ(27)の出力、非反転入力
(1)の電圧は等しくなるのでオペアンプの非反転入力
(1)の電圧をV+in、反転入力(7)の電圧をV−
inとすると V+in=V−in 式2 式1は次のように書き直すことができる。だだしオペア
ンプの出力(2)の電圧をVoとする。 I1−I2=V+in/ri−(Vo−V+in)/rf 式3 さて入力バッファ以降の増幅段の電流電圧増幅度A2を
次のように定義する。 A2=Vo/(I1−I2) 式4 式4を変形して式3に代入すると閉ループゲインが得ら
れる。 Vo/Vin=A2/(rf+A2)×(ri+rf)/ri 式5 電流電圧増幅度A2が十分大きいとすると次のように近
似できる。 Vo/Vin≒1+rf/ri 式6
る。電流帰還型オペアンプは広帯域で優れた位相特性を
持つのでオーディオ用パワーアンプ、ビデオ帯で用いら
れている。一般的な電圧帰還型オペアンプでは入力部に
差動対が用いられるのに対して、電流帰還型オペアンプ
では入力部にバッファを用いるので反転入力のインピー
ダンスが低い。図2は電流帰還型オペアンプのブロック
図である。入力バッファ(27)の電源から取り出され
た信号は次段の電圧増幅部(28)で増幅されて出力バ
ッファ(29)から出力される。いま、入出力バッファ
が理想的であるとして閉ループゲインを求める。理想的
なバッファとは入力インピーダンス=∞、出力インピー
ダンス=0、入力電圧=出力電圧(ゲイン=+1)で+
電源から−電源に流れる電流が電源電圧に依存しないよ
うなものである。入力バッファを囲む円についてキルヒ
ホッフの法則を適用する。入力バッファの+側の電源端
子(5)に流れ込む電流をI1、−側の電源端子(6)
から流れでる電流をI2とし、帰還抵抗ri(30),
帰還抵抗rf(8)を流れる電流をそれぞれIri,I
rfとする、ただし方向はグラウンドに向かう方向を正
とする。 I1−I2=Iri−Irf 式1 理想的なバッファであればオペアンプの反転入力(7)
つまりは入力バッファ(27)の出力、非反転入力
(1)の電圧は等しくなるのでオペアンプの非反転入力
(1)の電圧をV+in、反転入力(7)の電圧をV−
inとすると V+in=V−in 式2 式1は次のように書き直すことができる。だだしオペア
ンプの出力(2)の電圧をVoとする。 I1−I2=V+in/ri−(Vo−V+in)/rf 式3 さて入力バッファ以降の増幅段の電流電圧増幅度A2を
次のように定義する。 A2=Vo/(I1−I2) 式4 式4を変形して式3に代入すると閉ループゲインが得ら
れる。 Vo/Vin=A2/(rf+A2)×(ri+rf)/ri 式5 電流電圧増幅度A2が十分大きいとすると次のように近
似できる。 Vo/Vin≒1+rf/ri 式6
【0005】電流帰還型オペアンプの入力バッファには
一般的に開ループの増幅度1のものが使用される。しか
しこれでは出力インピーダンスは十分に低くなく、線形
性もよくない。また多くはディスクリート回路で構成さ
れるので温度のばらつきにより歪が発生する。
一般的に開ループの増幅度1のものが使用される。しか
しこれでは出力インピーダンスは十分に低くなく、線形
性もよくない。また多くはディスクリート回路で構成さ
れるので温度のばらつきにより歪が発生する。
【0006】上述のように入力バッファは開ループのゲ
イン=1倍のものが用いられてきた。しかし、広い意味
では1倍より大きいゲインを持つ増幅器もバッファと考
えることができる。そこで、入力バッファとしてオペア
ンプを閉ループで使用すれば直線性が良くなり、出力イ
ンピーダンスが低くできる。また入力バッファにある程
度のゲインを持たせれば後段の増幅器のゲインを小さく
し全体の特性を良くできる。
イン=1倍のものが用いられてきた。しかし、広い意味
では1倍より大きいゲインを持つ増幅器もバッファと考
えることができる。そこで、入力バッファとしてオペア
ンプを閉ループで使用すれば直線性が良くなり、出力イ
ンピーダンスが低くできる。また入力バッファにある程
度のゲインを持たせれば後段の増幅器のゲインを小さく
し全体の特性を良くできる。
【0007】しばしばオペアンプの電源端子は既知のも
のとして書かれないことがある。しかし実際には電源端
子にも信号電流が流れていることを確認しておく必要が
ある。図1においてオペアンプIC(26)を囲む円に
ついてキルヒホッフの法則を適用してみる。ここでは帰
還抵抗rf(8)は接続されていないとする。オペアン
プは理想的であるとすると、特に入力電流は0であるこ
とに注意すると、オペアンプICの電源端子の+側
(5)に流れ込む電流をI1、−側(6)から流れ出る
電流をI2,帰還抵抗r1(10)及び帰還抵抗r2
(9)に流れる電流をIr(ただしグランドに向かう方
向を正とした。)とすると各電流の関係式は I1=I2+Ir 式7 オペアンプICの電圧ゲインはオペアンプICの出力
(7)の電圧をVopとして Vop/Vin=1+r2/r1 式8 帰還抵抗r1、r2に流れる電流Irは Ir=Vop/(r1+r2)=Vin/r1 式9 +、−電源ラインに流れる電流の差は式7と式9より I1−I2=Vin/r1 式10 このように、オペアンプICの電源ラインには出力端子
と同様に信号が電流の差の形で存在している。電流の形
でオペアンプICを見るとオペアンプICの電源端子を
第2、第3の出力端子、そして通常の出力端子は第3の
入力端子となる。
のとして書かれないことがある。しかし実際には電源端
子にも信号電流が流れていることを確認しておく必要が
ある。図1においてオペアンプIC(26)を囲む円に
ついてキルヒホッフの法則を適用してみる。ここでは帰
還抵抗rf(8)は接続されていないとする。オペアン
プは理想的であるとすると、特に入力電流は0であるこ
とに注意すると、オペアンプICの電源端子の+側
(5)に流れ込む電流をI1、−側(6)から流れ出る
電流をI2,帰還抵抗r1(10)及び帰還抵抗r2
(9)に流れる電流をIr(ただしグランドに向かう方
向を正とした。)とすると各電流の関係式は I1=I2+Ir 式7 オペアンプICの電圧ゲインはオペアンプICの出力
(7)の電圧をVopとして Vop/Vin=1+r2/r1 式8 帰還抵抗r1、r2に流れる電流Irは Ir=Vop/(r1+r2)=Vin/r1 式9 +、−電源ラインに流れる電流の差は式7と式9より I1−I2=Vin/r1 式10 このように、オペアンプICの電源ラインには出力端子
と同様に信号が電流の差の形で存在している。電流の形
でオペアンプICを見るとオペアンプICの電源端子を
第2、第3の出力端子、そして通常の出力端子は第3の
入力端子となる。
【0008】本発明はオペアンプIC(26)の電源端
子(5)、(6)を電流出力、通常の出力端子(7)を
反転の電流入力端子として利用し入力バッファとして使
用した電流帰還型増幅器である。図1は実際に設計した
回路例である。オペアンプIC(26)は非反転で使用
されている。NPNバイポーラトランジスタ(11)、
PNPバイポーラトランジスタ(12)のそれぞれのエ
ミッタはオペアンプIC(26)の+側(5)、−側
(6)の電源端子にカスコード接続され信号を電流の形
で取り出す。各ベースは+側(23)、−側(24)の
各基準電源につながる。通常、オペアンプIC(26)
の電源電圧の定格は±18V程度である。この回路を用
いてオペアンプIC電源電圧の問題を解決している。N
PNトランジスタ(13)、(14)、(15)、PN
Pトランジスタ(16)、(17)、(18)はそれぞ
れウイルソン型のカレントミラー回路を構成する。この
部分が電圧増幅回路である。NPNトランジスタ(1
9)、PNPトランジスタ(20)はドライバートラン
ジスタ、同じく(21)、(22)は出力トランジスタ
である。この部分が出力バッファである。その出力
(2)からオペアンプICの出力(7)に電流帰還が掛
けられる。入力バッファとして用いるオペアンプICの
入力インピーダンスは無限大、差動開ループゲインはA
1とする。電圧増幅段と出力バッファ回路の電流電圧増
幅度をA2と定義する。 A2=Vo/(I1−I2) 式11 オペアンプICの閉ループ電圧増幅度Aopは入力
(1)の電圧をV+in、オペアンプIC(26)の出
力(7)の電圧をVopとする。 Aop=Vop/V+in=A1/〔1+A1×r1/(r1+r2)〕 式12 求める。オペアンプICを囲む円についてキルヒホッフ
の法則を適用する。 I1−I2+(Vo−Vop)/rf−Vop/(r1+r2)=0 式 13 式13に式11を代入 Vo/A2+ (Vo−Vop)/rf−Vop/(r1+r2)=0 式14 式14を変形 Vo(1/A2+1/rf)=Vop〔1/rf+1/(r1+r2)〕 式15 電圧増幅段の閉ループゲインAdとする。 Ad=Vo/Vop= 〔1/rf+1/(r1+r2)〕/(1/A2 +1/rf) 式16 式12と式16から全体の閉ループゲインAが求まる。 A=Vo/Vin 式17 =Aop×Ad 式18 ={A1/〔1+A1×r1/(r1+r2)〕}×〔1/rf+1/(r 1+r2)〕/(1/A2+1/rf) 式19 A1、A2が十分大きいと見なせる領域では次のように
近似できる。 A≒1+(r2+rf)/r1 式20
子(5)、(6)を電流出力、通常の出力端子(7)を
反転の電流入力端子として利用し入力バッファとして使
用した電流帰還型増幅器である。図1は実際に設計した
回路例である。オペアンプIC(26)は非反転で使用
されている。NPNバイポーラトランジスタ(11)、
PNPバイポーラトランジスタ(12)のそれぞれのエ
ミッタはオペアンプIC(26)の+側(5)、−側
(6)の電源端子にカスコード接続され信号を電流の形
で取り出す。各ベースは+側(23)、−側(24)の
各基準電源につながる。通常、オペアンプIC(26)
の電源電圧の定格は±18V程度である。この回路を用
いてオペアンプIC電源電圧の問題を解決している。N
PNトランジスタ(13)、(14)、(15)、PN
Pトランジスタ(16)、(17)、(18)はそれぞ
れウイルソン型のカレントミラー回路を構成する。この
部分が電圧増幅回路である。NPNトランジスタ(1
9)、PNPトランジスタ(20)はドライバートラン
ジスタ、同じく(21)、(22)は出力トランジスタ
である。この部分が出力バッファである。その出力
(2)からオペアンプICの出力(7)に電流帰還が掛
けられる。入力バッファとして用いるオペアンプICの
入力インピーダンスは無限大、差動開ループゲインはA
1とする。電圧増幅段と出力バッファ回路の電流電圧増
幅度をA2と定義する。 A2=Vo/(I1−I2) 式11 オペアンプICの閉ループ電圧増幅度Aopは入力
(1)の電圧をV+in、オペアンプIC(26)の出
力(7)の電圧をVopとする。 Aop=Vop/V+in=A1/〔1+A1×r1/(r1+r2)〕 式12 求める。オペアンプICを囲む円についてキルヒホッフ
の法則を適用する。 I1−I2+(Vo−Vop)/rf−Vop/(r1+r2)=0 式 13 式13に式11を代入 Vo/A2+ (Vo−Vop)/rf−Vop/(r1+r2)=0 式14 式14を変形 Vo(1/A2+1/rf)=Vop〔1/rf+1/(r1+r2)〕 式15 電圧増幅段の閉ループゲインAdとする。 Ad=Vo/Vop= 〔1/rf+1/(r1+r2)〕/(1/A2 +1/rf) 式16 式12と式16から全体の閉ループゲインAが求まる。 A=Vo/Vin 式17 =Aop×Ad 式18 ={A1/〔1+A1×r1/(r1+r2)〕}×〔1/rf+1/(r 1+r2)〕/(1/A2+1/rf) 式19 A1、A2が十分大きいと見なせる領域では次のように
近似できる。 A≒1+(r2+rf)/r1 式20
【本発明の効果】式19よりオペアンプICによる入力
バッファと後段の増幅回路の安定性を独立して考えても
よいことになり単純に位相管理ができる。帰還回路の抵
抗値を変えることで所望の特性を得ることができる。ま
たオペアンプIC(26)の電源端子(5)、(6)よ
り信号を取り出し電圧増幅を行う回路、図1の設計例で
は(11)〜(18)及び(23)、(24)必要に応
じて電流増幅を行う(19)、(20)を1つの半導体
素子に集積すれば高性能な電力増幅器が簡単に安く構成
できる。
バッファと後段の増幅回路の安定性を独立して考えても
よいことになり単純に位相管理ができる。帰還回路の抵
抗値を変えることで所望の特性を得ることができる。ま
たオペアンプIC(26)の電源端子(5)、(6)よ
り信号を取り出し電圧増幅を行う回路、図1の設計例で
は(11)〜(18)及び(23)、(24)必要に応
じて電流増幅を行う(19)、(20)を1つの半導体
素子に集積すれば高性能な電力増幅器が簡単に安く構成
できる。
【図1】本発明の回路構成
【図2】電流帰還型オペアンプのブロック図
1入力
2出力
3+の電源
4−の電源
5入力バッファまたはオペアンプICの+側の電源端子
6入力バッファまたはオペアンプICの−側の電源端子
7電流帰還型オペアンプの反転入力
8帰還抵抗rf
9帰還抵抗r2
10帰還抵抗r1
11NPNトランジスタ
12PNPトランジスタ
13PNPトランジスタ
14PNPトランジスタ
15PNPトランジスタ
16NPNトランジスタ
17NPNトランジスタ
18NPNトランジスタ
19NPNトランジスタ
20PNPトランジスタ
21NPNトランジスタ
22PNPトランジスタ
23+側の基準電源
24−側の基準電源
25バイアス回路
26オペアンプIC
27入力バッファ
28電圧増幅部
29出力バッファ
30帰還抵抗ri
Claims (2)
- 【請求項1】1倍以上の利得を持つ反転または非反転増
幅回路として使用した、集積化された演算増幅器(以
下、オペアンプICと呼ぶ)の電源端子より信号を取り
出し、その信号を次段の増幅器に入力してその出力から
オペアンプICの出力に帰還を掛ける電流帰還型増幅回
路。 - 【請求項2】請求項1の増幅回路におけるオペアンプI
Cの電源端子から信号を取り出し、増幅を行う回路を集
積回路化した半導体素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001290090A JP2003060448A (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | 1倍以上の利得を持つ入力バッファとしてオペアンプicを使用した電流帰還型増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001290090A JP2003060448A (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | 1倍以上の利得を持つ入力バッファとしてオペアンプicを使用した電流帰還型増幅器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003060448A true JP2003060448A (ja) | 2003-02-28 |
Family
ID=19112478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001290090A Pending JP2003060448A (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | 1倍以上の利得を持つ入力バッファとしてオペアンプicを使用した電流帰還型増幅器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003060448A (ja) |
-
2001
- 2001-08-20 JP JP2001290090A patent/JP2003060448A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7420423B2 (en) | Active balun device | |
US8212614B2 (en) | Class AB output stages and amplifiers including class AB output stages | |
US7298210B2 (en) | Fast settling, low noise, low offset operational amplifier and method | |
JP3158759B2 (ja) | 同相モード安定性が強化された差動増幅器 | |
US8395448B2 (en) | Apparatus and method for miller compensation for multi-stage amplifier | |
KR102133926B1 (ko) | 낮은 위상 변화를 갖는 광대역 가변 이득 증폭기 | |
EP1444777B1 (en) | A power amplifier module with distortion compensation | |
JP3088262B2 (ja) | 低歪差動増幅回路 | |
JPH07193436A (ja) | 低い歪の演算増幅器 | |
JP2003060456A (ja) | 利得可変増幅回路 | |
US6919761B2 (en) | Wideband variable gain amplifier with high linearity operating in switch mode | |
US6498534B1 (en) | Amplifier circuit for line driver | |
JP4295109B2 (ja) | 電力増幅器モジュール | |
US6781462B2 (en) | Power amplifier | |
JP2002094341A (ja) | 能動負荷回路 | |
WO2007049386A1 (ja) | オペアンプの開放利得調整回路 | |
JPH07312525A (ja) | 広帯域定インピーダンス増幅器 | |
JPH0851318A (ja) | 利得可変回路とその集積回路 | |
JP2003060448A (ja) | 1倍以上の利得を持つ入力バッファとしてオペアンプicを使用した電流帰還型増幅器 | |
US6188284B1 (en) | Distributed gain line driver amplifier including improved linearity | |
US10116269B1 (en) | Differential amplifier with extended bandwidth and THD reduction | |
JP3417792B2 (ja) | アナログ信号選択回路 | |
US20050057309A1 (en) | Transistor amplifier | |
JP2002057534A (ja) | 増幅回路 | |
JPH0774602A (ja) | 信号選択回路 |