JP2550830Y2 - 演算増幅回路 - Google Patents

演算増幅回路

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JP2550830Y2
JP2550830Y2 JP2301791U JP2301791U JP2550830Y2 JP 2550830 Y2 JP2550830 Y2 JP 2550830Y2 JP 2301791 U JP2301791 U JP 2301791U JP 2301791 U JP2301791 U JP 2301791U JP 2550830 Y2 JP2550830 Y2 JP 2550830Y2
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誠 今村
雅博 瀬上
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、演算増幅回路に関し、
詳しくはNPNトランジスタから構成された演算増幅回
路の動作点の温度による変動の改善に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図4に、従来のNPNトランジスタから
構成される演算増幅回路を示す。図においてQ3,Q
4,Qa はNPNトランジスタ、Ra Rb は抵抗であ
る。トランジスタQ3とQ4は同じ特性を持つものとす
る。Q3とQ4とRa とRb 3で増副作用を行い、Qa
は出力段のエミッタフォロアを構成する。Ra とQ4の
コレクタとQa のベースが接続している。またQa のエ
ミッタはRb を介し、Q4のベースにフィードバックし
ている。この演算増幅回路の動作点の温度ドリフトは、
Q3のVbe(ベース−エミッタ間電圧)の温度による変
動が増幅されてアンプ出力値に加算されることにある。
ここで、このアンプの出力は、 Vout =Vin(A/(1+Aβ) となる。Aはこのアンプのオープンループゲイン、βは
アンプの帰還量である。 ここでは、NPNトランジス
タのみで構成しているため利得を定める抵抗Ra をQ4
のエミッタに接続している。このためオープンループゲ
インAが、抵抗Ra の部分をPNPトランジスタを用い
て構成した演算増幅回路より小さくなる。(A=(Ra
の抵抗値)/(Q4の相互コンダクタンス[Gm ])で
あるため)よって、アンプの出力のドリフトが1/(1
+Aβ)倍されてもあまり小さくならず、アンプの出力
の基準電圧すなわち動作点が温度変化によって変動す
る。
【0003】
【考案が解決しようとする課題】本考案は上記の課題を
解決しようとしたものであり、温度によるオフセット電
圧のドリフトをなくした演算増幅回路を実現しようとす
るものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本考案は、入力端子と、
出力端子と、エミッタを互いに接続し電流源を介して接
地し、片側のベース端子は接地し、もう片側のベース端
子は抵抗(R7)を介し接地した1対のトランジスタ
と、その抵抗(R7)が接続したトランジスタのコレク
タの出力を増幅するエミッタフォロアとを有するバイア
ス用アンプと、を介してエミッタ結合と、エミッタを互
いに接続し電流源を介して接地し、片側のベース端子は
入力端子に接続し、もう片側のベース端子は抵抗(R
2)を介し出力端子に接続した1対のトランジスタと、
その抵抗(R2)が接続したトランジスタのコレクタの
出力を増幅し、上記の出力端子が最終出力段のトランジ
スタのエミッタに接続したエミッタフォロアとを有する
信号用アンプと、上記バイアス用アンプ内のエミッタフ
ォロア内の最終出力段のトランジスタのエミッタからの
信号と、基準電圧とを入力し、両者の差を演算し、バイ
アス用アンプおよび信号用アンプの各々の電流源にフィ
ードバックする帰還回路とを設けたことを特徴とする演
算増幅回路である。
【0005】
【作用】信号用アンプと、同じDC特性を持つバイアス
用演算増幅回路と、バイアス用演算増幅回路の出力をフ
ィードバック制御する帰還回路を用いて、バイアス用演
算増幅回路の出力を、信号用アンプ内の電流源となるト
ランジスタのベースに入力し、信号用アンプの出力のオ
フセット電圧が一定にする。
【0006】
【実施例】図1は、本考案の演算増幅回路の構成図であ
る。
【0007】図において1はバイアス用OPアンプ、2
は帰還回路、3は信号用アンプである。Q3,Q4,Q
10,Q11,Qa ,Qb ,はNPNトランジスタで、
Q3とQ4、Q10とQ11はそれぞれ同じ特性であ
る。さらにバイアス用OPアンプ1と信号用アンプ3の
DC特性は同じで、信号用アンプ3のゲインは1倍であ
る。I1 ,I3 は電流源で、帰還回路2により電流値を
制御される。I2 ,I4 は定電流源である。バイアス用
OPアンプ1を構成するトランジスタQ10,Q11
は、互いにエミッタが共通に接続され、片方のトランジ
スタQ10のベースは接地され、もう片方のトランジス
タQ11のベースは抵抗R7を介して接地されている。
トランジスタQb はそのベースがトランジスタQ11の
コレクタに接続されたエミッタフォロアである。さらに
エミッタ結合しているトランジスタQ10,Q11のエ
ミッタは、電流源I1 を介し接地している。演算増幅用
OPアンプ3を構成するトランジスタQ3,Q4は、互
いにエミッタが共通に接続され、片方のトランジスタQ
3のベースは入力端子に接続され、もう片方のトランジ
スタQ4のベースは抵抗R2を介して出力端子に接続さ
れている。エミッタフォロアを構成するトランジスタQ
a は、そのベースがトランジスタQ4のコレクタに、そ
のエミッタが出力端子に接続されている。さらにエミッ
タ結合しているトランジスタQ3,Q4のエミッタは、
電流源I3 を介し接地している。10はバイアス用OP
アンプ1の出力電圧と0Vとの差を演算する演算手段、
20は演算手段10の出力を増幅し電流変化を、バイア
ス用OPアンプ1内および信号用アンプ3内の定電流源
に入力する。帰還回路2はバイアス用OPアンプ1の出
力(トランジスタQb のエミッタの電位)が、基準電圧
(0V)と等しくなるように負帰還をかける。バイアス
用OPアンプ1と信号用アンプ3のDC特性は同じで信
号用アンプ3のゲインは1倍であるから、各々の電流源
に流れる電流が等しいとトランジスタQa ,Qb の動作
点は等しくなる。このため、バイアス用OPアンプ1の
出力が一定であるかぎり、バイアス用OPアンプ1およ
び信号用アンプ3の電流源には動作点が0Vになるよう
電流が流れる。温度変化等でバイアス用OPアンプ1の
出力が基準電圧(0V)から外れるようなことがあって
も帰還回路2によって修正される。
【0008】図2は、本考案の一実施例の回路図であ
る。図においてQ1〜Q12およびQ15〜Q19はN
PNトランジスタ、Q13,Q14はPNPトランジス
タ、R1〜R12は抵抗である。端子Vccは正電圧源
に、端子VEEは負電圧源に、端子VB はベース電圧源に
接続する。1はDC特性が信号用アンプ3と同じバイア
ス用OPアンプで、NPNトランジスタQ8〜Q12,
Q18〜Q19と抵抗R7,R10〜R12から構成さ
れる。入力端子であるトランジスタQ10のベースは接
地され、出力端子であるトランジスタQ11のベースは
抵抗R7を介して接地されている。このバイアス用OP
アンプ1の動作点を定めるトランジスタQ12のベース
は、信号用アンプ内の動作点を定めるトランジスタQ5
のベースと接続している。2は帰還回路で、トランジス
タQ13〜Q17と抵抗R8,R9から構成される。上
記バイアス用OPアンプ1内のNPNトランジスタQ8
のエミッタにはPNPトランジスタQ13のエミッタが
接続し、トランジスタQ13のコレクタにはバイアス用
OPアンプ1内のNPNトランジスタQ18のコレクタ
が接続する。PNPトランジスタQ13のベースには、
トランジスタQ13と同じ特性を持つPNPトランジス
タQ14のベースとコレクタが接続し、このトランジス
タQ14のエミッタは接地している。NPNトランジス
タQ15のベースにトランジスタQ13のコレクタが接
続し、コレクタには正電圧源が接続し、エミッタには演
算増幅回路内のNPNトランジスタQ5のベースが接続
する。信号用アンプ3は、NPNトランジスタQ1〜Q
7と抵抗R1〜R5から構成される。トランジスタQ
3,Q4と抵抗R1で演算増幅機能を行い、トランジス
タQ1,Q2で出力段を構成している。トランジスタQ
5〜Q7でこの演算増幅回路の動作点を定める。トラン
ジスタQ6,Q7,Q16〜Q19は定電流源を構成
し、ベースはすべて端子VB に接続し、エミッタは各々
抵抗を介して端子VEEに接続し、コレクタは各々電流供
給さきに接続する。更に、抵抗R9,R10の抵抗値は
等しく、トランジスタQ13,Q14の特性は等しく、
トランジスタQ17,Q18の特性は等しいものとす
る。x,y,zは各々対応するトランジスタのスケール
ファクタである。
【0009】まず本発明の演算増幅回路の動作(バイア
ス)点が接地の電位である説明をする。バイアス回路部
2内のトランジスタQ14のエミッタが接地しているか
ら、トランジスタQ13とトランジスタQ14のエミッ
タ電流が等しければ、バイアス用OPアンプ1内のトラ
ンジスタQ8のエミッタの出力電圧(バイアス用OPア
ンプ1の出力電圧に相当する)は接地の電位(0V)と
なる。ここでバイアス用OPアンプ1内の動作点を定め
るトランジスタQ12のベースと信号用アンプ3内の動
作点を定めるトランジスタQ5のベースが接続して、か
つバイアス用OPアンプ1と信号用アンプ3のDC特性
が等しいため、本発明の演算増幅回路の動作(バイア
ス)点が接地の電位(0V)となる。つぎに温度が上昇
した場合の動作を説明する。但し、トランジスタQ6,
Q7,Q16〜Q19は温度によらず一定の定電流源で
あるとみなす。トランジスタQ8のVbeが小さくなる
ため、トランジスタQ8のエミッタの出力電圧が高くな
る。トランジスタQ13のコレクタ電流は増大する
が、トランジスタQ18の引き込む電流値はかわらない
ので、トランジスQ15のベース電圧が高くなる。ト
ランジスQ15のエミッタ電流は変化しないので、トラ
ンジスQ15のエミッタ電圧が高くなる。トランジス
タQ12のベース電圧が高くなるので、トランジスタQ
12のコレクタ電流が増大し、トランジスタQ11のコ
レクタ電流も増大する。トランジスタQ9のベース電
圧が下がり、トランジスタQ8もベース電圧が下るの
で、トランジスタQ8のエミッタの出力電圧が下がりフ
ィードバックがかかる。温度が下降した場合の動作はす
べて逆となる。
【0010】尚、バイアス用OPアンプ1は直流動作し
か行わないから、バイアス用OPアンプ1と信号用アン
プ3はDC特性が等しければ良いので、各対応するトラ
ンジスタのスケールファフタ(エミッタ面積比のこと、
このエミッタ面積に比例してトランジスタに流せる電流
の量が決定する)を変化させることも可能である。但
し、この時スケールファフタを変化させたならば、これ
に対応する抵抗の値も変えなくてはならない。例を以下
に示す。トランジスタQ3,Q4のトランジスタQ1
0,Q11に対するスケールファフタと、トランジスタ
Q5のトランジスタQ12に対するスケールファフタは
x倍とする。トランジスタQ2,Q7のトランジスタQ
9,Q19に対するスケールファフタはy倍とする。ト
ランジスタQ1,Q6のトランジスタQ8,Q18に対
するスケールファフタはz倍とする。この時、各抵抗値
の関係は次のようになる。抵抗値は抵抗名で表すものと
する。 R12=x×R5 R11=y×R4 R10=R9=z×R3 R6 =x×R1 R7 =x×R2 この様にスケールファフタを変えることにより、高速動
作が必要なアンプ(信号用アンプ)には電流をたくさん
流し、直流動作のみ行うアンプ(バイアス用OPアン
プ)では電流は少しでよいので消費電力の節約ができる
という利点がある。
【0011】また本実施例の演算増幅回路内の帰還回路
2はエミッタフォロアを介してフィードバックを行って
いるが、トランジスタQ13のコレクタから直接フィー
ドバックを行うことも可能である。更に、本実施例の演
算増幅回路のアンプの閉ループゲインは1倍を示してあ
るが、これは1倍出なくてもよい。図3に示すように、
閉ループゲインを 1+(R2/R2´ )とすると、 バイアス用OPアンプのR7と信号用アンプのゲイン用
も抵抗の値は R7=x×((R2+R2´ )/(R2´ ×R2))
となる。
【0012】
【考案の効果】以上詳細に説明したように、本考案によ
れば従来例の演算増幅回路に比べ、温度変化によらず一
定のバイアス点で動作する演算増幅回路点を実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の構成図である。
【図2】本考案の一実施例の具体的回路図である。
【図3】本考案のゲインおよびスケールファクタの説明
図である。
【図4】本考案の従来例の構成図である。
【符号の説明】
Q1〜Q12,Q15〜Q19,Qa 〜Qb …NPNト
ランジスタ、 Q13,Q14…PNPトランジスタ、 R1〜R12,Ra 〜Rb …抵抗 1…バイアス用OPアンプ、 2…帰還回路、 3…信号用アンプ。

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力端子と、出力端子と、エミッタを互い
    に接続し電流源を介して接地し、片側のベース端子は接
    地し、もう片側のベース端子は抵抗(R7)を介し接地
    した1対のトランジスタと、その抵抗(R7)が接続し
    たトランジスタのコレクタの出力を増幅するエミッタフ
    ォロアとを有するバイアス用アンプと、を介してエミッ
    タ結合と、エミッタを互いに接続し電流源を介して接地
    し、片側のベース端子は入力端子に接続し、もう片側の
    ベース端子は抵抗(R2)を介し出力端子に接続した1
    対のトランジスタと、その抵抗(R2)が接続したトラ
    ンジスタのコレクタの出力を増幅し、上記の出力端子が
    最終出力段のトランジスタのエミッタに接続したエミッ
    タフォロアとを有する信号用アンプと、上記バイアス用
    アンプ内のエミッタフォロア内の最終出力段のトランジ
    スタのエミッタからの信号と、基準電圧とを入力し、両
    者の差を演算し、バイアス用アンプおよび信号用アンプ
    の各々の電流源にフィードバックする帰還回路とを設け
    たことを特徴とする演算増幅回路。
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