JP2600648B2 - 差動増幅回路 - Google Patents
差動増幅回路Info
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- JP2600648B2 JP2600648B2 JP60294184A JP29418485A JP2600648B2 JP 2600648 B2 JP2600648 B2 JP 2600648B2 JP 60294184 A JP60294184 A JP 60294184A JP 29418485 A JP29418485 A JP 29418485A JP 2600648 B2 JP2600648 B2 JP 2600648B2
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- Japan
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- electrode
- transistor
- resistor
- voltage
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、モノリシツク集積回路上に実現され、ビデ
オ信号など直流から非常に高い周波数までの広い周波数
範囲の信号を増幅する差動増幅回路に関する。
オ信号など直流から非常に高い周波数までの広い周波数
範囲の信号を増幅する差動増幅回路に関する。
（従来の技術） 従来、直流信号から非常に高い周波数の信号までを等
しい利得で増幅する回路には、抵抗を負荷とする第２図
のような差動増幅回路が用いられて来た。この回路は、
各種教科書に記載されているが、抵抗R11およびR12を負
荷とし、定電流源I1の上に差動トランジスタ対N11およ
びN12が接続された構造である。この回路は、電源電圧
よりずつと小さい出力電圧ではトランジスタの相互コン
ダクタンスと寄生容量および負荷容量により定まる周波
数まで増幅することが期待できる。しかし、出力電圧が
トランジスタにより変調される電流の変化と負荷抵抗値
の積で与えられるから、出力電圧振幅が大きくなるとト
ランジスタを流れる電流の変化が大きくなる結果相互コ
ンダクタンスが変化してしまうため出力電圧によつて利
得および周波数特性が変化してしまう欠点がある。この
欠点を解消するには負荷抵抗を定電流源にすればよいは
ずであるが、そうすると負荷となるふたつの定電流値の
和と第１図の定電流源I1が厳密に等しい必要がある。さ
らにふたつの入力電圧が等しい場合の出力電圧が定まら
ない。すなわち、出力動作点の設計が不可能である。か
かる欠点を解消した回路として第３図の回路が公知であ
る。
しい利得で増幅する回路には、抵抗を負荷とする第２図
のような差動増幅回路が用いられて来た。この回路は、
各種教科書に記載されているが、抵抗R11およびR12を負
荷とし、定電流源I1の上に差動トランジスタ対N11およ
びN12が接続された構造である。この回路は、電源電圧
よりずつと小さい出力電圧ではトランジスタの相互コン
ダクタンスと寄生容量および負荷容量により定まる周波
数まで増幅することが期待できる。しかし、出力電圧が
トランジスタにより変調される電流の変化と負荷抵抗値
の積で与えられるから、出力電圧振幅が大きくなるとト
ランジスタを流れる電流の変化が大きくなる結果相互コ
ンダクタンスが変化してしまうため出力電圧によつて利
得および周波数特性が変化してしまう欠点がある。この
欠点を解消するには負荷抵抗を定電流源にすればよいは
ずであるが、そうすると負荷となるふたつの定電流値の
和と第１図の定電流源I1が厳密に等しい必要がある。さ
らにふたつの入力電圧が等しい場合の出力電圧が定まら
ない。すなわち、出力動作点の設計が不可能である。か
かる欠点を解消した回路として第３図の回路が公知であ
る。
この回路は例えば、アイイーイーイー トランズアク
シヨンズ オン サーキツト アンド システムズ、CA
S第21巻の322ページ（IEEE Trans.on circuit and syst
ems,vol CAS−21,1974,pp322）に記載されている回路の
一部である。この回路は定電流源I21の上に定電流源I23
およびI24をそれぞれ負荷とする差動入力npnトランジス
タN21およびN22が接続され、その出力端23および24にそ
れぞれベース接地のpnpトランジスタP1およびP2が接続
されている。そしてP1およびP2のコレクタは、npnトラ
ンジスタN23およびN24によるいわゆる電流ミラーに接続
されている。この回路はベース接地トランジスタP1およ
びP2により、動差点の設定および定電流値のずれを吸収
していて安定して動作することが期待できる。しかしな
がら、pnpトランジスタは一般にnpnトランジスタより動
作速度が遅く、特に通常のバイポーラ集積回路で実現し
やすいいわゆるラテラルトランジスタでは特に遅い。そ
のためにかかる回路は利得が１になる周波数で、せいぜ
い10MHzが限界である。これではビデオ信号の増幅には
用いることができない。
シヨンズ オン サーキツト アンド システムズ、CA
S第21巻の322ページ（IEEE Trans.on circuit and syst
ems,vol CAS−21,1974,pp322）に記載されている回路の
一部である。この回路は定電流源I21の上に定電流源I23
およびI24をそれぞれ負荷とする差動入力npnトランジス
タN21およびN22が接続され、その出力端23および24にそ
れぞれベース接地のpnpトランジスタP1およびP2が接続
されている。そしてP1およびP2のコレクタは、npnトラ
ンジスタN23およびN24によるいわゆる電流ミラーに接続
されている。この回路はベース接地トランジスタP1およ
びP2により、動差点の設定および定電流値のずれを吸収
していて安定して動作することが期待できる。しかしな
がら、pnpトランジスタは一般にnpnトランジスタより動
作速度が遅く、特に通常のバイポーラ集積回路で実現し
やすいいわゆるラテラルトランジスタでは特に遅い。そ
のためにかかる回路は利得が１になる周波数で、せいぜ
い10MHzが限界である。これではビデオ信号の増幅には
用いることができない。
そこで、本発明の目的は、大振幅の出力信号に対して
も利得および周波数特性が一定であり、しかも周波数範
囲が広い回路を提供することにある。
も利得および周波数特性が一定であり、しかも周波数範
囲が広い回路を提供することにある。
（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために本発明が提供する差動
増幅回路は、一端が第一の電圧源に接続された第一の定
電流源と、この定電流源の他端にエミツタ電極が共通接
続されベース電極を一対の入力端子としコレクタ電極を
一対の出力端子とする第一の極性を有する差動トランジ
スタ対と、ベース電極が共通接続されたコレクタ電極を
前記差動トランジスタ対の出力端子対に接続された第二
の極性を有する第二のトランジスタ対と、このトランジ
スタ対のそれぞれのエミツタ電極に一端が接続され他端
が第二の電圧源に接続された抵抗対と、ベース電極が前
記それぞれの出力端子に接続されコレクタ電極が前記第
二の電圧源に接続された前記第一の極性を有する第三の
トランジスタ対と、このトランジスタ対のそれぞれのエ
ミツタ電極に一端が接続され他端が共通接続された第二
の抵抗対と、一端が前記第一の電圧源に接続され他端が
前記第二の抵抗対の共通接続点に接続された第二の定電
流源と、一端が前記第二の抵抗対の共通接続点に接続さ
れた抵抗と、この抵抗の他端にエミツタ電極が接続され
ベース電極が第三の電圧源に接続されコレクタ電極が前
記第二のトランジスタ対の共通接続されたベース電極に
接続された前記第一の極性を有するトランジスタと、ベ
ース電極とコレクタ電極が短絡されて前記第二のトラン
ジスタ対の共通接続されたベース電極に接続された前記
第二の極性を有するトランジスタと、一端がこのトラン
ジスタのエミツタ電極に接続され他端が前記第二の定電
圧源に接続された抵抗とからなる。この差動増幅回路
は、直流から非常に高い周波数まで大振幅の信号を増幅
することができる。以下本発明について第１図を用いて
説明する。
増幅回路は、一端が第一の電圧源に接続された第一の定
電流源と、この定電流源の他端にエミツタ電極が共通接
続されベース電極を一対の入力端子としコレクタ電極を
一対の出力端子とする第一の極性を有する差動トランジ
スタ対と、ベース電極が共通接続されたコレクタ電極を
前記差動トランジスタ対の出力端子対に接続された第二
の極性を有する第二のトランジスタ対と、このトランジ
スタ対のそれぞれのエミツタ電極に一端が接続され他端
が第二の電圧源に接続された抵抗対と、ベース電極が前
記それぞれの出力端子に接続されコレクタ電極が前記第
二の電圧源に接続された前記第一の極性を有する第三の
トランジスタ対と、このトランジスタ対のそれぞれのエ
ミツタ電極に一端が接続され他端が共通接続された第二
の抵抗対と、一端が前記第一の電圧源に接続され他端が
前記第二の抵抗対の共通接続点に接続された第二の定電
流源と、一端が前記第二の抵抗対の共通接続点に接続さ
れた抵抗と、この抵抗の他端にエミツタ電極が接続され
ベース電極が第三の電圧源に接続されコレクタ電極が前
記第二のトランジスタ対の共通接続されたベース電極に
接続された前記第一の極性を有するトランジスタと、ベ
ース電極とコレクタ電極が短絡されて前記第二のトラン
ジスタ対の共通接続されたベース電極に接続された前記
第二の極性を有するトランジスタと、一端がこのトラン
ジスタのエミツタ電極に接続され他端が前記第二の定電
圧源に接続された抵抗とからなる。この差動増幅回路
は、直流から非常に高い周波数まで大振幅の信号を増幅
することができる。以下本発明について第１図を用いて
説明する。
第１図は本発明の回路を示す回路図である。本図の回
路では、一端が第一の電圧源VEEに接続された第一の定
電流源I1にエミツタ電極が共通接続されベース電極を一
対の入力端子としコレクタ電極を一対の出力端子とする
npnトランジスタ対N1およびN2の差動トランジスタ対に
対し、ベース電極が共通接続されコクレタ電極をそれぞ
れN1およびN2の出力端子対に接続されたpnpトランジス
タP1およびP2の対とこのトランジスタ対のそれぞれのエ
ミツタ電極に一端を接続し、他端を第二の電圧源VCCに
接続された抵抗対R1とR2による負荷定電流源により差動
増幅回路を構成している。この差動増幅回路に対し、ベ
ース電極が前記それぞれ出力端子３および４に接続さ
れ、コレクタ電極が前記第二の電圧源VCCに接続されたn
pnトランジスタN3およびN4の対と、このトランジスタ対
のそれぞれのエミツタ電極に一端を接続され他端を共通
接続された抵抗対R4およびR6と、一端が前記第一の電圧
源VCCに接続され他端がR4およびR6の共通接続点６に接
続された第二の定電流源I2と、一端が前記第二の抵抗対
の共通接続点６に接続された抵抗R5と、R5の他端にエミ
ツタ電極が接続されベース電極が出力動作点として期待
される電圧を発生する手段に接続されコレクタ電極が前
記P1およびP2の共通接続されたベース電極７に接続され
たnpnトランジスタN5と、ベース電極とコレクタ電極が
短絡されて接点７に接続されたpnpトランジスタP3と、
一端のがP3のエミツタ電極に接続された他端がVCCに接
続された抵抗R3により構成されるバイアス回路とを設け
ることにより本発明回路は成り立つている。ここで、望
ましくはR1とR2とR3の値は等しくする。また、R4および
R6は等しく、R5はR4およびR6の半分または半分より少し
大きめにするのが望ましい。また、定電流源I1とI2の電
流I1とI2は等しくすると設計が簡単である。
路では、一端が第一の電圧源VEEに接続された第一の定
電流源I1にエミツタ電極が共通接続されベース電極を一
対の入力端子としコレクタ電極を一対の出力端子とする
npnトランジスタ対N1およびN2の差動トランジスタ対に
対し、ベース電極が共通接続されコクレタ電極をそれぞ
れN1およびN2の出力端子対に接続されたpnpトランジス
タP1およびP2の対とこのトランジスタ対のそれぞれのエ
ミツタ電極に一端を接続し、他端を第二の電圧源VCCに
接続された抵抗対R1とR2による負荷定電流源により差動
増幅回路を構成している。この差動増幅回路に対し、ベ
ース電極が前記それぞれ出力端子３および４に接続さ
れ、コレクタ電極が前記第二の電圧源VCCに接続されたn
pnトランジスタN3およびN4の対と、このトランジスタ対
のそれぞれのエミツタ電極に一端を接続され他端を共通
接続された抵抗対R4およびR6と、一端が前記第一の電圧
源VCCに接続され他端がR4およびR6の共通接続点６に接
続された第二の定電流源I2と、一端が前記第二の抵抗対
の共通接続点６に接続された抵抗R5と、R5の他端にエミ
ツタ電極が接続されベース電極が出力動作点として期待
される電圧を発生する手段に接続されコレクタ電極が前
記P1およびP2の共通接続されたベース電極７に接続され
たnpnトランジスタN5と、ベース電極とコレクタ電極が
短絡されて接点７に接続されたpnpトランジスタP3と、
一端のがP3のエミツタ電極に接続された他端がVCCに接
続された抵抗R3により構成されるバイアス回路とを設け
ることにより本発明回路は成り立つている。ここで、望
ましくはR1とR2とR3の値は等しくする。また、R4および
R6は等しく、R5はR4およびR6の半分または半分より少し
大きめにするのが望ましい。また、定電流源I1とI2の電
流I1とI2は等しくすると設計が簡単である。
（作用） 次に本発明の作用について第１図を参照して説明す
る。
る。
いま、入力電圧が等しい場合には接点３の電圧V3と接
点４の電圧V4は等しくなる。すると、R4を流れる電流I
R4とR6を流れる電流IR6は、N3およびN4のベースエミツ
タ間電圧をVbe、接点６の電圧をV6とすれば、V6＝V3−V
be−IR4×R4＝V4−Vbe−IR6×R6となるから等しい。さ
らに、負荷トランジスタP1およびP2はP3といわゆる電流
ミラーを構成していてR1,R2およびR3は等しいから、P1,
P2,P3を流れる電流は等しくI2/2＝I1/2である。したが
つて、接点７の電圧はVCCからR3の電圧降下分とP3のベ
ースエミツタ間電圧だけ低い電圧となる。また、接点６
と接点８の間の電圧は、トランジスタN5のベースエミツ
チ間電圧とR5による電圧降下の和であり、R5の値はR4と
R6の半分であり、R4とR6を流れる電流はそれぞれI2/4で
あるから接点７の電圧はトランジスタN5のベース電極に
接続された第三の電圧源に等しくなることが期待でき
る。この回路は差動増幅器であるからV3とV4は入力電圧
の変化により互いに逆に変化するため互いに打ち消し合
うから、入力電圧が変化しても接点６の電圧は変化しな
い。この条件を満たすためには希望する出力振幅をＶと
したとき、R4×I2/4≧ＶとなるようにR4は決定されねば
なららい。この条件のもとでは出力電圧の動作点は、以
上のように一意に設計することができる。
点４の電圧V4は等しくなる。すると、R4を流れる電流I
R4とR6を流れる電流IR6は、N3およびN4のベースエミツ
タ間電圧をVbe、接点６の電圧をV6とすれば、V6＝V3−V
be−IR4×R4＝V4−Vbe−IR6×R6となるから等しい。さ
らに、負荷トランジスタP1およびP2はP3といわゆる電流
ミラーを構成していてR1,R2およびR3は等しいから、P1,
P2,P3を流れる電流は等しくI2/2＝I1/2である。したが
つて、接点７の電圧はVCCからR3の電圧降下分とP3のベ
ースエミツタ間電圧だけ低い電圧となる。また、接点６
と接点８の間の電圧は、トランジスタN5のベースエミツ
チ間電圧とR5による電圧降下の和であり、R5の値はR4と
R6の半分であり、R4とR6を流れる電流はそれぞれI2/4で
あるから接点７の電圧はトランジスタN5のベース電極に
接続された第三の電圧源に等しくなることが期待でき
る。この回路は差動増幅器であるからV3とV4は入力電圧
の変化により互いに逆に変化するため互いに打ち消し合
うから、入力電圧が変化しても接点６の電圧は変化しな
い。この条件を満たすためには希望する出力振幅をＶと
したとき、R4×I2/4≧ＶとなるようにR4は決定されねば
なららい。この条件のもとでは出力電圧の動作点は、以
上のように一意に設計することができる。
（発明の効果） この回路では、信号の伝達される経路はすべてnpnト
ランジスタであり、pnpトランジスタは負荷となる定電
流源に限定されているので非常に高速に動作し、従つて
周波数範囲が広いことが期待できる。また、負荷が定電
流源であるからトランジスタN1およびN2微小な変化で大
きな出力変化となるため大振幅の出力信号に対してもト
ランジスタN1およびN2の相互コンダクタンスはほとんど
変化しないため、従来のように、大振幅出力時に利得や
周波数特性が変化することもない利点を有する。さら
に、負荷抵抗が大きいため抵抗負荷の場合には通常二段
以上必要な利得段が一段で50dB以上の利得を得ることが
可能となる。
ランジスタであり、pnpトランジスタは負荷となる定電
流源に限定されているので非常に高速に動作し、従つて
周波数範囲が広いことが期待できる。また、負荷が定電
流源であるからトランジスタN1およびN2微小な変化で大
きな出力変化となるため大振幅の出力信号に対してもト
ランジスタN1およびN2の相互コンダクタンスはほとんど
変化しないため、従来のように、大振幅出力時に利得や
周波数特性が変化することもない利点を有する。さら
に、負荷抵抗が大きいため抵抗負荷の場合には通常二段
以上必要な利得段が一段で50dB以上の利得を得ることが
可能となる。
このように、本発明によれば、大振幅の出力信号に対
しても利得及び周波数特性が一定であり、しかも周波数
範囲が広い差動増幅回路が提供できる。
しても利得及び周波数特性が一定であり、しかも周波数
範囲が広い差動増幅回路が提供できる。
第１図は本発明の差動増幅回路の回路図、第２図は従来
知られている抵抗負荷による差動増幅回路の回路図、第
３図は従来知られている定電流回路を負荷とする演算増
幅回路の回路図である。
知られている抵抗負荷による差動増幅回路の回路図、第
３図は従来知られている定電流回路を負荷とする演算増
幅回路の回路図である。
Claims (1)
- 【請求項１】一端が第一の電圧源に接続された第一の定
電流源と、この定電流源の他端にエミツタ電極が共通接
続されベース電極を一対の入力端子としコレクタ電極を
一対の出力端子とする第一の極性を有する差動トランジ
スタ対と、ベース電極が共通接続されコレクタ電極を前
記差動トランジスタ対の出力端子対に接続された第二の
極性を有する第二のトランジスタ対と、このトランジス
タ対のそれぞれのエミツタ電極に一端が接続され他端が
第二の電圧源に接続された抵抗対と、ベース電極が前記
それぞれの出力端子に接続されコレクタ電極が前記第二
の電圧源に接続された前記第一の極性を有する第三のト
ランジスタ対と、このトランジスタ対のそれぞれのエミ
ツタ電極に一端が接続され他端が共通接続された第二の
抵抗対と、一端が前記第一の電圧源に接続され他端が前
記第二の抵抗対の共通接続点に接続された第二の定電流
源と、一端が前記第二の抵抗対の共通接続点に接続され
た抵抗と、この抵抗の他端にエミッタ電極が接続されベ
ース電極が第３の電圧源に接続されコレクタ電極が前記
第二のトランジスタ対の共通接続されたベース電極に接
続された前記第一の極性を有するトランジスタと、ベー
ス電極とコレクタ電極が短絡されて前記第二のトランジ
スタ対の共通接続されたベース電極に接続された前記第
二の極性を有するトランジスタと、一端がこのトランジ
スタのエミツタ電極に接続され他端が前記第二の定電圧
源に接続された抵抗とからなる差動増幅回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60294184A JP2600648B2 (ja) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | 差動増幅回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60294184A JP2600648B2 (ja) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | 差動増幅回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62154806A JPS62154806A (ja) | 1987-07-09 |
| JP2600648B2 true JP2600648B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=17804397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60294184A Expired - Lifetime JP2600648B2 (ja) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | 差動増幅回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2600648B2 (ja) |
-
1985
- 1985-12-26 JP JP60294184A patent/JP2600648B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62154806A (ja) | 1987-07-09 |
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