JP3082690B2 - 演算増幅回路 - Google Patents

演算増幅回路

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JP3082690B2 JP08344728A JP34472896A JP3082690B2 JP 3082690 B2 JP3082690 B2 JP 3082690B2 JP 08344728 A JP08344728 A JP 08344728A JP 34472896 A JP34472896 A JP 34472896A JP 3082690 B2 JP3082690 B2 JP 3082690B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は演算増幅回路に関
し、特に高利得高スルーレートの演算増幅回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近時、演算増幅回路の利用分野の拡大と
ともに、市場要求として高速かつ高安定度の動作特性の
要求が高まってきている。バイポーラトランジスタで構
成する従来の一般的な演算増幅回路は、よく知られるよ
うに利得設定用の帰還回路に位相補償用の容量を含んで
おり、高速化すなわち高スルーレート化しようとする
と、この容量を低減するかあるいは動作電流の増大を行
う必要がある。しかし、いずれの方法も上記帰還回路の
不安定要因となり、したがって高スルーレートかつ安定
な演算増幅回路の実現は困難であった。
【0003】特開平6−112737号記載の従来技術
で示す一般的な従来の第1の演算増幅回路を回路図で示
す図5を参照すると、この従来の演算増幅回路は、正
相,反転相信号S,SBから成る差動入力信号を増幅し
単相信号VSに変換出力する初段の差動増幅回路1と、
単相信号VSを増幅し増幅信号VAを出力する第2段の
増幅回路2と、増幅信号VAの供給を受け増幅回路2の
電流バッファとして動作して出力信号VOを出力する出
力バッファ3とを備える。
【0004】差動増幅回路1は、エミッタが共通接続さ
れ電源VCCに接続した定電流源CS1からの定電流I
0の供給を受け各々のベースが正相,反転相入力端子T
S,TSBに接続しそれぞれ正相,反転相各入力信号
S,SBの供給を受けるPNP型のトランジスタQ3,
Q4と、エミッタが接地されベースとコレクタとを共通
接続しこの共通接続点がトランジスタQ3のコレクタに
接続したNPN型のトランジスタQ5と、エミッタが接
地されベースがトランジスタQ6のベースにコレクタが
トランジスタQ4のコレクタにそれぞれ接続したNPN
型のトランジスタQ6とを備える。
【0005】増幅回路2は、帰還をかけて安定に動作さ
せるため入力・出力端間に挿入した位相補償用の容量C
Pを備える。
【0006】次に、図5を参照して、従来の演算増幅回
路の動作について説明すると、トランジスタQ3,Q4
は差動増幅回路を構成し、トランジスタQ5,Q6は公
知のカレントミラー回路であり、差動増幅トランジスタ
Q3,Q4のアクティブ負荷を構成する。まず、一般的
な動作はトランジスタQ3,Q4は入力信号S,SBの
供給に応答して差動増幅し、トランジスタQ4,Q6の
コレクタ共通接続点に単相信号VSを出力する。
【0007】次に、この演算増幅回路の反転入力端子T
SBと出力端子TOとを接続し、ボルテージフォロワと
して使用した場合の出力信号VOのスルーレートについ
て考察する。正相入力端子TSに入力信号Sとして大振
幅のステップ信号が供給されたときの出力信号VOの変
化速度すなわちスルーレートdVO/dtは、初段差動
増幅回路1の出力信号VSの電流が位相補償用の容量C
Pを充電する時間によって決定され、次式で表される。
【0008】dvO/dt=I0/cP ここで、I0は定電流源CS1の電流値、cPは容量C
Pの容量値、vOは出力信号VOの電圧である。
【0009】従来は、スルーレートを大きくするために
は、定電流I0を大きくするか、又は補償容量CPの容
量値cPを小さく設定するという方法がとられていた。
【0010】しかし、この従来の演算増幅回路は、I0
/cPの値と安定度を表す位相余裕とを独立に設定する
ことは不可能である。すなわちスルーレートを大きく設
定すると上述のように、cPが小さくなるか又はI0が
大きくなり、いずれの場合でも位相余裕低減要因とな
る。
【0011】演算増幅回路のステップ応答の一例をグラ
フで示す図3を参照すると、グラフAに示すように従来
の演算増幅回路の定電流I0=10μAの場合は位相余
裕が十分確保されるがスルーレートは小さくなる。一
方、定電流I0=100μAの場合はスルーレートは大
きくなるが位相余裕が小さくなるためグラフBのように
安定性が失なわれ振動してしまう。
【0012】スルーレートを大きくするとともに安定度
を保持することによりこの問題の改善を図った特開平6
−112737号記載の従来の第2の演算増幅回路は、
それぞれ一方のトランジスタのエミッタにダイオードを
挿入した2組の差動対とカレントミラー回路とを含むス
ルーレート増大回路を入力端子と初段差動増幅回路のエ
ミッタ共通接続点との間に挿入するものである。これに
より差動入力電圧が一定のしきい値を超えたときのみ、
上記初段差動増幅回路に電流を供給し、位相補償用の容
量を充電することによりスルーレートを増大させる。
【0013】しかし、上記のように余分な2組の差動対
とカレントミラー回路とを必要とするので回路規模が大
きくなり、消費電流も増大する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の第1の
演算増幅回路は、定電流値/位相補償用容量値値と位相
余裕とを独立に設定することは不可能であり、スルーレ
ートを大きくするよう設定すると、位相余裕が小さくな
り安定度が失なわれ遂には発振してしまうという欠点が
あった。
【0015】この改善を図った従来の第2の演算増幅回
路は、本来の増幅回路に加えて余分な2組の差動対とカ
レントミラー回路とを必要とするので回路規模が大きく
なり、消費電流も増大するという欠点があった。
【0016】本発明の目的は、小さな回路規模で位相余
裕を一定に保持しながらスルーレートを増大させた演算
増幅回路を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の演算増幅回路
は、各々のエミッタが共通接続されこのエミッタ共通接
続点が第1の定電流源に接続した第1及び第2のトラン
ジスタを有する差動増幅回路と、入力端が前記第2のト
ランジスタのコレクタに接続しこの入力端と出力端との
間に位相補償用の容量を接続した増幅回路とを備える演
算増幅回路において、前記差動増幅回路が、各々のエミ
ッタが前記第1及び第2のトランジスタの各々のベース
に接続するとともにそれぞれ第2及び第3の定電流源に
接続し各々のコレクタが第1の電源に接続し各々のベー
スに相補の入力信号の供給を受けてエミッタフォロワと
して動作する第3及び第4のトランジスタと、前記第1
及び第3のトランジスタの各々のエミッタ相互間に前記
第1のトランジスタが遮断するとき導通する極性で挿入
した第1のダイオードと、前記第2及び第4のトランジ
スタの各々のエミッタ相互間に前記第2のトランジスタ
が遮断するとき導通する極性で挿入した第2のダイオー
ドとを備えて構成されている。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、本発明の第1の実施の形態
を図5と共通の構成要素には共通の文字/数字を用いて
同様に回路図で示す図1を参照すると、この図に示す本
実施の形態の演算増幅回路は、従来と共通の増幅回路2
と、出力バッファ3とに加えて演算増幅回路1の代り
に、各々のベースが正相,反転相入力端子TS,TSB
に接続し各々のエミッタが電源VCCに接続した定電流
源CS2,CS3からの定電流I1,I2の供給を受け
それぞれトランジスタQ3,Q4の各々のベースに接続
し各々のコレクタが接地しそれぞれ信号SF,SFBを
出力するエミッタフォロワを構成するPNP型のトラン
ジスタQ1,Q2と、トランジスタQ1,Q3の各々の
エミッタ間にアノードがトランジスタQ1に接続するよ
う挿入したダイオードD1と、トランジスタQ2,Q4
の各々のエミッタ間にアノードがトランジスタQ2に接
続するよう挿入したダイオードD2とを備える差動増幅
回路1Aを備える。
【0019】次に、図1を参照して本実施の形態の動作
について説明すると、トランジスタQ1,Q2は、それ
ぞれ初段の差動増幅回路1Aの入力トランジスタQ3,
Q4に対しそれぞれエミッタフォロワ接続されているた
め、正相入力信号Sと反転相入力信号SB相互間の電圧
差SDは差動増幅回路1Aの入力トランジスタQ3,Q
4の各々のベース相互間の電圧差と等しくなる。
【0020】入力電圧差SDに対する次段の増幅回路2
に供給される単相信号VS対応の差動増幅回路1Aの動
作用の流入電流IDの関係をグラフで表す図2を併せて
参照すると、電圧差SDがダイオードD1,D2の各順
方向電圧約0.6VとトランジスタQ3,Q4の各ベー
スエミッタ間電圧約0.6Vとの加算電圧1.2Vより
小さい場合は、流入電流IDは定電流I0となる。信号
S,SBの電圧差SDが1.2Vを超えた場合は、ダイ
オードD1,D2のいずれかが導通し、流入電流IDは
導通ダイオードに依存してI0+I1もしくはI0+I
2となる。
【0021】従来と同様に、本実施の形態の演算増幅回
路の反転入力端子TSBと出力端子TOとを接続し、ボ
ルテージフォロワとして使用した場合の出力信号VOの
スルーレートについて考察する。正相入力端子TSに入
力信号Sとして大振幅のステップ信号が供給されたと
き、応答波形において入出力間の電圧差が1.2Vを超
える大きい期間のみ差動増幅回路1Aの流入電流IDが
大きくI0+I1又はI0+I2と、出力電圧VOが目
標値に到達し電圧差が1.2V以下となると流入電流I
DはI0に戻る。
【0022】演算増幅回路のステップ応答の一例をグラ
フで示す図3を参照すると、従来の演算増幅回路の場合
はI0を10μAとした場合、グラフAに示すようにス
ルーレートは低く、I0を10倍の100μAに増加し
た場合はグラフBに示すように位相余裕がなくなり安定
せず発振してしまっていた。本実施の形態でI0を10
μA,I1=I2を10I0すなわち100μAとした
場合は、グラフCに示すように、スルーレートが従来の
10倍に増大するとともに安定性は流入電流が10μA
に復帰することにより従来の低スルーレート時と同等と
なっている。
【0023】次に、本発明の第2の実施例を図1と共通
の構成要素には共通の参照文字/数字を付して同様に回
路図で示す図4を参照すると、この実施の形態の前述の
第1の実施の形態との相違点は、差動増幅回路1Aの代
りにNPN型のトランジスタQ1A〜Q4AとPNP型
のトランジスタQ5A,Q6Aを備え、ダイオードD
1,D2の極性を反転し、各トランジスタの供給電源極
性を反転した差動増幅回路1Bを備えることである。動
作は第1の実施の形態と同一である。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の演算増幅
回路は、各々のベースに相補の入力信号の供給を受けて
エミッタフォロワとして動作し差動増幅回路を構成する
第1及び第2のトランジスタのベースに供給する第3及
び第4のトランジスタと、上記第1,第3のトランジス
タのエミッタ相互間及び上記第3,第4のトランジスタ
のエミッタ相互間に上記第1,第2のトランジスタが遮
断するとき導通する極性で挿入した第1,第2のダイオ
ードとを備えているので、正相入力信号と反転相入力信
号の入力電圧差があるしきい値電圧より大きいときのみ
演算増幅器の初段差動増幅回路に大電流を供給するの
で、安定性を一定に保持したままスルーレートを大幅に
増加できるという効果がある。
【0025】また、2組のエミッタフォロワと2個のダ
イオードのみの付加で済み回路規模消費電流の増加を抑
制できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の演算増幅回路の第1の実施の形態を示
す回路図である。
【図2】本実施の形態の演算増幅回路における入力電圧
差対出力電流特性の一例を示す特性図である。
【図3】本実施の形態の演算増幅回路におけるスルーレ
ート特性の一例を従来と比較して示す特性図である。
【図4】本発明の演算増幅回路の第2の実施の形態を示
す回路図である。
【図5】従来の演算増幅回路の一例を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
1,1A,1B 差動増幅回路 2 増幅回路 3 出力バッファ Q1〜Q6,Q1A〜Q6A トランジスタ D1,D2 ダイオード CS1,CS1,CS2 定電流源 CP 容量

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各々のエミッタが共通接続されこのエミ
    ッタ共通接続点が第1の定電流源に接続した第1及び第
    2のトランジスタを有する差動増幅回路と、入力端が前
    記第2のトランジスタのコレクタに接続しこの入力端と
    出力端との間に位相補償用の容量を接続した増幅回路と
    を備える演算増幅回路において、 前記差動増幅回路が、各々のエミッタが前記第1及び第
    2のトランジスタの各々のベースに接続するとともにそ
    れぞれ第2及び第3の定電流源に接続し各々のコレクタ
    が第1の電源に接続し各々のベースに相補の入力信号の
    供給を受けてエミッタフォロワとして動作する第3及び
    第4のトランジスタと、 前記第1及び第3のトランジスタの各々のエミッタ相互
    間に前記第1のトランジスタが遮断するとき導通する極
    性で挿入した第1のダイオードと、 前記第2及び第4のトランジスタの各々のエミッタ相互
    間に前記第2のトランジスタが遮断するとき導通する極
    性で挿入した第2のダイオードとを備えることを特徴と
    する演算増幅回路。
  2. 【請求項2】 前記第1,第2,第3及び第4のトラン
    ジスタが第1の導電型のトランジスタであり、コレクタ
    とベースとを共通接続して前記第1のトランジスタのコ
    レクタにエミッタを第1の電源にそれぞれ接続した第2
    の導電型の第5のトランジスタと、 コレクタが前記第2のトランジスタのコレクタにベース
    が前記第5のトランジスタのベースにエミッタが第1の
    電源にそれぞれ接続した第2の導電型の第6のトランジ
    スタとを備えることを特徴とする請求項1記載の演算増
    幅回路。
  3. 【請求項3】前記第1,第2,第3及び第4のトランジ
    スタが第2の導電型のトランジスタであり、コレクタと
    ベースとを共通接続して前記第1のトランジスタのコレ
    クタにエミッタを第2の電源にそれぞれ接続した第1の
    導電型の第5のトランジスタと、 コレクタが前記第2のトランジスタのコレクタにベース
    が前記第5のトランジスタのベースに エミッタ第2の
    電源にそれぞれ接続した第1の導電型の第6のトランジ
    スタとを備えることを特徴とする請求項1記載の演算増
    幅回路。
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