JP3283112B2 - エミッタホロワ回路 - Google Patents

エミッタホロワ回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電子回路一般に用いら
れているエミッタホロワ回路に係り、特に半導体集積回
路化に好適なエミッタホロワ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】アナログ集積回路において、回路負荷を
ドライブするため、低インピーダンス出力を得る回路と
して最も一般的なものに図6に示す、ベースを入力と
し、コレクタに電源Vccが、エミッタに電流源Ioがそ
れぞれ接続されたトランジスタQ1 のエミッタから出力
を取り出すエミッタホロワ回路がある。この回路の出力
インピーダンスRoは、
【数1】 で表すことができる。ただし、VTは熱電圧、qは電子
素量、kはボルツマン定数である。
【0003】バイアス電流Ioの値として実用的な10
0μA前後ではRoの値は250Ω程度であり、負荷変
動が少ないことが要求される用途においては出力インピ
ーダンスとしてやや大きい。また出力インピーダンスを
さらに下げるためには、(1)式からも明らかなよう
に、バイアス電流Ioを増す必要がある。特に10Ω以
下の出力インピーダンスが要求される場合などは2.5
mAもの電流を必要とし、著しく消費電流が増えるとい
う欠点がある。
【0004】消費電流をそれほど増やさずに低インピー
ダンスを実現する回路として、図7のようにエミッタホ
ロワのバイアス電流に帰還をかける方法がある。これは
エミッタホロワトランジスタQ2 のエミッタ端に負荷電
流が流れてエミッタ電位に変動あるような場合、このエ
ミッタ電位と負荷につながらない基準のエミッタホロワ
トランジスタQ3 のエミッタ電位とをオペアンプOPで
比較し、その比較出力によりトランジスタQ2 のバイア
ス電流IBを制御するものである。
【0005】すなわち、負荷電流ILが流れ、トランジ
スタQ2 に流れる電流が減って出力電圧Voが浮いてし
まうときに、オペアンプOPには正の電圧が出力され、
バイアス電流IBが増え、上記の電流減少が補償される
ことになる。このような帰還動作により出力インピーダ
ンスは単なるエミッタホロワ回路に比べ著しく低下させ
ることができる。
【0006】しかしながら、オペアンプOPを使用して
いるため、帰還動作の周波数応答性が悪く,ビデオ帯域
以上の高周波領域においては、出力インピーダンスをそ
れほど低くはできないことと、回路も複雑になり、素子
数も多くなるという欠点がある。このような欠点は図7
の場合に限らず同じ目的でオペアンプのボルテージホロ
ワ回路を用いる場合なども全く同じ問題点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のエミッ
タホロワ回路では、高周波領域において出力インピーダ
ンスをそれほど低くできず、回路も複雑になり、素子数
も多くなるという欠点があった。
【0008】この発明は、簡単な回路構成と少ない消費
電流で周波数特性がよく負荷変動の極めて少ないエミッ
タホロワ回路を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、エミッタホロワ回路の受け側において、エミッタ
ホロワ回路の負荷電流と大きさが同じで方向が逆の電流
を作り、この電流をエミッタホロワ回路の出力端に直接
供給する負荷電流を補償する手段を備えてなることを特
徴とする。
【0010】
【作用】上記した手段により、エミッタホロワ回路の出
力端においては、負荷電流がその補償電流と相殺されて
負荷による出力端の電位変動が理論的には全く生じない
ことになる。このような補償電流は、レベルシフト回路
などの直流応用回路の場合、カレントミラーの折り返し
を用いて生成し、フィルタ回路などの交流応用回路の場
合、差動アンプのコレクタ電流出力を用いて容易に作る
ことができる。
【0011】
【実施例】以下、この発明の実施例について図面ととも
に詳細に説明する。図1はこの発明の一実施例を説明す
るためのもので、図1は直流的な例を示している。図1
において、コレクタが電源Vccに接続されたトランジス
タQのベースに入力を供給し、電流源Iを介して接地さ
れたエミッタから抵抗Rを介して次段の回路網11にΔ
ILを出力し、回路網11からトランジスタQのエミッ
タに、抵抗Rを介して流した電流とは逆方向の電流ΔI
Lを流して打ち消すようにしたものである。
【0012】図2はこの発明の他の実施例の交流的な例
の概念図を説明するためのものである。図2はコレクタ
が電源Vccに接続されたトランジスタQのベースに入力
を供給し、電流源Iを介して接地されたエミッタからコ
ンデンサCを介して次段の回路網12にΔILを出力
し、回路網12からトランジスタQのエミッタに、コン
デンサCを介して流した電流とは逆方向の電流ΔILを
流して打ち消すようにしたものである。
【0013】図1および図2の実施例ともに、負荷電流
であるΔILが補償電流であるΔILにより相殺されて
負荷による出力端の電位変動が理論的には全く生じない
ことになる。
【0014】図3は図1のエミッタホロワ回路を、レベ
ルシフト回路に適用したこの発明の応用例を説明する回
路図である。31は入力信号を入力する入力であり、こ
の入力31はコレクタを電源Vccに接続されたトランジ
スタQ1 のベースに接続する。トランジスタQ1 のエミ
ッタは電流源32を介して接地するとともに抵抗R1を
介してトランジスタQ2 のベースに接続する。トランジ
スタQ2 のエミッタは電流源33を介して電源Vccに接
続するとともに出力34に接続する。35はオペアンプ
であり、オペアンプ35の非反転入力は定電圧源36
に、反転入力はトランジスタQ3 のエミッタに接続す
る。トランジスタQ3 のベースは、オペアンプ35の出
力に接続し、コレクタはカレントミラーCM1の入力に
接続する。カレントミラーCM1の第1の出力CMaは
抵抗R1 とトランジスタQ2 のベースとの接続点に接続
する。カレントミラーCM1の第2の出力CMbはカレ
ントミラーCM2の入力に、カレントミラーCM2の出
力はトランジスタQ1 のエミッタと抵抗R1 の接続点に
接続する。
【0015】このように構成されたレベルシフト回路は
抵抗R1 に発生する直流電圧を可変することにより変化
させて出力を調整するものである。調整値とレベルシフ
ト量の関係が正しく制御できるように、入力にトランジ
スタQ1 と電流源32とにより構成されるエミッタホロ
ワ回路を入れて、抵抗R1 への出力インピーダンスを下
げている。出力34の出力インピーダンスを下げるた
め、トランジスタQ2 と電流源33とによりエミッタホ
ロワ回路を構成して出力している。調整電流はオペアン
プ35、定電圧源36、トランジスタQ3それに可変抵
抗R2 で構成される電圧電流変換回路とにより生成す
る。
【0016】定電圧源36の値をVbとすると調整電流
ΔIは(Vcc−Vb)/R2 となる。この電流がカレン
トミラーCM1 で折り返されて第1の出力CMaより調
整電流ΔIを抵抗R1に流すとともに、同じ電流ΔIを
さらに第2の出力CMbにより折り返してトランジスタ
Q1 のエミッタ端に供給する。
【0017】一般のレベルシフト回路は、カレントミラ
ーCM1 の第2の出力CMbとカレントミラーCM2 と
は構成にない。この場合でも第1の出力CMaが供給す
る電流ΔIと抵抗R1 との積でレベルシフト量がΔIR
1 が決まり、これだけでレベルシフトの機能は一応果た
す。しかし調整電流ΔIはそのままトランジスタQ1を
流れる電流の一部となるため調整によってトランジスタ
Q1 のエミッタ電流密度が変わることにより、レベルシ
フト量はΔIR1 に対し、エミッタホロワの出力抵抗分
で決まる次式の第2項の分だけずれることになる。
【0018】
【数2】 調整に高い精度が要求される回路では、このずれ分が精
度のよい調整の妨げとなり、特にこれが温度によって変
化することが問題となる。このようなずれを補償するの
がカレントミラーCM1 の第2の出力CMbからカレン
トミラーCM2で折り返してトランジスタQ1 のエミッ
タに調整電流ΔIを供給している経路である。
【0019】これにより、トランジスタQ1 に流れる電
流は、調整電流ΔIに全く依存しないで、常に一定のバ
イアス電流だけということになる。トランジスタQ1 の
エミッタ端電圧は調整による変化が全くない。換言する
れば、調整に対するトランジスタQ1 のエミッタ端イン
ピーダンスは無限小であると言える。これを従来回路に
カレントミラーCM1 の第2の出力CMbとカレントミ
ラーCM2 を付け加えるだけで現実しており、消費電流
もほとんど増えていない。
【0020】図4はフィルタ回路のAC結合部に、図2
のエミッタホロワ回路を適用した実施例を説明するもの
である。この実施例では、フィルタの前段部の出力また
は前段回路の出力を、トランジスタQ4 と電流源42と
からなるエミッタホロワ回路を介してフィルタ回路の入
力段43に供給する部分を示している。信号はエミッタ
ホロワ回路の出力がコンデンサCを介して差動トランジ
スタのQ5 とQ6 、電流源44と45とからなるトラン
スコンダクタンス回路の出力端に入力する。
【0021】このようなAC結合は入力段43がBPF
やHPFの場合、入力段43を構成する各段の接続部に
多く用いられ、コンデンサCの値とトランスコンダクタ
ンス値とによりフィルタの時定数を形成する。この場
合、エミッタホロワ回路の出力抵抗がコンデンサCと直
列に入ることになり、フィルタの特性に影響を与える。
特に高周波フィルタやQの高いフィルタの場合、この直
列抵抗がフィルタの特性に及ぼす影響は大きく、大きな
特性誤差となってしまう。この誤差の対策として従来は
電流源42の電流を増やして出力抵抗を下げることしか
有効な手段がなかったが、大電流を必要とする割りに効
果に限界があった。
【0022】この実施例では、電流源42の直流値を増
やさずに、トランジンタQ5 のコレクタを電源Vccから
エミッタホロワの出力端につなぎ変えるだけでこの問題
を解決している。シングル型のフィルタの場合、信号入
力であるトランジスタQ6 の反対側のトランジスタのコ
レクタ端は、電源Vccにつないであることが多いので、
このような配線のつなぎ換えだけで容易に実現できる。
コンデンサCを流れる交流電流は、そのままトランジス
タQ6 のコレクタ電流となる。トランジスタQ5 とQ6
とは差動回路を形成しているので両者のコンクタ電流は
互いに逆相の交流電流が流れる。
【0023】従って、トランジスタQ5 のコレクタを、
トランジスタQ4 のエミッタにつないでおけば、トラン
ジスタQ4 のエミッタ側から見た電流は、コンデンサC
を流れる交流電流iとトランジスタQ5 のコレクタを流
れる交流電流−iとが互いに打ち消し合い、トランジス
タQ4 のエミッタに交流電流は流れないことになる。こ
れはフィルタの入力段43の側から見たエミッタホロワ
の出力インピーダンスが無限小であることと等価であ
る。コンデンサCに直列に入る抵抗分は0ということに
なり、理想的なフィルタ特性を実現することができる。
この場合、回路素子や消費電流を全く増やすことなく実
現することができる。
【0024】図5を用いて全差動型フィルタ回路のAC
結合部に適用したこの発明の他の実施例について説明す
る。この実施例はフィルタの前段部の差動出力または前
段回路の差動出力をトランジスQ7 と電流源51、トラ
ンジスタQ8 と電流源52とからなる一対のエミッタホ
ロワ回路を介してフィルタ回路の差動入力部53へ供給
する部分を示している。
【0025】差動信号はエミッタホロワの出力がコンデ
ンサC1 ,C2 を介して差動トランジスタQ10とQ11,
電流源54〜56とからなる全差動出力型のトランスコ
ンダクタンス回路の一対の出力端に入力する。コンデン
サC1 ,C2 に直列に入るエミッタホロワの出力抵抗分
がフィルタの高周波特性やQの値を制御する点は、図3
の回路と全く同じである。
【0026】この場合もコンデンサC1 ,C2 を流れる
交流電流に対し、逆相の交流電流をエミッタホロワトラ
ンジスタQ7 ,Q8 のエミッタ端へ供給すればよく、差
動トランジスタQ10,Q11の両方のコレクタ出力を使用
しているためそのまま使えるコレクタ出力がない。
【0027】そこでトランジスタQ10,Q11とからなる
トランスコンダクタンス回路とベース入力を同じにし、
トランジスタQ12,Q13、電流源57からなるトランス
コンダクタンス回路を設け、コレクタを元の差動対の場
合と入れ換えてトランジスタQ12のコレクタをトランジ
スタQ8 のエミッタ端へ、トランジスタQ14のコレクタ
をトランジスタQ7 のエミッタ端へそれぞれ接続する。
この場合電流源56と57の電流値を同じにし、両方の
差動回路のトランスコンダクタンス値を同じにしてお
く。
【0028】このような回路形式とすることにより、コ
ンデンサC1 を流れる交流電流i1と大きさが同じで逆
相の交流電流−i1がトランジスタQ13のコレクタより
トランジスタQ7 のエミッタ端へ、コンデンサC2 を流
れる交流電流i2と大きさが同じで逆相の交流電流−i
2がトランジスタQ12のコレクタよりトランジスタQ8
のエミッタ端に流れて、トランジスタQ7 とQ8 のエミ
ッタ端での交流電流は打ち消し合う。
【0029】この結果、トランジスタQ7 とQ8 の2つ
のエミッタホロワの出力インピーダンスは、交流信号に
対して無限小ということになり、理想的なフィルタ特性
を実現することができる。
【0030】この実施例の構成は、トランジススタQ1
2,Q13と電流源57だけの回路素子の小規模な追加で
すむ。しかも折り返しなどの周波数特性劣化の要因を含
まないため、高周波まですぐれた補償特性を得ることが
できる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のエミッ
タホロワ回路は簡単な回路構成の追加のみでエミッタホ
ロワ回路の出力抵抗を見掛上ほぼ零にすることができ
る。しかも直流電流、交流電流に拘らず同じ考え方で補
償可能のため、たとえば直流レベル調整用レベルシフト
回路や各種フィルタ回路のAC結合部に応用することが
でき、それぞれ調整誤差、周波数特性誤差をほぼなくす
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を説明するための概念図。
【図2】この発明の他の実施例を説明するための概念
図。
【図3】図1の応用例を説明するための回路図。
【図4】図2の応用例を説明するための回路図。
【図5】図2の他の応用例を説明するための回路図。
【図6】従来のエミッタホロワ回路を説明するための回
路図。
【図7】エミッタホロワ回路の出力インピーダンスを低
減手段を備えた従来の回路図。
【符号の説明】
Q…トランジスタ I…電流源 R…抵抗 11,12…回路網 C…コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 3/50

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エミッタホロワ回路の出力端を、受動素
    子を介して次段の他の回路網に接続し、前記受動素子を
    流れる電流を相殺する逆方向の電流を、前記他の回路網
    より前記出力端に供給してなることを特徴とするエミッ
    タホロワ回路。
  2. 【請求項2】 エミッタホロワ回路の出力端を、抵抗を
    介して次段の他の回路網に接続し、前記抵抗を流れる直
    流電流と同じ大きさで位相反転した直流電流が前記回路
    網より前記出力端に流れるように供給したことを特徴と
    するエミッタホロワ回路。
  3. 【請求項3】 エミッタホロワ回路の出力端を、コンデ
    ンサを介して次段の他の回路網に接続し、前記コンデン
    サを流れる交流電流と同じ大きさで位相反転した交流電
    流が前記回路網より前記出力端に流れるように供給した
    ことを特徴とするエミッタホロワ回路。
  4. 【請求項4】 エミッタホロワ回路の出力端に抵抗を接
    続し、該抵抗の他端に流す直流電流を調整することによ
    り、レベルシフト出力を得るようにしたエミッタホロワ
    回路において、 前記調整電流と同じ大きさで逆方向の直流電流を前記エ
    ミッタホロワ回路の出力端に供給することを特徴とする
    エミッタホロワ回路。
  5. 【請求項5】 エミッタホロワ回路の出力端にコンデン
    サを介して次段の差動トランジスタ対の一方のコレクタ
    端に接続し、他方の差動トランジスタ対のコレクタ端を
    前記エミッタホロワ回路の出力端に接続したことを特徴
    とする請求項3記載のエミッタホロワ回路。
  6. 【請求項6】 対になる差動出力がそれぞれエミッタホ
    ロワ回路を介して出力し、前記差動出力のそれぞれにコ
    ンデンサを介して次段の第1の差動トランジスタ対のコ
    レクタ端にそれぞれ接続し、前記第1の差動トランジス
    タ対と並列に接続された第2の差動トランジスタ対のそ
    れぞれのコレクタが、前記第1の差動トランジスタ対の
    対応するコレクタが接続されたコンデンサとは反対のコ
    ンデンサ側のエミッタホロワ回路の出力端にそれぞれ接
    続してなることを特徴とするエミッタホロワ回路。
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