JP3530924B2 - Operational amplifier - Google Patents

Operational amplifier

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JP3530924B2
JP3530924B2 JP28534194A JP28534194A JP3530924B2 JP 3530924 B2 JP3530924 B2 JP 3530924B2 JP 28534194 A JP28534194 A JP 28534194A JP 28534194 A JP28534194 A JP 28534194A JP 3530924 B2 JP3530924 B2 JP 3530924B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、演算増幅器、さらには
容量性負荷をスイッチ駆動する演算増幅器に適用して有
効な技術に関するものであって、たとえば液晶ドライバ
に利用して有効な技術に関するものである。 【0002】 【従来の技術】高利得の開放利得(オープンゲイン)を
有する増幅回路では、発振防止および動作の安定化のた
めに位相補償が必要になることがある。 【0003】図5および図6はそれぞれ従来の演算増幅
器の構成例を示す。この場合、各演算増幅器1はいずれ
も、その出力から入力にかけて直流負帰還がかけられて
いて、いわゆるボルテージフォロワ回路を形成してい
る。 【0004】図5に示す演算増幅器1では、差動入力段
11と高利得増幅段12と出力バッファ段13とを多段
接続するとともに、高利得増幅段12の入出力間に容量
素子Cf1を負帰還接続することによって位相補償回路
を形成している。 【0005】図6に示す演算増幅器1では、図5の構成
に加えて、差動増幅段11の出力を第2の容量素子Cf
2で接地することによって高周波数領域での利得を抑
え、これにより発振および動作の不安定化を一層確実に
抑えんとしている。 【0006】なお、上述した演算増幅器については、た
とえば「超LSIのためのアナログ集積回路設計技術<
下巻>」126ページ、P.Rグレイ/R.Gメイヤー
共著、永田 穣 訳、1990年培風館発行などに記載
されいる。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかとされた。 【0008】すなわち、図5または図6に示した演算増
幅器1では、その出力outに液晶表示素子などの容量
性負荷2を接続し、さらにその容量性負荷2をその当初
の充電電位から別の電位にステップ駆動するような場合
に、その負荷2の容量CLが大きいと、その容量CLを
入力電圧Vinに追従して充電/放電させるために、一
時的に開放利得状態で動作する。 【0009】このとき、その開放利得が大きいと、ボル
テージフォロワ回路を形成している負帰還ループ全体が
不安定な系となって、出力電圧Voのオーバシュートや
リンギングが生じやすくなる。 【0010】図7は、図5に示した演算増幅器1の伝達
周波数と開放利得(dB)の関係を示す。 【0011】同図に示すように、演算増幅器1の開放利
得は、第1のコーナー周波数f1で下がりはじめ、第2
のコーナー周波数f2でその下げ方を加速する。この2
つのコーナー周波数f1,f2は次の式で決定される。 f1=1/(2π×A2×Cf1×Zo1) f2=1/(2π×CL×Zo3) 上式において、A2は高利得増幅段12での利得、Zo
1は差動入力段の出力インピーダンス、CLは負荷2の
容量、Zo3は出力バッファ段13の出力インピーダン
スである。 【0012】ここで、第2のコーナー周波数f2での開
放利得は、容量性負荷2の容量CLの大小によって変動
する。負荷容量CLが大きいとき、第2のコーナー周波
数f2での開放利得が増大するが、この開利利得の増大
により負帰還ループ全体が不安定な系となり、これによ
ってオーバーシュートやリンギングなどが生じ、場合に
よっては発振することもある。 【0013】この不安定な動作下で液晶表示素子の駆動
を行った場合には、その液晶の表示が不鮮明になった
り、あるいは表示ムラが現れたりする。 【0014】そこで、本発明者らは、上述した問題を解
決するために、上記コーナー周波数f1,f2を下げる
ことに着目し、そのコーナー周波数f1,f2を決定し
ているパラメータの一つである容量素子の容量Cf1を
大きくすることを検討した。 【0015】しかしながら、負荷容量CLがたとえば
0.1μFといった大きさになると、容量素子Cf1の
容量増大では対応しきれなくなり、また半導体集積回路
化も困難になる、という別の問題を生じることが判明し
た。 【0016】本発明の目的は、半導体集積回路内に内蔵
可能な容量素子を用いて、演算増幅器による容量性負荷
のステップ駆動動作を安定化させる、という技術を提供
することにある。 【0017】本発明の前記ならびにそのほかの目的と特
徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかにな
るであろう。 【0018】 【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。 【0019】すなわち、差動入力段と高利得増幅段と出
力バッファ段を多段接続してなる演算増幅器にあって、
上記高利得増幅段の入出力間に容量素子を負帰還接続す
ることによって第1の位相補償回路を形成するととも
に、上記出力バッファ段の出力を増幅回路と容量素子を
介して上記高利得増幅回路の入力に負帰還させることに
よって第2の位相補償回路を形成する、というものであ
る。 【0020】 【作用】上述した手段によれば、ミラー効果によって大
きく拡大された容量による位相補償が行われ、これによ
り負荷容量が大きくて、系全体が増幅器の開放利得で動
作する場合でも、その開放利得を確実に低く保つことが
できる。 【0021】これにより、半導体集積回路内に内蔵可能
な比較的小容量の容量素子を用いて、演算増幅器による
容量性負荷のステップ駆動動作を安定化させる、という
目的が達成される。 【0022】 【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面を参照し
ながら説明する。なお、図において、同一符号は同一あ
るいは相当部分を示すものとする。 【0023】図1は本発明の技術が適用された演算増幅
器1の一実施例を示したものであって、11は反転入力
(−)と非反転入力(+)を有する差動入力段、12は
その差動増幅段11の出力を高利得で反転増幅する高利
得増幅段、13はその高利得増幅段12の出力を電圧利
得ゼロで出力増幅する出力バッファ段、2は液晶表示素
子などの容量性負荷、Vbは入力バイアス電圧源であ
る。上述した差動増幅段11、高利得増幅段12、出力
バッファ段13は順次多段接続されている。 【0024】さらに、図1に示した増幅器1では、上記
に加えて、第1,第2の容量素子Cf1,Cf2および
中利得の非反転増幅回路14がそれぞれ同一半導体集積
回路内に設けられている。 【0025】第1の容量素子Cf1は、上記高利得増幅
段12の入出力間に接続されることにより第1の位相補
償回路を形成している。 【0026】第2の容量素子Cf2と増幅回路14は、
上記出力バッファ段13の出力を上記高利得増幅段12
の入力に負帰還させることにより第2の位相補償回路を
形成する。このとき、増幅回路14は出力バッファ段1
3の出力を増幅する。この増幅出力は第2の容量素子C
f2を介して高利得増幅段12の入力に帰還される。 【0027】上述した演算増幅器1は、その出力out
から入力inにかけられた負帰還によって、全体として
は、利得ゼロのボルテージフォロワ回路を形成してい
る。 【0028】次に、動作について説明する。 【0029】図1において、演算増幅器1の内部には、
上述したように、第1および第2の2つの位相補償回路
がそれぞれ負帰還によって形成されている。 【0030】図2は、図1に示した演算増幅器1の伝達
周波数と開放利得(dB)の関係を示す。 【0031】同図に示すように、演算増幅器1の開放利
得は、第1のコーナー周波数f1で下がりはじめ、第2
のコーナー周波数f2でその下げ方を加速する。 【0032】ここで、第1のコーナー周波数f1は次の
式で決定される。 f1=1/{2π×A2×(Cf1+A4×Cf2)×Zo1} 上式において、A2は高利得増幅段12での利得、A4
は増幅回路14での利得、Zo1は差動入力段の出力イ
ンピーダンスである。 【0033】上式のように、第1のコーナー周波数f1
は、増幅回路14の増幅動作によってミラー拡大された
容量(A4×Cf2)により、低い周波数の方に大きく
シフトされている。これにともない、第2のコーナー周
波数f2での開放利得は、負荷容量CLの大小にかかわ
らず、ゼロdBによりも下に確実に引き下げられてい
る。 【0034】これにより、負荷容量CLが大きくて、系
全体が増幅器の開放利得で動作する場合でも、その開放
利得を確実に低く保つことができる。 【0035】これにより、半導体集積回路内に内蔵可能
な容量素子を用いて、演算増幅器による容量性負荷のス
テップ駆動動作を安定化させることができるようにな
る。したがって、液晶表示素子の駆動を行う場合には、
その液晶の表示を鮮明に保つことができる。 【0036】図3は上述した演算増幅器1の詳細な回路
実施例を示す。同図において、差動入力段11は、pn
pバイポーラ・トランジスタQ1,Q2、npnバイポ
ーラ・トランジスタQ3,Q4、定電流源I1によって
形成される。この場合、pnpバイポーラ・トランジス
タQ1とQ2は定電流源I1を介してエミッタ結合され
ることにより差動回路を形成し、npnバイポーラ・ト
ランジスタQ3,Q4はカレントミラー回路を形成す
る。この差動入力段11の出力は電流出力側トランジス
タQ4のコレクタから取り出されて高利得増幅段12に
入力される。 【0037】高利得増幅段12は、npnバイポーラ・
トランジQ5、レベルシフト用のダイオードQ6,Q
7、定電流源I2によって形成される。トランジスタQ
5はエミッタ接地増幅回路として中利得の反転増幅動作
を行い、ダイオードQ6,Q7はその増幅出力を電源電
位Vcc側にレベルシフトする。トランジスタQ5のコ
レクタとベース間には、第1の位相補償回路を形成する
容量素子Cf1が接続されている。 【0038】出力バッファ段13は、npnバイポーラ
・トランジスタQ8とpnpバイポーラ・トランジスタ
Q9によって形成される。トランジスタQ8はそのコレ
クタが電源電位Vcc側に接続されることにより、トラ
ンジスタQ9はそのてコレクタが基準電位に接続される
ことにより、それぞれコレクタ接地増幅回路として動作
する。この2つのバイポーラ・トランジスタQ8,Q9
の共通エミッタが出力端子(out)に接続されてい
る。 【0039】容量素子Cf2と共に第2の位相補償回路
を形成する増幅回路14は、npnバイポーラ・トラン
ジスタQ10,Q11,Q12、抵抗R1、定電流源I
3,I4によって形成される。この場合、トランジスタ
Q10とQ11は定電流源I4を介してエミッタ結合さ
れることにより差動増幅回路を形成する。しかし、コレ
クタ負荷抵抗R1は片方のトランジスタQ10だけに接
続されていて、非反転出力だけが取り出されるようにな
っている。また、一方のトランジスタQ11のベースは
出力端子(out)に接続され、他方のトランジスタQ
10のベースには差動入力段11と共通のバイアス電圧
源Vbに接続されている。この増幅回路14の出力は、
他方のトランジスタQ10のコレクタから、トランジス
タQ12と定電流源I3によるエミッタフォロワを介し
て取り出され、容量素子Cf2を介して上記高利得増幅
段12の入力すなわちQ5のベースに帰還されるように
なっている。 【0040】この演算増幅器1では、第2の位相補償回
路を形成する増幅回路14を差動入力形式にしたことに
より、その増幅回路14の直流バイアス点を任意に設定
することができるようになっている。 【0041】図4は本発明の演算増幅器1を用いて構成
される液晶ドライバの実施例を示す。同図に示す液晶ド
ライバは、抵抗列R,R,R,・・・によって段階的に
異なる複数の電圧を生成する電圧分割回路4、この電圧
分割回路4の出力電圧を電圧ごとに出力するためのボル
テージフォロワ回路を形成する演算増幅器1、この複数
の演算増幅器1の出力をスイッチ選択して液晶表示素子
に与える選択回路3によって構成されている。2は容量
性負荷であって、ここではその負荷2として液晶表示素
子が接続される。 【0042】この液晶ドライバでは、上述したように、
負荷容量CLが大きくて、系全体が増幅器1の開放利得
で動作するような場合があっても、その開放利得を確実
に低く保つことができるため、リンギング等が抑制され
て、安定かつ鮮明な表示を行わせることができる。 【0043】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 【0044】以上の説明では主として、本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野である液晶
ドライバに適用した場合について説明したが、それに限
定されるものではなく、たとえばバイモルフなどの容量
性負荷の駆動にも適用できる。 【0045】 【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものの効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。 【0046】すなわち、半導体集積回路内に内蔵可能な
比較的小容量の容量素子を用いて、演算増幅器による容
量性負荷のステップ駆動動作を安定化させることができ
る、という効果が得られる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique which is effective when applied to an operational amplifier and, more particularly, to an operational amplifier which switches a capacitive load. It relates to the technology that is effective for the driver. 2. Description of the Related Art In an amplifier circuit having a high gain open gain (open gain), phase compensation may be required to prevent oscillation and stabilize operation. FIGS. 5 and 6 show examples of the configuration of a conventional operational amplifier, respectively. In this case, each operational amplifier 1 is subjected to DC negative feedback from its output to its input, forming a so-called voltage follower circuit. In an operational amplifier 1 shown in FIG. 5, a differential input stage 11, a high gain amplifier stage 12, and an output buffer stage 13 are connected in multiple stages, and a capacitive element Cf1 is connected between the input and output of the high gain amplifier stage 12. A phase compensation circuit is formed by feedback connection. [0005] In the operational amplifier 1 shown in FIG. 6, in addition to the configuration of FIG.
By grounding at 2, the gain in the high frequency region is suppressed, and thereby the oscillation and operation instability are more reliably suppressed. The above-described operational amplifier is described in, for example, "Analog Integrated Circuit Design Technology for Ultra LSI"<
2nd volume>, p. 126, p. R gray / R. It is described in G. Meyer's co-authorship, translated by Jo Nagata, published by Baifukan in 1990. [0007] However, it has been clarified by the present inventors that the above-described technology has the following problems. That is, in the operational amplifier 1 shown in FIG. 5 or FIG. 6, a capacitive load 2 such as a liquid crystal display element is connected to the output out of the operational amplifier 1, and the capacitive load 2 is further separated from its initial charging potential. If the capacity CL of the load 2 is large when step driving to the potential is performed, the load 2 is temporarily operated in the open gain state in order to charge / discharge the capacity CL following the input voltage Vin. At this time, if the open gain is large, the entire negative feedback loop forming the voltage follower circuit becomes an unstable system, and overshoot and ringing of the output voltage Vo are likely to occur. FIG. 7 shows the relationship between the transmission frequency and the open gain (dB) of the operational amplifier 1 shown in FIG. As shown in FIG. 1, the open gain of the operational amplifier 1 begins to decrease at the first corner frequency f1,
Is accelerated at the corner frequency f2. This 2
The two corner frequencies f1 and f2 are determined by the following equations. f1 = 1 / (2π × A2 × Cf1 × Zo1) f2 = 1 / (2π × CL × Zo3) In the above equation, A2 is the gain in the high gain amplifier stage 12, Zo
1 is the output impedance of the differential input stage, CL is the capacitance of the load 2, and Zo3 is the output impedance of the output buffer stage 13. Here, the open gain at the second corner frequency f2 varies depending on the magnitude of the capacitance CL of the capacitive load 2. When the load capacitance CL is large, the open gain at the second corner frequency f2 increases. However, the increase in the open gain makes the entire negative feedback loop unstable, thereby causing overshoot, ringing, and the like. Oscillation may occur in some cases. When the liquid crystal display element is driven under this unstable operation, the display of the liquid crystal becomes unclear or display unevenness appears. The present inventors have focused on lowering the corner frequencies f1 and f2 in order to solve the above-mentioned problem, and this is one of the parameters that determine the corner frequencies f1 and f2. Considering increasing the capacitance Cf1 of the capacitance element. However, when the load capacitance CL becomes as large as, for example, 0.1 μF, it has been found that another problem arises that it is impossible to cope with the increase in the capacitance of the capacitive element Cf1, and that it becomes difficult to form a semiconductor integrated circuit. did. An object of the present invention is to provide a technique for stabilizing the step driving operation of a capacitive load by an operational amplifier using a capacitive element that can be built in a semiconductor integrated circuit. The above and other objects and features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. Means for Solving the Problems Of the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows. That is, in an operational amplifier in which a differential input stage, a high gain amplifier stage, and an output buffer stage are connected in multiple stages,
A first phase compensation circuit is formed by negatively connecting a capacitive element between the input and output of the high gain amplifying stage, and the output of the output buffer stage is connected to the high gain amplifying circuit via an amplifying circuit and a capacitive element. The second phase compensating circuit is formed by negatively feeding back to the input. According to the above-described means, the phase compensation is performed by the capacitance greatly enlarged by the Miller effect, so that even if the load capacitance is large and the entire system operates with the open gain of the amplifier, the above-mentioned method can be used. The open gain can be reliably kept low. This achieves the object of stabilizing the step driving operation of the capacitive load by the operational amplifier by using a relatively small-capacitance element that can be built in the semiconductor integrated circuit. Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. FIG. 1 shows an embodiment of an operational amplifier 1 to which the technique of the present invention is applied, wherein reference numeral 11 denotes a differential input stage having an inverting input (-) and a non-inverting input (+); Reference numeral 12 denotes a high gain amplification stage for inverting and amplifying the output of the differential amplification stage 11 at a high gain. Reference numeral 13 denotes an output buffer stage for amplifying the output of the high gain amplification stage 12 at zero voltage gain. Vb is an input bias voltage source. The above-described differential amplification stage 11, high-gain amplification stage 12, and output buffer stage 13 are sequentially connected in multiple stages. Further, in the amplifier 1 shown in FIG. 1, in addition to the above, the first and second capacitive elements Cf1 and Cf2 and the medium gain non-inverting amplifier circuit 14 are provided in the same semiconductor integrated circuit. I have. The first capacitive element Cf1 is connected between the input and output of the high gain amplifier stage 12 to form a first phase compensation circuit. The second capacitive element Cf2 and the amplifier circuit 14
The output of the output buffer stage 13 is connected to the high gain amplification stage 12
The second phase compensation circuit is formed by performing negative feedback on the input of the second phase compensation circuit. At this time, the amplifier circuit 14 is connected to the output buffer stage 1
3 is amplified. This amplified output is supplied to the second capacitive element C
It is fed back to the input of the high gain amplifier stage 12 via f2. The above-described operational amplifier 1 has its output out.
As a whole, a voltage follower circuit having a gain of zero is formed by negative feedback applied to input in from. Next, the operation will be described. In FIG. 1, inside the operational amplifier 1,
As described above, the first and second phase compensation circuits are each formed by negative feedback. FIG. 2 shows the relationship between the transmission frequency and the open gain (dB) of the operational amplifier 1 shown in FIG. As shown in the figure, the open gain of the operational amplifier 1 starts to decrease at the first corner frequency f1, and
Is accelerated at the corner frequency f2. Here, the first corner frequency f1 is determined by the following equation. f1 = 1 / {2π × A2 × (Cf1 + A4 × Cf2) × Zo1} In the above equation, A2 is the gain in the high gain amplifier stage 12, A4
Is the gain in the amplifier circuit 14, and Zo1 is the output impedance of the differential input stage. As shown in the above equation, the first corner frequency f1
Are greatly shifted to lower frequencies due to the capacitance (A4 × Cf2) mirror-expanded by the amplification operation of the amplifier circuit 14. Accordingly, the open gain at the second corner frequency f2 is reliably reduced to below zero dB regardless of the magnitude of the load capacitance CL. Thus, even when the load capacitance CL is large and the whole system operates with the open gain of the amplifier, the open gain can be reliably kept low. This makes it possible to stabilize the step driving operation of the capacitive load by the operational amplifier using the capacitive element that can be built in the semiconductor integrated circuit. Therefore, when driving the liquid crystal display element,
The display of the liquid crystal can be kept clear. FIG. 3 shows a detailed circuit embodiment of the operational amplifier 1 described above. In the figure, a differential input stage 11 has a pn
It is formed by p bipolar transistors Q1 and Q2, npn bipolar transistors Q3 and Q4, and a constant current source I1. In this case, the pnp bipolar transistors Q1 and Q2 are emitter-coupled via the constant current source I1 to form a differential circuit, and the npn bipolar transistors Q3 and Q4 form a current mirror circuit. The output of the differential input stage 11 is taken out from the collector of the current output side transistor Q4 and input to the high gain amplifier stage 12. The high gain amplifying stage 12 comprises an npn bipolar
Transistor Q5, diodes Q6 and Q for level shift
7, formed by the constant current source I2. Transistor Q
Reference numeral 5 designates a medium-gain inverting amplifier circuit that performs an inverting amplification operation of a medium gain, and diodes Q6 and Q7 level-shift the amplified output to the power supply potential Vcc side. A capacitive element Cf1 forming a first phase compensation circuit is connected between the collector and the base of the transistor Q5. The output buffer stage 13 is formed by an npn bipolar transistor Q8 and a pnp bipolar transistor Q9. The transistor Q8 operates as a common-collector amplifier circuit when its collector is connected to the power supply potential Vcc side and the transistor Q9 has its collector connected to the reference potential. These two bipolar transistors Q8, Q9
Are connected to an output terminal (out). The amplifying circuit 14, which forms a second phase compensating circuit together with the capacitive element Cf2, comprises npn bipolar transistors Q10, Q11, Q12, a resistor R1, and a constant current source I.
3, I4. In this case, the transistors Q10 and Q11 are emitter-coupled via the constant current source I4 to form a differential amplifier circuit. However, the collector load resistor R1 is connected to only one of the transistors Q10 so that only the non-inverted output is taken out. The base of one transistor Q11 is connected to the output terminal (out), and the other transistor Q11
The base of 10 is connected to a bias voltage source Vb common to the differential input stage 11. The output of this amplifier circuit 14 is
It is taken out from the collector of the other transistor Q10 via the emitter follower formed by the transistor Q12 and the constant current source I3, and is fed back to the input of the high gain amplifying stage 12, that is, the base of Q5 via the capacitive element Cf2. I have. In the operational amplifier 1, the DC bias point of the amplifier circuit 14 can be set arbitrarily because the amplifier circuit 14 forming the second phase compensation circuit is of a differential input type. ing. FIG. 4 shows an embodiment of a liquid crystal driver constructed using the operational amplifier 1 of the present invention. The liquid crystal driver shown in FIG. 1 generates a voltage dividing circuit 4 that generates a plurality of voltages that differ stepwise according to the resistance strings R, R, R,. And a selection circuit 3 for selecting the switches of the outputs of the plurality of operational amplifiers 1 and supplying the outputs to the liquid crystal display element. Reference numeral 2 denotes a capacitive load, and a liquid crystal display element is connected as the load 2 here. In this liquid crystal driver, as described above,
Even in the case where the load capacitance CL is large and the whole system operates with the open gain of the amplifier 1, the open gain can be reliably kept low, so that ringing and the like are suppressed, and stable and clear Display can be performed. Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say. In the above description, the case where the invention made by the present inventor is applied to a liquid crystal driver, which is the field of application, has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to driving of a sexual load. The effects of the typical inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, the effect of stabilizing the step driving operation of the capacitive load by the operational amplifier can be obtained by using a relatively small-capacitance element that can be built in the semiconductor integrated circuit.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の技術が適用された演算増幅器の実施例
を示す回路図 【図2】図1に示した演算増幅器の伝達周波数と開放利
得(dB)の関係を示す特性図 【図3】図1に示した演算増幅器の詳細な回路実施例を
示す図 【図4】本発明の演算増幅器を用いて構成される液晶ド
ライバの実施例を示すブロック図 【図5】従来の演算増幅器の第1の構成例を示す。 【図6】従来の演算増幅器の第2の構成例を示す。 【図7】図5に示した演算増幅器の伝達周波数と開放利
得(dB)の関係を示す特性図 【符号の説明】 1 演算増幅器 11 差動入力段 12 高利得増幅段 13 出力バッファ段 14 増幅回路 Cf1,Cf2 容量素子 2 容量性負荷 CL 負荷容量 3 選択回路 4 電圧分割回路
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an operational amplifier to which the technology of the present invention is applied. FIG. 2 is a relationship between a transmission frequency and an open gain (dB) of the operational amplifier shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a detailed circuit embodiment of the operational amplifier shown in FIG. 1. FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of a liquid crystal driver using the operational amplifier of the present invention. 5 shows a first configuration example of a conventional operational amplifier. FIG. 6 shows a second configuration example of a conventional operational amplifier. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the transmission frequency and the open gain (dB) of the operational amplifier shown in FIG. 5. [Description of References] 1 Operational Amplifier 11 Differential Input Stage 12 High Gain Amplification Stage 13 Output Buffer Stage 14 Amplification Circuits Cf1, Cf2 Capacitance element 2 Capacitive load CL Load capacitance 3 Selection circuit 4 Voltage division circuit

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−233850(JP,A) 特開 昭58−9410(JP,A) 特開 平5−226949(JP,A) 特開 平5−150747(JP,A) 特開 平2−233006(JP,A) 特開 昭63−136803(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 1/34 H03F 3/45 Continuation of the front page (56) References JP-A-60-233850 (JP, A) JP-A-58-9410 (JP, A) JP-A-5-226949 (JP, A) JP-A-5-150747 (JP) JP-A-2-233006 (JP, A) JP-A-63-136803 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H03F 1/34 H03F 3/45

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 差動入力段と高利得増幅段と出力バッフ
ァ段とからなる多段増幅回路と、上記高利得増幅段の入
出力間に第1の容量素子を負帰還接続することによって
形成される第1の位相補償回路と、上記出力バッファ段
の出力を増幅回路と第2の容量素子を介して上記高利得
増幅回路の入力に負帰還させることにより形成される第
2の位相補償回路とを具備して成り、 第2の位相補償回路を形成する増幅回路は差動入力を有
していて、その一方の入力が直流バイアスされ、 開放利得は、第1のコーナー周波数f1で下がり始め、
第2のコーナー周波数f2でその下げ方を加速し、上記
第1のコーナー周波数f1は、Cf1およびCf2をそ
れぞれ上記第1および第2の容量素子の容量値、A2を
上記高利得増幅段での利得、A4を上記増幅回路での利
得、Zo1を上記差動入力段の出力インピーダンスとし
たとき、 f1=1/(2π×A2×(Cf1+A4×Cf2)×Zo1〉 で決定され、 上記差動入力段は、第1および第2のpnpバイポーラ
・トランジスタと、第1および第2のnpnバイポーラ
・トランジスタと、第1の定電流源とを含んで成り、 上記第1のpnpバイポーラ・トランジスタと上記第2
のpnpバイポーラ・トランジスタとは上記第1の定電
流源を介してエミッタ結合されることにより差動回路を
形成し、上記第1および第2のnpnバイポーラ・トラ
ンジスタはカレントミラー回路を形成し、 上記差動入力段の出力は、上記第2のnpnバイポーラ
・トランジスタのコレクタから取り出されて上記高利得
増幅段に入力され、 上記高利得増幅段は、第3のnpnバイポーラ・トラン
ジスタと、レベルシフト用の第1および第2のダイオー
ドと、第2の定電流源とを含んで成り、 上記第3のnpnバイポーラ・トランジスタは、エミッ
タ接地増幅回路として中利得の反転増幅動作を行い、上
記第1および第2のダイオードは、その増幅出力を電源
電位側にレベルシフトし、上記第3のnpnバイポーラ
・トランジスタのコレクタとベースとの間には、上記第
1の位相補償回路を形成する上記第1の容量素子が接続
され、 上記出力バッファ段は、第4のnpnバイポーラ・トラ
ンジスタと、第3のpnpバイポーラ・トランジスタと
を含んで成り、 上記第4のnpnバイポーラ・トランジスタはそのコレ
クタが電源電位側に接続されることにより、また上記第
3のpnpバイポーラ・トランジスタはそのコレクタが
基準電位に接続されることにより、それぞれコレクタ接
地増幅回路として動作し、上記第4のnpnバイポーラ
・トランジスタと上記第3のpnpバイポーラ・トラン
ジスタとの共通エミッタが出力端子に接続され、 上記第2の容量素子と共に第2の位相補償回路を形成す
る上記増幅回路は、第5、第6、および第7のnpnバ
イポーラ・トランジスタと、コレクタ負荷抵抗と、第3
および第4の定電流源とを含んで成り、 上記第5および第6のnpnバイポーラ・トランジスタ
は、上記第4の定電流源を介してエミッタ結合されるこ
とにより差動増幅回路を形成し、 上記コレクタ負荷抵抗は、上記第5のnpnバイポーラ
・トランジスタだけに接続されることにより非反転出力
だけが取り出されるよう構成され、 上記第6のnpnバイポーラ・トランジスタのベースは
上記出力端子に接続され、上記第5のnpnバイポーラ
・トランジスタのベースは上記差動入力段と共通のバイ
アス電圧源に接続され、 上記増幅回路の出力は、上記第5のnpnバイポーラ・
トランジスタのコレクタから、上記第7のnpnバイポ
ーラ・トランジスタと上記第3の定電流源とを含んで成
るエミッタフォロワを介して取り出され、上記第2の容
量素子を介して上記高利得増幅段の入力である上記第3
のnpnバイポーラ・トランジスタのベースに帰還され
るように構成され、 上記第2の位相補償回路を形成する上記増幅回路が差動
入力形式であることにより、上記増幅回路の直流バイア
ス点を任意に設定可能となっていること を特徴とする演
算増幅器。
(57) [Claim 1] A multi-stage amplifier circuit including a differential input stage, a high gain amplifier stage, and an output buffer stage, and a first capacitive element between the input and output of the high gain amplifier stage. And a first phase compensation circuit formed by negative feedback connection, and an output of the output buffer stage is negatively fed back to an input of the high gain amplifier circuit via an amplifier circuit and a second capacitor. made by and a second phase compensation circuit is an amplifier circuit for forming a second phase compensation circuit have a differential input
And one of the inputs is DC biased, and the open gain begins to drop at the first corner frequency f1,
At the second corner frequency f2, the speed of the decrease is accelerated.
The first corner frequency f1 is Cf1 and Cf2.
The capacitance values of the first and second capacitance elements, A2, respectively, are
The gain in the high gain amplifier stage, A4, is used in the amplifier circuit.
And Zo1 is the output impedance of the differential input stage.
When in it is determined by f1 = 1 / (2π × A2 × (Cf1 + A4 × Cf2) × Zo1>, the differential input stage, first and second pnp bipolar
A transistor and first and second npn bipolars
A transistor and a first constant current source, wherein the first pnp bipolar transistor and the second
The pnp bipolar transistor is the first constant current
Emitter-coupled through a current source to create a differential circuit
Forming the first and second npn bipolar tigers
The transistor forms a current mirror circuit, and the output of the differential input stage is connected to the second npn bipolar circuit.
.High gain obtained from the collector of the transistor
Input to the amplifier stage, wherein the high gain amplifier stage is connected to a third npn bipolar transistor.
First and second diodes for level shifting
And a second constant current source, wherein the third npn bipolar transistor is an emitter.
Performs medium gain inverting amplification operation as
The first and second diodes supply their amplified outputs to a power supply.
The level shifts to the potential side, and the third npn bipolar
・ Between the collector and base of the transistor
Connected to the first capacitive element forming the first phase compensation circuit.
And the output buffer stage comprises a fourth npn bipolar transistor.
Transistor and a third pnp bipolar transistor
And the fourth npn bipolar transistor has the
Is connected to the power supply potential side,
The pnp bipolar transistor of No. 3 has its collector
By being connected to the reference potential, the collector
Operate as a ground amplification circuit, and operate as the fourth npn bipolar
A transistor and the third pnp bipolar transistor
A common emitter with the transistor is connected to the output terminal to form a second phase compensation circuit together with the second capacitor.
The fifth, sixth, and seventh npn buses.
The bipolar transistor, the collector load resistance, and the third
And the fifth and sixth npn bipolar transistors.
Can be emitter-coupled via the fourth constant current source.
To form a differential amplifier circuit, wherein the collector load resistance is equal to the fifth npn bipolar
.Non-inverted output by being connected only to transistors
And the base of the sixth npn bipolar transistor is
A fifth npn bipolar connected to the output terminal;
・ The base of the transistor is shared with the above differential input stage.
The output of the amplifier circuit is connected to the fifth npn bipolar
From the collector of the transistor, the seventh npn
And the third constant current source.
Taken out through the emitter follower, and
The third input, which is the input of the high gain amplifier stage via the
Feedback to the base of the npn bipolar transistor
And wherein the amplification circuit forming the second phase compensation circuit is a differential amplifier.
The input format allows the DC via
An operational amplifier characterized in that the switching point can be set arbitrarily .
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