JP5022318B2 - Operational amplifier - Google Patents

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Description

本発明は、入力電圧が電源電圧を越えた際に発生する出力位相反転に対して対策を施した演算増幅器に関するものである。   The present invention relates to an operational amplifier that takes measures against output phase inversion that occurs when an input voltage exceeds a power supply voltage.

反転防止対策を施していない演算増幅器では、入力電圧が低電位側電源電圧よりも低下した場合、例えば、低電位側電源電圧が0Vで入力電圧が−8V程度に低下した場合では、図5に示すように出力電圧が変化し、出力位相反転現象を引き起こす。そこで、従来では、例え入力電圧が低電位側電源電圧よりも低下した場合であっても、出力電圧が位相反転せず、図6に示すような特性が得られるように、出力位相反転防止対策を施している。   In an operational amplifier that does not take inversion prevention measures, when the input voltage is lower than the low-potential-side power supply voltage, for example, when the low-potential-side power supply voltage is 0 V and the input voltage is reduced to about −8 V, FIG. As shown, the output voltage changes, causing an output phase inversion phenomenon. Therefore, conventionally, even if the input voltage is lower than the low-potential side power supply voltage, the output voltage is not phase-inverted, and the output phase inversion prevention measure is obtained so that the characteristics shown in FIG. 6 can be obtained. Has been given.

図7はこの出力位相反転防止対策を施した従来の演算増幅器の構成を示す回路図である(例えば、特許文献1の図1参照)。この演算増幅器は入力回路10Aと出力回路20Aから構成されている。入力回路10Aは、差動回路を構成するPNPトランジスタQ1,Q2および電流源I1、その差動回路の負荷抵抗R2A,R2B、出力位相反転防止用のダイオードD1A,D1Bを備える。また、出力回路20Aは、カレントミラー回路を構成するPNPトランジスタQ3,Q4、入力回路10Aの負荷抵抗R2A,R2Bに接続されたNPNトランジスタQ5,Q6、およびそのトランジスタQ5,Q6にベースバイアスを与える電流源I4、ダイオードD3および抵抗R3からなる直列回路、を備える。11は反転入力端子、12は非反転入力端子、21は出力端子である。D2A,D2BはトランジスタQ1,Q2のコレクタ・ベース間に形成される寄生ダイオードである。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional operational amplifier in which this output phase inversion prevention measure is taken (see, for example, FIG. 1 of Patent Document 1). This operational amplifier is composed of an input circuit 10A and an output circuit 20A. The input circuit 10A includes PNP transistors Q1 and Q2 and a current source I1 constituting a differential circuit, load resistors R2A and R2B of the differential circuit, and diodes D1A and D1B for preventing output phase inversion. The output circuit 20A includes PNP transistors Q3 and Q4 constituting a current mirror circuit, NPN transistors Q5 and Q6 connected to the load resistors R2A and R2B of the input circuit 10A, and a current for applying a base bias to the transistors Q5 and Q6. A series circuit comprising a source I4, a diode D3 and a resistor R3. 11 is an inverting input terminal, 12 is a non-inverting input terminal, and 21 is an output terminal. D2A and D2B are parasitic diodes formed between the collectors and bases of the transistors Q1 and Q2.

この演算増幅器について、非反転入力端子12の電圧が低電位側電源電圧VEEより低下した時の動作を用い、出力位相反転防止動作を説明する。電圧VEE=0Vとし、非反転入力端子12の入力電圧VIN+が、VIN+<−0.7[V]となったとき、トランジスタQ2の寄生ダイオードD2Bを通じて電流ID2Bが流れる。同時に、非反転入力端子12に接続されたダイオードD1Bを通して電流ID1Bが流れる。このように、電流ID2B,D1Bが流れることによって、ノードN1、N2の電圧VN1,VN2が低下する。 With respect to this operational amplifier, the output phase inversion prevention operation will be described using the operation when the voltage at the non-inverting input terminal 12 is lower than the low-potential side power supply voltage VEE. When the voltage VEE = 0V and the input voltage VIN + of the non-inverting input terminal 12 becomes VIN + <− 0.7 [V], the current ID2B flows through the parasitic diode D2B of the transistor Q2. At the same time, a current ID1B flows through the diode D1B connected to the non-inverting input terminal 12. As described above, when the currents I D2B and I D1B flow, the voltages V N1 and V N2 of the nodes N1 and N2 are lowered.

ダイオードD1Bのアノート゛・カソード間電圧をVAKD1B、寄生ダイオードD2Bのアノート゛・カソード間電圧をVAKD2Bとすると、電源VEEからノードN2を経由してダイオードD1Bを流れる電流をIN2、電源VEEからノードN1を経由して寄生ダイオードD2Bに流れる電流をIN1、トランジスタQ1,Q2の逆方向飽和電流をIs、Vを熱電圧、n1,n2を単位素子面積に対する倍率とすると、

Figure 0005022318
となる。このとき、出力位相反転を生じさせないためには、VN1>VN2が常に維持される必要がある。 Assuming that the voltage between the anode and cathode of the diode D1B is V AKD1B and the voltage between the anode and cathode of the parasitic diode D2B is V AKD2B , the current flowing from the power supply VEE through the node N2 through the diode D1B is I N2 , and the node N1 from the power supply VEE is the node N1 the current flowing through the parasitic diode D2B via the I N1, is the reverse saturation current of the transistors Q1, Q2, thermal voltage V T, when the ratio to a unit device area of n1, n2,
Figure 0005022318
It becomes. At this time, in order not to cause the output phase inversion, it is necessary to always maintain V N1 > V N2 .

近似的に電流IN1,IN2がほぼ同じであるとし、出力端子21の電圧がマージンをもって低く維持するために熱電圧分の電位差が必要であるとすると、式(1)、(2)より、

Figure 0005022318
となる。 Assuming that the currents I N1 and I N2 are approximately the same, and that the potential difference for the thermal voltage is necessary to keep the voltage at the output terminal 21 low with a margin, the equations (1) and (2) ,
Figure 0005022318
It becomes.

式(3)は、十分な出力位相反転防止効果を得るためには、ダイオードD1Bは寄生ダイオードD2Bよりも2.7倍の面積を持つ必要があることを示す。これは、出力位相反転防止のためにダイオードD1A,D1Bの素子に大きな面積を必要とすることを示す。通常、演算増幅器はオフセット電圧特性のためにトランジスタQ1,Q2の素子面積を大きくするため、ダイオードD1A,D1Bも大きな面積が必要となり、素子面積が制限されている場合には実現が難しくなる。   Equation (3) indicates that the diode D1B needs to have an area 2.7 times that of the parasitic diode D2B in order to obtain a sufficient output phase inversion prevention effect. This indicates that a large area is required for the elements of the diodes D1A and D1B in order to prevent output phase inversion. Usually, the operational amplifier increases the element area of the transistors Q1 and Q2 due to the offset voltage characteristics, so that the diodes D1A and D1B also require a large area, which is difficult to realize when the element area is limited.

一方、反転入力端子11および非反転入力端子12の入力電圧が低電位側電源電圧VEEよりも0.7V以下となった場合、ノードN1,N2の電圧VN1,VN2が電圧VEEよりも低くなる。出力回路20AのトランジスタQ5のベース・エミッタ間電圧VBEQ5、トランジスタQ6のベース・エミッタ間電圧VBEQ6がそれぞれ約0.7[V]とすると、トランジスタQ5,Q6のベースのノードN3の電圧VN3

Figure 0005022318
となる。 On the other hand, when the input voltages of the inverting input terminal 11 and the non-inverting input terminal 12 become 0.7 V or less than the low potential side power supply voltage VEE, the voltages V N1 and V N2 of the nodes N1 and N2 are lower than the voltage VEE. Become. The base-emitter voltage V BEQ5 of the transistor Q5 of the output circuit 20A, the base-emitter voltage V BEQ6 of the transistor Q6 is about 0.7 [V], respectively, the voltage V N3 of the base of the node N3 of the transistors Q5, Q6 Is
Figure 0005022318
It becomes.

N3<0.7[V]となった場合、ダイオードD3に流れてノードN3のベース電圧を維持していた電流源I4の電流IがダイオードD3に流れず、すべてトランジスタQ5,Q6のベースに流入する。このとき、電流IがトランジスタQ5,Q6のベースに均等に流入したとすると、トランジスタQ5のコレクタ電流IC5とトランジスタQ6のコレクタ電流IC6は、NPNトランジスタの電流増幅率をβとすると、

Figure 0005022318
=10μA、β=200とすると、式(5)、(6)より、
Figure 0005022318
となる。この式(7)は、出力位相反転防止動作中に大きな回路電流が流れることを示す。 When V N3 <0.7 [V], the current I 4 of the current source I 4 that has flowed through the diode D 3 and maintained the base voltage of the node N 3 does not flow into the diode D 3, and all of the bases of the transistors Q 5 and Q 6 Flow into. At this time, when the current I 4 is uniformly flows to the base of transistor Q5, Q6, the collector current I C6 of the collector current I C5 of the transistor Q6 of the transistor Q5, the current amplification factor of the NPN transistor when the beta N,
Figure 0005022318
Assuming that I 4 = 10 μA and β N = 200, from equations (5) and (6),
Figure 0005022318
It becomes. This equation (7) indicates that a large circuit current flows during the output phase inversion prevention operation.

図8に非反転入力端子12の入力電圧VIN+が変化したときのトランジスタQ5,Q6のコレクタ電流ICQ5、ICQ6を確認したシミュレーション回路図を示す。ここでは、出力端子21を5kΩの抵抗を介して反転入力端子11に接続し、抵抗R2A=R2B=2kΩ、R3=1kΩとし、電流源I1の電流I=50μA、電流源I4の電流I=10μAとし、非反転入力端子12には5kΩの抵抗を介して入力電圧E1を印加し、高電位側電源端子VCCと低電位側電源端子VEEの間には5Vの電圧を印加した。また、図9にそのシミュレーション結果を示す。非反転入力端子12の入力電圧VIN+の低下に伴い、トランジスタQ5,Q6のコレクタ電流ICQ5、ICQ6が大幅に増加していることが示されている。
特開2001−308656号公報
FIG. 8 shows a simulation circuit diagram in which the collector currents I CQ5 and I CQ6 of the transistors Q5 and Q6 are confirmed when the input voltage VIN + of the non-inverting input terminal 12 changes. Here, the output terminal 21 is connected to the inverting input terminal 11 via a resistor of 5 kΩ, the resistors R2A = R2B = 2 kΩ, R3 = 1 kΩ, the current I 1 of the current source I1 = 50 μA, and the current I 4 of the current source I4. The input voltage E1 was applied to the non-inverting input terminal 12 via a 5 kΩ resistor, and a voltage of 5 V was applied between the high potential side power supply terminal VCC and the low potential side power supply terminal VEE. FIG. 9 shows the simulation result. It is shown that the collector currents I CQ5 and I CQ6 of the transistors Q5 and Q6 greatly increase as the input voltage VIN + of the non-inverting input terminal 12 decreases.
JP 2001-308656 A

従来の演算増幅器では、出力位相反転を防止するためにダイオードD1A,D1Bに大きな素子面積を必要とする。また出力位相反転防止回路が動作している際に、図9に示したように、出力回路20Aに大きな電流が流れるために、演算増幅器の消費電流が増加し、回路動作が不安定な状態となり、また大きな電流に対応する回路配線が必要となるために配線面積の増大を招く。   In the conventional operational amplifier, a large element area is required for the diodes D1A and D1B in order to prevent output phase inversion. Further, when the output phase inversion prevention circuit is operating, as shown in FIG. 9, since a large current flows through the output circuit 20A, the consumption current of the operational amplifier increases and the circuit operation becomes unstable. Further, since circuit wiring corresponding to a large current is required, the wiring area is increased.

本発明の目的は、入力回路では、面積を増やすことなく確実に出力位相反転を防止し、また、出力回路では、出力位相反転防止動作の際に電流が増えることがなく、消費電流の増加がなく、安定な回路動作を実現でき、また内部配線へ考慮を必要とせず、回路面積が増大しないようにした演算増幅器を提供することである。   An object of the present invention is to reliably prevent output phase inversion without increasing the area in the input circuit, and in the output circuit, current does not increase during the output phase inversion prevention operation, and current consumption increases. It is an object of the present invention to provide an operational amplifier that can realize a stable circuit operation, does not require consideration for internal wiring, and does not increase the circuit area.

上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明の演算増幅器は、第1の導電型の第1および第2のトランジスタのエミッタを第1の電流源を介して第1の電源端子に接続した差動回路と、前記第1および第2のトランジスタのコレクタと第2の電源端子との間にそれぞれ接続された第1および第2の負荷と、前記第1のトランジスタのベースと第1の入力端子との間に接続された第1の抵抗および前記第2のトランジスタのベースと第2の入力端子との間に接続された第2の抵抗と、前記第1のトランジスタのコレクタと前記第1の負荷との第1の共通接続点と前記第2の入力端子との間に前記第2の入力端子側をカソードとするよう接続された第1のダイオードと、前記第2のトランジスタのコレクタと前記第2の負荷との第2の共通接続点と前記第1の入力端子との間に前記第1の入力端子側をカソードとするよう接続された第2のダイオードと、を備えることを特徴とする。
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の演算増幅器において、第1のカレントミラー回路と、該第1のカレントミラー回路の入力側にコレクタが接続され前記第2の共通接続点にエミッタが接続された第2の導電型の第3のトランジスタと、前記第1のカレントミラー回路の出力側にコレクタが接続され前記第1の共通接続点にエミッタが接続された前記第2の導電型の第4のトランジスタと、該第3および第4のトランジスタのベースと前記第1の電源端子との間に接続された第2の電流源とを備え、前記第4のトランジスタのコレクタが出力端子に接続されたことを特徴とする。
請求項3にかかる発明は、請求項2に記載の演算増幅器において、前記第2の電流源が、前記第1の電源端子に一端が接続された第3の電流源と、該第3の電流源の他端にエミッタが共通接続された前記第1の導電型の第5および第6のトランジスタからなるカレントミラー回路と、ベースが該カレントミラー回路の入力側に接続されコレクタが前記第3の電流源に接続されエミッタが前記第2の電源端子に接続された第7のトランジスタとを備え、前記カレントミラー回路の出力側を前記第3および第4のトランジスタのベースに接続したことを特徴とする。
To achieve the above object, an operational amplifier according to a first aspect of the present invention connects the emitters of first and second transistors of the first conductivity type to a first power supply terminal via a first current source. The differential circuit, the first and second loads connected between the collectors of the first and second transistors and the second power supply terminal, respectively, the base of the first transistor and the first load A first resistor connected between the input terminal and a second resistor connected between a base of the second transistor and a second input terminal; a collector of the first transistor; and the first resistor. A first diode connected between a first common connection point with one load and the second input terminal so that the second input terminal side is a cathode; and a collector of the second transistor And the second common with the second load Characterized in that it comprises a second diode connected to the cathode of the first input terminal side between the and the attachment point first input terminal.
According to a second aspect of the present invention, in the operational amplifier according to the first aspect, a first current mirror circuit, a collector is connected to an input side of the first current mirror circuit, and an emitter is connected to the second common connection point. A third transistor of the second conductivity type connected to the first current mirror circuit, and a second transistor of the second conductivity type having a collector connected to the output side of the first current mirror circuit and an emitter connected to the first common connection point. And a second current source connected between the bases of the third and fourth transistors and the first power supply terminal, and the collector of the fourth transistor is an output terminal. It is characterized by being connected to.
According to a third aspect of the present invention, in the operational amplifier according to the second aspect, the second current source includes a third current source having one end connected to the first power supply terminal, and the third current. A current mirror circuit composed of fifth and sixth transistors of the first conductivity type commonly connected to the other end of the source; a base connected to the input side of the current mirror circuit; and a collector connected to the third mirror And a seventh transistor having an emitter connected to the second power supply terminal and an output side of the current mirror circuit connected to bases of the third and fourth transistors. To do.

本発明によれば、入力回路の面積を増やすことなく確実に出力位相反転を防止することができる。また、出力回路では出力位相反転防止動作の際に電流が増えることがなく、演算増幅器の消費電流の増加がなく、安定な回路動作を実現でき、また内部配線へ考慮を必要としないため、回路面積が増大しない。   According to the present invention, output phase inversion can be reliably prevented without increasing the area of the input circuit. Also, in the output circuit, the current does not increase during the output phase inversion prevention operation, the current consumption of the operational amplifier does not increase, stable circuit operation can be realized, and there is no need to consider internal wiring. The area does not increase.

図1は本発明の1つの実施例の演算増幅器の構成を示す回路図である。この演算増幅器は入力回路10と出力回路20から構成されている。入力回路10は、差動回路を構成するPNPトランジスタQ1,Q2および電流源I1、その差動回路の負荷抵抗R2A,R2B、出力位相反転防止用のダイオードD1A,D1B、および抵抗R1A,R1Bを備える。また、出力回路20は、カレントミラー回路を構成するPNPトランジスタQ3,Q4、入力回路10の負荷抵抗R2A,R2Bに接続されたNPNトランジスタQ5,Q6、およびそのトランジスタQ5,Q6にベースバイアスを与える電流源I2を備える。11は反転入力端子、12は非反転入力端子、21は出力端子である。D2A,D2BはトランジスタQ1,Q2のコレクタ・ベース間に形成される寄生ダイオードである。図7で説明した従来の演算増幅器とは、入力回路10において、トランジスタQ1,Q2のベースにそれぞれ抵抗R1A,R1Bを接続したこと、出力回路20において、トランジスタQ5,Q6のベースバイアスを電流源I2のみで行ったこと、が異なる。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an operational amplifier according to one embodiment of the present invention. This operational amplifier is composed of an input circuit 10 and an output circuit 20. The input circuit 10 includes PNP transistors Q1 and Q2 and a current source I1 constituting a differential circuit, load resistors R2A and R2B of the differential circuit, diodes D1A and D1B for preventing output phase inversion, and resistors R1A and R1B. . The output circuit 20 includes PNP transistors Q3 and Q4 constituting a current mirror circuit, NPN transistors Q5 and Q6 connected to the load resistors R2A and R2B of the input circuit 10, and a current for applying a base bias to the transistors Q5 and Q6. Source I2 is provided. 11 is an inverting input terminal, 12 is a non-inverting input terminal, and 21 is an output terminal. D2A and D2B are parasitic diodes formed between the collectors and bases of the transistors Q1 and Q2. In the conventional operational amplifier described with reference to FIG. 7, the resistors R1A and R1B are connected to the bases of the transistors Q1 and Q2 in the input circuit 10, respectively, and the base bias of the transistors Q5 and Q6 is used as the current source I2 The only thing that went on is different.

なお、請求項との関係では、トランジスタQ1は第1のトランジスタ、トランジスタQ2は第2のトランジスタ、トランジスタQ5は第3のトランジスタ、トランジスタQ6は第4のトランジスタに、それぞれ相当する。   In relation to the claims, the transistor Q1 corresponds to a first transistor, the transistor Q2 corresponds to a second transistor, the transistor Q5 corresponds to a third transistor, and the transistor Q6 corresponds to a fourth transistor.

この演算増幅器について、非反転入力端子12の入力電圧が低電位側電源電圧VEEより低下した時の動作を用い、出力位相反転防止動作を説明する。電圧VEE=0Vとし、非反転入力端子電圧12の入力電圧VIN+が、VIN+<−0.7[V]となったとき、トランジスタQ2の寄生ダイオードD2Bを通じて電流ID2Bが流れる。同時に、非反転入力端子12に接続されたダイオードD1Bを通して電流ID1Bが流れる。従来例では、ダイオードD2BはトランジスタQ2の寄生ダイオードD2Bに対して2.7倍の面積が必要
となるが、本発明ではより小さいダイオード面積で出力位相反転防止を実現できる。
The operation of the output phase inversion will be described using the operation when the input voltage of the non-inverting input terminal 12 is lower than the low-potential side power supply voltage VEE for this operational amplifier. When the voltage VEE = 0V and the input voltage VIN + of the non-inverting input terminal voltage 12 becomes VIN + <− 0.7 [V], the current ID2B flows through the parasitic diode D2B of the transistor Q2. At the same time, a current ID1B flows through the diode D1B connected to the non-inverting input terminal 12. In the conventional example, the diode D2B requires an area 2.7 times that of the parasitic diode D2B of the transistor Q2. However, in the present invention, output phase inversion prevention can be realized with a smaller diode area.

トランジスタQ2の寄生ダイオードD2Bの素子面積に対し、ダイオードD1Bの素子面積が1/10として、出力位相反転防止動作を説明する。トランジスタQ2の寄生ダイオードD2Bのアノード・カソード間電圧VAKD2B=0.7[V]であると仮定した場合、ダイオードD1Bのアノード・カソード間電圧VAKD1Bは、

Figure 0005022318
と近似できる。 The output phase inversion preventing operation will be described assuming that the element area of the diode D1B is 1/10 of the element area of the parasitic diode D2B of the transistor Q2. Assuming that the anode-cathode voltage V AKD2B of the parasitic diode D2B of the transistor Q2 is 0.7 [V], the anode-cathode voltage V AKD1B of the diode D1B is
Figure 0005022318
Can be approximated.

負荷抵抗R2A,R2Bの抵抗値をRとし、抵抗R1A,R1Bの抵抗値をRとしたとき、VEE→抵抗R2B→ノードN1→寄生ダイオードD2B→抵抗R1B→非反転入力端子12に流れる電流をIN1、VEE→抵抗R2A→ノードN2→ダイオードD1B→非反転入力端子12に流れる電流をIN2とすると、

Figure 0005022318
となる。ノードN1、N2の電圧VN1,VN2は、式(8)、(9)より
Figure 0005022318
となる。 Load resistor R2A, the resistance value of R2B and R 2, resistors R1A, when the resistance value of R1B was R 1, VEE → resistor R2B → node N1 → parasitic diode D2B → resistor R1B → current flowing through the non-inverting input terminal 12 I N1 , VEE → resistor R2A → node N2 → diode D1B → current flowing through the non-inverting input terminal 12 is I N2 .
Figure 0005022318
It becomes. The voltages V N1 and V N2 of the nodes N1 and N2 are obtained from the equations (8) and (9).
Figure 0005022318
It becomes.

出力位相反転を防止するには、電圧VN1>VN2が常に維持される必要がある。出力端子12の電圧がマージンをもって十分低く維持するために、熱電圧V分の電位差が必要であるとすると、式(10),(11)より、

Figure 0005022318
となる。R=10kΩ、VIN+=−5[V]とすると、出力位相反転を防止するために必要な抵抗R1Bの抵抗値Rは、式(12)より、
Figure 0005022318
となる。以上により、トランジスタQ2の寄生ダイオードD2Bに対し、1/10の面積のダイオードD1Bおよび小さな値の抵抗R1Bによって、確実に出力位相反転を防止することができる。 In order to prevent output phase inversion, the voltage V N1 > V N2 needs to be maintained at all times. For the voltage of the output terminal 12 is kept low enough with a margin, when a potential difference of the thermal voltage V T min is assumed to be necessary, the formula (10) and (11),
Figure 0005022318
It becomes. When R 2 = 10 kΩ and V IN + = −5 [V], the resistance value R 1 of the resistor R 1 B necessary to prevent the output phase inversion is calculated from the equation (12):
Figure 0005022318
It becomes. As described above, the output phase inversion can be reliably prevented by the diode D1B having the area of 1/10 and the resistor R1B having a small value with respect to the parasitic diode D2B of the transistor Q2.

次に、出力回路20での本発明の動作を説明する。従来の演算増幅器では、トランジスタQ5,Q6のベース電位は、ダイオードD3や抵抗R3などによるバイアス回路により決定されていた。これに対し、本実施例ではトランジスタQ5、Q6のベースが共通に電流源I2に接続されている。   Next, the operation of the present invention in the output circuit 20 will be described. In the conventional operational amplifier, the base potentials of the transistors Q5 and Q6 are determined by a bias circuit including a diode D3 and a resistor R3. On the other hand, in this embodiment, the bases of the transistors Q5 and Q6 are commonly connected to the current source I2.

トランジスタQ5のべース・エミッタ間電圧VBEQ5とトランジスタQ6のベース・エミッタ間電圧VBEQ6は、トランジスタQ5のベース電流IBQ5とトランジスタQ6のベース電流IBQ6により、

Figure 0005022318
また、ベース電流IBQ5とIBQ6は電流源I2の電流Iより、
Figure 0005022318
である。ノードN3の電圧VN3は、ノードN1,N2の電圧VN1,VN2と、式(14),(15)より、
Figure 0005022318
となる。 The base-emitter voltage V BEQ6 transistor Q5 Nobesu-emitter voltage V BEQ5 and transistor Q6, the base current I BQ6 base current I BQ5 the transistor Q6 of the transistor Q5,
Figure 0005022318
The base currents I BQ5 and I BQ6 are derived from the current I 2 of the current source I2,
Figure 0005022318
It is. The voltage V N3 of the node N3 is obtained from the voltages V N1 and V N2 of the nodes N1 and N2, and the equations (14) and (15),
Figure 0005022318
It becomes.

ノードN1,N2の電圧VN1,VN2が、低電位側電源電圧VEEよりも−0.7[V]以下となった場合、ノードN3の電圧VN3も式(17)に従い低下する。この時、ベース電流IBQ5とIBQ6の和は、電流源I2の電流Iにより一定であるため、VN3に依らず一定となる。 When the voltages V N1 and V N2 of the nodes N1 and N2 become −0.7 [V] or lower than the low potential side power supply voltage VEE, the voltage V N3 of the node N3 also decreases according to the equation (17). At this time, the sum of the base currents I BQ5 and I BQ6 is constant depending on the current I 2 of the current source I2, and thus is constant regardless of V N3 .

電流源I2の電流Iが、トランジスタQ5とトランジスタQ6のベースに均等に流入したとし、I=100nA,β=200とすると、トランジスタQ5のコレクタ電流ICQ5とトランジスタQ6のコレクタ電流ICQ6は、

Figure 0005022318
となる。式(18)のように、本実施例の演算増幅器では、出力位相反転防止動作中にも大きな回路電流が流れることがないため、予期せぬ大電流による回路誤動作の心配がなく、大きな電流に対応する回路配線が不要となる。 Current I 2 of the current source I2, and was uniformly flow into the base of the transistor Q5 and the transistor Q6, I 2 = 100 nA, when the beta N = 200, the collector current I of the collector current I CQ5 the transistor Q6 of the transistor Q5 Cq6 Is
Figure 0005022318
It becomes. As shown in equation (18), in the operational amplifier of this embodiment, since a large circuit current does not flow even during the output phase inversion prevention operation, there is no fear of a circuit malfunction due to an unexpected large current, and a large current is generated. Corresponding circuit wiring becomes unnecessary.

図2に電流源I2の電流I=100nAとし、非反転入力端子12の入力電圧VIN+が変化したときのトランジスタQ5,Q6のコレクタ電流ICQ5,ICQ6を確認したシミュレーション回路図を示す。ここでは、出力端子21を5kΩの抵抗を介して反転入力端子11に接続し、抵抗R1A=R1B=200Ω、R2A=R2B=2kΩとし、電流源I1の電流I=50μAとし、非反転入力端子12には5kΩの抵抗を介して入力電圧E1を印加し、高電位側電源端子VCCと低電位側電源端子VEEの間には5Vの電圧を印加した。また、図3にそのシミュレーション結果を示す。トランジスタQ5,Q6のコレクタ電流ICQ5,ICQ6を合わせた電流値は、非反転入力端子12の電圧VIN+に依存せず、一定であることが示されている。 A current I 2 = 100 nA current source I2 in Figure 2, shows the transistors Q5, Q6 simulation circuit diagram confirming collector current I CQ5, I Cq6 of when the non-inverting input voltage of the input terminal 12 V IN + is changed. Here, the output terminal 21 is connected to the inverting input terminal 11 via a resistor of 5 kΩ, the resistors R1A = R1B = 200Ω, R2A = R2B = 2 kΩ, the current I 1 of the current source I1 = 50 μA, and the non-inverting input terminal An input voltage E1 was applied to 12 via a 5 kΩ resistor, and a voltage of 5 V was applied between the high potential side power supply terminal VCC and the low potential side power supply terminal VEE. FIG. 3 shows the simulation result. It is shown that the total current value of the collector currents I CQ5 and I CQ6 of the transistors Q5 and Q6 does not depend on the voltage VIN + of the non-inverting input terminal 12 and is constant.

図4は出力回路20の電流源I2の部分を具体化した演算増幅器の回路図である。電流源I2は、電流源I3、カレントミラー回路を構成するPNPトランジスタQ7,Q8、およびNPNトランジスタQ9から構成されている。なお、請求項との関係では、トランジスタQ7は第5のトランジスタ、トランジスタQ8は第6のトランジスタ、トランジスタQ9は第7のトランジスタに、それぞれ相当する。   FIG. 4 is a circuit diagram of an operational amplifier that embodies the current source I2 of the output circuit 20. The current source I2 includes a current source I3, PNP transistors Q7 and Q8 constituting a current mirror circuit, and an NPN transistor Q9. In relation to the claims, the transistor Q7 corresponds to a fifth transistor, the transistor Q8 corresponds to a sixth transistor, and the transistor Q9 corresponds to a seventh transistor.

電流源I3の電流Iにより、トランジスタQ9にコレクタ電流ICQ9が流れた場合、そのトランジスタQ9のベース電流IBQ9は、

Figure 0005022318
となる。 The current I 3 of the current source I3, when the collector current I CQ9 flows through the transistor Q9, the base current I BQ9 of transistor Q9,
Figure 0005022318
It becomes.

トランジスタQ9のベース電流IBQ9は、トランジスタQ7,Q8からなるカレントミラー回路により、トランジスタQ5,Q6のベースに流入する。トランジスタQ7とトランジスタQ8が同じ大きさであり、ノードN1,N2の電圧VN1、VN2が、VN1=VN2である場合、トランジスタQ5,Q6のコレクタ電流ICQ5,ICQ6は、式(19)より、

Figure 0005022318
となる。 The base current IBQ9 of the transistor Q9 flows into the bases of the transistors Q5 and Q6 by the current mirror circuit composed of the transistors Q7 and Q8. When the transistors Q7 and Q8 have the same size and the voltages V N1 and V N2 of the nodes N1 and N2 are V N1 = V N2 , the collector currents I CQ5 and I CQ6 of the transistors Q5 and Q6 are expressed by the equation ( 19)
Figure 0005022318
It becomes.

このような構成の電流源I2を使用することにより、出力位相反転防止動作中にも大きな回路電流が流れることなく、且つ式(20)のように、トランジスタQ5,Q6のコレクタ電流を容易に設定することができる。   By using the current source I2 having such a configuration, a large circuit current does not flow even during the output phase inversion prevention operation, and the collector currents of the transistors Q5 and Q6 can be easily set as shown in Equation (20). can do.

なお、以上説明した本実施例の演算増幅器において、PNPトランジスタをNPNトランジスタに置き換え、NPNトランジスタをPNPトランジスタに置き換え、ダイオードD2A,D2Bの向きを逆にし、電流源I1〜I3の向きを逆にし、高電位側電源端子VCCと低電位側電源端子VEEを反対にしても良い。このときは、反転入力端子11、非反転入力端子12の入力電圧が高電位電源電圧VCCを越えた際に、同様に動作する。   In the operational amplifier of this embodiment described above, the PNP transistor is replaced with an NPN transistor, the NPN transistor is replaced with a PNP transistor, the directions of the diodes D2A and D2B are reversed, and the directions of the current sources I1 to I3 are reversed. The high potential side power supply terminal VCC and the low potential side power supply terminal VEE may be reversed. At this time, the same operation is performed when the input voltages of the inverting input terminal 11 and the non-inverting input terminal 12 exceed the high potential power supply voltage VCC.

本発明の実施例の演算増幅器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the operational amplifier of the Example of this invention. 図1の演算増幅器のシミュレーションのための回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram for simulation of the operational amplifier of FIG. 1. 図2のシミュレーション回路で得られたトランジスタQ5,Q6のコレクタ電流の特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram of collector currents of transistors Q5 and Q6 obtained by the simulation circuit of FIG. 図1の演算増幅器の電流源I2の部分を具体化した演算増幅器の構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of an operational amplifier that embodies a current source I2 portion of the operational amplifier of FIG. 1; 出力位相反転防止対策を施さない演算増幅器の入出力波形図である。It is an input / output waveform diagram of an operational amplifier that does not take measures to prevent output phase inversion. 出力位相反転防止対策を施した演算増幅器の入出力波形図である。FIG. 6 is an input / output waveform diagram of an operational amplifier in which measures for preventing output phase inversion are taken. 出力位相反転防止対策を施した従来の演算増幅器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the conventional operational amplifier which took the countermeasure against output phase inversion. 図7の演算増幅器のシミュレーションのための回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram for simulation of the operational amplifier of FIG. 7. 図8のシミュレーション回路で得られたトランジスタQ5,Q6のコレクタ電流の特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram of collector currents of transistors Q5 and Q6 obtained by the simulation circuit of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10,10A:入力回路、11:反転入力端子、12:非反転入力端子
20,20A:出力回路、21:出力端子
10, 10A: input circuit, 11: inverting input terminal, 12: non-inverting input terminal 20, 20A: output circuit, 21: output terminal

Claims (3)

第1の導電型の第1および第2のトランジスタのエミッタを第1の電流源を介して第1の電源端子に接続した差動回路と、
前記第1および第2のトランジスタのコレクタと第2の電源端子との間にそれぞれ接続された第1および第2の負荷と、
前記第1のトランジスタのベースと第1の入力端子との間に接続された第1の抵抗および前記第2のトランジスタのベースと第2の入力端子との間に接続された第2の抵抗と、
前記第1のトランジスタのコレクタと前記第1の負荷との第1の共通接続点と前記第2の入力端子との間に前記第2の入力端子側をカソードとするよう接続された第1のダイオードと、
前記第2のトランジスタのコレクタと前記第2の負荷との第2の共通接続点と前記第1の入力端子との間に前記第1の入力端子側をカソードとするよう接続された第2のダイオードと、
を備えることを特徴とする演算増幅器。
A differential circuit in which emitters of first and second transistors of a first conductivity type are connected to a first power supply terminal via a first current source;
First and second loads connected between the collectors of the first and second transistors and a second power supply terminal, respectively;
A first resistor connected between the base of the first transistor and a first input terminal and a second resistor connected between the base of the second transistor and a second input terminal; ,
The first input connected between the first common connection point of the collector of the first transistor and the first load and the second input terminal so that the second input terminal side is a cathode. A diode,
The second input terminal is connected between the second common connection point of the collector of the second transistor and the second load and the first input terminal so that the first input terminal side is a cathode. A diode,
An operational amplifier comprising:
請求項1に記載の演算増幅器において、
第1のカレントミラー回路と、
該第1のカレントミラー回路の入力側にコレクタが接続され前記第2の共通接続点にエミッタが接続された第2の導電型の第3のトランジスタと、
前記第1のカレントミラー回路の出力側にコレクタが接続され前記第1の共通接続点にエミッタが接続された前記第2の導電型の第4のトランジスタと、
該第3および第4のトランジスタのベースと前記第1の電源端子との間に接続された第2の電流源とを備え、
前記第4のトランジスタのコレクタが出力端子に接続されたことを特徴とする演算増幅器。
The operational amplifier according to claim 1,
A first current mirror circuit;
A third transistor of the second conductivity type having a collector connected to the input side of the first current mirror circuit and an emitter connected to the second common connection point;
A second transistor of the second conductivity type having a collector connected to the output side of the first current mirror circuit and an emitter connected to the first common connection point;
A second current source connected between the bases of the third and fourth transistors and the first power supply terminal;
An operational amplifier, wherein the collector of the fourth transistor is connected to an output terminal.
請求項2に記載の演算増幅器において、前記第2の電流源は、
前記第1の電源端子に一端が接続された第3の電流源と、
該第3の電流源の他端にエミッタが共通接続された前記第1の導電型の第5および第6のトランジスタからなるカレントミラー回路と、
ベースが該カレントミラー回路の入力側に接続されコレクタが前記第3の電流源に接続されエミッタが前記第2の電源端子に接続された第7のトランジスタとを備え、
前記カレントミラー回路の出力側を前記第3および第4のトランジスタのベースに接続したことを特徴とする演算増幅器。
3. The operational amplifier according to claim 2, wherein the second current source is
A third current source having one end connected to the first power supply terminal;
A current mirror circuit comprising fifth and sixth transistors of the first conductivity type, the emitter of which is commonly connected to the other end of the third current source;
A seventh transistor having a base connected to the input side of the current mirror circuit, a collector connected to the third current source, and an emitter connected to the second power supply terminal;
An operational amplifier characterized in that an output side of the current mirror circuit is connected to bases of the third and fourth transistors.
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