JP5406634B2 - Operational amplifier - Google Patents

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本発明は、スルーレート増大を図った演算増幅器に関するものである。   The present invention relates to an operational amplifier with an increased slew rate.

演算増幅器では、高速かつ安定性の高いパルス応答特性を持つことが理想とされる。一般的な演算増幅器では、帰還回路での安定性を確保するための位相補償用コンデンサが備え付けられており、高速化するためには、このコンデンサの容量を小さくするか、このコンデンサに流れる電流を増大させる必要がある。しかし、これらの方法で高速化を実現しようとすると、演算増幅器の安定性が低下する。   In an operational amplifier, it is ideal to have a high-speed and highly stable pulse response characteristic. In general operational amplifiers, a phase compensation capacitor is provided to ensure stability in the feedback circuit. To increase the speed, the capacitance of the capacitor is reduced or the current flowing through the capacitor is reduced. Need to increase. However, if it is attempted to increase the speed by these methods, the stability of the operational amplifier decreases.

図9に、特許文献1の図5に記載の演算増幅器10の構成例を示す。この演算増幅器は、高電圧電源線V+と低電圧電源線V−の電圧範囲内で、正転入力端子IN+と反転入力端子IN−の間に入力された電圧信号の差分を増幅し、単相の電圧信号として出力する差動増幅回路と、単相の電圧信号を増幅して出力する高入力インピーダンスの電圧増幅器Gm、増幅された電圧信号を低出力インピーダンスで出力端子OUTに出力するためのバッファ回路BF、増幅された電圧信号の周波数特性に極をつくることで位相余裕を増加させ、帰還回路構成時の演算増幅器の安定性を保つ位相補償用コンデンサCcで構成される。   FIG. 9 shows a configuration example of the operational amplifier 10 shown in FIG. This operational amplifier amplifies the difference between the voltage signals input between the non-inverting input terminal IN + and the inverting input terminal IN− within the voltage range of the high-voltage power supply line V + and the low-voltage power supply line V−. A differential amplifier circuit that outputs a voltage signal as a voltage, a high-impedance voltage amplifier Gm that amplifies and outputs a single-phase voltage signal, and a buffer for outputting the amplified voltage signal to the output terminal OUT with a low output impedance The circuit BF is composed of a phase compensation capacitor Cc that increases the phase margin by creating a pole in the frequency characteristic of the amplified voltage signal and maintains the stability of the operational amplifier when the feedback circuit is configured.

ここで、Q1、Q2はPNP型のトランジスタ、Q3、Q4はNPN型のトランジスタ、CS1は電流I1の定電流源であり、トランジスタQ1,Q2と定電流源CS1は差動回路を構成し、トランジスタQ3,Q4は能動負荷としてカレントミラー回路を構成する。これらトランジスタQ1〜Q4と定電流源CS1で差動増幅回路が構成される。   Here, Q1 and Q2 are PNP type transistors, Q3 and Q4 are NPN type transistors, CS1 is a constant current source of current I1, and the transistors Q1 and Q2 and the constant current source CS1 constitute a differential circuit. Q3 and Q4 constitute a current mirror circuit as an active load. These transistors Q1 to Q4 and the constant current source CS1 constitute a differential amplifier circuit.

上記のように構成された演算増幅器を、図2に示すように、反転入力端子IN−と出力端子OUTの間を直結してボルテージホロアを構成し、低電圧VLが入力されていた正転入力端子IN+に、高電圧VH(>VL)のパルス信号が入力されたときの動作を説明する。   As shown in FIG. 2, the operational amplifier configured as described above is directly connected between the inverting input terminal IN− and the output terminal OUT to form a voltage follower, and the normal rotation in which the low voltage VL is input. The operation when a pulse signal of the high voltage VH (> VL) is input to the input terminal IN + will be described.

最初は、端子IN+とIN−は電圧VLで同電位である。次に、端子IN+に電圧VHが任意のパルス立ち上がり速度で印加されると、トランジスタQ1がオフ状態でトランジスタQ2がオン状態となり、定電流源CS1から流れる電流I1が全てトランジスタQ2に流れる。電流I1はトランジスタQ3とQ4によって構成されたカレントミラー回路によってミラーされ、トランジスタQ3のコレクタ電流IC3の値はI1となる。ここでトランジスタQ1はオフ状態であるため、トランジスタQ1のコレクタ電流はゼロである。また電圧増幅器Gmは高入力インピーダンスであるため、コレクタ電流IC3はコンデンサCcからの引き込み電流となり、コンデンサCcを充電させ、P点の電位を上昇させる。P点から出力端子OUTまではバッファ回路BFの構成であるので、出力端子OUTの電位である出力電圧VOUTもP点の電位に追従して上昇する。このとき、P点の電位と出力電圧VOUTは、ある速度で電圧VHに達する。この速度は、パルス応答速度としてスルーレートSRとも呼ばれ、電流I1がコンデンサCcを充電する次の式で定義される。

Figure 0005406634
このスルーレートSRの値が大きいほど、パルス応答速度が速い。 Initially, the terminals IN + and IN− are at the same potential at the voltage VL. Next, when the voltage VH is applied to the terminal IN + at an arbitrary pulse rising speed, the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is turned on, so that all the current I1 flowing from the constant current source CS1 flows to the transistor Q2. The current I1 is mirrored by a current mirror circuit constituted by the transistors Q3 and Q4, and the value of the collector current IC3 of the transistor Q3 becomes I1. Here, since the transistor Q1 is in the OFF state, the collector current of the transistor Q1 is zero. Since the voltage amplifier Gm has a high input impedance, the collector current IC3 becomes a current drawn from the capacitor Cc, charges the capacitor Cc, and raises the potential at the point P. Since the buffer circuit BF is configured from the point P to the output terminal OUT, the output voltage VOUT, which is the potential of the output terminal OUT, also rises following the potential at the point P. At this time, the potential at the point P and the output voltage VOUT reach the voltage VH at a certain speed. This speed is also called a slew rate SR as a pulse response speed, and is defined by the following equation in which the current I1 charges the capacitor Cc.
Figure 0005406634
The larger the value of the slew rate SR, the faster the pulse response speed.

従来の技術では、式(1)を参考に、スルーレートSRを増大させるために、電流I1の値を大きくするか、コンデンサCcの値を小さくする方法を用いてきた。しかし上記のような手法でスルーレートSRを増大させると、演算増幅器の安定性の指標である位相余裕が減少し、出力電圧VOUTに振動が発生し、動作の安定性が損なわれる問題がある。   In the prior art, a method of increasing the value of the current I1 or decreasing the value of the capacitor Cc has been used to increase the slew rate SR with reference to the equation (1). However, when the slew rate SR is increased by the above-described method, there is a problem that the phase margin, which is an index of stability of the operational amplifier, is decreased, the output voltage VOUT is oscillated, and the operation stability is impaired.

この問題を解決し、演算増幅器の安定性を損なうことなく、スルーレートを増加させる回路が特許文献1の図1,図2に記載されている。図1のスルーレート増大回路は、電流源を含む2組の差動対とカレントミラー回路により構成される。このスルーレート増大回路の特徴は、各入力端子に接続された各差動対の一方のトランジスタのエミッタにダイオードが接続されていることである。この非平衡な差動対により入力端子間電位差Vdifを検出する。カレントミラー回路の出力は、演算増幅器の差動増幅回路のエミッタ共通接続点に接続されている。   A circuit that solves this problem and increases the slew rate without impairing the stability of the operational amplifier is described in FIGS. The slew rate increasing circuit of FIG. 1 is composed of two differential pairs including a current source and a current mirror circuit. A feature of this slew rate increasing circuit is that a diode is connected to the emitter of one transistor of each differential pair connected to each input terminal. The potential difference Vdif between the input terminals is detected by this unbalanced differential pair. The output of the current mirror circuit is connected to the emitter common connection point of the differential amplifier circuit of the operational amplifier.

これらにより、入力端子間電位差Vdifが約0.5Vを超えたときに、差動増幅回路に電流を追加供給し始め、コンデンサンCcを充電する電流を増加させることで、スルーレートを増大させる。また、入力端子間電位差Vdifが約0.5V未満の場合は、このスルーレート増大回路から差動増幅回路へは電流が供給されないため、演算増幅器の安定性は損なわれない。   As a result, when the potential difference Vdif between the input terminals exceeds about 0.5 V, additional current starts to be supplied to the differential amplifier circuit, and the slew rate is increased by increasing the current for charging the capacitor Cc. Further, when the potential difference Vdif between the input terminals is less than about 0.5 V, no current is supplied from the slew rate increasing circuit to the differential amplifier circuit, so that the stability of the operational amplifier is not impaired.

特許第2812103号Japanese Patent No. 2812103

図9を用いて説明した従来の演算増幅器では、式(1)を参考にスルーレートを増大させるために、電流I1を大きくするか、コンデンサCcを小さくすると、動作の安定性が損なわれる問題があった。また、この問題の改善を図った特許文献1の図1および図2では、従来の演算増幅器に加えて、6つのトランジスタと2つのダイオードと2つの定電流源からなる差動対とカレントミラー回路を挿入する必要があり、回路規模が大きくなる欠点があった。   In the conventional operational amplifier described with reference to FIG. 9, if the current I1 is increased or the capacitor Cc is decreased in order to increase the slew rate with reference to the equation (1), the stability of the operation is impaired. there were. Further, in FIG. 1 and FIG. 2 of Patent Document 1 for improving this problem, in addition to the conventional operational amplifier, a differential pair and a current mirror circuit including six transistors, two diodes, and two constant current sources are used. There is a disadvantage that the circuit scale becomes large.

本発明の目的は、小さな回路規模で回路の安定性を保持したままスルーレートを増大させた演算増幅器を提供することである。   An object of the present invention is to provide an operational amplifier having a small circuit scale and an increased slew rate while maintaining the stability of the circuit.

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の入力端子にベースが接続された第1のトランジスタのエミッタと第2の入力端子にベースが接続され前記第1のトランジスタと同一導電型の第2のトランジスタのエミッタとを第1の定電流源に共通接続し、前記第1および第2のトランジスタのコレクタを負荷に接続した差動増幅回路と、前記第1の入力端子の電位が前記第1のトランジスタのエミッタの電位よりも第1の所定値以上高くならないときは前記第1の定電流源による電流に対して減算する第1の電流を供給し、前記第1の所定値以上高くなると該第1の電流の供給を停止する第1の減算電流供給回路と、を備えることを特徴とする。 To achieve the above object, an operational amplifier according to a first aspect of the present invention includes an emitter of a first transistor having a base connected to a first input terminal and a base connected to a second input terminal. A differential amplifier circuit in which an emitter of a second transistor of the same conductivity type as that of the first transistor is commonly connected to a first constant current source, and collectors of the first and second transistors are connected to a load; when the potential of the input terminal of the absence et a high first predetermined value or more than the potential of the emitter of the first transistor supplying a first current to be subtracted with respect to the current by the first constant current source characterized by and a first subtraction current supply circuit to stop the supply of the first predetermined value or more becomes higher when the first current.

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、前記第2の入力端子の電位が前記第2のトランジスタのエミッタの電位に対して第2の所定値以上高くならないときは前記第1の定電流源による電流に対して減算する第2の電流を供給し、前記第2の所定値以上高くなると該第2の電流の供給を停止する第2の減算電流供給回路、を備えることを特徴とする。 The invention according to claim 2, in the operational amplifier according to claim 1, when the potential of the second input terminal is a second no al a higher than a predetermined value with respect to the emitter potential of said second transistor second current supply, the second predetermined value or more becomes higher when the second subtraction current supply circuit to stop the supply of the second current subtracted from the current by the first constant current source It is characterized by providing.

請求項3にかかる発明は、請求項1に記載の演算増幅器において、前記第1の減算電流供給回路は、前記第1のトランジスタと反対の導電型の2個のトランジスタのエミッタを第2の定電流源に共通接続し、該2個のトランジスタの一方のトランジスタのベースを前記第1のトランジスタのベースに接続するとともにコレクタを電源端子に接続し、他方のトランジスタのベースとコレクタを前記第1のトランジスタのエミッタに接続してなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the operational amplifier according to the first aspect, the first subtracting current supply circuit has a second constant emitter connected to the emitter of the two transistors of the opposite conductivity type to the first transistor. Commonly connected to a current source, the base of one of the two transistors is connected to the base of the first transistor, the collector is connected to a power supply terminal, and the base and collector of the other transistor are connected to the first transistor and wherein the Rukoto such connected to the emitter of the transistor.

請求項4にかかる発明は、請求項に記載の演算増幅器において、前記第2の減算電流供給回路は、前記第2のトランジスタと反対の導電型の2個のトランジスタのエミッタを第3の定電流源に共通接続し、該2個のトランジスタの一方のトランジスタのベースを前記第2のトランジスタのベースに接続するとともにコレクタを電源端子に接続し、他方のトランジスタのベースとコレクタを前記第2のトランジスタのエミッタに接続してなることを特徴とする。 Such invention in claim 4, in the operational amplifier according to claim 2, wherein the second subtraction current supply circuit comprises a second transistor the emitter of the two transistors of opposite conductivity type third constant Commonly connected to a current source, the base of one of the two transistors is connected to the base of the second transistor, the collector is connected to a power supply terminal, and the base and collector of the other transistor are connected to the second transistor and wherein the Rukoto such connected to the emitter of the transistor.

請求項5にかかる発明は、請求項1乃至4のいずれか1つに記載の演算増幅器において、前記トランジスタをMOSトランジスタに置き換え、前記ベースをゲートに、前記エミッタをソースに、前記コレクタをドレインにそれぞれ置き換えたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the operational amplifier according to any one of the first to fourth aspects, the transistor is replaced with a MOS transistor, the base is used as a gate, the emitter is used as a source, and the collector is used as a drain. It is characterized by the replacement .

請求項6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の加算電流供給回路は、前記第2のトランジスタと同じ導電型の2個のトランジスタのエミッタを第3の定電流源に共通接続し、該2個のトランジスタの一方のトランジスタのベースを前記第2のトランジスタのベースに接続するとともにコレクタを電源端子に接続し、他方のトランジスタのベースとコレクタを前記第2のトランジスタのエミッタに接続してなることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the operational amplifier according to the second aspect, the second addition current supply circuit is configured such that the emitters of two transistors having the same conductivity type as the second transistor are connected to a third constant current. And the base of one of the two transistors is connected to the base of the second transistor, the collector is connected to a power supply terminal, and the base and collector of the other transistor are connected to the second transistor. It is characterized by being connected to the emitter.

請求項7にかかる発明は、請求項1に記載の演算増幅器において、前記第1の加算電流供給回路は、前記第1のトランジスタと同じ導電型の2個のトランジスタのエミッタを第2の定電流源に共通接続し、該2個のトランジスタの一方のトランジスタのベースを前記第1のトランジスタのベースに接続するとともにコレクタを電源端子に接続し、他方のトランジスタのベースを前記第1のトランジスタのエミッタに接続するとともにコレクタを前記第2のトランジスタのコレクタに接続してなることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the operational amplifier according to the first aspect, the first addition current supply circuit uses two constant current emitters of two transistors having the same conductivity type as the first transistor. The base of one of the two transistors is connected to the base of the first transistor, the collector is connected to the power supply terminal, and the base of the other transistor is connected to the emitter of the first transistor. And a collector connected to the collector of the second transistor.

請求項8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の加算電流供給回路は、前記第2のトランジスタと同じ導電型の2個のトランジスタのエミッタを第3の定電流源に共通接続し、該2個のトランジスタの一方のトランジスタのベースを前記第2のトランジスタのベースに接続するとともにコレクタを電源端子に接続し、他方のトランジスタのベースを前記第2のトランジスタのエミッタに接続するとともにコレクタを前記第1のトランジスタのコレクタに接続してなることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the operational amplifier according to the second aspect, the second addition current supply circuit is configured such that the emitters of two transistors having the same conductivity type as the second transistor are connected to a third constant current. The base of one of the two transistors is connected to the base of the second transistor, the collector is connected to the power supply terminal, and the base of the other transistor is connected to the emitter of the second transistor. And a collector connected to the collector of the first transistor.

請求項9にかかる発明は、請求項3に記載の演算増幅器において、前記第1の減算電流供給回路は、前記第1のトランジスタと反対の導電型の2個のトランジスタのエミッタを第2の定電流源に共通接続し、該2個のトランジスタの一方のトランジスタのベースを前記第1のトランジスタのベースに接続するとともにコレクタを電源端子に接続し、他方のトランジスタのベースとコレクタを前記第1のトランジスタのエミッタに接続してなることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the operational amplifier according to the third aspect, the first subtracting current supply circuit has a second constant emitter connected to the emitters of two transistors of the conductivity type opposite to the first transistor. Commonly connected to a current source, the base of one of the two transistors is connected to the base of the first transistor, the collector is connected to a power supply terminal, and the base and collector of the other transistor are connected to the first transistor It is characterized by being connected to the emitter of a transistor.

請求項10にかかる発明は、請求項4に記載の演算増幅器において、前記第2の減算電流供給回路は、前記第2のトランジスタと反対の導電型の2個のトランジスタのエミッタを第3の定電流源に共通接続し、該2個のトランジスタの一方のトランジスタのベースを前記第2のトランジスタのベースに接続するとともにコレクタを電源端子に接続し、他方のトランジスタのベースとコレクタを前記第2のトランジスタのエミッタに接続してなることを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the operational amplifier according to the fourth aspect, the second subtracting current supply circuit has a third constant emitter connected to the emitters of two transistors having opposite conductivity types to the second transistor. Commonly connected to a current source, the base of one of the two transistors is connected to the base of the second transistor, the collector is connected to a power supply terminal, and the base and collector of the other transistor are connected to the second transistor It is characterized by being connected to the emitter of a transistor.

請求項11にかかる発明の演算増幅器は、第1の入力端子にベースが接続された第1のトランジスタのエミッタと第2の入力端子にベースが接続され前記第1のトランジスタと同一導電型の第2のトランジスタのエミッタとを第1の定電流源に接続し、前記第1および第2のトランジスタのコレクタを第1の負荷に接続した第1の差動増幅回路と、前記第2の入力端子にベースが接続され前記第1のトランジスタと反対の導電型の第3のトランジスタのエミッタと前記第1の入力端子にベースが接続され前記第3のトランジスタと同一導電型の第4のトランジスタのエミッタとを第4の定電流源に接続し、前記第3および第4のトランジスタのコレクタを第2の負荷に接続した第2の差動増幅回路と、前記第2の入力端子の電位が前記第2のトランジスタのエミッタの電位よりも第1の所定値以上高くなると前記第1の定電流源による電流に対して追加する第1の電流を供給する第1の加算電流供給回路と、を備えることを特徴とする。   An operational amplifier according to an eleventh aspect of the present invention is the operational amplifier having the same conductivity type as that of the first transistor, the emitter of the first transistor having the base connected to the first input terminal and the base connected to the second input terminal. A first differential amplifier circuit in which the emitters of the two transistors are connected to a first constant current source, and the collectors of the first and second transistors are connected to a first load; and the second input terminal The base is connected to the emitter of the third transistor having the opposite conductivity type to the first transistor, and the emitter of the fourth transistor having the same conductivity type as the third transistor having the base connected to the first input terminal. Are connected to a fourth constant current source, and the collectors of the third and fourth transistors are connected to a second load, and the potential of the second input terminal is the second 2 A first addition current supply circuit for supplying a first current to be added to the current from the first constant current source when the potential becomes higher than the first predetermined value by the potential of the emitter of the transistor. And

請求項12にかかる発明は、請求項11に記載の演算増幅器において、前記第2の入力端子の電位が前記第3のトランジスタのエミッタの電位よりも第2の所定値以上低くなると前記第4の定電流源による電流に対して追加する第2の電流を供給する第2の加算電流供給回路と、を備えることを特徴とする。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the operational amplifier according to the eleventh aspect, when the potential of the second input terminal becomes lower than the potential of the emitter of the third transistor by a second predetermined value or more, And a second addition current supply circuit for supplying a second current to be added to the current from the constant current source.

請求項13にかかる発明は、請求項1乃至12のいずれか1つに記載の演算増幅器において、前記トランジスタをMOSトランジスタに置き換え、前記ベースをゲートに、前記エミッタをソースに、前記コレクタをドレインにそれぞれ置き換えたことを特徴とする。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the operational amplifier according to any one of the first to twelfth aspects, the transistor is replaced with a MOS transistor, the base is used as a gate, the emitter is used as a source, and the collector is used as a drain. It is characterized by the replacement.

本発明によれば、入力電圧が遷移する際にのみ、差動増幅回路の動作電流が一時的に増大するため、動作の安定性を損なうことなく、スルーレートを増大させることができる。この特性を得るために必要な素子数は、立ち上がり又は立ち下がりの一方に適用するときは2つのトランジスタと1つの定電流源のみであり、立ち上がりおよび立ち下りの両方に適用するときはその倍の4つのトランジスタと2つの定電流源のみである。よって、特許文献1に記載の対策より素子数を大幅に低減(立ち上がりおよび立ち下りに適用するときは4素子だけ減少)することができ、回路規模を小さくできる特長がある。   According to the present invention, since the operating current of the differential amplifier circuit temporarily increases only when the input voltage transitions, the slew rate can be increased without impairing the stability of the operation. The number of elements required to obtain this characteristic is only two transistors and one constant current source when applied to either rising or falling, and double that when applying to both rising and falling. There are only four transistors and two constant current sources. Therefore, the number of elements can be greatly reduced (decrease by 4 elements when applied to rising and falling) than the countermeasure described in Patent Document 1, and the circuit scale can be reduced.

本発明の第1の実施例の演算増幅器を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating an operational amplifier according to a first embodiment of the present invention. 各実施例および従来例の演算増幅器をボルテージホロアとして構成した回路図である。It is the circuit diagram which comprised the operational amplifier of each Example and the prior art example as a voltage follower. 各実施例および従来例の演算増幅器を図2のボルテージホロア構成で動作させたときの各入力および出力電圧の時間変化特性図である。FIG. 3 is a time-varying characteristic diagram of each input and output voltage when the operational amplifiers of the embodiments and the conventional example are operated with the voltage follower configuration of FIG. 2. 各実施例および従来例の演算増幅器を図2のボルテージホロア構成で動作させたときのスルーレートの時間変化特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram of time variation of slew rate when the operational amplifiers of the embodiments and the conventional example are operated with the voltage follower configuration of FIG. 2. 本発明の第2の実施例の演算増幅器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the operational amplifier of the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例の演算増幅器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the operational amplifier of the 3rd Example of this invention. 本発明の第4の実施例の演算増幅器を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the operational amplifier of the 4th Example of this invention. 本発明の第5の実施例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 5th Example of this invention. 従来の演算増幅器の回路図である。It is a circuit diagram of a conventional operational amplifier.

<第1の実施例>
図1に第1の実施例の演算増幅器10Aを示す。本実施例の演算増幅器10Aの回路構成を説明する。ただし、図9で説明したものと同じものには同じ符号を付け、その詳しい説明は省略する。本実施例は、図9で説明した演算増幅器10に対して、さらに、PNP型のトランジスタQA1,QA2,QA3,QA4と、定電流源CS2,CS3を追加したものである。
<First embodiment>
FIG. 1 shows an operational amplifier 10A of the first embodiment. A circuit configuration of the operational amplifier 10A of the present embodiment will be described. However, the same components as those described in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In this embodiment, PNP transistors QA1, QA2, QA3, QA4 and constant current sources CS2, CS3 are further added to the operational amplifier 10 described in FIG.

トランジスタQA1は、ベースが正転入力端子IN+に、コレクタが低電圧電源線V−に、エミッタが定電流源CS2に接続されている。トランジスタQA2は、ベースとコレクタがトランジスタQ1,Q2のエミッタに、エミッタが定電流源CS2に接続されている。トランジスタQA3は、ベースが反転入力端子IN−に、コレクタが低電圧電源線V−に、エミッタが定電流源CS3に接続されている。トランジスタQA4は、ベースとコレクタがトランジスタQ1,Q2のエミッタに、エミッタが定電流源CS3に接続されている。定電流源CS2の電流はI2、定電流源CS3の電流はI3である。電流I2,I3の電流値は、I2=I3であっても、I2≠I3であってもよい。本実施例の演算増幅器10Aの入力段は、上記したトランジスタQ1,Q2,QA1〜QA4、定電流源CS1〜CS3で構成されている。また、トランジスタQ3とQ4はカレントミラー回路構成で能動負荷として働き、この能動負荷から出力端子OUTまでの構成は図9と同じである。   The transistor QA1 has a base connected to the normal input terminal IN +, a collector connected to the low voltage power supply line V-, and an emitter connected to the constant current source CS2. The transistor QA2 has a base and a collector connected to the emitters of the transistors Q1 and Q2, and an emitter connected to the constant current source CS2. The transistor QA3 has a base connected to the inverting input terminal IN−, a collector connected to the low voltage power supply line V−, and an emitter connected to the constant current source CS3. The transistor QA4 has a base and a collector connected to the emitters of the transistors Q1 and Q2, and an emitter connected to the constant current source CS3. The current of the constant current source CS2 is I2, and the current of the constant current source CS3 is I3. The current values of the currents I2 and I3 may be I2 = I3 or I2 ≠ I3. The input stage of the operational amplifier 10A of this embodiment is composed of the transistors Q1, Q2, QA1 to QA4 and the constant current sources CS1 to CS3. Transistors Q3 and Q4 function as an active load in a current mirror circuit configuration, and the configuration from the active load to the output terminal OUT is the same as that in FIG.

請求項1,2,5,6と本実施例の関係は、差動増幅回路はトランジスタQ1〜Q4と定電流源CS1からなる回路に相当し、第1の加算電流供給回路はトランジスタQA1,QA2と定電流源CS2からなる回路に相当し、第2の加算電流供給回路はトランジスタQA3,QA4と定電流源CS3からなる回路に相当する。   The relationship between the first, second, fifth and sixth embodiments and the present embodiment is that the differential amplifier circuit corresponds to a circuit comprising transistors Q1 to Q4 and a constant current source CS1, and the first addition current supply circuit is the transistors QA1, QA2. The second addition current supply circuit corresponds to a circuit composed of transistors QA3 and QA4 and a constant current source CS3.

本実施例での追加素子数はトランジスタ4素子と定電流源2素子の合計6素子である。特許文献1ではスルーレートを増大させるためには少なくとも10素子を追加する必要があった。したがって、本実施例の方が4素子少ない追加素子数でスルーレートを増大させることができるため、回路を小規模化できる長所を持つ。   The number of additional elements in the present embodiment is a total of six elements including four transistors and two constant current sources. In Patent Document 1, it is necessary to add at least 10 elements in order to increase the slew rate. Therefore, the slew rate can be increased with the number of additional elements which is four elements less in the present embodiment, so that the circuit can be reduced in size.

上記のようにして構成される演算増幅器10Aを、図2に示すように、反転入力端子IN−と出力端子OUTを接続してボルテージホロアを構成し、低電圧VLが入力されていた正転入力端子IN+に高電圧VHのパルス信号が入力されたときの動作を、図3の正転入力端子IN+の電位VIN+、反転入力端子IN−の電位VIN−および出力電圧VOUTの時間変化と、図4のスルーレートSRの時間変化を用いて説明する。なお、図3、図4では実線が本実施例の特性であり、破線が図9の従来例の特性である。   As shown in FIG. 2, the operational amplifier 10A configured as described above is connected to the inverting input terminal IN− and the output terminal OUT to form a voltage follower, and the normal rotation in which the low voltage VL is input. The operation when the pulse signal of the high voltage VH is input to the input terminal IN + is shown in FIG. 3 as the time variation of the potential VIN + of the normal input terminal IN +, the potential VIN− of the inverting input terminal IN−, and the output voltage VOUT. This will be described using a change in the slew rate SR of 4 with time. In FIGS. 3 and 4, the solid line represents the characteristic of this embodiment, and the broken line represents the characteristic of the conventional example of FIG.

まず、時刻t0〜t1では、入力電圧VIN+とVIN−は同電位VLである。このときトランジスタQA1とQA2の差動対では、QA1がオン状態、QA2がオフ状態であり、定電流源CS2より流れる電流I2は全てトランジスタQA1に流れ、トランジスタQ1とQ2のエミッタに電流I2は供給されない。同様に、トランジスタQA3とQA4の差動対では、トランジスタQA3がオン状態、トランジスタQA4がオフ状態であり、定電流源CS3より流れる電流I3は全てトランジスタQA3に流れ、トランジスタQ1とQ2のエミッタに電流I3は供給されない。したがって、時刻t0からt1までの差動増幅回路の状態は従来例と同じであり、演算増幅器10Aの安定性も従来例と同じである。   First, at times t0 to t1, the input voltages VIN + and VIN− are at the same potential VL. At this time, in the differential pair of the transistors QA1 and QA2, QA1 is in the on state and QA2 is in the off state. All the current I2 flowing from the constant current source CS2 flows to the transistor QA1, and the current I2 is supplied to the emitters of the transistors Q1 and Q2. Not. Similarly, in the differential pair of the transistors QA3 and QA4, the transistor QA3 is on and the transistor QA4 is off. All the current I3 flowing from the constant current source CS3 flows to the transistor QA3, and the current flows to the emitters of the transistors Q1 and Q2. I3 is not supplied. Therefore, the state of the differential amplifier circuit from time t0 to t1 is the same as in the conventional example, and the stability of the operational amplifier 10A is also the same as in the conventional example.

次に、時刻t1で正転入力端子IN+に電圧VHが任意のパルス立ち上がり速度で印加され、時刻t2で正転入力端子IN+と反転入力端子IN−の入力端子間電位差Vdifが約0.5Vに達するまでの状態を説明する。この約0.5Vは次式より得た、差動増幅回路のトランジスタQA1に流れていた電流I2がトランジスタQA2に流れ始める電位差である。

Figure 0005406634
Next, the voltage VH is applied to the normal input terminal IN + at an arbitrary pulse rising speed at time t1, and the potential difference Vdif between the input terminals of the normal input terminal IN + and the inverted input terminal IN− is about 0.5 V at time t2. The state until reaching is explained. This about 0.5 V is a potential difference obtained from the following equation, where the current I2 flowing in the transistor QA1 of the differential amplifier circuit starts flowing in the transistor QA2.
Figure 0005406634

ここでVBEQ2はトランジスタQ2のベースとエミッタ間電位差であり約0.6V、V(=kT/q)は熱電位であり約0.026Vである。時刻t1とt2の間では、トランジスタQ1がオフ状態、トランジスタQ2がオン状態となり、定電流源CS1から流れる電流I1が全てトランジスタQ2に流れる。また、トランジスタQA1とQA2、トランジスタQA3とQA4の状態は、時刻t0からt1までの状態と変わらない。したがって、トランジスタQ4のコレクタ電流IC4=I1となり、トランジスタQ3には電流IC4がミラーされるので、トランジスタQ3のコレクタ電流IC3は「IC3=I1」となる。このときのスルーレートは、図4に示されるように従来例と同じであり、式(1)で表わされる。 Here, V BEQ2 is a potential difference between the base and emitter of the transistor Q2, which is about 0.6V, and V t (= kT / q) is a thermal potential, which is about 0.026V. Between times t1 and t2, the transistor Q1 is turned off, the transistor Q2 is turned on, and all the current I1 flowing from the constant current source CS1 flows to the transistor Q2. Further, the states of the transistors QA1 and QA2, and the transistors QA3 and QA4 are not different from the state from time t0 to t1. Therefore, the collector current IC4 of the transistor Q4 = I1 and the current IC4 is mirrored on the transistor Q3, so that the collector current IC3 of the transistor Q3 is “IC3 = I1”. The slew rate at this time is the same as that of the conventional example as shown in FIG. 4 and is expressed by the equation (1).

時刻t2で入力端子間電位差Vdifが約0.5Vより大きくなると、電流I2はトランジスタQA2に流れ始め、差動増幅回路にその電流I2が供給され始める。その後、入力端子間電位差Vdifが約0.7以上になったとき、電流I2は全てトランジスタQA2を通し、差動増幅回路に供給される。この約0.7Vは次式より得た値である。

Figure 0005406634
When the potential difference Vdif between the input terminals becomes larger than about 0.5 V at time t2, the current I2 starts to flow through the transistor QA2, and the current I2 starts to be supplied to the differential amplifier circuit. Thereafter, when the potential difference Vdif between the input terminals becomes about 0.7 or more, all the current I2 is supplied to the differential amplifier circuit through the transistor QA2. This about 0.7V is a value obtained from the following equation.
Figure 0005406634

一方、トランジスタQA3とQA4の差動対では状態に変化はない。またトランジスタQ1とQ2の状態は、トランジスタQ1が引き続きオフ状態であるのに対して、トランジスタQ2には電流I1とトランジスタQA2より供給された電流12が流れる。したがって、トランジスタQ4のコレクタ電流IC4は、「IC4=I1+I2」となる。ここで、トランジスタQ3とQ4はカレントミラー構成であるため、トランジスタQ3のコレクタ電流IC3も、「IC3=I1+I2」となる。このときのスルーレートは次式で表わされる。

Figure 0005406634
On the other hand, there is no change in the state of the differential pair of transistors QA3 and QA4. The transistors Q1 and Q2 are in the off state, while the transistor Q1 is still in the off state, whereas the current I1 and the current 12 supplied from the transistor QA2 flow through the transistor Q2. Therefore, the collector current IC4 of the transistor Q4 is “IC4 = I1 + I2”. Here, since the transistors Q3 and Q4 have a current mirror configuration, the collector current IC3 of the transistor Q3 is also “IC3 = I1 + I2.” The slew rate at this time is expressed by the following equation.
Figure 0005406634

この式で表されるスルーレートは、従来例である式(1)のスルーレートと比べて、I2/Ccだけ大きな値となる。よって、図3に示すように出力電圧VOUTのパルスの立ち上がりが急峻となり、図4の実線に示すようにスルーレートが増大する。一方、図4の破線で示したように、従来例では電流I2の供給がないため、スルーレートは時刻t2以前と同じ大きさである。   The slew rate represented by this equation is a value that is larger by I2 / Cc than the slew rate of equation (1), which is a conventional example. Therefore, the rising of the pulse of the output voltage VOUT becomes steep as shown in FIG. 3, and the slew rate increases as shown by the solid line in FIG. On the other hand, as shown by the broken line in FIG. 4, since the current I2 is not supplied in the conventional example, the slew rate is the same as before time t2.

次に、時刻t3で入力端子間電位差Vdifが約0.5Vより小さくなった場合の動作を説明する。このとき、トランジスタQA1とQA2の差動対では、トランジスタQA1がオン状態、トランジスタQA2がオフ状態となり、電流I2は全てトランジスタQA1に流れ、差動増幅回路に電流I2は供給されない。一方、トランジスタQA3とQA4の差動対の状態に変化はない。また、トランジスタQ1はオフ状態のままで、トランジスタQ2に電流I1が流れる。したがって、トランジスタQ4のコレクタ電流IC4は、「IC4=I1」となる。このときのスルーレートは従来例と同じであり、式(1)で表わされる。その後、時刻t4で正転入力電圧VIN+と出力電圧VOUTは同電位VHとなる。一方、従来例ではスルーレートが増加しないため、本実施例より遅れて時刻t5で正転入力電圧VIN+と出力電圧VOUTは同電位VHとなる。   Next, an operation when the potential difference Vdif between the input terminals becomes smaller than about 0.5 V at time t3 will be described. At this time, in the differential pair of the transistors QA1 and QA2, the transistor QA1 is turned on, the transistor QA2 is turned off, all the current I2 flows to the transistor QA1, and the current I2 is not supplied to the differential amplifier circuit. On the other hand, there is no change in the state of the differential pair of transistors QA3 and QA4. Further, the current I1 flows through the transistor Q2 while the transistor Q1 remains off. Therefore, the collector current IC4 of the transistor Q4 is “IC4 = I1”. The slew rate at this time is the same as that in the conventional example, and is expressed by Expression (1). Thereafter, at time t4, the normal rotation input voltage VIN + and the output voltage VOUT become the same potential VH. On the other hand, since the slew rate does not increase in the conventional example, the normal input voltage VIN + and the output voltage VOUT become the same potential VH at time t5 later than the present example.

次に、高電圧VHが入力していた正転入力端子IN+に、低電圧VLのパルス信号が入力されたときの動作を説明する。時刻t6で端子IN+に電圧VLが任意のパルス立ち下がり速度で印加され、時刻t7で入力端子間電位差Vdifが約0.5Vに達するまでの状態を説明する。この約0.5Vは、トランジスタQA4に電流I3が流れ始める入力端子間電位差Vdifであり、式(2)の電圧VBEQ2をトランジスタQ1のベースとエミッタ間の電位差VBEQ1に置き換えた式で表される。 Next, an operation when a pulse signal of the low voltage VL is input to the normal input terminal IN + to which the high voltage VH has been input will be described. A state in which the voltage VL is applied to the terminal IN + at an arbitrary pulse falling speed at time t6 and the potential difference Vdif between the input terminals reaches about 0.5 V at time t7 will be described. This about 0.5 V is the potential difference Vdif between the input terminals at which the current I3 begins to flow through the transistor QA4 , and is expressed by the equation in which the voltage V BEQ2 in equation (2) is replaced with the potential difference V BEQ1 between the base and emitter of the transistor Q1. The

時刻t6とt7の間では、トランジスタQ1がオン状態でQ2がオフ状態となり、電流I1は全てトランジスタQ1に流れる。また、トランジスタQA1とQA2、トランジスタQA3とQA4の状態は、時刻t3の状態から変わらない。ここで、トランジスタQ2はオフ状態であるため、トランジスタQ2には電流が流れず、トランジスタQ4にも電流が流れない。トランジスタQ3とQ4はカレントミラー構成であるため、トランジスタQ3にも電流が流れず、トランジスタQ1のコレクタ電流IC1(=I1)はコンデンサCcに流れ込む。これにより、P点の電位が低下し、出力電圧VOUTもP点の電位に追従して低下し始める。この様子は、図3の時刻t6とt7間の出力電圧VOUTの波形に示されている。このときのスルーレートは従来例と同じであり、式(1)で表わされる。   Between times t6 and t7, the transistor Q1 is in the on state and Q2 is in the off state, and all the current I1 flows through the transistor Q1. The states of the transistors QA1 and QA2, and the transistors QA3 and QA4 are not changed from the state at time t3. Here, since the transistor Q2 is in the off state, no current flows through the transistor Q2, and no current flows through the transistor Q4. Since the transistors Q3 and Q4 have a current mirror configuration, no current flows through the transistor Q3, and the collector current IC1 (= I1) of the transistor Q1 flows into the capacitor Cc. As a result, the potential at the point P decreases, and the output voltage VOUT also starts to decrease following the potential at the point P. This state is shown in the waveform of the output voltage VOUT between times t6 and t7 in FIG. The slew rate at this time is the same as that in the conventional example, and is expressed by Expression (1).

時刻t7で入力端子間電位差Vdifが約0.5Vより大きくなると、電流I3はトランジスタQA4を通して差動増幅回路に流れ始める。その後、入力端子間電位差Vdifが約0.7Vより大きくなると、電流I3は全てトランジスタQA4を通して差動増幅回路に流れる。この約0.7Vという値は、式(3)のVBEQ2をVBEQ1に置き換えた式で表される。一方、トランジスタQA1とQA2の差動対では状態に変化はない。電流I3が差動増幅回路に流れるため、トランジスタQ1には電流I1とI3が流れる。 When the potential difference Vdif between the input terminals becomes larger than about 0.5 V at time t7, the current I3 starts to flow to the differential amplifier circuit through the transistor QA4. Thereafter, when the potential difference Vdif between the input terminals becomes larger than about 0.7 V, all the current I3 flows through the transistor QA4 to the differential amplifier circuit. This value of about 0.7V is represented by the formula by replacing V BEQ2 of formula (3) in V BEQ1. On the other hand, there is no change in the state of the differential pair of transistors QA1 and QA2. Since the current I3 flows through the differential amplifier circuit, the currents I1 and I3 flow through the transistor Q1.

一方、トランジスタQ2はオフ状態のままであり、電流は流れない。またトランジスタQ3とQ4の状態は変化なく、トランジスタQ3,Q4には電流が流れない。したがって、コンデンサCcには電流「I1+I3」が流れ込み、このときのスルーレートは次式で表わされる。

Figure 0005406634
On the other hand, the transistor Q2 remains off and no current flows. Further, the states of the transistors Q3 and Q4 remain unchanged, and no current flows through the transistors Q3 and Q4. Therefore, current “I1 + I3” flows into capacitor Cc, and the slew rate at this time is expressed by the following equation.
Figure 0005406634

この式で表されるスルーレートは、従来例である式(1)と比べて、I3/Ccだけ大きな値となる。よって、図3に示すようにパルスの立ち下がりが急峻となり、図4の実線に示すようにスルーレートが増大する。また図4の破線で示したように、従来例ではI3の供給がないため、スルーレートは時刻t7以前と同じ大きさである。   The slew rate represented by this formula is a value that is larger by I3 / Cc than the formula (1) that is the conventional example. Therefore, the trailing edge of the pulse becomes steep as shown in FIG. 3, and the slew rate increases as shown by the solid line in FIG. Further, as indicated by the broken line in FIG. 4, since the conventional example does not supply I3, the slew rate is the same as that before time t7.

次に、時刻t8で入力端子間電位差Vdifが約0.5Vより小さくなった場合の動作を説明する。このとき、トランジスタQA3とQA4の差動対ではトランジスタQA3がオン状態、トランジスタQA4がオフ状態となり、電流I3は全てトランジスタQA3に流れ、差動増幅回路に電流I3は供給されない。一方、トランジスタQA1とQA2の差動対では状態に変化はない。またトランジスタQ1には電流I1が流れ、トランジスタQ2は引き続きオフ状態であり電流は流れない。したがって、コンデンサCcには電流I1が流れる。よって、このときのスルーレートは、従来例と同じとなる。その後、時刻t9で正転入力端子の電圧VIN+とVOUTは同電位VLとなる。一方、従来ではスルーレートが増加しないため、本実施例より遅れて時刻t10で正転入力端子の電圧VIN+とVOUTは同電位VLとなる。 Next, an operation when the potential difference Vdif between the input terminals becomes smaller than about 0.5 V at time t8 will be described. At this time, in the differential pair of the transistors QA3 and QA4, the transistor QA3 is turned on and the transistor QA4 is turned off, and all the current I3 flows to the transistor QA3, and the current I3 is not supplied to the differential amplifier circuit. On the other hand, there is no change in the state of the differential pair of transistors QA1 and QA2. Further, the current I1 flows through the transistor Q1, and the transistor Q2 continues to be in the off state, so that no current flows. Therefore, the current I1 flows through the capacitor Cc. Therefore, the slew rate at this time is the same as the conventional example. Thereafter, at time t9, the voltages VIN + and VOUT at the normal rotation input terminal become the same potential VL. On the other hand, since the slew rate does not increase conventionally, the voltages VIN + and VOUT at the normal input terminal become the same potential VL at time t10 later than the present embodiment.

また、入力端子間電位差Vdifが約0.5V未満の状態では、差動増幅回路に電流I2,I3が追加供給されないため、差動増幅回路に流れる電流は従来例と同じであり、従来例と同じ演算増幅器の安定性を保つ。   In addition, when the potential difference Vdif between the input terminals is less than about 0.5 V, the currents I2 and I3 are not additionally supplied to the differential amplifier circuit. Therefore, the current flowing through the differential amplifier circuit is the same as the conventional example. Keep the stability of the same operational amplifier.

なお、第1の実施例で示した演算増幅器のトランジスタは、PNP型とNPN型を反対にすることができる。その場合、定電流源CS1、CS2、CS3は低電圧電源線V−に接続する。また、低電圧電源線V−に接続されていたトランジスタQA1とQA3のコレクタは、高電圧電源線V+に接続する。   Note that the transistor of the operational amplifier shown in the first embodiment can be reversed between the PNP type and the NPN type. In that case, the constant current sources CS1, CS2, and CS3 are connected to the low voltage power supply line V−. Further, the collectors of the transistors QA1 and QA3 connected to the low voltage power supply line V- are connected to the high voltage power supply line V +.

<第2の実施例>
図5に第2の実施例の演算増幅器10Bを示す。本実施例の演算増幅器10Bの回路構成を説明する。ただし、図9で説明したものと同じものには同じ符号を付け、その詳しい説明は省略する。本実施例はNPN型のトランジスタQB1,QB2,QB3,QB4と定電流源CS2、CS3を追加したことを特徴とする。
<Second embodiment>
FIG. 5 shows an operational amplifier 10B of the second embodiment. A circuit configuration of the operational amplifier 10B of the present embodiment will be described. However, the same components as those described in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. This embodiment is characterized by the addition of NPN transistors QB1, QB2, QB3, QB4 and constant current sources CS2, CS3.

トランジスタQB1はベースが正転入力端子IN+に、コレクタが高電圧電源線V+に、エミッタが定電流源CS2に接続されている。トランジスタQB2はベースとコレクタが定電流源CS1に、エミッタが定電流源CS2に接続されている。トランジスタQB3はベースが反転入力端子IN−に、コレクタが高電圧電源線V+に、エミッタが定電流源CS3に接続されている。トランジスタQB4はベースとコレクタが定電流源CS1に、エミッタが定電流源CS3に接続されている。本実施例の演算増幅器10Bの入力段は、上記したトランジスタQ1,Q2,QB1〜QB4、定電流源CS1〜CS3で構成されている。また、Q3とQ4はカレントミラー回路構成で能動負荷として働き、この能動負荷から出力端子OUTまでの構成は図9と同じである。   The transistor QB1 has a base connected to the normal input terminal IN +, a collector connected to the high voltage power supply line V +, and an emitter connected to the constant current source CS2. The transistor QB2 has a base and a collector connected to the constant current source CS1, and an emitter connected to the constant current source CS2. The transistor QB3 has a base connected to the inverting input terminal IN-, a collector connected to the high voltage power supply line V +, and an emitter connected to the constant current source CS3. The transistor QB4 has a base and a collector connected to the constant current source CS1, and an emitter connected to the constant current source CS3. The input stage of the operational amplifier 10B of this embodiment is composed of the transistors Q1, Q2, QB1 to QB4 and the constant current sources CS1 to CS3. Q3 and Q4 function as active loads in the current mirror circuit configuration, and the configuration from the active load to the output terminal OUT is the same as that in FIG.

請求項3,4,9,10と本実施例との関係は、差動増幅回路はトランジスタQ1〜Q4と定電流源CS1からなる回路に相当し、第1の減算電流供給回路はトランジスタQB1,QB2と定電流源CS2からなる回路に相当し、第2の減算電流供給回路はトランジスタQB3,QB4と定電流源CS3からなる回路に相当する。   The relationship between the third, fourth, ninth and tenth embodiments and the present embodiment is that the differential amplifier circuit corresponds to a circuit comprising transistors Q1 to Q4 and a constant current source CS1, and the first subtracting current supply circuit is the transistor QB1, The second subtracting current supply circuit corresponds to a circuit including transistors QB3 and QB4 and a constant current source CS3.

本実施例での追加素子数はトランジスタ4素子と定電流源2素子の合計6素子である。一方、特許文献1でスルーレートを増大させるためには少なくとも10素子を追加する必要があった。したがって、本実施例の方が4素子少ない追加素子数でスルーレートを増大させることができるため、回路を小規模化できる長所を持つ。   The number of additional elements in the present embodiment is a total of six elements including four transistors and two constant current sources. On the other hand, in Patent Document 1, it is necessary to add at least 10 elements in order to increase the slew rate. Therefore, the slew rate can be increased with the number of additional elements which is four elements less in the present embodiment, so that the circuit can be reduced in size.

本実施例の回路動作を説明する。上記のようにして構成された第2の実施例の演算増幅器10Bを、図2に示すように接続する。入力端子間電位差Vdifが約0.5V未満のとき、トランジスタQ1〜Q4を含む差動増幅回路に流れる電流の総和は「I1−I2−I3」である。電流I1から電流I2とI3が引かれる理由は、トランジスタQB2とQB4がオン状態となっているため、電流I2とI3が差動増幅回路より流れ出るためである。また、約0.5Vという値は式(2)より得た。   The circuit operation of the present embodiment will be described. The operational amplifier 10B of the second embodiment configured as described above is connected as shown in FIG. When the potential difference Vdif between the input terminals is less than about 0.5 V, the sum of the currents flowing through the differential amplifier circuit including the transistors Q1 to Q4 is “I1-I2-I3”. The reason why the currents I2 and I3 are subtracted from the current I1 is that the currents I2 and I3 flow out of the differential amplifier circuit because the transistors QB2 and QB4 are on. A value of about 0.5 V was obtained from equation (2).

次に、正転入力端子IN+の電位が反転入力端子IN−の電位より、約0.5V以上大きくなったとき、トランジスタQB1に電流が流れ始める。トランジスタQB1とQB2に流れる電流の総和はI2で一定であるため、トランジスタQB2を通して差動増幅回路より流れ出る電流が減少し始める。さらに、この電位差が約0.7V以上となったとき、トランジスタQB1に電流I2が流れるため、差動増幅回路からトランジスタQB2を通して電流I2は流れ出ない。ここで、約0.7Vという値は式(3)より得たものである。したがって、差動増幅回路に流れる電流の総和は「I1−I3」となる。これは、入力端子間電位差Vdifが約0.5V未満だったときよりI2だけ多い電流値である。このように差動増幅回路に流れる電流が増加するため、スルーレートが増加し、図3に示すようにパルスの立ち上がりが急峻となる。   Next, when the potential of the non-inverting input terminal IN + becomes higher than the potential of the inverting input terminal IN− by about 0.5 V or more, a current starts to flow through the transistor QB1. Since the sum of the currents flowing through the transistors QB1 and QB2 is constant at I2, the current flowing out from the differential amplifier circuit through the transistor QB2 starts to decrease. Further, when the potential difference is about 0.7 V or more, current I2 flows through transistor QB1, and therefore current I2 does not flow from the differential amplifier circuit through transistor QB2. Here, the value of about 0.7 V is obtained from the equation (3). Therefore, the sum of the currents flowing through the differential amplifier circuit is “I1-I3”. This is a current value larger by I2 than when the potential difference Vdif between the input terminals is less than about 0.5V. Since the current flowing through the differential amplifier circuit increases in this way, the slew rate increases, and the rise of the pulse becomes steep as shown in FIG.

次に、入力パルス立ち下がり時の動作を説明する。正転入力端子IN+の電位が反転入力端子IN−の電位より約0.5V以上小さくなったとき、トランジスタQB3に電流が流れ始めるため、トランジスタQB4を通して差動増幅回路より流れ出る電流が減少し始める。さらに、この電位差が約0.7V以上となったとき、トランジスタQB3に電流I3が流れるため、差動増幅回路からトランジスタQB4を通して電流I3は流れ出ない。したがって、差動増幅回路に流れる電流の総和は「I1−I2」となる。これは、定常状態のときよりI3だけ多い電流値である。このように差動増幅回路に流れる電流が増加するため、スルーレートが増加し、図3に示すようにパルスの立ち下がりが急峻となる。   Next, the operation when the input pulse falls will be described. When the potential of the non-inverting input terminal IN + becomes lower than the potential of the inverting input terminal IN− by about 0.5 V or more, current starts to flow through the transistor QB3, and thus the current flowing out from the differential amplifier circuit through the transistor QB4 starts to decrease. Further, when this potential difference is about 0.7 V or more, current I3 flows through transistor QB3, so that current I3 does not flow out from the differential amplifier circuit through transistor QB4. Therefore, the sum of the currents flowing through the differential amplifier circuit is “I1−I2”. This is a current value that is I3 more than in the steady state. Since the current flowing through the differential amplifier circuit increases in this way, the slew rate increases, and the falling of the pulse becomes steep as shown in FIG.

なお、第2の実施例で示した演算増幅器のトランジスタは、PNP型とNPN型を反対にすることができる。その場合、定電流源CS1は低電圧電源線V−に接続し、定電流源CS2,CS3は高電圧電源線V+に接続する。また、高電圧電源線V+に接続されていたトランジスタQB1とQB3のコレクタは、低電圧電源線V−に接続する。   The transistor of the operational amplifier shown in the second embodiment can be reversed between the PNP type and the NPN type. In this case, the constant current source CS1 is connected to the low voltage power supply line V−, and the constant current sources CS2 and CS3 are connected to the high voltage power supply line V +. The collectors of the transistors QB1 and QB3 connected to the high voltage power supply line V + are connected to the low voltage power supply line V-.

<第3の実施例>
図6に第3の実施例の演算増幅器10Cを示す。第3の実施例の演算増幅器10Cは第1の実施例に示した演算増幅器10Aの変形例で、トランジスタQA2のコレクタをトランジスタQ2とQ4のコレクタに接続し、トランジスタQA4のコレクタをトランジスタQ1とQ3のコレクタに接続する。
<Third embodiment>
FIG. 6 shows an operational amplifier 10C of the third embodiment. The operational amplifier 10C of the third embodiment is a modification of the operational amplifier 10A shown in the first embodiment. The collector of the transistor QA2 is connected to the collectors of the transistors Q2 and Q4, and the collector of the transistor QA4 is connected to the transistors Q1 and Q3. Connect to the collector.

請求項1,2,7,8との関係では、差動増幅回路はトランジスタQ1〜Q4と定電流源CS1からなる回路に相当し、第1の加算電流供給回路はトランジスタQA1,QA2と定電流源CS2からなる回路に相当し、第2の加算電流供給回路はトランジスタQA3,QA4と定電流源CS3からなる回路に相当する。   In the relationship with claims 1, 2, 7, and 8, the differential amplifier circuit corresponds to a circuit comprising transistors Q1 to Q4 and a constant current source CS1, and the first addition current supply circuit includes transistors QA1 and QA2 and a constant current. The second addition current supply circuit corresponds to a circuit including the transistors CSA3 and QA4 and the constant current source CS3.

このように構成することで、スルーレート増大のために差動増幅回路に追加供給される電流I2、I3の入力端子IN+,IN−への流出を防ぐことができる。第1の実施例の演算増幅器10Aにおいて、電流I2、I3はトランジスタQ1、Q2のベース電流として、その一部が入力端子IN+,IN−へ流出し、この流出によりコンデンサCcに供給される電流がわずかに減少し、スルーレートの増大が微小であるが妨げられていた。第3の実施例の演算増幅器10Cでは、トランジスタQ1、Q2のコレクタに直接I2、I3を流すことで、この電流の流出を防ぎ、スルーレートを増大できる長所がある。この第3の実施例でのスルーレート増大の傾向は第1の実施例の演算増幅器10Aと同じであり、図3と図4に示される。   With this configuration, it is possible to prevent the currents I2 and I3 additionally supplied to the differential amplifier circuit from flowing out to the input terminals IN + and IN− to increase the slew rate. In the operational amplifier 10A of the first embodiment, the currents I2 and I3 are part of the base currents of the transistors Q1 and Q2, and part of them flow out to the input terminals IN + and IN−, and the current supplied to the capacitor Cc by this outflow There was a slight decrease, and the increase in slew rate was subdued but prevented. The operational amplifier 10C of the third embodiment has an advantage that the current can be prevented from flowing out and the slew rate can be increased by flowing I2 and I3 directly through the collectors of the transistors Q1 and Q2. The tendency of the slew rate increase in the third embodiment is the same as that of the operational amplifier 10A of the first embodiment, and is shown in FIGS.

<第4の実施例>
図7に、本発明の第4の実施例である電界効果型のトランジスタで構成された演算増幅器10Dを示す。本実施例の演算増幅器10Dの回路構成を説明する。たたし図9で説明したものと同じものには同じ符号を付け、その詳しい説明は省略する。図7において、M1,M2はPMOSトランジスタ、M3,M4はNMOSトランジスタ、CS1は定電流源である。トランジスタM1,M2と定電流源CS1は差動入力段を構成し、トランジスタM3,M4は能動負荷としてカレントミラー回路を構成する。以上のトランジスタM1,M2,M3,M4、定電流源CS1で差動増幅器を構成する。
<Fourth embodiment>
FIG. 7 shows an operational amplifier 10D composed of a field effect transistor according to the fourth embodiment of the present invention. A circuit configuration of the operational amplifier 10D of the present embodiment will be described. However, the same components as those described in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In FIG. 7, M1 and M2 are PMOS transistors, M3 and M4 are NMOS transistors, and CS1 is a constant current source. The transistors M1 and M2 and the constant current source CS1 constitute a differential input stage, and the transistors M3 and M4 constitute a current mirror circuit as an active load. The above transistors M1, M2, M3, M4 and the constant current source CS1 constitute a differential amplifier.

本実施例は、この差動増幅器にPMOSトランジスタMC1,MC2,MC3,MC4と定電流源CS2,CS3を追加したことを特徴とする。トランジスタMC1は、ゲートが正転入力端子IN+に、ドレインが低電圧電源線V−に、ソースが定電流源CS2に接続されている。トランジスタMC2は、ゲートとドレインが定電流源CS1に、ソースが定電流源CS2に接続されている。トランジスタMC3は、ゲートが反転入力端子IN−に、ドレインが低電圧電源線V−に、ソースが定電流源CS3に接続されている。トランジスタMC4は、ゲートとドレインが定電流源CS1に、ソースが定電流源CS3に接続されている。本実施例の演算増幅器10Dの入力段は、上記したトランジスタM1,M2,MC1〜MC4、定電流源CS1〜CS3で構成されている。また、この能動負荷から出力端子OUTまでの構成は図9と同じである。   This embodiment is characterized in that PMOS transistors MC1, MC2, MC3, MC4 and constant current sources CS2, CS3 are added to this differential amplifier. The transistor MC1 has a gate connected to the normal input terminal IN +, a drain connected to the low voltage power supply line V-, and a source connected to the constant current source CS2. The transistor MC2 has a gate and a drain connected to the constant current source CS1, and a source connected to the constant current source CS2. The transistor MC3 has a gate connected to the inverting input terminal IN−, a drain connected to the low voltage power supply line V−, and a source connected to the constant current source CS3. The transistor MC4 has a gate and a drain connected to the constant current source CS1, and a source connected to the constant current source CS3. The input stage of the operational amplifier 10D of this embodiment is composed of the above-described transistors M1, M2, MC1 to MC4, and constant current sources CS1 to CS3. The configuration from the active load to the output terminal OUT is the same as that shown in FIG.

請求項1,2,5,6,13との関係では、差動増幅回路はトランジスタM1〜M4と定電流源CS1からなる回路に相当し、第1の加算電流供給回路はトランジスタMC1,MC2と定電流源CS2からなる回路に相当し、第2の加算電流供給回路はトランジスタMC3,MC4と定電流源CS3からなる回路に相当する。   In the relationship with the first, second, fifth, sixth and thirteenth aspects, the differential amplifier circuit corresponds to a circuit including the transistors M1 to M4 and the constant current source CS1, and the first addition current supply circuit includes the transistors MC1 and MC2. The second addition current supply circuit corresponds to a circuit composed of the transistors MC3 and MC4 and the constant current source CS3.

本実施例の回路動作説明を簡単にするために、トランジスタMC1,MC2,MC3,MC4のゲート幅Wおよびゲート長Lは、同じ値で統一されており、トランジスタMC1とMC2、トランジスタMC3とMC4の各差動回路において、電流の流れるトランジスタが完全に切り替わるゲート入力電位差Vdを0.1Vとする。参考までにこの電位差Vdは、チャネルでの電子移動度μと単位面積当たりのゲート酸化膜容量Coxを用いて、LとWの関数として次式で表わされる。

Figure 0005406634
In order to simplify the description of the circuit operation of this embodiment, the gate width W and the gate length L of the transistors MC1, MC2, MC3, and MC4 are unified with the same value, and the transistors MC1 and MC2, and the transistors MC3 and MC4 In each differential circuit, a gate input potential difference Vd at which a transistor through which a current flows is completely switched is set to 0.1V. For reference, this potential difference Vd is expressed by the following equation as a function of L and W using the electron mobility μ n in the channel and the gate oxide film capacitance C ox per unit area.
Figure 0005406634

上記のようにして構成された第4の実施例の演算増幅器10Dを、図2に示すように接続し、第1の実施例と同様に電圧パルスを正転入力端子IN+に印加したときの出力電圧VOUTとスルーレートSRの時間変化は、それぞれ図3と図4に示される。第4の実施例では、パルス立ち上がり時には入力端子間の入力端子間電位差Vdifが「VGSM2−Vd」である約0.5Vを超えたときに、定電流源CS2から流れる電流I2が差動増幅回路に流れ込み始め、コンデンサCcからの引き込み電流は、電流I1に加え電流I2が追加され始める。よってスルーレ−トが増加し始める。ここでVGSM2はトランジスタM2のゲートとソース間電位差であり、約0.6Vである。また、Vdは0.1Vとしたため、このときの入力端子間電位差Vdifは、「約0.6−0.1=約0.5V」である。入力端子間電位差Vdifが「VGSM2+Vd」に達した時、つまり「約0.6+0.1=約0.7V」となったとき、電流I2は全て差動増幅回路に流れ、コンデンサCcからの引き込み電流は「I1+I2」となり、スルーレートは式(4)で表わされる値に増大する。 The operational amplifier 10D of the fourth embodiment configured as described above is connected as shown in FIG. 2, and an output when a voltage pulse is applied to the normal input terminal IN + as in the first embodiment. The time changes of the voltage VOUT and the slew rate SR are shown in FIGS. 3 and 4, respectively. In the fourth embodiment, the current I2 flowing from the constant current source CS2 is differentially amplified when the potential difference Vdif between the input terminals exceeds about 0.5 V which is “ VGSM2−Vd ” at the rising edge of the pulse . As the current drawn from the capacitor Cc starts to flow into the circuit, the current I2 starts to be added in addition to the current I1. Therefore, the slew rate starts to increase. Here, V GSM2 is a potential difference between the gate and the source of the transistor M2, which is about 0.6V. Further, since Vd is 0.1 V, the potential difference Vdif between the input terminals at this time is “about 0.6-0.1 = about 0.5 V”. When the potential difference Vdif between the input terminals reaches “V GSM2 + Vd”, that is, “about 0.6 + 0.1 = about 0.7 V”, all of the current I2 flows to the differential amplifier circuit, and from the capacitor Cc. The drawn current becomes “I1 + I2”, and the slew rate increases to the value represented by the equation (4).

また、パルス立ち下がり時には、入力端子間電位差Vdifが「VGSM1−Vd」を超えたときに、定電流源CS3から流れる電流I3が差動増幅回路に流れ込み始め、コンデンサCcには電流I1に加え電流I3が追加供給され始めるため、スルーレートが増大し始める。ここでVGSM1はトランジスタM1のゲートとソース間電位差であり約0.6Vである。また、Vdは0.1Vと仮定したため、このときの入力端子間電位差Vdifは、「約0.6−0.1=約0.5V」である。入力端子間電位差Vdifが「VGSM1+Vd」に達した時、つまり「約0.6+0.1=約0.7V」となったとき、電流I3は全てにトランジスタM1に流れ、コンデンサCcに供給される電流は「I1+I3」となり、スルーレートは式(5)で表わされる値に増大する。一方、従来例では図4の破線で示したように、電流I2、I3の供給がないため、スルーレートは式(1)で表される。 In addition, when the pulse falls, when the potential difference Vdif between the input terminals exceeds “ VGSM1-Vd ”, the current I3 flowing from the constant current source CS3 starts to flow into the differential amplifier circuit, and the capacitor Cc adds the current I1. Since the current I3 starts to be additionally supplied, the slew rate starts to increase. Here, V GSM1 is a potential difference between the gate and the source of the transistor M1, which is about 0.6V. Since Vd is assumed to be 0.1 V, the potential difference Vdif between the input terminals at this time is “about 0.6−0.1 = about 0.5 V”. When the potential difference Vdif between the input terminals reaches “V GSM1 + Vd”, that is, “about 0.6 + 0.1 = about 0.7 V”, all the current I3 flows to the transistor M1 and is supplied to the capacitor Cc. Current becomes “I1 + I3”, and the slew rate increases to the value represented by the equation (5). On the other hand, in the conventional example, as indicated by the broken line in FIG. 4, since the currents I2 and I3 are not supplied, the slew rate is expressed by the equation (1).

なお、本実施例では、トランジスタMC2のW/LをトランジスタMC1のW/Lより大きく、トランジスタMC4のW/LをトランジスタMC3のW/Lより大きくすることで、入力端子間電位差Vdifが約0.5Vより低い値でもスルーレートを増大させることが可能である。これらのW/Lを大きくすることで、トランジスタMC2とMC4に電流を流すために必要なゲートとソース間電圧が小さくなるためである。   In this embodiment, the W / L of the transistor MC2 is larger than the W / L of the transistor MC1, and the W / L of the transistor MC4 is larger than the W / L of the transistor MC3, so that the potential difference Vdif between the input terminals is about 0. It is possible to increase the slew rate even at a value lower than 0.5V. This is because, by increasing these W / L, the gate-source voltage required for flowing current to the transistors MC2 and MC4 decreases.

また、入力端子間電位差Vdifが約0.5V未満の状態では、差動増幅回路に電流I2,I3が流れ込まないため、本実施例の差動増幅回路の状態は従来例と同じであり、従来例と同じ演算増幅器の安定性を保つ。   In addition, when the potential difference Vdif between the input terminals is less than about 0.5 V, the currents I2 and I3 do not flow into the differential amplifier circuit. Therefore, the state of the differential amplifier circuit of this embodiment is the same as the conventional example. Keep the same operational amplifier stability as the example.

なお、第4の実施例で示した図7の回路のMOSトランジスタは、PMOSとNMOSを反対にすることができる。その場合、定電流源CS1,CS2,CS3は低電圧電源線V−に接続する。また、低電圧電源線V−に接続されていたトランジスタMC1とMC3のドレインは高電圧電源線V+に接続する。   Note that the MOS transistor of the circuit of FIG. 7 shown in the fourth embodiment can be reversed between PMOS and NMOS. In that case, the constant current sources CS1, CS2, CS3 are connected to the low voltage power supply line V-. The drains of the transistors MC1 and MC3 connected to the low voltage power supply line V− are connected to the high voltage power supply line V +.

<第5の実施例>
図8に、本発明の第5の実施例である演算増幅器10Eを示す。本実施例の演算増幅器10Eの回路構成を説明する。本実施例は、入力電圧を高電圧電源線電位から低電圧電源線電位まで入力することが可能な十分に広い入力電圧範囲を持つ演算増幅器、いわゆる入力レール・トウー・レール演算増幅器に本発明を適用した例である。ここで、図7で説明したものと同じものには同じ符号を付け、その詳しい説明は省略する。
<Fifth embodiment>
FIG. 8 shows an operational amplifier 10E that is the fifth embodiment of the present invention. A circuit configuration of the operational amplifier 10E of the present embodiment will be described. In this embodiment, the present invention is applied to an operational amplifier having a sufficiently wide input voltage range capable of inputting an input voltage from a high voltage power supply line potential to a low voltage power supply line potential, a so-called input rail-to-rail operational amplifier. This is an applied example. Here, the same components as those described in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

入力レール・トウー・レール演算増幅器の入力段は、PMOSトランジスタM1,M2からなる差動回路と、NMOSトランジスタM11,M12からなる差動回路、つまり2つの差動回路で構成される。PMOS側の差動回路には定電流源CS1、NMOS側の差動回路には定電流源CS4を接続し、それぞれの差動回路のドレインには負荷抵抗を備える。この負荷抵抗は、抵抗R1〜R4と、NMOSトランジスタM21とM22およびPMOSトランジスタM23とM24によるフォールデット型回路で構成される。抵抗R1〜R4は同じ抵抗値であり、トランジスタM21とM22、トランジスタM23とM24は同一形状である。以上で2個の差動増幅回路が構成される。負荷抵抗としてのトランジスタM21とM23のドレインは、電圧増幅器Gmおよび位相補償用コンデンサCcに接続される。電圧増幅器GmおよびコンデンサCcから出力端子OUTまでの構成は、図9と同じである。なお、Vrefは基準電圧であり、負荷抵抗としてのトランジスタM23とM24にゲート電位を与える。   The input stage of the input rail-to-rail operational amplifier includes a differential circuit composed of PMOS transistors M1 and M2 and a differential circuit composed of NMOS transistors M11 and M12, that is, two differential circuits. A constant current source CS1 is connected to the differential circuit on the PMOS side, a constant current source CS4 is connected to the differential circuit on the NMOS side, and a load resistor is provided at the drain of each differential circuit. This load resistance is constituted by a folded circuit including resistors R1 to R4, NMOS transistors M21 and M22, and PMOS transistors M23 and M24. The resistors R1 to R4 have the same resistance value, and the transistors M21 and M22 and the transistors M23 and M24 have the same shape. Thus, two differential amplifier circuits are configured. The drains of the transistors M21 and M23 serving as load resistors are connected to the voltage amplifier Gm and the phase compensation capacitor Cc. The configuration from the voltage amplifier Gm and the capacitor Cc to the output terminal OUT is the same as that in FIG. Vref is a reference voltage, and applies a gate potential to the transistors M23 and M24 as load resistors.

本実施例は、上記の2個の差動増幅回路に、NMOSトランジスタMD1,MD2と、PMOSトランジスタMD3,MD4と、定電流源CS2,CS3を追加したことを特徴とする。トランジスタMD1は、ゲートが反転入力端子IN−に、ドレインが高電圧電源線V+に、ソースが定電流源CS2に接続される。トランジスタMD2は、ゲートとドレインが定電流源CS4に、ソースが定電流源CS2に接続される。トランジスタMD3は、ゲートが反転入力端子IN−に、ドレインが低電圧電源線V−に、ソースが定電流源CS3に接続される。トランジスタMD4は、ゲートとドレインが定電流源CS1に、ソースが定電流源CS3に接続される。上記が本実施例における演算増幅器の入力段の構成である。   This embodiment is characterized in that NMOS transistors MD1 and MD2, PMOS transistors MD3 and MD4, and constant current sources CS2 and CS3 are added to the two differential amplifier circuits. The transistor MD1 has a gate connected to the inverting input terminal IN−, a drain connected to the high voltage power supply line V +, and a source connected to the constant current source CS2. The transistor MD2 has a gate and a drain connected to the constant current source CS4 and a source connected to the constant current source CS2. The transistor MD3 has a gate connected to the inverting input terminal IN−, a drain connected to the low voltage power supply line V−, and a source connected to the constant current source CS3. The transistor MD4 has a gate and a drain connected to the constant current source CS1, and a source connected to the constant current source CS3. The above is the configuration of the input stage of the operational amplifier in this embodiment.

請求項11,12,13との関係では、第1の差動増幅回路はトランジスタM1,M2,M21,M22、抵抗R1,R2、定電流源CS1からなる回路に相当し、第2の差動増幅回路はトランジスタM11,M12,M23,M24、抵抗R3,R4、定電流源CS4からなる回路に相当し、第1の加算電流供給回路はトランジスタMD3,MD4と定電流源CS3からなる回路に相当し、第2の加算電流供給回路はトランジスタMD1,MD2と定電流源CS2からなる回路に相当する。   In relation to claims 11, 12, and 13, the first differential amplifier circuit corresponds to a circuit comprising transistors M1, M2, M21, and M22, resistors R1 and R2, and a constant current source CS1, and the second differential amplifier circuit. The amplifier circuit corresponds to a circuit including transistors M11, M12, M23, and M24, resistors R3 and R4, and a constant current source CS4. The first addition current supply circuit corresponds to a circuit including transistors MD3 and MD4 and a constant current source CS3. The second addition current supply circuit corresponds to a circuit composed of transistors MD1 and MD2 and a constant current source CS2.

本実施例の入力レール・トウー・レール演算増幅器10Eでは、PMOS側とNMOS側の2つの差動入力段を備えるが、スルーレートを増幅させるために必要な素子数は、第1から第4の実施例と同様に6つであり、少ない素子数でスルーレートを増大できる長所がある。   The input rail-to-rail operational amplifier 10E of the present embodiment includes two differential input stages on the PMOS side and the NMOS side, but the number of elements required to amplify the slew rate is from the first to the fourth. As in the embodiment, there are six, and there is an advantage that the slew rate can be increased with a small number of elements.

本実施例では回路動作説明を簡単にするために、トランジスタMD1,MD2,MD3,MD4のゲート幅Wおよびゲート長Lは同じ値であり、トランジスタMD1とMD2、トランジスタMD3とMD4の差動回路において、電流の流れるトランジスタが完全に切り替わるゲート入力電位差Vdを0.1Vとする。この電位差は式(6)で表わされる。   In this embodiment, in order to simplify the explanation of the circuit operation, the gate width W and the gate length L of the transistors MD1, MD2, MD3, and MD4 have the same value. In the differential circuit of the transistors MD1 and MD2 and transistors MD3 and MD4, The gate input potential difference Vd at which the transistor through which the current flows is completely switched is set to 0.1V. This potential difference is expressed by equation (6).

上記のようにして構成された第5の実施例における演算増幅器10Eを、図2に示すように接続し、第1の実施例と同様に電圧パルスを正転入力端子IN+に印加したときの出力電圧VOUTとスルーレートSRの時間変化の傾向は実施例4と同じであり、それぞれ図3と図4に示される。   The operational amplifier 10E in the fifth embodiment configured as described above is connected as shown in FIG. 2, and the output when the voltage pulse is applied to the normal input terminal IN + as in the first embodiment. The tendency of the time change of the voltage VOUT and the slew rate SR is the same as that of the fourth embodiment, and is shown in FIGS. 3 and 4, respectively.

本実施例では、パルス立ち上がり時には入力端子間電位差Vdifが「VGSM12−Vd」を超えたときに、定電流源CS2を流れる電流I2がトランジスタMD2に流れ始める。ここでVGSM12はトランジスタM12のゲートとソース間電位差の約0.6Vであり、Vdは0.1Vと仮定したため、このときの入力端子間電位差Vdifは「約0.6−0.1=約0.5V」である。その後、入力端子間電位差Vdifが約0.7Vに達したとき、電流I2は全てトランジスタMD2に流れる。この約0.7Vは、「VGSM12+Vd」より得た値である。トランジスタMD2に流れた電流I2はトランジスタM12を通り、抵抗R3で電圧降下を発生させる。このときトランジスタM23に流れる電流ID23は、抵抗R3,R4、トランジスタM23,M24の閉回路で考えた式に基づき減少する。

Figure 0005406634
ここでVGSM23とVGSM24はトランジスタM23,M24のゲートとソース間電位差であり、ID24はトランジスタM24に流れる電流である。式(7)では、電流ID23とID23の関数であるVGSM23以外は変化できない。したがって、電流I2が追加されることで、電流ID23がさらに減少する傾向にある。 In this embodiment, when the potential difference Vdif between the input terminals exceeds “ VGSM12−Vd ” at the rising edge of the pulse, the current I2 flowing through the constant current source CS2 starts to flow through the transistor MD2. Here, V GSM12 is about 0.6 V of the potential difference between the gate and the source of the transistor M12 and Vd is assumed to be 0.1 V. Therefore, the potential difference Vdif between the input terminals at this time is “about 0.6−0.1 = about 0.5V ". Thereafter, when the potential difference Vdif between the input terminals reaches about 0.7 V, all the current I2 flows to the transistor MD2. This about 0.7 V is a value obtained from “V GSM12 + Vd”. The current I2 flowing through the transistor MD2 passes through the transistor M12 and generates a voltage drop at the resistor R3. At this time, the current ID23 flowing through the transistor M23 decreases based on the equation considered in the closed circuit of the resistors R3 and R4 and the transistors M23 and M24.
Figure 0005406634
Here, V GSM23 and V GSM24 are potential differences between the gates and sources of the transistors M23 and M24, and ID24 is a current flowing through the transistor M24. In Expression (7), only V GSM23 which is a function of current ID23 and ID23 can be changed. Therefore, the current ID23 tends to be further reduced by adding the current I2.

一方、トランジスタM21に流れる電流ID21は、即ち、抵抗R1,R2、トランジスタM21,M22の閉回路で考えた式に基づき、次式で表される。

Figure 0005406634
ここで、VGSM21とVGSM22はトランジスタM21,M22のゲートとソース間電位差であり、ID22はM22に流れる電流である。式(8)では電流ID21とID21の関数であるVGSM21以外変化できない。したがって式(8)を成り立たせるには、電流ID21を増加させる必要がある。また、スルーレートの大きさに比例するコンデンサCcに流れる電流は、増加傾向にある電流ID21と減少傾向にある電流ID23の差である。電流I2が追加されることで、電流ID23がさらに減少するため、電流ID21とID23の差がより大きくなり、コンデンサCcから流れ出る電流は増加する。したがって、スルーレートが増大する。 On the other hand, the current ID21 flowing through the transistor M21 is expressed by the following equation based on the equation considered in the closed circuit of the resistors R1 and R2 and the transistors M21 and M22.
Figure 0005406634
Here, V GSM21 and V GSM22 are potential differences between the gates and sources of the transistors M21 and M22, and ID22 is a current flowing through M22. In Expression (8), only V GSM21 which is a function of current ID21 and ID21 can be changed. Therefore, in order to satisfy the equation (8), it is necessary to increase the current ID21. Further, the current flowing through the capacitor Cc proportional to the magnitude of the slew rate is the difference between the current ID21 that tends to increase and the current ID23 that tends to decrease. By adding the current I2, the current ID23 further decreases, so that the difference between the currents ID21 and ID23 becomes larger and the current flowing out of the capacitor Cc increases. Therefore, the slew rate increases.

パルス立ち下がり時は、入力端子間の入力端子間電位差Vdifが電圧「VGSM1-Vd」を超えたときに、定電流源CS3から流れる電流I3がトランジスタMD4に流れ始める。ここでVGSM1はトランジスタM1のゲートとソース間電位差の約0.6Vであり、Vdは0.1Vと仮定したため、このときの入力端子間電位差Vdifは「約0.6−0.1=約0.5V」である。その後、入力端子間電位差Vdifが約0.7Vに達したとき、電流I3は全てトランジスタMD4に流れる。この約0.7Vとは、「VGSM1+Vd」より得た値である。トランジスタMD4に流れた電流I3はトランジスタM1を通り、抵抗R1で電圧降下を発生させる。このときの電流ID21は、抵抗R1,R2、トランジスタM21,M22の閉回路で考えた式に基づき、次式で表わされる。

Figure 0005406634
式(9)では電流ID21とID21の関数であるVGSM21以外は変化できない。したがって、電流I3が追加されることで、さらに電流ID21が減少する。 When the pulse falls, when the potential difference Vdif between the input terminals exceeds the voltage “V GSM1 −Vd”, the current I3 flowing from the constant current source CS3 starts to flow to the transistor MD4. Here, V GSM1 is about 0.6 V of the potential difference between the gate and the source of the transistor M1 and Vd is assumed to be 0.1 V. Therefore, the potential difference Vdif between the input terminals at this time is “about 0.6-0.1 = about 0.5V ". Thereafter, when the potential difference Vdif between the input terminals reaches about 0.7 V, all the current I3 flows to the transistor MD4. This about 0.7 V is a value obtained from “V GSM1 + Vd”. The current I3 flowing through the transistor MD4 passes through the transistor M1 and generates a voltage drop at the resistor R1. The current ID21 at this time is expressed by the following equation based on the equation considered in the closed circuit of the resistors R1 and R2 and the transistors M21 and M22.
Figure 0005406634
In Expression (9), only the current ID21 and VGSM21 which is a function of ID21 can be changed. Therefore, the current ID21 is further reduced by adding the current I3.

一方、トランジスタM23に流れる電流ID23は、抵抗R3,R4、トランジスタM23,M24の閉回路で考えた式に基づき、次式で表される。

Figure 0005406634
式(10)では電流ID23とID23の関数であるVGSM23以外は変化できない。したがって、式(10)を成り立たせるには電流ID23を増加させる必要がある。また、スルーレートの大きさに比例するコンデンサCcに流れる電流は、増加傾向にある電流ID23と減少傾向にある電流ID21の差である。電流I3が追加されることで、電流ID21がさらに減少するため、電流ID21とID23の差がより大きくなり、コンデンサCcに流れ込む電流は増加する。したがって、スルーレートが増大する。 On the other hand, the current ID23 flowing through the transistor M23 is expressed by the following equation based on the equation considered in the closed circuit of the resistors R3 and R4 and the transistors M23 and M24.
Figure 0005406634
In Expression (10), only V GSM23 which is a function of current ID23 and ID23 can be changed. Therefore, it is necessary to increase the current ID 23 in order to satisfy the equation (10). Further, the current flowing through the capacitor Cc proportional to the magnitude of the slew rate is the difference between the current ID23 that is increasing and the current ID21 that is decreasing. By adding the current I3, the current ID21 further decreases, so that the difference between the currents ID21 and ID23 becomes larger and the current flowing into the capacitor Cc increases. Therefore, the slew rate increases.

本実施例では、トランジスタMD2のW/LをトランジスタMD1のW/Lより大きく、トランジスタMD4のW/LをトランジスタMD3のW/Lより大きくすることで、入力端子間電位差Vdifがより低い値でもスルーレートを増大させることが可能である。これはW/Lを大きくすることで、トランジスタMD2とMD4に電流を流すために必要なゲートとソース問電圧が小さくなるためである。   In this embodiment, the W / L of the transistor MD2 is larger than the W / L of the transistor MD1, and the W / L of the transistor MD4 is larger than the W / L of the transistor MD3, so that the potential difference Vdif between the input terminals can be lower. It is possible to increase the slew rate. This is because by increasing W / L, the gate and source voltage required for flowing current through the transistors MD2 and MD4 is reduced.

また、入力端子間電位差Vdifが0.5V未満の状態では、抵抗R3,R1に電流I2,I3が流れ込まないため、本実施例の差動増幅回路の状態は従来例と同じであり、従来例と同じ演算増幅器の安定性を保つ。   In addition, when the potential difference Vdif between the input terminals is less than 0.5 V, the currents I2 and I3 do not flow into the resistors R3 and R1, so the state of the differential amplifier circuit of this embodiment is the same as the conventional example. Keep the same operational amplifier stability.

<その他の実施例>
以上の各実施例では、トランジスタとしてバイポーラトランジスタ又はMOSトランジスタを使用したが、バイポーラトランジスタを使用した回路はMOSトランジスタを使用した回路に、MOSトランジスタを使用した回路はバイポーラトランジスタを使用した回路に、変更可能である。このとき、バイポーラトランジスタのベース、エミッタ、コレクタは、MOSトランジスタのゲート、ソース、ドレインに対応する。
<Other examples>
In each of the above embodiments, a bipolar transistor or a MOS transistor is used as a transistor. However, a circuit using a bipolar transistor is changed to a circuit using a MOS transistor, and a circuit using a MOS transistor is changed to a circuit using a bipolar transistor. Is possible. At this time, the base, emitter, and collector of the bipolar transistor correspond to the gate, source, and drain of the MOS transistor.

Gm:電圧増幅器
BF:バッファ回路
10,10A,10B,10C,10D,10E:演算増幅器
M1〜M4,M11,M12,M21〜M24,Q1〜Q4,MC1〜MC4,MD1〜MD4,QA1〜QA4,QB1〜QB4:トランジスタ
Cc:位相補償用コンデンサ
V+:高電圧電源線
V−:低電圧電源線
IN+:正転入力端子
IN−:反転入力端子
OUT:出力端子
VIN+:正転入力端子電位
VIN−:反転入力端子電位
VOUT:出力端子電位
CS1〜CS4:定電流源
Vref:基準電圧
Gm: Voltage amplifier BF: Buffer circuit 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E: Operational amplifier M1-M4, M11, M12, M21-M24, Q1-Q4, MC1-MC4, MD1-MD4, QA1-QA4 QB1 to QB4: Transistor Cc: Capacitor for phase compensation V +: High voltage power supply line V-: Low voltage power supply line IN +: Normal input terminal IN-: Inverted input terminal OUT: Output terminal VIN +: Normal input terminal potential VIN-: Inverted input terminal potential VOUT: Output terminal potential CS1 to CS4: Constant current source Vref: Reference voltage

Claims (5)

第1の入力端子にベースが接続された第1のトランジスタのエミッタと第2の入力端子にベースが接続され前記第1のトランジスタと同一導電型の第2のトランジスタのエミッタとを第1の定電流源に共通接続し、前記第1および第2のトランジスタのコレクタを負荷に接続した差動増幅回路と、
前記第1の入力端子の電位が前記第1のトランジスタのエミッタの電位よりも第1の所定値以上高くならないときは前記第1の定電流源による電流に対して減算する第1の電流を供給し、前記第1の所定値以上高くなると該第1の電流の供給を停止する第1の減算電流供給回路と、
を備えることを特徴とする演算増幅器。
The emitter of the first transistor having a base connected to the first input terminal and the emitter of the second transistor having the base connected to the second input terminal and the same conductivity type as the first transistor are defined as a first constant. A differential amplifier circuit commonly connected to a current source and having collectors of the first and second transistors connected to a load;
First current when the potential of the first input terminal a first no al a higher than a predetermined value than the potential of the emitter of said first transistor to be subtracted from the current by the first constant current source supplying, it becomes higher when the first predetermined value or more and the first subtraction current supply circuit to stop the supply of the first current,
An operational amplifier comprising:
請求項1に記載の演算増幅器において、
前記第2の入力端子の電位が前記第2のトランジスタのエミッタの電位に対して第2の所定値以上高くならないときは前記第1の定電流源による電流に対して減算する第2の電流を供給し、前記第2の所定値以上高くなると該第2の電流の供給を停止する第2の減算電流供給回路、
を備えることを特徴とする演算増幅器。
The operational amplifier according to claim 1,
The second the absence et a higher than a predetermined value with respect to the emitter potential of the second potential is the second transistor of the input terminals a second subtracting respect to the current by the first constant current source current supply, a second subtraction current supply circuit to stop the supply of the second predetermined value or more becomes higher when said second current,
An operational amplifier comprising:
請求項1に記載の演算増幅器において、
前記第1の減算電流供給回路は、前記第1のトランジスタと反対の導電型の2個のトランジスタのエミッタを第2の定電流源に共通接続し、該2個のトランジスタの一方のトランジスタのベースを前記第1のトランジスタのベースに接続するとともにコレクタを電源端子に接続し、他方のトランジスタのベースとコレクタを前記第1のトランジスタのエミッタに接続してなることを特徴とする演算増幅器。
The operational amplifier according to claim 1,
The first subtracting current supply circuit commonly connects the emitters of two transistors having conductivity types opposite to the first transistor to a second constant current source, and has a base of one of the two transistors. the collector as well as connected to the base of the first transistor connected to a power supply terminal, the other transistor the base and collector of said first operational amplifier, wherein Rukoto such connected to the emitter of the transistor.
請求項に記載の演算増幅器において、
前記第2の減算電流供給回路は、前記第2のトランジスタと反対の導電型の2個のトランジスタのエミッタを第3の定電流源に共通接続し、該2個のトランジスタの一方のトランジスタのベースを前記第2のトランジスタのベースに接続するとともにコレクタを電源端子に接続し、他方のトランジスタのベースとコレクタを前記第2のトランジスタのエミッタに接続してなることを特徴とする演算増幅器。
The operational amplifier according to claim 2 , wherein
The second subtracting current supply circuit is configured to commonly connect emitters of two transistors of opposite conductivity types to the second transistor to a third constant current source, and to connect a base of one of the two transistors. the collector as well as connected to the base of the second transistor connected to a power supply terminal, the other transistor the base and collector of said second operational amplifier, wherein Rukoto such connected to the emitter of the transistor.
請求項1乃至4のいずれか1つに記載の演算増幅器において、
前記トランジスタをMOSトランジスタに置き換え、前記ベースをゲートに、前記エミッタをソースに、前記コレクタをドレインにそれぞれ置き換えたことを特徴とする演算増幅器。
The operational amplifier according to any one of claims 1 to 4 ,
An operational amplifier , wherein the transistor is replaced with a MOS transistor, the base is replaced with a gate, the emitter is replaced with a source, and the collector is replaced with a drain .
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