JPH01122201A - 差動増幅器 - Google Patents

差動増幅器

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JPH01122201A
JPH01122201A JP62259418A JP25941887A JPH01122201A JP H01122201 A JPH01122201 A JP H01122201A JP 62259418 A JP62259418 A JP 62259418A JP 25941887 A JP25941887 A JP 25941887A JP H01122201 A JPH01122201 A JP H01122201A
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JP
Japan
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transistor
base
emitter
differential amplifier
resistor
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JP62259418A
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JPH0463566B2 (ja
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John L Addis
ジョン・エル・アディス
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Tektronix Inc
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Tektronix Inc
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3211Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in differential amplifiers

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  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は差動増幅器、特に1対の帰還型トランジスタ増
幅器間に利得設定抵抗を接続する型式の増幅器に関する
〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕単位
利得(増幅度−1)のバッファ増幅入力段を有するモノ
リシック差動増幅器は高周波差動入力信号を高い同相信
号除去比(CMRIυで正確に増幅するのみならず、高
入力インピーダンス、低ノイズレベル、低電圧オフセッ
ト及び比較的低電源電圧及び電流で動作するので、特に
オシロスコープ等の電子計測器用として有用である。
この種の増幅器は他の多くの増幅器と同様に伝達関数が
路線形である有限のダイナミック動作範囲、即ら「入力
ウィンド」を有する。この増幅器を用いて、電圧励振が
この入力ウィンドを超える大きな入力信号を測定する場
合には問題が仕じる。
その理由は、増幅器がこの通常動作範囲外の非線形領域
に駆動されると、そこに使用するトランジスタを飽和又
は過負荷状態にすることとなる為である。この過負荷状
態による不平衡動作の為に、使用するトランジスタの中
に異なる発熱を生じることとなる。
その結果、過負荷1に態の非線形動作状態からの復帰が
寄生インピーダンスの充放電による遅延を生じるのみな
らず、熱変化により、熱平衡が復帰する迄の間波形(出
力)歪を生じることとなる。
斯る問題を解決する有効な周知手段はない。
従って、本発明の1つの目的は過負荷状態から線形動作
状態へ最小遅延時間で復帰する差動増幅器を提供するこ
とである。
本発明の他の目的は低い動作電源電圧及び少ない回路素
子を用いて過負荷復帰を改傅する差動増幅器を提供する
ことである。
本発明の別の目的はオシロスコープの水平増幅器でMA
G (拡大)を行う為の回路に好適な差動増幅器を提供
することである。
〔発明の概要〕
本発明の差動増幅器は1対の単位利得バッファ増幅器入
力段を有し、差動増幅器が線形動作範囲のとき動作する
内側のバッファ増幅器トランジスタのベース・コレクタ
間に一次帰還路を含んでいる。内側のバッファ増幅器ト
ランジスタのベース・コレクタ間には更に二次帰還路が
設けられ、過負荷時の内側バッファ増幅器トランジスタ
のコレクタ・ベースを制御して飽和を阻止する。これら
帰還路は半導体接合のみを使用するので、発熱及び負荷
効果を最小とするのみならず、過負荷状態からの回復を
早める。
〔実施例〕
第1図は本発明による差動増幅器の好適一実施例の回路
図を示す。この差動増幅器は左半分(10)と右半分(
12)を有する。左半分(10)は単位利得バッファ増
幅器であり、1対のエミッタ結合トランジスタQI  
Q2とトランジスタQ2のコレクタ・ベース間に結合さ
れたダーリントン接続のトランジスタ対Q3  Q<よ
り構成されている。
トランジスタQI  Q2のエミッタは定電流源(14
)を介して適当な負電源−VEEに接続され、この電流
源(14)の大きさは21Rであり、定常状態では両ト
ランジスタQI Q2に等しく分流される。トランジス
タQ1のコレクタは適当な正電圧H+yに接続され、他
方トランジスタQ2のコレクタはトランジスタQ〕のベ
ースに接続される以外に負荷抵抗(16)を介して正電
圧源+VCCに接続される。トランジスタQ1のベース
は入力端子(18)に接続される。トランジスタQ→の
エミッタは第1ダイオード対DI  D2を介してトラ
ンジスタQ2のベースに接続し、トランジスタQ]のエ
ミッタは第2ダイオード対D3  D4を介してトラン
ジスタQ2のベースに接続する。これらダイオードの動
作及びスイッチングについては後述する。定電流源(2
0)がダイオードD2−D4のアノードに接続されると
共にトランジスタQ2のベースに接続され、−万雷流源
(22)がダイオードD3 D4のカソードに接続され
ている。
同様に、差動増幅器の右半分(12)はエミッタ結合ト
ランジスタ対Q5  QGとトランジスタQ5のコレク
タ・ベース間に結合されたダーリントン接続トランジス
タ対Q?−〇、Iとより構成される単位利得バッファ入
力増幅器を含んでいる。
トランジスタQs  QsのエミッタはトランジスタQ
?  Qe間で等しく分流される電流21Bを流す定電
流源(24)に接続されている。トランジスタQ6のコ
レクタは正電源+■に接続され、トランジスタQ5のコ
レクタはトランジスタQ7のベースに接続される以外に
負向抵抗(26)を介して正電圧源+VCCに結合され
る。トランジスタQ6のベースは入力端子(28)に接
続されている。
トランジスタQ8のエミッタは第3ダイオード対Ds 
 Dsを介してトランジスタQ5のベースに接続され、
トランジスタQ7のエミッタは第4ダイオード対Dv 
 D@を介してトランジスタQ5のベースに接続される
。電流源(30)がダイオードDs  Daのアノード
とトランジスタQ5のベースに接続され、他方電流源(
32)がダイオードDr−D8のカソードに接続されて
いる。
差動増幅器の左右半分(10) −(12)の出力間、
即ちトランジスタQ4  Qeのエミッタ間は抵抗(4
0) −(42)の直列回路を介して結合されている。
抵抗(40) −(42)の接続中点には大きさ21g
の電流源(44)が接続され、この電流を抵抗(40)
 、  (42)を介してトランジスタQ4 。
Q8のエミッタに振り分ける。尚、この′r型回路構造
は単に設計上の選択にすぎず、抵抗(40) 。
(42)と電流源(44)は単一抵抗と両端に接続され
た1対の電流源に置換することが可能である。
差動増幅器の通常動作下では、入力信号VINが入力端
子(18) −(2B)に印加され、トランジスタQ2
  QSのベースに伝達され、これを抵抗(40) −
(42)の両端に印加して信号電流Isを生じ、これが
トランジスタQ→−Q11のコレクタを介して出力する
。両人力(1B) −(2B)が等しい電圧に平衡して
いると、電流源(44)の電流21Eが両抵抗(40)
 −(42)に2等分されて、差動増幅器の両半分(1
0) −(12)が等しく導通するので、信号電流ts
はOとなる。信号電流■5は再入力端子(18) −(
2B)の入力電圧が異なるときに生じる。
動作メカニズムを完全に理解するため、当面差動増幅器
の左半分(lO)のみを検討する。微小信号を入力端子
(18)に印加すると、トランジスタQ1のエミッタ電
圧は入力信号電圧に追従し、トランジスタQ2のコレク
タ電流に微小変化を生じさせ、よってトランジスタQ3
のベース電圧を変化させる。この微小変化はトランジス
タQ3−Q4のエミッタフォロワ作用により、且つ導通
しているダイオードDs  D2によりトランジスタQ
2のベースに戻す。回路内のすべての半導体接合(Q3
  Q4のベース・エミッタ及びダイオード)に等しい
電圧降下が生じると仮定すると、ダイオードD3のカソ
ード電位は、トランジスタQ4のエミッタ電位と等しく
、しかもトランジスタQ2のベース電位と等しいので、
ダイオードD4はカットオフとなる。
前述の通常動作状態では、差動増幅器の左半分(10)
の回路は第2図のようによる。即ち、トランジスタQ3
 Q4のベース・エミッタ接合及びダイオードDI  
D2は通常の線形動作状態下ではトランジスタQ2のコ
レクタからベースへの主帰還路をなす。電流源(20)
はダイオードD2を導通する為の定電流を供給し、電流
源(22)はトランジスタQ3の導通を保証する。
入力端子(1B)、即ちトランジスタQ1のベースが他
の入力端子(28)、即ちトランジスタQεのベース電
位に対してItR+−と同等以上の大きな負の電圧励振
を行った場合につき検討する。この場合、電流源(44
)の21Eのすべてが抵抗(42)を流れ、抵抗(40
)には電流が流れない。
よってダイオードDi  D2とトランジスタQ4がカ
ットオフして、第1帰還路を開らく。しかし、この動作
が起ると、ダイオードD4がオンとなり、トランジスタ
Q3のベース・エミッタ接合及びダイオードD:]  
D4を介してトランジスタQ2のコレクタからベースに
第2帰還路を与える。
前述したとおり、入力端子(18)に大きな負電圧励振
がある場合には、差動増幅器の左半分(10)は第3図
に示すとおりである。この第2帰還路は、全単位利得バ
ッファ段が入力信号の負へのスルーに対して、トランジ
スタQ2が飽和し、トランジスタQ1がカットオフする
のを阻止する。また、この作用はトランジスタQI Q
2の発熱の差が生じるのを阻止する。よって、克服すべ
き飽和又は発熱効果はないので、過負荷状態の後に迅速
な回復が行われる。
過負荷状態下では、差動増幅器の利得はOであり、出力
は過負荷信号により影響されない。過負荷の出力電流は
右半分(12)のトランジスタQ8を介して21ばが流
れ、電流源(22)の電流は左半分(lO)のトランジ
スタQ3を介して流れる。
差動増幅器の右半分(12)が負早動された場合、即ち
トランジスタQ6のベースが負に引張られた場合には、
電流源(44)の電流2■ピはトランジスタQ4を流れ
、電流源(32)の電流はトランジスタQ7を流れるこ
ととなること勿論である。
尚、上述の実施例は本発明の差動増幅器の好適の一例を
示すにすぎず、必要に応じて種々の変形変更が可能であ
ること勿論である0例えばショットキー障壁ダイオード
の代りにバイポーラダイオードを用いてもよい。
〔発明の効果〕
本発明の差動増幅器によると、夫々エミッタ結合トラン
ジスタ対とダーリントン帰還トランジスタとを有する左
右半分の出力間を利得設定抵抗を介して結合している。
ダーリントン帰還トランジスタの各トランジスタのエミ
ッタとエミッタ結合トランジスタの一方のベース間には
夫々独立した2つの帰還路を通常(線形)又は過負荷状
態に応じて選択形成するよう構成している。従って、通
常線形モートでは正確に線形動作すると共に過負荷状態
下でもトランジスタが飽和又はカットオフすることなく
入力に追従動作するので線形動作状態への復帰ないし回
復が迅速であるという効果を有する。よって、オシロス
コープの掃引拡大(MAG)の為に、掃引信号を数倍又
は数十倍に拡大(増幅)して表示波形の時間軸拡大を行
う場合に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による差動増幅器の好適一実施例の回路
図、第2図及び第3図は第1図の差動増幅器が夫々線形
動作及び過負荷動作する場合の要部回路構成図を示す。 QL  Q2.Q5  Qsは夫々エミ・ツタ結合トラ
ンジスタ対、(to) 、  (12)は夫々バ・ノフ
ァ増幅段、Q3−Q4 、Qv−Qeは夫々ダーリント
ン接続トランジスタ、Dl、D2.Dl、D4゜Ds、
Ds、D?、Dsは夫々ダイオードである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1対のバッファ増幅段の出力間を抵抗を介して相互接続
    して差動入力信号を増幅し、上記抵抗を流れる信号電流
    を出力信号として取出す差動増幅器において、 上記各バッファ増幅段はエミッタ結合トランジスタ対と
    、該トランジスタ対の出力側トランジスタのコレクタに
    接続したダーリントン接続トランジスタと、該ダーリン
    トン接続トランジスタの各エミッタをダイオードを介し
    て夫々上記出力側トランジスタのベースに帰還する第1
    及び第2帰還路とを具えることを特徴とする差動増幅器
JP62259418A 1986-10-15 1987-10-14 差動増幅器 Granted JPH01122201A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/919,112 US4714896A (en) 1986-10-15 1986-10-15 Precision differential amplifier having fast overdrive recovery
US919112 1986-10-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01122201A true JPH01122201A (ja) 1989-05-15
JPH0463566B2 JPH0463566B2 (ja) 1992-10-12

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ID=25441527

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JP (1) JPH01122201A (ja)
NL (1) NL8702379A (ja)

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