JPH01240004A - 演算増幅器 - Google Patents

演算増幅器

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JPH01240004A
JPH01240004A JP63064717A JP6471788A JPH01240004A JP H01240004 A JPH01240004 A JP H01240004A JP 63064717 A JP63064717 A JP 63064717A JP 6471788 A JP6471788 A JP 6471788A JP H01240004 A JPH01240004 A JP H01240004A
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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】 〔概 要〕 演算増幅器、特に交換機等の如く複数種の電源が存在す
る状況の下で使用できる演算増幅器に関し、 入力端子範囲を拡大し、出力振幅を十分とれ、アーリー
効果による動作不安定をなくし、またアイドル電流を小
さくできるという諸利点を備えた演算増幅器を提供する
ことを目的とし、反転入力および非反転入力を備える差
動増幅回路およびこれにバイアス電流を供給する初段定
電流源からなる初段と、該初段の出力を受ける電圧利得
回路およびバイアス電流供給用の次段定電流源からなる
次段と、該次段の出力により駆動されるエミッタホロワ
からなる出力段とからなる演算増幅器であって、前記差
動増幅回路、前記電圧利得回路および前記エミッタホロ
ワは、負の第1電源とグランドの間に接続し、前記初段
定電流源および次段定電流源は、正の第2電源と、グラ
ンドの間に接続するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は演算増幅器、特に交換機等の如く複数種の電源
が存在する状況の下で使用できる演算増幅器に関する。
例えば時分割交換機の加入者回路やトランク回路におい
ては、近年これら回路の電子化が進み、演算増幅器(以
下、オペアンプとも称す)等を多用して、従来のコイノ
ペ トランス等の電磁部品までも半導体回路で置き換え
るようになった。この場合、加入者の電話機にはこれま
でどおり通話電流を供給しなければならないから、従来
のインタフェース条件はそのまま維持しなければならな
い。
すなわち、電源電圧が一48Vという、電子回路にとっ
てはかなり高い電圧環境下に置かれることになる。本発
明は、このような汎用とは異なる電圧環境下で動作する
のに適したオペアンプについて言及する。
〔従来の技術〕
第5図は従来の演算増幅器の一例示す図である。
本図において、オペアンプ10は概略初段11と次段(
second stage)  12と出力段13とか
ら構成される。次段は一段のみとは限らず数段ある場合
もある。初段11は、人力信号を反転入力IN(−)お
よび非反転入力(+)に受ける差動増幅回路14からな
る。差動増幅回路14はエミッタ相互を共通接続したP
NPトランジスタQl。
Q2と、出力取出しのためのアクティブロード(能動負
荷)を形成するトランジスタQ3.Q4とからなる。ま
た、この初段11内にはバイアス電流供給のための初段
定電流源15が含まれる。
初段11の出力は次段12に供給され、電圧利得回路1
6に供給される。電圧利得回路16はダーリントン接続
のNPNトランジスタQ5.Q6と、位相補償用のコン
デンサC1からなる。また次段12内にはバイアス電流
供給のための次段定電流源17が含まれる。
出力段13はNPNトランジスタQ7とPNPトランジ
スタQ8を有するエミッタホロワ18からなり、次段1
2の出力によって出力信号を生成する。○UTがその出
力端である。出力信号にクロスオーバ歪が現れるのを防
ぐため、次段12内にダイオードD1およびD2が設け
られている。
なお、トランジスタQ7.Q8の定常的な電流は、ダイ
オードDi、D2のエミッタ面積とトランジスタQ7・
Q8のエミッタ面積の比を適当に設定して決める。
このオペアンプ10は、グランドGNDに対し負の電圧
を有する電源VBBにより駆動される。このVBBは、
既述の如く交換機内にあっては一48Vであり、汎用の
オペアンプが36V位で駆動されることから、この種の
オペアンプ10は市販のものが余りなく、コスト高にも
なる。
第6図は演算増幅器10をさらに詳しく示す図であり、
特に初段定電流源15と次段定電流源17を具体的に示
している。すなわち、これら定電流源は一般的な電流ミ
ラー回路で構成されており、トランジスタQ9.QIO
およびダイオード接続されたトランジスタQllと、抵
抗R1゜R2,R3およびR4からなる。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述した従来のオペアンプ10によると、入力の電圧範
囲が狭いという第1の問題がある。すなわち、オペアン
プ10において、初段定電流源15の動作電圧とトラン
ジスタQ1のベース−エミッタ電圧VBEとにより、グ
ランドGNDより1.5V程度(−VRI +VCE9
 + VIIE+)低いレベルの人力信号でないと正常
な動作が期待できない。
ただし、V Rlは抵抗R1の電圧降下、V CE 9
はトランジスタQ9のコレクターエミッタ電圧、VBE
IはトランジスタQ1のベース−エミッタ電圧である。
またこの従来のオペアンプ10によると、出力段13か
らの出力信号が、GNDより1.0V程度(= VR2
+ VCEIO+ VBE7)下がったレベルまでしか
上がらない、という第2の問題がある。ただし、VR2
は抵抗R2の電圧降下、V CE I。はトランジスタ
QIOのコレクターエミッタ電圧、VBE7 はトラン
ジスタQ7のベース−エミッタ電圧である。
さらにまたこのオペアンプ10によると、アーリー効果
を受けて回路動作が不安定になるという第3の問題があ
る。すなわち、オペアンプ10の動作範囲がGND  
VBBとかなり広いことから、初段11内のトランジス
タQ9のコレクターエミッタ電圧は大きく変動する。こ
こに、コレクターエミッタ電圧が大きく変動すると、ト
ランジスタQ9のhFEが変動する(アーリー効果)。
これは前記ミラー回路(定電流源15.17)のミラー
比がずれたことと等価であり、初段11のバイアス電流
はオペアンプの動作電圧により変動し、動作が不安定に
なる。
またこのオペアンプ10はアイドル電流が大きいという
第4の問題がある。アイドル電流とはオペアンプ10の
動作非動作に拘らず常にオペアンプ10内に流れる電流
であり、初段11の定電流源15、次段12の定電流源
17および出力段13に流れる電流の各電流がある。こ
の出力段13の電流は、トランジスタQ7.Q8とダイ
オードDi、D2の素子構造で決まる。
本発明は入力端子範囲を拡大し、出力振幅を十分とれ、
アーリー効果による動作不安定をなくし、またアイドル
電流を小さくできるという諸利点を備えた演算増幅器を
提供することを目的とする。
〔課題を解決するた約の手段〕
第1図は本発明に基づく演算増幅器の原理構成を示す図
である。なお、既述の構成要素と同様のものには同一の
参照番号または記号を付して示す。
まず本発明は、交換機等の如く、負の電圧を供給する第
1電源VBBのみならず、正の電圧を供給する第2電源
V。0を有する条件下で使用されることが前提である。
VBBは前述の一48Vであり、VCCは例えば論理回
路用の+5Vである。
初段11の初段定電流源15はV。0とGNDで動作せ
しめられる。また次段12の次段定電流源17もV。0
とGNDで動作せしめられる。一方、初段11および次
段12内にそれぞれ含まれる差動増幅回路14および電
圧利得回路16はGNDとVBIIで動作せしめられる
。出力段13は従来とかわらない。
〔作 用〕
まず入力の電圧範囲はGNDより僅かにレベルダウンし
たところまで引き上げられる。
また出力振幅もGNDより僅かにレベルダウンしたとこ
ろまで引き上げられる(後述)。
さらに初段定電流源15に含まれるバッファ機能(後述
)によりアーリー効果を受けにくくする。
さらにまたアイドル流源がVCCから生成されるので(
Vcc< l VRII l ) 、電圧が1/10程
度になるためアイドル電力は小さくなる。
〔実施例〕
第2図は本発明に基づく一実施例を示す図であり、定電
流源15にはベース接地されたPNP トランジスタQ
21が接続され、定電流源17にはベース接地されたP
NP トランジスタQ22がそれぞれ設けられ、電圧バ
ッファとして働く。これによりオペアンプの動作点の移
動によるアーリー効果を受けることがない。このような
トランジスタQ21およびQ22を設けても、定電流源
15および17からの電流は、それぞれトラフジ3夕Q
21およびQ22の各ベース電流による減少分を除き、
全て差動増幅回路14および電圧利得回路16に供給さ
れる。
第3図は第2図の定電流源の一例を示す回路図であり、
定電流源15および17のいずれにも共通である。図示
するとおり、V ((とGNDの間にダイオードD3と
トランジスタQ24、抵抗R6が接続され、ここに流れ
る電流lによってダイオードD3の両端に発生した電圧
V D 3により、なる定電流が流れる。なお、ダイオ
ードD3に代えて、第6図の如く抵抗(R3)としても
よいが、D3を用いるとV。0から侵入するノイズを減
少させるという効果がもたらされる。
第4図は本発明による一応用例を示す図であり、第3図
の定電流源にトランジスタスイッチSWをさらに付加し
たものである。スイッチSWはトランジスタQ25と抵
抗R7,R8から構成されており、定電流■、をこのス
イッチSWによりオン。
オフすることができる。このオン、オフ信号はパワーダ
ウン信号PDであり、TTLレベルの論理人力である。
これはオペアンプにVCCを導入したことにより可能と
なる。かくして、オペアンプ10を一時的に非駆動にす
ることもできる。
〔発明の効果〕
(1)まず人力の電圧範囲が拡大する。第2図によれば
、入力信号がGNDから約−0,2Vのレベルに達して
も動作可能である。すなわち、IN(−)の人力はGN
Dに対し、V!lE2  VCE21−V B E I
 であり、V 11!!21 !=、VBEI とする
と、人力=V c p□1となり、トランジスタQ21
がほぼ飽和直前のレベルまで動作できる。IN(+)も
同様である。なお、V CEはトランジスタのコレクタ
ーエミッタ電圧、VB、はトランジスタのベース−エミ
ッタ電圧であり、それぞれに付された数字はトランジス
タの参照番号を示す。
(2)出力振幅についてみると、第2図において、GN
Dから約−〇、2Vのレベルの出力が得られる。
この−〇、2Vは、VBE22  VCE22  V8
I!1 に相当する。ただし、VB+!2□およびV。
、22はトランジスタQ22のベース−エミッタ電圧お
よびコレクターエミッタ電圧であり、VIE−+ はト
ランジスタQ7のベース−エミッタ電圧である。
(3)アーリー効果を受けず回路動作が安定する。
(4)アイドル電力を小さくできる。
(5)TTLレベルでのパワーダウンが簡単にでき、ア
イドル電流のオン、オフコントロールが容易である。
(6)一般的に言えば交換機の加入者回路等ではGND
  VB2間で動くオペアンプが有利であり、例えば第
5図においてオペアンプをさらに高耐圧化してV。(−
VB間(約53Vになる)で直に動作させれば、本発明
のオペアンプよりも広い動作範囲の入出力を得られるが
、加入者回路としては、GND  VB2間に動作範囲
が制限された方が、その他の回路との連係上、都合がよ
い。また、トランジスタの耐圧としてvcc  VII
Bより低い、耐圧GND−VBIlのトランジスタでオ
ペアンプを組むことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に基づく演算増幅器の原理構成を示す図
、 第2図は本発明に基づく一実施例を示す図、第3図は第
2図の定電流源の一例を示す回路図、第4図は本発明に
よる一応用例を余す図、第5図は従来の演算増幅器の一
例を示す図、第6図は演算増幅器IOをさらに詳しく示
す図である。 図において、 10・・・演算増幅器、  11・・・初段、12・・
・次段、     13・・・出力段、14・・・差動
増幅回路、15・・・初段定電流源、16・・・電圧利
得回路、17・・・次段定電流源、18・・・エミッタ
ホロワ、 VBll・・・負の第1電源、VCC・・・正の第2電
源。 とニー一人一一一)  −ニー一しm−)本発明に基づ
く演算増@器の原理構成を示す図第1図 10・・ 演算増幅器 11・・・初段 12・・・次段 本発明に基づく一実施例を示す図 第2図の定直流源の一例を示す回路図 第3図 本発明による一応用例を示す図 第4図 演算増幅器10をさらに詳しく示す図 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、グランド(GND)に対し負の電圧を供給する第1
    電源(V_B_B)および正の電圧を供給する第2電源
    (V_C_C)により駆動され、 反転入力および非反転入力を備える差動増幅回路(14
    )およびこれにバイアス電流を供給する初段定電流源(
    15)からなる初段(11)と、該初段(11)の出力
    を受ける電圧利得回路(16)およびバイアス電流供給
    用の次段定電流源(17)からなる次段(12)と、 該次段(12)の出力により駆動されるエミッタホロワ
    (18)からなる出力段(13)とからなる演算増幅器
    であって、 前記差動増幅回路(14)、前記電圧利得回路(16)
    および前記エミッタホロワ(18)は、前記第1電源(
    V_B_B)とグランド(GND)の間に接続し、前記
    初段定電流源(15)および次段定電流源(17)は、
    前記第2電源(V_C_C)とグランド(GND)の間
    に接続することを特徴とする演算増幅器。 2、前記初段定電流源(15)の出力側に、ベースが前
    記グランド(GND)に接続されたPNPトランジスタ
    (Q21)を挿入し、前記次段定電流源(17)の出力
    側に、ベースが前記グランド(GND)に接続されたP
    NPトランジスタ(Q22)を挿入する請求項1記載の
    演算増幅器。 3、前記初段定電流源(15)および次段定電流源(1
    7)の少なくとも一方にトランジスタスイッチ(SW)
    を内蔵せしめ、TTLレベルのパワーダウン信号(PD
    )によって該トランジスタスイッチ(SW)がオフせし
    められたとき、出力定電流を断とする請求項1記載の演
    算増幅器。
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