JPH0198305A - 差動増幅回路 - Google Patents
差動増幅回路Info
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- JPH0198305A JPH0198305A JP62254785A JP25478587A JPH0198305A JP H0198305 A JPH0198305 A JP H0198305A JP 62254785 A JP62254785 A JP 62254785A JP 25478587 A JP25478587 A JP 25478587A JP H0198305 A JPH0198305 A JP H0198305A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
- H03F1/3211—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in differential amplifiers
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/45—Differential amplifiers
- H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
- H03F3/4508—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using bipolar transistors as the active amplifying circuit
- H03F3/45098—PI types
- H03F3/45103—Non-folded cascode stages
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
、(産業上の利用分野)
この発明は、差動増幅回路に係り、特に単一導電形の能
動素子のみで構成することができる高利得の差動増幅回
路に関する。
動素子のみで構成することができる高利得の差動増幅回
路に関する。
(従来の技術)
差動増幅回路はオペアンプをはじめとするアナログIC
の基本ビルデイングロックとして広く利用されており、
その性能としては、一般に増幅度が大きく且つ周波数帯
域の広いものが望まれている。
の基本ビルデイングロックとして広く利用されており、
その性能としては、一般に増幅度が大きく且つ周波数帯
域の広いものが望まれている。
このような差動増幅回路の第1の従来例としては、第1
3図に示すようなものがある。この従来例は、最も基本
的な抵抗負荷の差動増幅回路であり、同図中、Q+ 、
Q2はnpn形のペアトランジスタ、1は定電流源、2
は負電源、ペアトランジスタQ+ 、Q2のベースがそ
れぞれ入力端子3.4、コレクタがそれぞれ出力端子5
.6であり、さらにコレクタには、それぞれ負荷抵抗7
.8が接続され、その各負荷抵抗7.8の他端は正電源
9に接続されている。
3図に示すようなものがある。この従来例は、最も基本
的な抵抗負荷の差動増幅回路であり、同図中、Q+ 、
Q2はnpn形のペアトランジスタ、1は定電流源、2
は負電源、ペアトランジスタQ+ 、Q2のベースがそ
れぞれ入力端子3.4、コレクタがそれぞれ出力端子5
.6であり、さらにコレクタには、それぞれ負荷抵抗7
.8が接続され、その各負荷抵抗7.8の他端は正電源
9に接続されている。
この差動増幅回路は、負荷が抵抗であるため、周波数帯
域は広いが増幅度は余り大ぎくできないという難点があ
る。
域は広いが増幅度は余り大ぎくできないという難点があ
る。
これに対し、第14図は増幅度を向上させた第2の従来
例を示すものであり、広く使用されている差動増幅回路
である。この従来例は、2個のpnp形トランジスタQ
3 、Q4で構成されたカレントミラー回路が、ペアト
ランジスタQ1、Q2のコレクタに能動負荷として接続
されている。
例を示すものであり、広く使用されている差動増幅回路
である。この従来例は、2個のpnp形トランジスタQ
3 、Q4で構成されたカレントミラー回路が、ペアト
ランジスタQ1、Q2のコレクタに能動負荷として接続
されている。
この差動増幅回路は、能動負荷であるカレントミラー回
路の作用により、非常に大きな増幅度が実現されている
。しかし前記第13図のものとは異なって周波数帯域が
狭いという難点がある。これは、一般に用いられている
ICの製造プロセスで作製されたpnp形のトランジス
タは、npn形のトランジスタと比べると周波数特性が
極端に悪く、この差動増幅回路では、そのpnp形のト
ランジスタがカレントミラー回路として信号の増幅にあ
ずかっているためである。
路の作用により、非常に大きな増幅度が実現されている
。しかし前記第13図のものとは異なって周波数帯域が
狭いという難点がある。これは、一般に用いられている
ICの製造プロセスで作製されたpnp形のトランジス
タは、npn形のトランジスタと比べると周波数特性が
極端に悪く、この差動増幅回路では、そのpnp形のト
ランジスタがカレントミラー回路として信号の増幅にあ
ずかっているためである。
即ち、入力端子3への入力信号が、トランジスタQ1を
介して能動負荷を構成しているトランジスタQ3に伝わ
り、さらにこのトランジスタQ3とベースが共通の他の
トランジスタQ4で増幅される。このような増幅経路で
pnp形のトランジスタを信号が通る。一方、入力端子
4への入力信号は、npn形のトランジスタQ2のみを
通る。
介して能動負荷を構成しているトランジスタQ3に伝わ
り、さらにこのトランジスタQ3とベースが共通の他の
トランジスタQ4で増幅される。このような増幅経路で
pnp形のトランジスタを信号が通る。一方、入力端子
4への入力信号は、npn形のトランジスタQ2のみを
通る。
しかし、出力端子6からは、上記両経路を通った信号の
合成されたものが出力されるので、差動増幅回路全体と
してはpnp形のトランジスタの周波数特性で規制され
て周波数帯域が狭くなってしまう。
合成されたものが出力されるので、差動増幅回路全体と
してはpnp形のトランジスタの周波数特性で規制され
て周波数帯域が狭くなってしまう。
そこで、増幅度を大きく保ちつつ、周波数帯域の広い差
動増幅回路を得るためには、負荷のpnpn上形ンジス
タに信号を通過させなければよい。
動増幅回路を得るためには、負荷のpnpn上形ンジス
タに信号を通過させなければよい。
第15図は、このような第3の従来例を示すものであり
、2個のpnp形トランジスタQ5、Q6で構成された
定電流負荷が、ペアトランジスタQ+ 1Q2のコレク
タに接続されている。11は定電流負荷におけるバイア
ス電圧の印加端子である。
、2個のpnp形トランジスタQ5、Q6で構成された
定電流負荷が、ペアトランジスタQ+ 1Q2のコレク
タに接続されている。11は定電流負荷におけるバイア
ス電圧の印加端子である。
この差動増幅回路によれば増幅度を大きく保ちつつ、広
い周波数帯域が実現される。しかし、この回路では、両
入力端子3.4が同電位にあるとき、定電流源1によっ
て決まるペアトランジスタQ+ 、Q2のコレクタ電流
と、端子11に加えられたバイアス電圧によって決まる
トランジスタQ5、Q6に流れるべきコレクタ電流とが
常に正確に等しくないと、出力端子5.6の電位が正、
魚雷11n7[f圧の中間の適切な値にならず同相信号
除去比が劣化する。このことから、第15図に示す差動
増幅回路を実際に用いるためには、この回路に同相帰還
を施した第16図の(A)、(B)に示ずような回路と
されている。
い周波数帯域が実現される。しかし、この回路では、両
入力端子3.4が同電位にあるとき、定電流源1によっ
て決まるペアトランジスタQ+ 、Q2のコレクタ電流
と、端子11に加えられたバイアス電圧によって決まる
トランジスタQ5、Q6に流れるべきコレクタ電流とが
常に正確に等しくないと、出力端子5.6の電位が正、
魚雷11n7[f圧の中間の適切な値にならず同相信号
除去比が劣化する。このことから、第15図に示す差動
増幅回路を実際に用いるためには、この回路に同相帰還
を施した第16図の(A)、(B)に示ずような回路と
されている。
即ち、第16図(A)の回路では、両出力端子5.60
間に同相帰還回路12が接続され、前記第15図の回路
における定電流源が可変電流源1aとされている。そし
て、同相帰還回路12により両出力端子5.6間の同相
電圧成分が検出され、これがゼロになるように可変電流
源1aが制御されている。このようにして、両出力端子
5.6の直流電位は、入力端子3.4に加えられる同相
電圧に対して殆んど変化しない回路が得られている。
間に同相帰還回路12が接続され、前記第15図の回路
における定電流源が可変電流源1aとされている。そし
て、同相帰還回路12により両出力端子5.6間の同相
電圧成分が検出され、これがゼロになるように可変電流
源1aが制御されている。このようにして、両出力端子
5.6の直流電位は、入力端子3.4に加えられる同相
電圧に対して殆んど変化しない回路が得られている。
しかし、(可変)アクティブフィルタ等においては、相
互コンダクタンス可変の差動増幅回路が必要とされる。
互コンダクタンス可変の差動増幅回路が必要とされる。
このためには、可変電流源1aは相互コンダクタンスを
可変とするための手段として使用しなければならず、こ
の場合は、その可変電流源1aを同相帰還のために同時
に使用することができなくなる。
可変とするための手段として使用しなければならず、こ
の場合は、その可変電流源1aを同相帰還のために同時
に使用することができなくなる。
そこで、このような場合には、第16図(B)に示す回
路を用いることが考えられる。この回路では、同相帰還
回路12は、可変電流源1aの制御に代って、定電流負
荷を構成しているトランジスタQ5 、Qoのベースバ
イアス電圧を制御し、同相入力に対する利得を下げるよ
うにしている。
路を用いることが考えられる。この回路では、同相帰還
回路12は、可変電流源1aの制御に代って、定電流負
荷を構成しているトランジスタQ5 、Qoのベースバ
イアス電圧を制御し、同相入力に対する利得を下げるよ
うにしている。
しかし、この回路は、同相帰還回路12で制御されるト
ランジスタQ5 、Qeが非常に大きな利得を持ち且つ
pnp形であるためにその周波数特性が悪く、同相帰還
を安定にかけるためには大きな容量の位相補償キャパシ
タ13.14を付加しなければならないという難点があ
る。そしてさらに、これらの位相補償キャパシタ13.
14は、差動増幅回路の負荷となるので、却って周波数
特性を劣化させることになり、元来、キャパシタを必要
とする積分回路等に応用する場合以外は、非常に不都合
であった。
ランジスタQ5 、Qeが非常に大きな利得を持ち且つ
pnp形であるためにその周波数特性が悪く、同相帰還
を安定にかけるためには大きな容量の位相補償キャパシ
タ13.14を付加しなければならないという難点があ
る。そしてさらに、これらの位相補償キャパシタ13.
14は、差動増幅回路の負荷となるので、却って周波数
特性を劣化させることになり、元来、キャパシタを必要
とする積分回路等に応用する場合以外は、非常に不都合
であった。
(発明が解決しようとする問題点)
抵抗負荷を備えた第1の従来例では、周波数帯域は広い
が増幅度を余り大きくすることができない。また、pn
pn上形ンジスタで構成されたカレントミラー回路を能
動負荷とした第2の従来例では、・非常に大きな増幅度
が実現されるが周波数特性の悪いpnpn上形ンジスタ
が信号の増幅にあずかっているため、周波数帯域が狭(
なってしまう。さらにpnpn上形ンジスタで構成され
た定電流負荷を備えた第3の従来例では、増幅度を大き
く保ちつつ広い周波数帯域幅を有するものが実現できる
。しかし、この第3の従来例では同相信号除去比が劣化
し易いので、この解決手段として同相帰還回路を付設し
なければならず、このためチップ面積が大きくなってし
まい、また相互フンダクタンスを可変とするためには制
約が生じ、これを解決するためには却って周波数特性の
劣化を伴なってしまう。
が増幅度を余り大きくすることができない。また、pn
pn上形ンジスタで構成されたカレントミラー回路を能
動負荷とした第2の従来例では、・非常に大きな増幅度
が実現されるが周波数特性の悪いpnpn上形ンジスタ
が信号の増幅にあずかっているため、周波数帯域が狭(
なってしまう。さらにpnpn上形ンジスタで構成され
た定電流負荷を備えた第3の従来例では、増幅度を大き
く保ちつつ広い周波数帯域幅を有するものが実現できる
。しかし、この第3の従来例では同相信号除去比が劣化
し易いので、この解決手段として同相帰還回路を付設し
なければならず、このためチップ面積が大きくなってし
まい、また相互フンダクタンスを可変とするためには制
約が生じ、これを解決するためには却って周波数特性の
劣化を伴なってしまう。
この発明は上記事情に基づいてなされたもので、抵抗負
荷とすることによりnpn形の単一導電形のトランジス
タのみで構成することができて、優れた同相信号除去比
を維持できるとともに周波数帯域幅を広くすることがで
き、さらに増幅度を大きくすることのできる差動増幅回
路を提供することを目的とする。
荷とすることによりnpn形の単一導電形のトランジス
タのみで構成することができて、優れた同相信号除去比
を維持できるとともに周波数帯域幅を広くすることがで
き、さらに増幅度を大きくすることのできる差動増幅回
路を提供することを目的とする。
[発明の構成]
(問題点を解決するための手段)
この発明は上記問題点を解決するために、ペアトランジ
スタの出力端子にそれぞれ負荷抵抗を接続した差動増幅
回路において、前記ペアトランジスタの各出力端子の間
に、前記負荷抵抗とともに差動出力に対する負荷として
機能して当該負荷抵抗を打消すための負性抵抗を接続し
たことを要旨とする。 − (作用) 負荷を抵抗とすることにより、npn形の単一導電形の
トランジスタのみで構成することができて周波数特性が
良好となり広い周波数帯域幅が実現される。また、ペア
トランジスタの各出力端子間に接続された負性抵抗によ
り着初出力成分に関してのみ負荷抵抗が打消され、見掛
上非常に大きな負荷抵抗として機能するので増幅度の増
大が図られる。
スタの出力端子にそれぞれ負荷抵抗を接続した差動増幅
回路において、前記ペアトランジスタの各出力端子の間
に、前記負荷抵抗とともに差動出力に対する負荷として
機能して当該負荷抵抗を打消すための負性抵抗を接続し
たことを要旨とする。 − (作用) 負荷を抵抗とすることにより、npn形の単一導電形の
トランジスタのみで構成することができて周波数特性が
良好となり広い周波数帯域幅が実現される。また、ペア
トランジスタの各出力端子間に接続された負性抵抗によ
り着初出力成分に関してのみ負荷抵抗が打消され、見掛
上非常に大きな負荷抵抗として機能するので増幅度の増
大が図られる。
一方、負性抵抗は前記のようにペアトランジスタの各出
力端子間に接続されているので、同相出力成分に対して
は何ら寄与せず、抵抗負荷の差動増幅回路が本来有する
優れた同相信号除去比がそのまま維持される。
力端子間に接続されているので、同相出力成分に対して
は何ら寄与せず、抵抗負荷の差動増幅回路が本来有する
優れた同相信号除去比がそのまま維持される。
(実施例)
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず、第1図及び第2図を用いて各実施例の基本構成と
その作用から説明する。
その作用から説明する。
なお、第1図、第2図及び後述の各実施例を示す図にお
いて、前記第13図における回路素子等と同一ないし均
等のものは、前記と同一符号を以って示し、重複した説
明を省略する。
いて、前記第13図における回路素子等と同一ないし均
等のものは、前記と同一符号を以って示し、重複した説
明を省略する。
第1図に示すように、その基本構成は、ペアトランジス
タQ+ 、Q2の各コレクタ、即ち、出力端子5.6の
間に、差動出力に対する負荷として機能して負荷抵抗7
.8を打消すための負性抵抗15が接続されている。
タQ+ 、Q2の各コレクタ、即ち、出力端子5.6の
間に、差動出力に対する負荷として機能して負荷抵抗7
.8を打消すための負性抵抗15が接続されている。
次いで、この基本回路の動作を第2図の(A)、(B)
を用いて説明する。第2図(A)は、差動信号のみに対
する等価回路(ディファレンシャル・ハーフサーキット
)である。同図中、15aは、その絶対値が負荷抵抗7
の抵抗値の1/2の値を有する負性抵抗である。第2図
(A)の回路から明らかなように、負性抵抗15aの値
が、負荷抵抗7の値を丁度打消すように選ばれていると
、トランジスタQ1の負荷は無限大の抵抗となり、結果
的に前記第15図に示した定電流負荷を用いた場合と同
様になって非常に大きな増幅度が実現される。このため
には負荷抵抗7の値をRとしたとき、負性抵抗15aの
値は、−Rに選ばれる。但し、負性抵抗15aの絶対値
が、負荷抵抗7の抵抗(ilRより大きくなると合成さ
れた負荷抵抗が負になり、回路動作が不安定となるので
、負性抵抗15aの絶対値は、Rより小なる範囲で且つ
Rに近い値とされる。
を用いて説明する。第2図(A)は、差動信号のみに対
する等価回路(ディファレンシャル・ハーフサーキット
)である。同図中、15aは、その絶対値が負荷抵抗7
の抵抗値の1/2の値を有する負性抵抗である。第2図
(A)の回路から明らかなように、負性抵抗15aの値
が、負荷抵抗7の値を丁度打消すように選ばれていると
、トランジスタQ1の負荷は無限大の抵抗となり、結果
的に前記第15図に示した定電流負荷を用いた場合と同
様になって非常に大きな増幅度が実現される。このため
には負荷抵抗7の値をRとしたとき、負性抵抗15aの
値は、−Rに選ばれる。但し、負性抵抗15aの絶対値
が、負荷抵抗7の抵抗(ilRより大きくなると合成さ
れた負荷抵抗が負になり、回路動作が不安定となるので
、負性抵抗15aの絶対値は、Rより小なる範囲で且つ
Rに近い値とされる。
一方、第2図(B)は、同相信号のみに対する等価回路
(コモンモード・ハーフサーキット)を示している。同
図中、16は、第1図の基本回路における定電流源1の
内部抵抗Reeの2倍の値をもった抵抗であり、通常用
いられる負荷抵抗7の抵抗値Rに比べて非常、に大きな
抵抗値を有している。その抵抗値は、例えば数1OKΩ
〜数MΩ程度の値である。したがって同相信号に対する
この回路の増幅度は非常に小さなものとなる。
(コモンモード・ハーフサーキット)を示している。同
図中、16は、第1図の基本回路における定電流源1の
内部抵抗Reeの2倍の値をもった抵抗であり、通常用
いられる負荷抵抗7の抵抗値Rに比べて非常、に大きな
抵抗値を有している。その抵抗値は、例えば数1OKΩ
〜数MΩ程度の値である。したがって同相信号に対する
この回路の増幅度は非常に小さなものとなる。
このように、この実施例の差動増幅回路は格別の同相帰
還回路を設けなくても同相信号除去比が非常に大きく、
且つ差動信号に対しては非常に大きな増幅度が実現され
る。
還回路を設けなくても同相信号除去比が非常に大きく、
且つ差動信号に対しては非常に大きな増幅度が実現され
る。
次に、第3図〜第5図には、この発明の第1実施例を示
す。この実施例は、前記基本回路における負性抵抗を、
正帰還を施した差動増幅回路で構成したものである。第
3図中、17は正帰還を施した差動増幅回路、18は、
そのエミッタデイジェネレーション抵抗(終端抵抗)で
ある。
す。この実施例は、前記基本回路における負性抵抗を、
正帰還を施した差動増幅回路で構成したものである。第
3図中、17は正帰還を施した差動増幅回路、18は、
そのエミッタデイジェネレーション抵抗(終端抵抗)で
ある。
第4図は、上記の正帰還を施した差動増幅回路17の具
体的回路例を示している。第4図中、22.23は第1
の端子対、Q7、QBはnpn形のペアトランジスタ、
19.21は第2の端子対であり、ペアトランジスタQ
7、QBのエミッタ同士は、第2の端子対19,21に
接続された終端抵抗18を介して結合されている。また
、ペアトランジスタにおける一方のトランジスタQ7の
ベースは他方のトランジスタQ8のコレクタに接続され
、他方のトランジスタQ8のベースは一方のトランジス
タQ1のコレクタに接続されている。
体的回路例を示している。第4図中、22.23は第1
の端子対、Q7、QBはnpn形のペアトランジスタ、
19.21は第2の端子対であり、ペアトランジスタQ
7、QBのエミッタ同士は、第2の端子対19,21に
接続された終端抵抗18を介して結合されている。また
、ペアトランジスタにおける一方のトランジスタQ7の
ベースは他方のトランジスタQ8のコレクタに接続され
、他方のトランジスタQ8のベースは一方のトランジス
タQ1のコレクタに接続されている。
24.25.26.27はそれぞれ定電流■1の定電流
源である。
源である。
上述のように、第4図の回路は、終端抵抗18でエミッ
タデイジェネレーションされた差動増幅回路の2個のト
ランジスタQ7 、Qaのベース入力端子を互いに他の
トランジスタのコレクタ出力端子に接続しているので、
これにより正帰還回路が構成され、正帰還を施す前の差
動増幅回路の相互コンダクタンスが十分に大きければ、
出力端子である第1の端子対22.23から正帰還差動
増幅回路をみた入力抵抗は:終端抵抗18の値を一1倍
した値となる。そしてこの正帰還差動増幅回路自体では
不安定であるが、正の抵抗を有する回路で第1の端子対
22.23の間を終端し、正味の抵抗が正になるように
すれば安定な動作が行なわれる。
タデイジェネレーションされた差動増幅回路の2個のト
ランジスタQ7 、Qaのベース入力端子を互いに他の
トランジスタのコレクタ出力端子に接続しているので、
これにより正帰還回路が構成され、正帰還を施す前の差
動増幅回路の相互コンダクタンスが十分に大きければ、
出力端子である第1の端子対22.23から正帰還差動
増幅回路をみた入力抵抗は:終端抵抗18の値を一1倍
した値となる。そしてこの正帰還差動増幅回路自体では
不安定であるが、正の抵抗を有する回路で第1の端子対
22.23の間を終端し、正味の抵抗が正になるように
すれば安定な動作が行なわれる。
第5図は、上藺第4図の正帰還差動増幅回路による負性
抵抗を、前記第3図の回路に組入れた回路を示すもので
ある。同図で、定電流源26.27は、正帰還差動増幅
回路17にバイアス電流を供給するものなので、この場
合は負荷抵抗7.8が存在するから、この定電流源26
.27は省略することができる。
抵抗を、前記第3図の回路に組入れた回路を示すもので
ある。同図で、定電流源26.27は、正帰還差動増幅
回路17にバイアス電流を供給するものなので、この場
合は負荷抵抗7.8が存在するから、この定電流源26
.27は省略することができる。
ところで、第5図の回路では、出力端子5.6間の差動
出力電圧が大きくなると、正帰還差動増幅回路17内の
ペアトランジスタQ7 、Qeが飽和し、成る値(約0
.6V)までに差動出力が制限されてしまうという欠点
がある。しかし、この実施例のような高利得の差動増幅
回路は、増幅器の初段に用いられる場合が多く、さらに
、その場合には、増幅器に負帰還が施されることが多い
ので、初段の出力振幅は非常に小さくなり、実用上、上
記の欠点が問題となることは少ない。
出力電圧が大きくなると、正帰還差動増幅回路17内の
ペアトランジスタQ7 、Qeが飽和し、成る値(約0
.6V)までに差動出力が制限されてしまうという欠点
がある。しかし、この実施例のような高利得の差動増幅
回路は、増幅器の初段に用いられる場合が多く、さらに
、その場合には、増幅器に負帰還が施されることが多い
ので、初段の出力振幅は非常に小さくなり、実用上、上
記の欠点が問題となることは少ない。
しかるに、この実施例の差動増幅回路は、入出力インピ
ーダンスが大きいので、トランスコンダクタンスとして
も利用することができ、例えばキャパシタを負荷として
積分器を構成し、アクティブフィルタ等に用いることも
可能である。そして、このような場合には、できるだけ
出力振幅が太きく取れる方が望ましい。
ーダンスが大きいので、トランスコンダクタンスとして
も利用することができ、例えばキャパシタを負荷として
積分器を構成し、アクティブフィルタ等に用いることも
可能である。そして、このような場合には、できるだけ
出力振幅が太きく取れる方が望ましい。
第6図は、このような点に鑑みて考えられた第2実施例
を示す図である。第6図中、28.29はレベルシフト
回路であり、このレベルシフト回路28.29によって
正帰還差動増幅回路17内のペアトランジスタQy 、
Qaのベース電圧よりもコレクタ電圧が高くなるように
することにより、前述の出力振幅が、レベルシフト回路
28.29でシフトされた電圧弁だけ大にされる。
を示す図である。第6図中、28.29はレベルシフト
回路であり、このレベルシフト回路28.29によって
正帰還差動増幅回路17内のペアトランジスタQy 、
Qaのベース電圧よりもコレクタ電圧が高くなるように
することにより、前述の出力振幅が、レベルシフト回路
28.29でシフトされた電圧弁だけ大にされる。
このレベルシフト回路28.29として内部抵抗の過度
に大きくないものを用いる場合は、第6図中X印で示す
箇所を切開き、点線で示す部分を接続しても、回路動作
は直流動作点が若干変わるのみで、本質的には同じであ
る。したがって、このような接続変更を行なった場合、
レベルシフト回路28.29としては、第7図の(2)
〜(e)に例示したような簡単な構成のものを使うこと
ができる。
に大きくないものを用いる場合は、第6図中X印で示す
箇所を切開き、点線で示す部分を接続しても、回路動作
は直流動作点が若干変わるのみで、本質的には同じであ
る。したがって、このような接続変更を行なった場合、
レベルシフト回路28.29としては、第7図の(2)
〜(e)に例示したような簡単な構成のものを使うこと
ができる。
同図(2)は電池、同図(υは1個以上のダイオードを
直列接続したもの、同図(C)はダイオードの代りにト
ランジスタを用いたもの、同図■はトランジスタのベー
ス・エミッタ電圧を増幅するようにしたもの、同図(e
)は単なる抵抗である。
直列接続したもの、同図(C)はダイオードの代りにト
ランジスタを用いたもの、同図■はトランジスタのベー
ス・エミッタ電圧を増幅するようにしたもの、同図(e
)は単なる抵抗である。
第8図は、この第2実施例において、レベルシフト回路
28.29を、ダイオード接続した1個のトランジスタ
で実現した例を示すものである。
28.29を、ダイオード接続した1個のトランジスタ
で実現した例を示すものである。
この回路例では約1.2vの出力振幅が得られる。
また、この実施例の差動増幅回路は、前記第2図(A)
で説明したように、差動出力に関しては、負荷抵抗が打
消されているので、出力インピーダンスはトランジスタ
Q+の出力抵抗のみとなり、非常に大きくすることがで
きる。実際には、負性抵抗を発生させる回路に用いるト
ランジスタの出力抵抗も残るので、上記よりは出力抵抗
は低下するが、それでもなお非常に大きな値とすること
ができる。しかし製造ばらつきにより出力抵抗は変化す
るので、前述の不安定の問題のため、完全に打消すのは
実際には得策ではない。
で説明したように、差動出力に関しては、負荷抵抗が打
消されているので、出力インピーダンスはトランジスタ
Q+の出力抵抗のみとなり、非常に大きくすることがで
きる。実際には、負性抵抗を発生させる回路に用いるト
ランジスタの出力抵抗も残るので、上記よりは出力抵抗
は低下するが、それでもなお非常に大きな値とすること
ができる。しかし製造ばらつきにより出力抵抗は変化す
るので、前述の不安定の問題のため、完全に打消すのは
実際には得策ではない。
一方、この実施例の差動増幅回路の入力インピーダンス
は、ペアトランジスタQt 、Q2がエミッタ接地回路
であるため、比較的大きく、トランスコンダクタンスと
して利用するのに都合がよい。
は、ペアトランジスタQt 、Q2がエミッタ接地回路
であるため、比較的大きく、トランスコンダクタンスと
して利用するのに都合がよい。
第9図は、この発明の第3実施例を示すものであって、
前記第8図(第2実施例)の回路に容か値がCのキャパ
シタ31を負荷として接続したものであり、ペアトラン
ジスタQ+ 、Q2の共通エミッタの定電流源を制御可
能な電流源1b(電流値を2Iqとする)としたもので
ある。
前記第8図(第2実施例)の回路に容か値がCのキャパ
シタ31を負荷として接続したものであり、ペアトラン
ジスタQ+ 、Q2の共通エミッタの定電流源を制御可
能な電流源1b(電流値を2Iqとする)としたもので
ある。
この差動増幅回路の入力端子3.4間の電圧から出力端
子5.6間の電流までのトランスコンダクタンスgmは
、 Qmw I Q/ V t ”・(
+)但LVt−kT、/Q1Qはit子ノli荷、k
t、tボルツマン定数、■は絶対温度 であるから、入力端子3.4間の入力電圧をVinとす
ると、出力端子5.6間の出力電圧Voutは、 VOUt−Qm−Vin/SG −(1/sC)・(Iq/Vt)・ Vin ・・・(2)となり、Vi
nを積分したものとなる。このとき、この積分回路の時
定数は C−Vt/Iq であるから、共通エミッタの電流源1bを変化させるこ
とにより、集積化アクティブフィルタ等に好適な時定数
可変の積分器が実現できる。
子5.6間の電流までのトランスコンダクタンスgmは
、 Qmw I Q/ V t ”・(
+)但LVt−kT、/Q1Qはit子ノli荷、k
t、tボルツマン定数、■は絶対温度 であるから、入力端子3.4間の入力電圧をVinとす
ると、出力端子5.6間の出力電圧Voutは、 VOUt−Qm−Vin/SG −(1/sC)・(Iq/Vt)・ Vin ・・・(2)となり、Vi
nを積分したものとなる。このとき、この積分回路の時
定数は C−Vt/Iq であるから、共通エミッタの電流源1bを変化させるこ
とにより、集積化アクティブフィルタ等に好適な時定数
可変の積分器が実現できる。
さらに、第9図の差動増幅回路は、積分キャパシタを小
さく形成できるという利点も併せ持っている。即ち、前
記第16図(B)に示した回路では、積分器として動作
させるとき、積分キャパシタを位相補償兼用として13
.14のような位置に挿入せざるを得ず、したがって実
効的な積分容量は、実際に挿入したキャパシタの直列と
なり、1/2に減少してしまう。このため、所望の積分
時定数を得るのに、第9図の回路の2倍の面積のキャパ
シタを要することになる。したがって、第3実施例であ
る第9図の回路はチップ面積の点からも有利である。
さく形成できるという利点も併せ持っている。即ち、前
記第16図(B)に示した回路では、積分器として動作
させるとき、積分キャパシタを位相補償兼用として13
.14のような位置に挿入せざるを得ず、したがって実
効的な積分容量は、実際に挿入したキャパシタの直列と
なり、1/2に減少してしまう。このため、所望の積分
時定数を得るのに、第9図の回路の2倍の面積のキャパ
シタを要することになる。したがって、第3実施例であ
る第9図の回路はチップ面積の点からも有利である。
次いで、第10図には、この発明の第4実施例を示す。
この実施例は、前記第8図(第′2実施例)における終
端抵抗18が短絡され、ペアトランジスタQ+ 、Q2
の共通エミッタに可変電流源32が接続されている。そ
して、この回路では終端抵抗が短絡されているため、出
力端子5.6から負性抵抗発生用の正帰還差動増幅回路
17をみた入力インピーダンスは、その正帰還差動増幅
回路17内のペアトランジスタOr 、Qaの相互コン
ダクタンスgmで決まる。
端抵抗18が短絡され、ペアトランジスタQ+ 、Q2
の共通エミッタに可変電流源32が接続されている。そ
して、この回路では終端抵抗が短絡されているため、出
力端子5.6から負性抵抗発生用の正帰還差動増幅回路
17をみた入力インピーダンスは、その正帰還差動増幅
回路17内のペアトランジスタOr 、Qaの相互コン
ダクタンスgmで決まる。
即ち、ペアトランジスタQ7、QBの共通エミッタに接
続された可変電流源32の電流値を■とすると、ペアト
ランジスタQ7、QBのgmはI/2Vtであり、ペア
トランジスタQ7、Qeがらみた入力インピーダンスr
は、1/C1mが直列になったものであるので、 r=−4Vt/1 となる。即ち、可変電流源32の電流値に逆比例したも
のとなる。したがってペアトランジスタQ1、Q2で構
成されている差動増幅回路の負荷はR−r/(R+r) であるから、11<Rの範囲で、可変電流源32の電流
■を変化させることによって制御することができる。即
ち、負性抵抗の値がゼロから一2Rの範囲で可変されて
電気的に増幅度可変の差動増幅回路が実現される。
続された可変電流源32の電流値を■とすると、ペアト
ランジスタQ7、QBのgmはI/2Vtであり、ペア
トランジスタQ7、Qeがらみた入力インピーダンスr
は、1/C1mが直列になったものであるので、 r=−4Vt/1 となる。即ち、可変電流源32の電流値に逆比例したも
のとなる。したがってペアトランジスタQ1、Q2で構
成されている差動増幅回路の負荷はR−r/(R+r) であるから、11<Rの範囲で、可変電流源32の電流
■を変化させることによって制御することができる。即
ち、負性抵抗の値がゼロから一2Rの範囲で可変されて
電気的に増幅度可変の差動増幅回路が実現される。
第11図には、この発明の第5実施例を示す。
同図中、33は前記第9図(第3実施例)の回路を利用
した第1の積分回路、34は前記第10図(第4実施例
)の回路の出力端子間にキャパシタ35を接続した第2
の積分回路であり、この両積分回路を図示の如く接続し
て組合わせ、入力信号36をキャパシタ37.38を介
して第1、第2の積分回路33.34に結合させると、
5.6を出力端子とするバンドパスフィルタを構成する
ことができる。このバンドパスフィルタは、可変電′流
源32の電流を変化させることによってQ値を変化させ
ることができるので、アダプティブフィルタ等への応用
に好適なものである。
した第1の積分回路、34は前記第10図(第4実施例
)の回路の出力端子間にキャパシタ35を接続した第2
の積分回路であり、この両積分回路を図示の如く接続し
て組合わせ、入力信号36をキャパシタ37.38を介
して第1、第2の積分回路33.34に結合させると、
5.6を出力端子とするバンドパスフィルタを構成する
ことができる。このバンドパスフィルタは、可変電′流
源32の電流を変化させることによってQ値を変化させ
ることができるので、アダプティブフィルタ等への応用
に好適なものである。
上述したように、各実施例において適用した負性抵抗を
実現する手段としての正帰還差動増幅回路は、npn形
トランジスタ(又はnチャネルFET)のみで構成でき
るように考慮されているので、各実施例に係る差動増幅
回路は、その全体をnpn形トランジスタ(又はnチャ
ネルFET)のみで構成することができて、広い周波数
帯域幅を実現することができる。
実現する手段としての正帰還差動増幅回路は、npn形
トランジスタ(又はnチャネルFET)のみで構成でき
るように考慮されているので、各実施例に係る差動増幅
回路は、その全体をnpn形トランジスタ(又はnチャ
ネルFET)のみで構成することができて、広い周波数
帯域幅を実現することができる。
なお、上述の各実施例の説明において、差動増幅回路に
おけるペアトランジスタQ+ 、Q2はエミッタ同士を
直接結合させたエミッタカップルドベアとしたが、第1
2図の(A)(B)に示すように、エミッタ同士を抵抗
39又は39a139bを介して結合したいわゆるエミ
ッタデイジェネレーションタイプのものとすることもで
きる。但し得られる増幅度は低下する。また、負性抵抗
発生手段としての正帰還差動増幅回路は、第12図(A
)のタイプの回路を用いた例で説明したが、同図(B)
の形式の回路でも同様の作用効果が得られる。
おけるペアトランジスタQ+ 、Q2はエミッタ同士を
直接結合させたエミッタカップルドベアとしたが、第1
2図の(A)(B)に示すように、エミッタ同士を抵抗
39又は39a139bを介して結合したいわゆるエミ
ッタデイジェネレーションタイプのものとすることもで
きる。但し得られる増幅度は低下する。また、負性抵抗
発生手段としての正帰還差動増幅回路は、第12図(A
)のタイプの回路を用いた例で説明したが、同図(B)
の形式の回路でも同様の作用効果が得られる。
さらに能動素子としては、バイポーラトランジスタを用
いて説明したが、FETを用いても同様の作用効果が得
られる。特に、単一チャネルの能動素子で構成すること
ができることから、元々、単一チャネルのデバイスしか
利用することのできなイn M OSプロセスや、Ga
AsMESFETプロセス等においては、差動増幅回路
設計の自由度が著しく増すことになり、性能のみならず
回路規模の低下にも有効であるため、経抗的にも有利性
が得られる。また、何らかの理由によりpnp形のトラ
ンジスタのみで差動増幅回路を構成する必要がある場合
には、周波数特性の点では劣るが、上記の各実施例にお
いて電流の向き等を逆転するのみで簡単な変更により全
pnp形又はnチャネル形とすることができる。
いて説明したが、FETを用いても同様の作用効果が得
られる。特に、単一チャネルの能動素子で構成すること
ができることから、元々、単一チャネルのデバイスしか
利用することのできなイn M OSプロセスや、Ga
AsMESFETプロセス等においては、差動増幅回路
設計の自由度が著しく増すことになり、性能のみならず
回路規模の低下にも有効であるため、経抗的にも有利性
が得られる。また、何らかの理由によりpnp形のトラ
ンジスタのみで差動増幅回路を構成する必要がある場合
には、周波数特性の点では劣るが、上記の各実施例にお
いて電流の向き等を逆転するのみで簡単な変更により全
pnp形又はnチャネル形とすることができる。
[発明の効果]
以上説明したように、この発明によれば、負荷が抵抗と
され、周波数特性の良好なnpn形又はnチャネル形の
単一導電形の能動素子のみで構成することができるので
、広い周波数帯域幅が実現され、また、負性抵抗により
差動出力成分に関してのみ負荷抵抗が打消されて見掛上
非常に大きな負荷抵抗となるので、優れた同相信号除去
比が維持できるとともに増幅度を顕著に増大させること
ができるという利点がある。
され、周波数特性の良好なnpn形又はnチャネル形の
単一導電形の能動素子のみで構成することができるので
、広い周波数帯域幅が実現され、また、負性抵抗により
差動出力成分に関してのみ負荷抵抗が打消されて見掛上
非常に大きな負荷抵抗となるので、優れた同相信号除去
比が維持できるとともに増幅度を顕著に増大させること
ができるという利点がある。
第1図はこの発明に係る差動増幅回路の基本的構成を示
す回路図、第2図は同上差動増幅回路の作用を説明する
ための要部等価回路を示す回路図、第3図はこの発明の
第1実施例を示す回路図、第4図は同上第1実施例にお
ける負性抵抗発生用の正帰還差動増幅回路を示す回路図
、第5図は同上正帰還差動増幅回路を第3図の回路に組
入れた状態を示す回路図、第6図はこの発明の第2実施
例を示す回路図、第7図は同上第2実施例に適用するレ
ベルシフト回路例を示す回路図、第8図は第6図の回路
に第7図のレベルシフト回路を組入れた状態を示す回路
図−1第9図はこの発明の第3実施例を示す回路図、第
10図はこの発明の第4実施例を示す回路図、第11図
はこの発明の第5実施例を示す回路図、第12図は各実
施例に適用することのできるエミッタデイジェネレーシ
ョン回路を示す回路図、第13図は差動増幅回路の第1
の従来例を示す回路図、第14図は第2の従来例を示す
回路図、第15図及び第16図は第3の従来例を示す回
路図である。 3.4:入力端子、 5.6:出力端子、7.8:
負荷抵抗、 15:負性抵抗、17:負性抵抗発生
用の正帰還を施した差動増幅回路、 28.29ニレベルシフト回路、 32:可変電流源、 Q+ 、Q2 :差動増幅回路を構成するペアトラン
ジスタ。 側人弁理士三好保男 第1図 第2図(B) 第3因 第4図 第5図 、嘉6図 (a) (b) (c) (d
) (e)其7図 努8図 第10図 第11図 第12図(A) 偽12図(B)第1
3図 第14図
す回路図、第2図は同上差動増幅回路の作用を説明する
ための要部等価回路を示す回路図、第3図はこの発明の
第1実施例を示す回路図、第4図は同上第1実施例にお
ける負性抵抗発生用の正帰還差動増幅回路を示す回路図
、第5図は同上正帰還差動増幅回路を第3図の回路に組
入れた状態を示す回路図、第6図はこの発明の第2実施
例を示す回路図、第7図は同上第2実施例に適用するレ
ベルシフト回路例を示す回路図、第8図は第6図の回路
に第7図のレベルシフト回路を組入れた状態を示す回路
図−1第9図はこの発明の第3実施例を示す回路図、第
10図はこの発明の第4実施例を示す回路図、第11図
はこの発明の第5実施例を示す回路図、第12図は各実
施例に適用することのできるエミッタデイジェネレーシ
ョン回路を示す回路図、第13図は差動増幅回路の第1
の従来例を示す回路図、第14図は第2の従来例を示す
回路図、第15図及び第16図は第3の従来例を示す回
路図である。 3.4:入力端子、 5.6:出力端子、7.8:
負荷抵抗、 15:負性抵抗、17:負性抵抗発生
用の正帰還を施した差動増幅回路、 28.29ニレベルシフト回路、 32:可変電流源、 Q+ 、Q2 :差動増幅回路を構成するペアトラン
ジスタ。 側人弁理士三好保男 第1図 第2図(B) 第3因 第4図 第5図 、嘉6図 (a) (b) (c) (d
) (e)其7図 努8図 第10図 第11図 第12図(A) 偽12図(B)第1
3図 第14図
Claims (6)
- (1)ペアトランジスタの出力端子にそれぞれ負荷抵抗
を接続した差動増幅回路において、前記ペアトランジス
タの各出力端子の間に、前記負荷抵抗とともに差動出力
に対する負荷として機能して当該負荷抵抗を打消すため
の負性抵抗を接続したことを特徴とする差動増幅回路。 - (2)前記負荷抵抗の値をRとしたとき、前記負性抵抗
の値は−2Rであることを特徴とする特許請求の範囲第
1項に記載の差動増幅回路。 - (3)前記負性抵抗は、正帰還を施した他の差動増幅回
路で構成したものであることを特徴とする特許請求の範
囲第1項又は第2項に記載の差動増幅回路。 - (4)前記正帰還を施した他の差動増幅回路は、エミッ
タ又はソース同士を直接又は抵抗を介して結合したペア
トランジスタが備えられ、該ペアトランジスタにおける
一方のトランジスタのベース又はゲートが他方のトラン
ジスタのコレクタ又はドレインに接続され、他方のトラ
ンジスタのベース又はゲートが一方のトランジスタのコ
レクタ又はドレインに接続されたものであることを特徴
とする特許請求の範囲第3項に記載の差動増幅回路。 - (5)前記正帰還を施した他の差動増幅回路は、エミッ
タ又はソース同士を直接又は抵抗を介して結合したペア
トランジスタが備えられ、該ペアトランジスタにおける
一方のトランジスタのベース又はゲートがレベルシフト
回路を介して他方のトランジスタのコレクタ又はドレイ
ンに接続され、他方のトランジスタのベース又はゲート
が他のレベルシフト回路を介して一方のトランジスタの
コレクタ又はドレインに接続されたものであることを特
徴とする特許請求の範囲第3項に記載の差動増幅回路。 - (6)前記ペアトランジスタにおけるエミッタ又はソー
スの接続中点に流れる電流が可変とされ、前記負荷抵抗
の値をRとしたとき前記負性抵抗の値はゼロから−2R
の範囲で可変とされて可変利得とされていることを特徴
とする特許請求の範囲第4項又は第5項に記載の差動増
幅回路。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62254785A JP2766264B2 (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 差動増幅回路 |
US07/254,242 US4904952A (en) | 1987-10-12 | 1988-10-06 | Differential amplifier incorporating negative resistance |
EP88116944A EP0312017A3 (en) | 1987-10-12 | 1988-10-12 | Differential amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62254785A JP2766264B2 (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 差動増幅回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0198305A true JPH0198305A (ja) | 1989-04-17 |
JP2766264B2 JP2766264B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=17269848
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62254785A Expired - Lifetime JP2766264B2 (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 差動増幅回路 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4904952A (ja) |
EP (1) | EP0312017A3 (ja) |
JP (1) | JP2766264B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014099762A (ja) * | 2012-11-14 | 2014-05-29 | Fujitsu Ltd | 増幅回路 |
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US5101126A (en) * | 1990-10-15 | 1992-03-31 | Analog Devices, Inc. | Wide dynamic range transconductance stage |
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