JPH02224411A - 差動増幅器 - Google Patents

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】 技術分野 本発明はバイポーラトランジスタを用いた差動増幅器に
関する。

背景技術 差動増幅器の従来例を第３図に示す。この従来の差動増
幅器においては、差動対をなすＮＰＮ型のトランジスタ
１．２が設けられており、トランジスタ２のベースとア
ースとの間に所定の基準電圧Ｖ「が印加されている。ま
たトランジスタ１゜２のベース間に入力信号Ｖｉが供給
される。トランジスタ２のコレクタには電源電圧Ｖｃｃ
が直接供給され、トランジスタ１のコレクタには電源電
圧Ｖｃｃが抵抗３を介して供給される。トランジスタ１
のエミッタは抵抗４を介して、またトランジスタ２のエ
ミッタは抵抗５を介して定電流源６に各々接続されてい
る。抵抗４及び抵抗５は互いに等しい抵抗値である。ト
ランジスタ１のコレクタ電圧が出力電圧Ｖｏｕｔとなる
。

かかる差動増幅器においては、入力信号Ｖｉによるトラ
ンジスタ１，２の各ベース電流は極めて小さく無視でき
るとすると、入力信号Ｖｉに応じてトランジスタ１のコ
レクタ・エミッタ間には電流１１が流れ、またトランジ
スタ２のコレクタ・エミッタ間には電流Ｉ２が流れる。

この電流１１゜Ｉ２は定電流源６を流れるので、電流！
、、１２の和ＩＩ　＋Ｉ２は定電流源６の電流！０に常
に等しくなる。入力信号Ｖｉが増大するに従って電流１
１は増大し、電流Ｉ２は減少する。入力信号Ｖｉが電圧
Ｖｒに等しいときＩｔ　−１２−１０／２となる。

ところで、入力信号ＶＬは次の如く表わすことができる
。なお、抵抗４，５の抵抗値をＲとし、トランジスタ１
のエミッタ・ベース間電圧をＶｂｅ１　とし、トランジ
スタ２のエミッタ・ベース間電圧をＶ　ｂｅ２とする。

Ｖ　ｉ　＝（ｈ　Ｒ＋Ｖｂｅ＋　）　　（１２Ｒ＋Ｖｂ
ｅ２　）・・・（１） エミッタ・ベース間電圧Ｖｂｅ１は電流工１と次のよう
な関係を有する。

１１−Ｉｓ　（ｅｘｐＶｂｅ＋　／　ＶＴ−１）　　　
　−（２）ここで、Ｉｓはトランジスタの飽和電流であ
り、ＶＴはｋＴ／ｑである。ｋはボルツマン定数、Ｔは
絶対温度、ｑは電子の電荷である。

よって、エミッタ・ベース間電圧Ｖｂｅ＋は式％式％ となる。同様に、エミッタ・ベース間電圧Ｖ　ｂｅ２は
、 Ｖｂｅ２−ＶＴ　Ｉｎ（１２／Ｉｓ）　　　　　　　　
　−（４）となる。式（３）、（４）から入力信号Ｖｉ
は、Ｖ　ｉ　＝（１＋　Ｒ＋ＶＴ　Ｉｎ（Ｉｔ　／ｌ５
）１−　（１２Ｒ＋ＶＴ　Ｉｎ（Ｉｚ　／ｌ５）１＝（
１＋　−１２）　Ｒ＋Ｖｖ　Ｉｎ（１＋　／ｈ　）　−
（５）の如く表わされる。

かかる式（５）と１１　＋１２−１０との関係から電流
ＩＩ、１２を求めることができる。しかしながら、式（
５）から分かるようにＶＴ　Ｉｎ（１＋　／＋２　）と
いう非直線部分が存在するので、従来の差動増幅器の伝
達特性は非直線な特性となっていた。

発明の概要 そこで、本発明の目的は非直線な伝達特性の改善を図っ
た差動増幅器を提供することである。

本発明の差動増幅器は、各々がベースを入力端とするバ
イポーラ型の第１及び第２トランジスタのコレクタ・エ
ミッタ間電流路を含む第１及び第２電流路と、第１及び
第２トランジスタのベース間に入力信号に応じた電圧を
供給する入力手段と、第１及び第２電流路に相補的に変
化する電流を供給する定電流供給手段とを含む差動増幅
器であって、特徴とするところは第１トランジスタの順
方向の接合電圧に相当する第１帰還電圧を第２トランジ
スタのエミッタ又はベースに印加し第２トランジスタの
順方向の接合電圧に相当する第２帰還電圧を第１トラン
ジスタのエミッタ又はベースに印加する帰還手段を有す
ることである。

実施例 以下、本発明の実施例を第１図及び第２図を参照しつつ
詳細に説明する。

第１図に示した差動増幅器においては、第３図に示した
ものに加えてＮＰＮ型のトランジスタ７゜８が設けられ
ている。トランジスタ７のコレクタはトランジスタ１の
エミッタに接続されると共にトランジスタ８のベースに
接続されている。トランジスタ８のコレクタはトランジ
スタ２のエミッタに接続されると共にトランジスタ７の
ベースに接続されている。トランジスタ７のエミッタは
抵抗４を介して、またトランジスタ８のエミッタは抵抗
５を介して定電流源６に各々接続されている。

その他の構成は第３図に示した従来の差動増幅器と同様
である。

かかる本発明による差動増幅器においては、トランジス
タ７のベースにはトランジスタ２のエミッタ電圧が印加
され、トランジスタ１のコレクタ・エミッタ間を流れる
電流１１がトランジスタ７のコレクタ・エミッタ間にも
流れる。トランジスタ８のベースにはトランジスタ１の
エミッタ電圧が印加され、トランジスタ２のコレクタ番
エミッタ間を流れる電流Ｉ２がトランジスタ８のコレク
タ・エミッタ間にも流れる。電流ＩＩ、１２の和は常に
定電流源６の電流１０に等しくなり、入力信号Ｖｔが増
大するに従って電流１１は増大し、電流■２は減少する
。

入力信号Ｖｉは次の如く表わすことができる。

なお、トランジスタ７のエミッタ・ベース間電圧をＶ　
ｂｅｙとし、トランジスタ８のエミッターベース間電圧
をＶ　ｂｅｓとする。

Ｖ　ｉ　＝（１＋　Ｒ＋Ｖｂｅ＋　＋Ｖｂｅ５　）−（
１２Ｒ＋Ｖｂｅｚ　　＋Ｖｂｅｙ　　）　　　　　　　
　　　−（６）トランジスタ１，２，７．８が同一特性
であるとすると、トランジスタ７のエミッタ・ベース間
電圧をＶ　ｂｅｙは、 Ｖｂｅｙ　＝Ｖｖ　Ｉｎ（１＋　／Ｉｓ）　　　　　　
　　　−（７）となる。同様に、エミッタ・ベース間電
圧Ｖ　ｂｅｇは、 Ｖｂｅ５−ＶＴ　Ｉｎ（１２／Ｉｓ）　　　　　　　　
　−（８）となる。式（３）　、　（４）　、　（７）
　、　（８）から入力信号ｖ　ｔ　ハ、Ｖ　ｉ　＝　１
１１　Ｒ＋ＶＴ　Ｉｎ（１＋　／Ｉ８）＋ＶＴ　Ｉｎ（
１２／ｌ５））−（１２Ｒ＋ＶＴ　Ｉｎ（ｌｘ　／Ｉｓ
）＋ＶＴ　Ｉｎ（Ｉｔ　／ｌ５）１＝（Ｉｔ　−１ｘ　
）　Ｒ・・・（９）の如く表わされる。よって、ＩＩ　
＋１２−１０であるので、式（９）から電流ＩＩ＋　　
１２は、Ｉｓ　＝　（１／２）（Ｉｏ　＋Ｖｉ／Ｒ）　
　　−（１Ｇ）１２−（１／２）　（Ｉｏ　　Ｖｉ／Ｒ
）　　　−（１１）となり、差動増幅器の伝達特性は直
線的な特性となる。

第２図は本発明の他の実施例を示している。この差動増
幅器においては、第１図に示したものに加えてＮＰＮ型
のトランジスタ９〜１２、電流１ｏの定電流源１３〜１
５及び抵抗値Ｒの抵抗１６．１７が設けられている。ト
ランジスタ９のベースはトランジスタ１のベースに接続
され、コレクタは電圧Ｖｃｃの供給ラインに接続され、
またエミッタはトランジスタ８のベース及び定電流源１
３に接続されている。トランジスタ１０のベースはトラ
ンジスタ２のベースに接続され、コレクタは電圧ｖｃｃ
の供給ラインに接続され、またエミッタはトランジスタ
７のベース及び定電流源１４に接続されている。トラン
ジスタ１１のベースはトランジスタ１のエミッタとトラ
ンジスタ７のコレクタとの接続ラインに接続され、コレ
クタは抵抗３を介して電圧Ｖｃｃの供給ラインに接続さ
れ、またエミッタは抵抗１６を定電流Ｒ，１５に接続さ
れている。同様に、トランジスタ１２のベースはトラン
ジスタ２のエミッタとトランジスタ８のコレクタとの接
続ラインに接続され、コレクタは電圧ｖＣＣの供給ライ
ンに接続され、またエミッタは抵抗１７を定電流源１５
に接続されている。トランジスタ１１のコレクタ電圧が
出力電圧Ｖｏｕｔとなる。その他の構成は第１図に示し
た差動増幅器と同様である。

かかる構成の本発明による差動増幅器においては、トラ
ンジスタ７のベースにはトランジスタ１０のエミッタ電
圧Ｖｃが印加され、トランジスタ１のコレクタ・エミッ
タ間を流れる電流１．がトランジスタ７のコレクタ・エ
ミッタ間にも流れる。

トランジスタ８のベースにはトランジスタ９のエミッタ
電圧Ｖｏが印加され、トランジスタ２のコレクタ・エミ
ッタ間を流れる電流！２がトランジスタ８のコレクタ・
エミッタ間にも流れる。また、トランジスタ１１のベー
スにはトランジスタ１のエミッタ電圧Ｖ９が印加され、
トランジスタ１２のベースにはトランジスタ２のエミッ
タ電圧ｖＡが印加される。トランジスタ１１．１２、抵
抗１６．１７及び定電流源はＶｓ−ｖＡを入力信号とす
る差動増幅回路を構成する。トランジスタ１１のコレク
タ・エミッタ間に流れる電流１．１とトランジスタ１２
のコレクタ・エミッタ間に流れる電流１２／との和は定
電流源１５によって電流１、に等しくなる。

トランジスタ１のエミッタ電圧ｖ８とトランジスタ２の
エミッタ電圧ｖＡとの差電圧はＶＢ−ＶＡ＝Ｖｉ−Ｖ７
１ｎ（Ｉｔ／１２）　　　−（１２）となり、入力電圧
Ｖｉは各トランジスタの特性が等しいとするとトランジ
スタ９のエミッタ電圧ＶＯとトランジスタ１０のエミッ
タ電圧Ｖｃとの差電圧となるので、 Ｖｉ＝ＶＯ−Ｖ（ −１１２Ｒ＋ＶＴ　Ｉｎ（１２／ｌ５））　−１１＋　
Ｒ＋ＶＴ　Ｉｎ（１＋　／ｌ５）） −Ｒ（１２−Ｉｔ　）　＋ＶＴ　Ｉｎ（１２／Ｉｔ　）
　−（１３）なる関係が成立する。この式（１２）、（
１３）により、Ｖｓ　−ＶＡ　−Ｒ（１２−Ｉ　＋　）
　＋２ＶＴ　Ｉｎ（１２／Ｉｔ　）・・・（１４） の如く表わすことができる。

また、トランジスタ１１．１２においては、ＶＢ　−Ｖ
Ａ　−１１’　Ｒ十ＶＴ　Ｉｎ（１＋　’　／ｌ５）−
１２’　　Ｒ＋ＶＴ　　Ｉｎ（１２’　　／ｌ５）＝Ｒ
（１＋　’　　　Ｉ２’　） ＋ＶＴ　Ｉｎ（Ｉｔ　’　／１２　’　）　　　−（１
５）なる関係が成立する。よって、式（１２）、（１５
）により、 Ｖｉ−Ｖｖｌｎ（１＋　／Ｉ２）　−Ｒ（Ｉｔ　　’　
−１２’　）十Ｖ７１ｎ（１＋　’　／＋２　’　）で
あるので、 Ｖｉ　−Ｒ（１＋　’　　１２　’　）＋ＶＴ　１ｎ（
１１・Ｉｔ　’　／＋２　・１２　’　）・・・（１６
） となる。

式（１３）においてＶｉ＞Ｑならば、必ず、１２＞１１
となる。また、式（１４）において＋２　＞ｘｉならば
、必ず、ＶＢ　−ＶＡ　＞Ｏとなる。更に、式（１％式
％ となる。従って、式（１５）　、　（１Ｂ）を比較する
と、Ｉｎ（１＋　・Ｉｔ　’／１２．１２　’）　Ｉ＜
１Ｉｎ（ＩＩ／１２）ｌが成立するので式（１６）にお
けるＶＴ　Ｉｎ（Ｉｔ　　・Ｉｔ　’　／＋２　　・１
２　’　）の非直線部分は従来より小さくなる。Ｉ、／
１２−１２　’　／Ｉ、７と設定することによりこの非
直線部分は消去されて式（９）と同一式となる。

発明の効果 以上の如く、本発明の差動増幅器においては、差動対を
形成する各トランジスタの順方向接合電圧に相当する電
圧を対するトランジスタのエミッタ又はベースに印加す
るので、トランジスタ各々に対して順方向接合電圧を打
ち消すように相互に電流負帰還が施され、差動増幅器に
おける非直線性な伝達特性を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は本発明
の他の実施例を示す回路図、第３図は従来の差動増幅器
を示す回路図である。 主要部分の符号の説明 １．２．７〜１２・・・トランジスタ ６．１３〜１５・・・定電流源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）各々がベースを入力端とするバイポーラ型の第１
   及び第２トランジスタのコレクタ・エミッタ間電流路を
   含む第１及び第２電流路と、前記ベース間に入力信号に
   応じた電圧を供給する入力手段と、前記第１及び第２電
   流路に相補的に変化する電流を供給する定電流供給手段
   とを含む差動増幅器であって、前記第１トランジスタの
   順方向の接合電圧に相当する第１帰還電圧を前記第２ト
   ランジスタのエミッタ又はベースに印加し前記第２トラ
   ンジスタの順方向の接合電圧に相当する第２帰還電圧を
   前記第１トランジスタのエミッタ又はベースに印加する
   帰還手段を有することを特徴とする差動増幅器。
2. （２）前記帰還手段は前記第１及び第２電流路に各々の
   コレクタ・エミッタ間電流路が挿入されたバイポーラ型
   の第３及び第４トランジスタと、前記第３及び第４トラ
   ンジスタのベース電位を前記第２及び第１トランジスタ
   のエミッタに供給する電流路とからなること特徴とする
   請求項１記載の差動増幅器。
3. （３）前記帰還手段はバイポーラ型の第３及び第４トラ
   ンジスタと、前記第１及び第２電流路に応じた電流を前
   記第３及び第４トランジスタのコレクタ・エミッタ間に
   流す電流供給手段と、前記第３及び第４トランジスタの
   ベース電位を前記第１及び第２トランジスタのベースに
   供給する手段とからなることを特徴とする請求項１記載
   の差動増幅器。
4. （４）前記第１及び第２トランジスタ各々はダーリント
   ン接続された１対のトランジスタからなることを特徴と
   する請求項２記載の差動増幅器。