JPH03503702A - 高利得ｉｃ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】 旦朋 □ □ 本発明は増幅器、特にＩＣチップの一部として形成されるとともに高利得かつ幾 多の望ましい特徴を有する簡単な構成の増幅器に関する。

え米に五亘鳳１ １Ｃチツプ上に形成される増幅器として非常に多くの回路構成が用いられている 。オペ増幅器が広く採用され、通常差動入力ステージと非平衡出力ステージとを 含有する。一般にＰＮＰ　　カレント　ミラーのような能動負荷が差動ステージ のトランジスタのコレクタに結合される。

カレントミラーの非平衡出力が１乃至複数の電圧増幅ステージを励振することが できる。

そのような増幅器は多くの実用的な目的に使われているが、その動作は、成る観 点からは完全に満足なものとはいえない。例えば、従来の増幅器の利得は例えば 、周囲温度の変化による負荷の変動に伴って、望ましくない程度にまで変化する 傾向がある。また、従来の増幅器の構成は最近の精密な線形構成素子の要求を満 すための改良を要する諸点がある。

光」廊とｉ鷹 以下に詳述する本発明の好ましい実施例においては、電圧増幅ステージに接続さ れる非平衡出力を発生させる能動負荷を励振する差動入力ステージを有する型式 の増幅器が提供される。差動入力ステージを常に平衡状態に保持させる働きをす るバイアス回路によって、この増幅器の利得は負荷変動の影響から隔離される。

この増幅器の全体利得は非常に高い値をとることができ、例えば２００万という 利得値が実際上達成可能である。

本発明のその他の目的、諸相および利点は、図面に関する以下の詳細説明に一部 が指摘され、一部は明らかになろう。

図面の簡単な説明 第１図は本発明による好ましい増幅器の回路構成を示す概略図である。

ましい　　　のＵ 図面の左下隅部において、本発明の増幅器は入力信号が加えられるべき入力回路 端子１０を含む。この入力信号は禁制帯幅電圧基準の出力電圧のような種々の電 圧源のどれによって励振されるものであってもよい。入力信号は端子１０から、 それぞれのエミッタを相互接続された整合差動ペアトランジスタのうちの１つの トランジスタ１２のベースに送られ、すなわち、２つのトランジス夕のエミッタ は（図示のように）直接的に又は間接的に相互に結合される。もう一方の差動ト ランジスタ１４のベースは、この実施例では、増幅器の出力回路に結合される抵 抗器列の負帰還回路によって生じる信号を受ける。

この負帰還回路については後述する。このようにこの実施例において、増幅器は 利得のあるフォロアーとして構成されることが理解できよう。

差動トランジスタ１２．１４のコレクタは差動−非平衡変換回路として働＜ＰＮ Ｐ　　トランジスタ２０の分割コレクタ１Ｂ、１ｇのそれぞれに接続される。こ のトランジスタは差動入力ステージに対して能動負荷の働きをするカレント　ミ ラーとして配設される。上側のコレクタ１８はカレント　ミラーから非平衡出力 をとり出して、トランジスタ２０とエミッタとを相互に接続させるＰＮＰ電圧増 幅トランジスタ２２のベースを励振する。電圧増幅トランジスタ２２は出力回路 の一部を構成する。

トランジスタ２０．２２の相互接続エミッタは共に第１段の出力端子電極となっ ている（出力端子は図面上では回路ポイント２４として示しである）。次にこの 出力端子は出力回路２６の別の部分に接続される。出力負荷は出力回路２６と以 下に述べる複数コレクタをもつトランジスタ２８とを含めて、回路ポイント２４ に接続されるすべての回路を含む。

出力回路２６は外部負荷３４を励振する一対のダーリングトン接続のトランジス タ３０．３２を含む。負荷抵抗器３４に並列に抵抗器列３θが接続されており、 該抵抗器列から差動入力ペアの第２のトランジスタ１４のベースに対して負帰還 信号が供給される。

電圧増幅トランジスタ２２は２ケのコレクタをもち、これらは相互に、かつカス ケードとして作用する別のＰＮＰ　　）ランジスタ３８のエミッタに接続される 。このカスケード　トランジスタ３８は本発明の増幅器の出力インピーダンスを 高くするもので、負荷のダイナミック　インピーダンスが比較的高い時に重要な 特性である。

カスケード　トランジスタ３８のコレクタ電流はカレント　ミラー４２の１つの トランジスタ４０を励振する。

別のミラー　トランジスタ４４は差動入力トランジスタ１２．１４にバイアステ イル電流を供給する。このカレント　ミラー４２はこのようにして電圧増幅トラ ンジスタ２２の電流をカスケードに接続されたトランジスタ３８を通して差動入 力トランジスタ１２．１４のエミッタに反映させる。

トランジスタ１２．１４のエミッタ電流はまた負荷、即ち回路ポイント２４に接 続されている回路中を流れる。

この負荷電流は、トランジスタ２８の並列接続された３つのコレクタの電流と、 ダーリングトン接続の第１のトランジスタ３０の非常に少量のベース電流とを含 む。

カレント　ミラー　トランジスタ２０を流れる電流は基本的に電圧増幅トランジ スタ２２の電流と等しい。これは、ミラー　トランジスタ４４．４０中の電流が 必然的に等しいので、トランジスタ２０．２２中を流れる対応電流もまた等しく なければならないからである。かくして回路ポイント２４における負荷中の全信 号電流は必然的に電圧増幅トランジスタ２２を流れる電流の２倍になろう。事実 上トランジスタ２２の相互コンダクタンスはこの電流の再使用によって２倍とな る。これによって全体の利得は約６デシベル上る。

しかしながら、差動入力ステージ　トランジスタ１２゜１４のためのこのバイア ス回路によって、さらに重要な成果が得られる。詳述すると、上述したようにカ レントミラー４２は回路ポイント２４における負荷電流を２つのエミッタを相互 接続されたトランジスタ２０．２２の間に等しく分割させる。そのうえ、トラン ジスタ２０゜２２０ベース電流が等しく、かつトランジスタ２０の分割コレクタ １８，１ｇの双方の等しいコレクタ電流にそれぞれ加えられる。（トランジスタ ３８のカスケード動作によって電圧増幅トランジスタ２２のコレクタ電圧がその ベース電圧と殆ど同一となり・・・更にトランジスタ２０のベース電圧とも近く なり・・・それ故アーリー効果がベース電流の不平衡を起さない。）従って、ト ランジスタ１２．１４のコレクタ電流は基本的に等しく保たれる。

従って、トランジスタ１２．１４を含む差動入力ステージは、前述のバイアス回 路によって強制的にバランス状態に保たれることが理解できよう。負荷電流の変 化はトランジスタ２０．２２の双方のベース電圧とベース電流とを、入力ステー ジが平衡状態に保たれるように変化させる。このことが実際上増幅器の利得を負 荷の変動に無関係にする。

回路ポイント２４にかかる負荷がトランジスタ２０゜２２のエミッタに負荷され ることが注目されよう。この両方のエミッタへ負荷を接続することにより、入力 ステージ　トランジスタ１２．１４を流れる電流の比を一定に保つために電圧増 幅トランジスタ２２のコレクタ電流を使うことが可能となる。これは負荷電流と 入力差動ステージのテール電流との比を一定に保つことによって得られる。その 結果、入力ステージの差動電圧は常に極めて小さい。

増幅器の利得に対する見掛けの負荷インピーダンスは、回路に含まれるトランジ スタが正規に作動する電流範囲においてのみ正しく働く。この点に関して、ダー リングトン　トランジスタ３０．３２が前段の動作に著しく影響されることなし に外部負荷３４に大きな電流を供給することを可能とする。ダーリングトン回路 はまたカスケード　トランジスタ３８にベース　バイアスを提供する。

増幅器のための作動電流は多重コレクタ　トランジスタ２８から来る。このトラ ンジスタは通常の回路５０によってバイアスされており、回路５０はこの実施例 においてはトランジスタ２８に約４μＡの電流を発生させるとともに、電力供給 電圧感度を減少させる。トランジスタの電流は多重コレクタによって、エミッタ 連結トランジスタ２０，２２に流れ込む約３μＡと、別のトランジスタ５２を駆 動する約１μＡに分割される。後者のトランジスタは、そのベースからの小さな 電流によって、カスケード　トランジスタ３８のエミッタからカレントミラー４ ２へ行き、右側の入力トランジスタ１４を通す、電圧増幅トランジスタ２２のベ ースへ向い、最後にカスケード　トランジスタ３８へ戻るループをスタートさせ る。トランジスタ５２のベースからの小さな電流がこのループを確実にスタート させる。その大きさはカスケード　トランジスタ３８のベース電流と同等なので 、電圧増幅トランジスタ２２からのコレクタ電流の損失から生ずる誤差をカスケ ード　トランジスタのベースによって減少させる。

増幅器の動作の一部として電流制限構成も含まれている。抵抗器５４は出力電流 の大部分を流す出力ダーリングトン　トランジスタ３２に直列に接続されている ので、その両端にこの出力電流に対応する電圧を生じる。この電圧は制御トラン ジスタ５６のベースを励振し、このトランジスタ５６は多重コレクタ　トランジ スタ２８からそのエミッタ電流をとり込むことができる。このエミッタ電流に大 きな変化を与えるためには、制御トランジスタ５６は、このエミッタに直列に入 っている抵抗器５８にかなり大きな電流を流さなければならない。このことは電 流制限を“鋭敏化する”有用な効果をもつ。何故ならば制御トランジスタが、そ の目的のために充分な電流を流す時は、それは高い相互フンダクタンスをもって おり、それ故抵抗器５４の両端の電圧に更に変化が起ると、トランジスタ２８の エミッタに直接に反映することになるからである。制御トランジスタ５６は高い 相互コンダクタンスをもつけれども、トランジスタ２８は低い相互コンダクタン スをもち、電流制限の始まりの時には更に低くさえもなる。この後者のトランジ スタ電流が減少するので、増幅器は、負荷電流の変化に対する低い感度のために 、はぼ正規に動作し続ける。究極的には、トランジスタ２８の多重コレクタから の電流が、トランジスタ３０が負荷に供給するために必要なベース電流の値まで 減少するので、増幅器は完全に機能しなくなり、出力電圧はそれ以上の負荷に対 して応動しなくなる。

この発明の好ましい実施例を詳述したけれども、これは本発明の詳細な説明する ことを目的とするものであって、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなし に、この発明を修正した多くの構成を得ることが可能であるから、この実施例は 本発明を制限するものと解釈すべきではない。例えば、入力の整合差動ペアを禁 制帯幅回路に対して絶対温度（ＰＴＡＴ）比例電流を強制する非整合ペアによっ て置き換えることも可能である。または、増幅器によって昇圧させ得る基礎的な 禁制帯幅基準電圧を上げるために規定された出力を使うこともできる。さらに、 当業者にとって他の変形も明らかであろう。

ＦＩＧ、１ 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．エミッタが相互接続された一対のトランジスタを含む差働増幅器ステージと 、 該一対のトランジスタのうちの１つのトランジスタのベースに接続されて、入力 信号を受取る入力回路と、差働一非平衡変換回路として構成されるとともに差働 増幅器によって励振され、非平衡出力信号を発生させる出力電極をもつトランジ スタ装置と、該出力電極に接続された出力回路と、 前記一対のトランジスタの他方のトランジスタのペースに結合された信号回路と 、 前記差働増幅器ステージのためのバイアス回路とを含み、 該バイアス回路が該差働増幅器ステージの一対のトランジスタを流れる電流を該 出力電極に接続する負荷の変動に関わらず、一定の比に保つための回路手段を含 む、高利得ＩＣ増幅器。
2. ２．前記トランジスタ装置が、前記出力電極として働作するエミッタを有するト ランジスタを含む、請求の範囲第１項に記載のＩＣ増幅器。
3. ３．前記出力回路が、前記トランジスタ装置のエミッタに接続され、前記負荷を 励振する電圧増幅トランジスタを含む、請求の範囲第２項に記載のＩＣ増幅器。
4. ４．前記トランジスタ装置が前記差働増幅器ステージの両方のトランジスタのコ レクタのそれぞれに接続されてた一対のコレクタをもつカレントミラートランジ スタを含み、該コレクタのうちの１つが前記電圧増幅トランジスタのペースに接 続された、請求の範囲第３項に記載のＩＣ増幅器。
5. ５．前記バイアス回路が前記差働増幅器ステージの電流を一定の比に保つために 、前記出力回路に生じた電流に応答する帰還回路を含む、請求の範囲前記第１項 に記載のＩＣ増幅器。
6. ６．前記トランジスタ装置が、前記出力電極として働作するエミッタを有するト ランジスタを含み、前記出力回路が該トランジスタ装置のエミッタに接続された エミッタをもつ電圧増幅トランジスタを含み、前記バイアス帰還回路が、該電圧 増幅トランジスタを流れる電流に応答するようになっている、請求の範囲第５項 に記載のＩＣ増幅器。
7. ７．前記バイアス帰還回路が、前記電圧増幅トランジスタを流れる電流を入力と して有するカレントミラーを含み、該カレントミラーの出力が前記差働増幅器の 一対のトランジスタのエミッタにテイル電流を供給するようになっている、請求 の範囲第６項に記載のＩＣ増幅器。
8. ８．前記トランジスタ装置に接続されて該トランジスタ装置から前記差働増幅器 ステージの１つの増幅器を通る電流を荷う負荷と、 該トランジスタ装置に接続された電圧増幅トランジスタと、 負荷が該電圧増幅トランジスタを流れる電流も荷うように該電圧増幅トランジス タの１つの電極を該負荷に接続する接続回路と、 負荷電流が該トランジスタ装置と該電圧増幅トランジスタとに等分させる強制回 路とを含む、請求の範囲第１項に記載のＩＣ増幅器。
9. ９．前記強制回路が、前記電圧増幅トランジスタのコレクタ電流に応答して前記 差働増幅器ステージのトランジスタ対に対する整合テイル電流を発生させるよう に働作するカレントミラーを含む、請求の範囲第８項に記載のＩＣ増幅器。
10. １０．各々がベースと、コレクタ電極と、エミッタ電極とを有する一対のトラン ジスタと、 該トランジスタの１つの共通電極を相互接続する回路と、 該一対のトランジスタのベースに電圧信号を供給する回路と、 差働一非平衝変換回路として構成されるとともに前記一対のトランジスタにより 励振されるトランジスタ装置と、 該トランジスタ装置に接続されて出力信号を発生させる出力回路と、 該出力回路からの帰還信号を受けるとともに前記一対のトランジスタの共通電極 に結合された帰還回路とを含み、 該帰還回路が前記一対のトランジスタからの電流を、該出力回路からの帰還信号 に対応させるようになっているカレントミラーを含むＩＣ増幅器。