JPH04271607A - 差動増幅器のオフセット低減回路     - Google Patents

差動増幅器のオフセット低減回路    

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JPH04271607A
JPH04271607A JP3055796A JP5579691A JPH04271607A JP H04271607 A JPH04271607 A JP H04271607A JP 3055796 A JP3055796 A JP 3055796A JP 5579691 A JP5579691 A JP 5579691A JP H04271607 A JPH04271607 A JP H04271607A
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transistors
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、CDドライバー等、
各種駆動回路に用いられる差動増幅器のオフセット低減
回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、CDドライバー等、各種駆動回路
には、例えば図9に示すように、簡易な演算増幅器が用
いられる。この演算増幅器には前段部に差動増幅器2が
設置されており、この場合、差動増幅器2には一対のト
ランジスタ21、22のエミッタ間を抵抗23によって
結合した一つの差動対24が設置され、各トランジスタ
21、22のエミッタ側には個別に定電流源25、26
が接続されている。即ち、この差動増幅器2では定電流
源25、26に定電流Iを引き込むことで、各トランジ
スタ21、22に動作電流が供給される。そして、トラ
ンジスタ21、22のコレクタ側には差動対24の能動
負荷としてカレントミラー回路27が設置されている。 即ち、トランジスタ21のコレクタ側と電源との間には
ベース・コレクタを共通、即ち、ダイオード化されたト
ランジスタ28が接続されているとともに、トランジス
タ22のコレクタ側と電源との間にはトランジスタ29
が接続されている。
【0003】この差動増幅器2では、差動対24の出力
がトランジスタ29のコレクタ側から取り出され、その
出力取出し手段とともにその出力をトランジスタ22の
ベースに帰還する帰還ループ4を構成するトランジスタ
6が設置されている。トランジスタ6は電源とトランジ
スタ22のベースとの間に接続され、トランジスタ6の
ベースがトランジスタ22のコレクタに接続されている
。そして、トランジスタ22のベースと基準電位点(接
地点)との間には定電流源8が接続され、トランジスタ
6から定電流が定電流源8に引き込まれる。
【0004】そこで、このような演算増幅器では、入力
端子10を通して入力信号が加えられると、その入力信
号が差動増幅器2で増幅され、その出力がカレントミラ
ー回路27のトランジスタ29を通してトランジスタ6
のベースに加えられ、定電流源8に引き込まれる定電流
との関係によりトランジスタ6を介して出力端子12か
ら取り出されるとともに、その出力電流の一部がトラン
ジスタ22のベースに帰還されるのである。このように
エミッタ間を抵抗23で結合した差動対24を用いた差
動増幅器2は、定電流値を上げてスルーレートを上昇さ
せながら増幅利得を取る必要がない場合等に多用されて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
差動増幅器2では、ICの製造上、定電流源25、26
を構成するトランジスタの不揃いによって定電流Iにば
らつきが生じたとき、そのばらつきによるオフセットが
発生することが知られている。このオフセットが発生す
るメカニズムを説明する。説明を簡略化するため、図1
0の(A)に示すように、帰還ループ4を簡略化すると
ともに、各トランジスタ21、22、28、29を理想
的なトランジスタとする。トランジスタ28は、図面上
ダイオードとして表記しているが、ベース・コレクタを
共通化したトランジスタであり、図9に示した差動増幅
器2と同様のカレントミラー回路27を構成するもので
ある。そこで、この差動増幅器2において、トランジス
タ21のコレクタ電流はカレントミラー回路27で反転
されてトランジスタ22のコレクタ側に流れるものとす
れば、その電流バランスを取るため、各トランジスタ2
1、22、28、29に流れる電流は等しくなければな
らない。トランジスタ21、22のコレクタ電流をIc
1 、Ic2 とすれば、Ic1 =Ic2 となる。 例えば、定電流源25側の定電流IがΔIだけ増加した
とする。 トランジスタ21、22のエミッタ電流をIe1 、I
e2 とすれば、Ic1 =Ic2 からIe1 =I
e2 となる。このため、トランジスタ21、22の各
エミッタ電流Ie1 、Ie2 は、Ie1 =Ie2
 =I+ΔI/2となる。したがって、抵抗23に流れ
る電流は、ΔI/2となり、抵抗23の抵抗値をRとす
ると、抵抗23には抵抗値と流れる電流との積による電
圧降下により、抵抗23の端子間、即ち、エミッタ間に
は電圧(R×ΔI/2)が発生する。そして、Ic1 
=Ic2 、Ie1 =Ie2 を満足するため、トラ
ンジスタ21、22のエミッタ間に発生した電圧(R×
ΔI/2)と同じ電圧値がトランジスタ22のベースと
トランジスタ21のベースとの間にオフセット電圧ΔV
(=R×ΔI/2)として発生することになる。
【0006】ところで、この差動増幅器2において、図
10の(B)に示すように、帰還ループ4を切断すると
ともに、各トランジスタ21、22のベースを接地して
回路を見ると、トランジスタ21、22に流れる電流は
それぞれエミッタ測定電流値であり、抵抗23に流れる
電流は、トランジスタ21、22で指数圧縮されてダイ
オード電圧差で流れる電流であるから、定電流Iにおけ
るばらつき電流ΔIが小さければ無視できる程度のもの
である。
【0007】ところが、図10の(A)に示すように、
帰還ループ4を以てトランジスタ22のベース側にトラ
ンジスタ29からばらつき電流ΔIによる電流が帰還さ
れるため、ΔI=0の帰還動作によって、Ic1 =I
c2が成立し、定電流I+ΔI、Iが各トランジスタ2
1、22に電流I+ΔI/2に均等に配分される結果、
オフセットが発生することになる。
【0008】そこで、この発明は、このような差動対に
流すべき定電流のばらつきによる差動増幅器の入力間に
発生するオフセットを低減した差動増幅器のオフセット
低減回路の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】即ち、この発明の差動増
幅器のオフセット低減回路は、一対のトランジスタ(第
1及び第2のトランジスタ21、22)のエミッタ間を
抵抗(23)によって結合した差動対(24)を備えた
差動増幅器(2)と、この差動増幅器の前記トランジス
タのベース間に生じる電圧差を検出し、その電圧差に応
じた電流を前記差動対に帰還することにより、前記電圧
差を生じさせている電流を相殺する電流相殺回路(14
)とを備えたことを特徴とする。
【0010】また、この発明の差動増幅器のオフセット
低減回路は、一対のトランジスタ(第1及び第2のトラ
ンジスタ21、22)のエミッタ間を抵抗(23)によ
って結合した差動対(24)を備えた差動増幅器(2)
と、この差動増幅器の前記トランジスタのエミッタ間に
生じる電圧差を検出し、その電圧差に応じた電流を前記
差動対に供給することにより、前記電圧差を生じさせて
いる電流を相殺する電流相殺回路(14)とを備えたこ
とを特徴とする。
【0011】
【作用】差動対を構成する各トランジスタに個別に接続
された各定電流源の定電流にばらつきがあると、トラン
ジスタのエミッタ間を結合する抵抗の端子間にそのばら
つき電流に応じた電圧差が生じ、これがオフセットとし
てベース間に現れる。
【0012】そこで、電流相殺回路では、差動対を構成
するトランジスタのベース間に発生する電圧差を検出し
、その電圧差に応じた電流を差動対に供給することによ
り、電圧差を生じさせている電流を相殺し、差動増幅器
に発生するオフセットを低減させている。また、電流相
殺回路では、差動対を構成するトランジスタのエミッタ
間に発生する電圧差を検出し、その電圧差に応じた電流
を差動対に供給することにより、電圧差を生じさせてい
る電流を相殺し、差動増幅器に発生するオフセットを低
減させている。
【0013】
【実施例】図1は、この発明の差動増幅器のオフセット
低減回路の第1実施例を示す。この差動増幅器2には、
一対のトランジスタとして第1及び第2のトランジスタ
21、22が設置され、各トランジスタ21、22は、
エミッタ間が抵抗23で結合されて1つの差動対24を
構成している。抵抗23は差動増幅器2の増幅利得を設
定する手段であり、その抵抗値によって所望の増幅利得
が得られる。
【0014】各トランジスタ21、22のエミッタ側と
基準電位点(接地点)との間には個別に定電流源25、
26が接続されており、各トランジスタ21、22の動
作電流がその定電流によって与えられるようになってい
る。また、トランジスタ21、22のコレクタ側には、
差動対24の能動負荷としてカレントミラー回路27が
接続されている。このカレントミラー回路27は、ベー
ス・コレクタを共通にしてダイオードを構成するトラン
ジスタ28と、このトランジスタ28のベース・コレク
タとベースが共通に接続されたトランジスタ29とから
構成されている。したがって、この差動増幅器2は、ト
ランジスタ21、22のベース側の入力端子10、11
に対する入力信号を増幅し、その出力をトランジスタ2
9のコレクタ側から取り出すことができるものである。
【0015】そして、この差動増幅器2には、定電流源
25、26の定電流のばらつきによって抵抗23に発生
する電圧差で生じるオフセットを低減する手段としてオ
フセットの原因となる電流を帰還して相殺させる電流相
殺回路14が設置されている。この電流相殺回路14に
は制御増幅器140が用いられており、その正相入力端
子にトランジスタ21のベース、その逆相入力端子にト
ランジスタ22のベースが接続され、ベース間に発生す
る電圧差が制御増幅器140に検出される。この制御増
幅器140では、その検出した電圧差に応じた制御電流
を発生し、電圧差の検出とは逆相関係を以て、その正相
出力をトランジスタ22のコレクタ側、その逆相出力を
トランジスタ21のコレクタ側に供給し、電圧差の原因
となる電流を相殺するようにしている。
【0016】このように電流相殺回路14が付加された
図1に示した差動増幅器2の動作を図2に示す差動増幅
器2を参照して説明すると、図2に示す差動増幅器2で
は、トランジスタ21のベースを接地し、また、トラン
ジスタ22のベース・コレクタ間に帰還ループ4を形成
するとともに、トランジスタ22のベースに出力端子1
2を形成する。制御増幅器140には差動入力、差動電
流出力型の増幅器を使用し、その正相入力、逆相入力を
Vi(+)、Vi(−)とすると、その出力電流である
正相出力電流Io(+)、逆相出力電流Io(−)は、
        Io(+)=k{Vi(+)−Vi(
−)}          ・・・(1)      
  Io(−)=−k{Vi(+)−Vi(−)}  
      ・・・(2)となる。ただし、kは、制御
増幅器140の差動入力電圧差を出力電流に変換する変
換利得係数である。
【0017】ここで、定電流源25、26の定電流をI
+ΔI、Iとすれば、制御増幅器140を付加する前の
差動増幅器2において、抵抗23に発生する電圧は、R
・ΔI/2となる。したがって、制御増幅器140を接
続し、この制御増幅器140には、     Io(+)=k(−R・ΔI/2)=−k・R
・ΔI/2  ・・・(3)    Io(−)=−k
(−R・ΔI/2)=k・R・ΔI/2  ・・・(4
)が出力されることになり、正相出力電流Io(+)に
逆相電流−k・R・ΔI/2、逆相出力電流Io(−)
に正相電流k・R・ΔI/2が出力される。これらの出
力電流を差動対24に帰還させると、   トランジスタ29からの流出電流・・・I+ΔI/
2−k・R・ΔI/2  トランジスタ22からの流出
電流・・・I+ΔI/2+k・R・ΔI/2となり、こ
の電流が帰還ループ4を以て帰還されるため、差動増幅
器2における電流の入出力は相殺されるため、 トランジスタ29からの流出電流・・・I+ΔI/2ト
ランジスタ22からの流出電流・・・I+ΔI/2に平
衡する。
【0018】このとき、トランジスタ21、22の各コ
レクタ電流をIc1、Ic2 とすると、      
        Ic1 =I+ΔI/2+k・R・Δ
I/2      ・・・(5)          
    Ic2 =I+ΔI/2−k・R・ΔI/2 
     ・・・(6)となる。ここで、トランジスタ
21、22を理想的なトランジスタとすれば、各トラン
ジスタ21、22の各エミッタ電流をIe1 、Ie2
 とすると、Ic1 =Ie1 、Ic2 =Ie2 
となる。各トランジスタ21、22のエミッタ側の各定
電流I+ΔI、Iがエミッタ電流Ie1 、Ie2 に
配分されることを考え、トランジスタ21、22のエミ
ッタ間電流をΔIrとすると、      ΔIr=Δ
I/2−k・R・ΔI/2=ΔI/2(1−k・R) 
                         
                         
       ・・・(7)となる。したがって、抵抗
23の端子間に発生する電圧ΔVrは、       ΔVr=R・ΔIr=R・ΔI/2(1−
k・R)      ・・・(8)となり、制御増幅器
140の接続前より明らかに減少することが分かる。特
に、式(8)において、1−k・R=0、即ち、1=k
・R、k=1/Rとなるように定数を設定したときには
、電圧ΔVr=0となり、オフセットを皆無にすること
ができる。
【0019】以上の説明は制御増幅器140を単純な差
動増幅器とした場合にも成立し、その場合、制御増幅器
140の動作を示す式(1)、(2)は、      
Io(+)=k{Vi(+)−Vi(−)}+Iq  
  ・・・(9)      Io(−)=−k{Vi
(+)−Vi(−)}+Iq  ・・・(10)に変形
されるのみで、同様の電圧差を相殺する動作が行われる
【0020】次に、図3は、この発明の差動増幅器のオ
フセット低減回路の第2実施例を示す。第1実施例では
、抵抗23に発生する電圧差をトランジスタ21、22
のベース間で検出したが、図3に示すように、トランジ
スタ21、22のエミッタ間から直接検出するようにし
てもよい。即ち、電流相殺回路14の制御増幅器140
の正相入力側をトランジスタ21のエミッタ、その逆相
入力側をトランジスタ22のエミッタに接続して電圧差
を検出し、その電圧差に応じた電流、即ち、正相出力電
流をトランジスタ22のコレクタ側、逆相出力電流をト
ランジスタ21のコレクタ側に供給することにより、前
記実施例と同様に電圧差を生じさせる電流を相殺してオ
フセットを低減させることができる。
【0021】次に、図4ないし図7は、この発明の差動
増幅器のオフセット低減回路の具体的な回路構成例を示
す。図4は、図1に示した差動増幅器のオフセット低減
回路の具体的な回路構成例を示しており、制御増幅器1
40はエミッタを共通にしたトランジスタ141、14
2からなる差動対に定電流源143を接続した差動増幅
器で構成されている。即ち、トランジスタ141のベー
スはトランジスタ21のベース、トランジスタ142の
ベースはトランジスタ22のベースに接続することによ
り、トランジスタ141、142でトランジスタ21、
22のベース間に発生する電圧差を検出し、その電圧差
に応じた電流をトランジスタ21、22のコレクタ側か
らトランジスタ141、142を通して定電流源143
に引き込み、抵抗23に生じる電圧差の原因である定電
流源25、26における定電流のばらつき電流を相殺し
てオフセットの低減を図っている。
【0022】次に、図5は、図1に示した差動増幅器の
オフセット低減回路の具体的な回路構成例を示しており
、制御増幅器140はエミッタを共通にしたPNP型の
トランジスタ144、145からなる差動対と電源との
間に定電流源146を接続した差動増幅器で構成されて
いる。即ち、トランジスタ144のベースはトランジス
タ21のベース、トランジスタ145のベースはトラン
ジスタ22のベースに接続することにより、トランジス
タ144、145でトランジスタ21、22のベース間
に発生する電圧差を検出し、その電圧差に応じた電流を
電源側の定電流源146からトランジスタ144、14
5を通してトランジスタ21、22のエミッタ側に供給
することにより、抵抗23に生じる電圧差の原因である
定電流源25、26における定電流のばらつき電流を相
殺してオフセットの低減を図っている。
【0023】次に、図6は、図3に示した差動増幅器の
オフセット低減回路の具体的な回路構成例を示しており
、制御増幅器140はエミッタを共通にしたトランジス
タ147、148からなる差動対に定電流源149を接
続した差動増幅器で構成されている。即ち、トランジス
タ147のベースはトランジスタ21のエミッタ、トラ
ンジスタ148のベースはトランジスタ22のエミッタ
に接続することにより、トランジスタ147、148で
トランジスタ21、22のエミッタ間に発生する電圧差
を検出し、その電圧差に応じた電流をトランジスタ21
、22のコレクタ側からトランジスタ147、148を
通して定電流源149に引き込み、抵抗23に生じる電
圧差の原因である定電流源25、26における定電流の
ばらつき電流を相殺してオフセットの低減を図っている
【0024】次に、図7は、図4に示した差動増幅器の
オフセット低減回路を用いた演算増幅器の具体的な回路
構成例を示す。この実施例では、差動増幅器2の出力が
トランジスタ29のコレクタ側から取り出され、その出
力を増幅して取り出す出力回路16に加えられている。 即ち、トランジスタ29のコレクタにはトランジスタ1
61のベースが接続され、トランジスタ22が導通状態
にあるとき、ベース電流がトランジスタ22に引き込ま
れる。トランジスタ161のコレクタ側にはダイオード
162、163を通して定電流源164が直列に接続さ
れ、トランジスタ161に流れる電流はダイオード16
2、163を通して定電流源164に引き込まれる。ト
ランジスタ161のコレクタには、出力トランジスタ1
65のベースが接続され、ダイオード163のカソード
には出力トランジスタ167のベースが接続されている
。各出力トランジスタ165、167は、電源と接地点
との間に直列に接続されており、共通に接続されたエミ
ッタには出力端子17が形成されている。
【0025】したがって、この演算増幅器では、トラン
ジスタ161を通して流れる電流によるダイオード16
2、163に発生する電圧によって出力トランジスタ1
65、167のバイアス電圧が設定されており、トラン
ジスタ161の出力電流によって出力トランジスタ16
5、167が交互に導通し、その出力が出力端子17か
ら取り出される。
【0026】次に、図8は、この発明の差動増幅器のオ
フセット低減回路の第3実施例を示す。この実施例の電
流相殺回路14は、図4に示した電流相殺回路14と同
種の回路構成を成しており、トランジスタ21、22の
ベース間電圧を検出するため、エミッタを共通にしたト
ランジスタ241、242からなる差動対に定電流源2
43を接続したものである。差動対を構成する各トラン
ジスタ241、242は、2つのコレクタを持つマルチ
コレクタトランジスタを用いて、電流相殺回路14にお
けるオフセット電流を低減するようにしたものである。 即ち、トランジスタ241の第1コレクタC1 とトラ
ンジスタ242の第2コレクタC2 との間に第1のカ
レントミラー回路244が設置され、また、トランジス
タ242の第1コレクタC1 とトランジスタ241の
第2コレクタC2 との間に第2のカレントミラー回路
245が設置され、カレントミラー回路244はダイオ
ード246及びトランジスタ247、カレントミラー回
路245はダイオード248及びトランジスタ249で
構成されている。
【0027】このような構成によれば、トランジスタ2
41のコレクタ電流が第1コレクタC1 及びカレント
ミラー回路244を通してトランジスタ242の第2コ
レクタC2 に供給され、トランジスタ242のコレク
タ電流が第1コレクタC1 及びカレントミラー回路2
45を通してトランジスタ241の第2コレクタC2 
に供給されることにより、各トランジスタ241、24
2のベース間に発生するオフセットが相殺される。した
がって、このような電流相殺回路14を用いれば、差動
増幅器2のオフセットを高精度に相殺し、信頼性の高い
増幅特性を得て増幅利得の制御を実現することができる
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、差動増幅器に定電流源による定電流のばらつきによっ
て生じるオフセットをそのばらつきに応じて低減するこ
とができ、入出力特性の信頼性を向上させ、差動増幅器
の増幅利得の制御性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の差動増幅器のオフセット低減回路の
第1実施例を示す回路図である。
【図2】図1に示した差動増幅器のオフセット低減回路
の動作を説明するための回路図である。
【図3】この発明の差動増幅器のオフセット低減回路の
第2実施例の具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図4】図1に示した差動増幅器のオフセット低減回路
の具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図5】図1に示した差動増幅器のオフセット低減回路
の具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図6】図3に示した差動増幅器のオフセット低減回路
の具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図7】この発明の差動増幅器のオフセット低減回路の
応用例である演算増幅器の具体的な回路構成例を示す回
路図である。
【図8】この発明の差動増幅器のオフセット低減回路の
第3実施例を示す回路図である。
【図9】従来の差動増幅器を用いた演算増幅器を示す回
路図である。
【図10】図9に示した差動増幅器に発生するオフセッ
トを説明するための回路図である。
【符号の説明】
2    差動増幅器 14  電流相殺回路 21  トランジスタ 22  トランジスタ 23  抵抗 24  差動対

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  一対のトランジスタのエミッタ間を抵
    抗によって結合した差動対を備えた差動増幅器と、この
    差動増幅器の前記トランジスタのベース間に生じる電圧
    差を検出し、その電圧差に応じた電流を前記差動対に供
    給することにより、前記電圧差を生じさせている電流を
    相殺する電流相殺回路と、を備えたことを特徴とする差
    動増幅器のオフセット低減回路。
  2. 【請求項2】  一対のトランジスタのエミッタ間を抵
    抗によって結合した差動対を備えた差動増幅器と、この
    差動増幅器の前記トランジスタのエミッタ間に生じる電
    圧差を検出し、その電圧差に応じた電流を前記差動対に
    供給することにより、前記電圧差を生じさせている電流
    を相殺する電流相殺回路と、を備えたことを特徴とする
    差動増幅器のオフセット低減回路。
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