JPH05121971A - 差動増幅器 - Google Patents

差動増幅器

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JPH05121971A
JPH05121971A JP3279828A JP27982891A JPH05121971A JP H05121971 A JPH05121971 A JP H05121971A JP 3279828 A JP3279828 A JP 3279828A JP 27982891 A JP27982891 A JP 27982891A JP H05121971 A JPH05121971 A JP H05121971A
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Yasushi Nishimura
康 西村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フォールデッドカスコード(folded cascod
e)回路を用いた差動増幅器に関し、増幅精度を向上さ
せる差動増幅器に関し、増幅誤差を極力低減し、且つ回
路構成を簡略化した差動増幅器を提案することを目的と
する。 【構成】 差動トランジスタとカレントミラー回路とを
直列接続し、当該直列接続の接続点に単一のフォールデ
ットカスコードトランジスタを接続することにより、差
動トランジスタの初段差動増幅出力をカレントミラー回
路でプッシュプル合成し、さらに、当該カレントミラー
回路の基準側から定電流源によりバイアスを与えること
により、フォールデッドカスコードトランジスタにバイ
アス電流を供給できる構成とし、簡略な回路で増幅誤差
の低減と高い利得を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はフォールデッドカスコー
ド(folded cascode)回路を用いた差動増幅器に関し、
特に簡略な回路構成で増幅精度を向上させる差動増幅器
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の差動増幅器として図2、
図3に示すものがあった。フォールデッドカスコード回
路を用いた差動増幅器は高速演算増幅器として用いられ
ている。この差動増幅器の利点としてドミナントポール
とセカンドポールとのスタガ比が広いため、負帰還が安
定化できることである。また、ドミナントポールを高く
設定できることから、高周波特性のよい増幅器が実現で
きる点である。ここで、フォールデッドカスコードに接
続されたトランジスタはベース接地の増幅器を形成して
おり、差動増幅部からみれば低インピーダンスとなるか
らポールが十分高くなってセカンドポールを決定するこ
ととなる。また、電圧ゲインAv は「1」で電流伝達器
として作用するだけとなり、初段差動増幅器とカスコー
ド接続されるため、入力電圧Vi を電流に変換すること
となる。よって、出力端に接続される次段インピーダン
スの方がドミナントポールを決定することとなる。
【0003】図2に記載の従来の差動増幅器は、ベース
端子に接続される入力端子41、42に正負の二つの入
力信号が入力されエミッタ端子を共通接続されて差動増
幅部10を形成する二つのトランジスタTr1、Tr2と、
この二つのトランジスタTr1、Tr2の共通接続されたエ
ミッタ端子と接地GNDとの間に接続される定電流源1
と、前記トランジスタTr1、Tr2のコレクタ端子に一端
が各々接続され、他端が電源V+ に共通して接続される
定電流源4、5と、この定電流源4、5とトランジスタ
r1、Tr2との接続点にそれぞれエミッタ端子が接続さ
れてフォールデッドカスコード回路20を形成するトラ
ンジスタTr3、Tr4と、このトランジスタTr3、Tr4
ベース端子にバイアス電圧を印加する電池6と、前記ト
ランジスタTr3、Tr4のコレクタ端子にコレクタ端子が
接続されると共に、エミッタ端子が接地GNDに接続さ
れてカレントミラー回路30を形成する二つのトランジ
スタTr50 、Tr60 とを備える構成である。
【0004】そしてトランジスタTr4のコレクタ端子と
トランジスタTr60 のコレクタ端子との接続点を出力端
子51とし、この出力端子と接地GND間には抵抗RL
が接続されている。
【0005】次に、前記構成に基づく従来の差動増幅器
の動作について説明する。二つの入力端子41、42に
入力信号の入力電圧Vi + 、Vi - が印加されてこの入
力信号の差電圧をVi とすると、トランジスタTr3のエ
ミッタ端子には電流{I−(IE /2)−i}が供給さ
れると共に、トランジスタTr4のエミッタ端子には電流
{I−(IE /2)+i}が供給される。ここで、IE
は定電流源1の電流値、Iは定電流源4、5の電流値、
iは入力電圧Vi + 、Vi - によるコレクタ電流の変化
分である。また、トランジスタTr50 、Tr60 はカレン
トミラー回路を形成していることから、各々のコレクタ
・エミッタ間電流値が一定となり抵抗R L を介して接地
側にこれらの差の電流2iが流れ、出力端子51の電位
は出力電圧V0 =RL ×2iとなる。
【0006】前記入力信号の差電圧Vi と電流iとの関
係は次式の通りとなる。 Vi =VBE1 −VBE2 ここで、VBE1 はトランジスタTr1のベース・エミッタ
間電圧、VBE2 はトランジスタTr2のベース・エミッタ
間電圧である。
【0007】 Vi =(kT/q)ln[{(IE /2)+i}/Is ] −(kT/q)ln[{(IE /2)−i}/Is ] =(kT/q)ln[{(IE /2)+i}/{IE /2)−i}] ここで、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。
【0008】また、図3に記載の従来の差動増幅器は、
前記図2に記載の差動増幅器と同様にトランジスタ
r1、Tr2、定電流源1とを備えて構成されるが、フォ
ールデッドカスコード接続のトランジスタ及びカレント
ミラー回路のトランジスタの構成を異にする。前記カレ
ントミラー回路のトランジスタに替えて定電流源3が接
地GNDと出力端子51との間に接続される。またフォ
ールデッドカスコード接続のトランジスタは単一のトラ
ンジスタTr3で構成され、このトランジスタTr3のエミ
ッタ端子が前記トランジスタTr2のコレクタ端子に接続
されると共に、トランジスタTr3のコレクタ端子が前記
定電流源3及び出力端子51に接続される。この出力端
子51と接地GND間には抵抗RL が接続されている。
【0009】このように、図3記載の差動増幅器は図2
記載の差動増幅器に対して回路構成を簡略化して増幅出
力できることとなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来の差動増幅器は以
上のように構成されていたことから、図2記載の差動増
幅器においてはトランジスタTr1、Tr2から出力される
信号電流をトランジスタTr3、Tr4に各々供給するため
に、トランジスタTr3、Tr4の素子自体の不均一さに起
因する伝送誤差のため、増幅誤差が生じることとなる。
特に、この誤差は2つのトランジスタの電流の増減が互
いに逆のため増大するように作用することとなる。
【0011】また、図3記載の差動増幅器においては、
回路構成が簡略化され前記図2に記載のようにフォール
デットカスコードトランジスタが2個あるときよりは増
幅誤差が軽減されるが、それに比べて利得が半減すると
いう課題を有していた。図2、3の各差動増幅器の利得
を比較して計算すると次のようになる。
【0012】まず、各差動増幅器の初段差動入力インピ
ーダンスZi は、 Zi =2hie となる。次に、伝達される信号電流iは、 i=(Vi /Zi )・hfe =(Vi /2hie)・hfe となる。また、出力電圧V01(図2の出力電圧)、V02
(図3の出力電圧)は、 V01=2i・RL 02=i・RL となり、図3記載の差動増幅器は図2記載の差動増幅器
に対して入力電圧による出力電流の変化分電流iが1/
2となっている。
【0013】電圧ゲインAv1(図2の利得)、電圧ゲイ
ンAv2(図3の利得)は、 Av1=V01/Vi =(2i・RL )/{(2hie/hfe)・i} =(hfe/hie)・RL v2=V02/Vi =(i・RL )/{(2hie/hfe)・i} =(hfe/2hie)・RL となる。
【0014】従って、図3記載の差動増幅器の電圧ゲイ
ンAv2は図2記載の差動増幅器の電圧ゲインAv1に対し
て(1/2)と小さな値となる。本発明は、前記課題を
解決するためになされたもので、増幅誤差を極力低減
し、且つ回路構成を簡略化した差動増幅器を提案するこ
とを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明に係る差動増幅器
は、一の電位の電源と基準電位の電源との間にエミッタ
端子を共通接続して二つのトランジスタを並列に接続し
て形成し、各ベース端子に入力される二つの入力信号の
差に比例した信号を出力する差動トランジスタと、前記
一の電位の電源と前記差動トランジスタの各コレクタ端
子との間に二つのトランジスタが接続され、当該一方の
トランジスタを基準側とすると共に、他のトランジスタ
を従属側として形成されるカレントミラー回路と、前記
カレントミラー回路における従属側のトランジシスタの
コレクタ端子と前記差動トランジスタにおける一方のコ
レクタ端子とが接続される接続点と出力端子との間に接
続され、単一のトランジスタで形成されるフォールデッ
ドカスコードトランジスタと、前記カレントミラー回路
における従属側トランジスタのコレクタ端子と前記差動
トランジスタにおける他方のコレクタ端子との接続点に
接続され、所定電流を供給する定電流源とを備えるもの
である。
【0016】
【作用】本発明によれば、差動トランジスタとカレント
ミラー回路とを直列接続し、当該直列接続の接続点に単
一のフォールデットカスコードトランジスタを接続する
ことにより、差動トランジスタの初段差動増幅出力をカ
レントミラー回路でプッシュプル合成し、さらに、当該
カレントミラー回路の基準側から定電流源によりバイア
スを与えることにより、フォールデッドカスコードトラ
ンジスタにバイアス電流を供給できる構成とし、簡略な
回路で増幅誤差の低減と高い利得を得ることができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1に基づいて説
明する。この図1は本実施例の回路構成図を示す。同図
において本実施例に係る差動増幅器は、前記図2記載の
従来差動増幅器と同様にベース端子と接続される入力端
子41、42に正負の二つの入力信号が入力され、エミ
ッタ端子を共通接続されて差動増幅部10を形成する二
つのトランジスタTr1、Tr2を備えて構成されるが、カ
レントミラー回路30、定電流源2及びフォールデッド
カスコード回路20の構成内容及び接続構成を異にす
る。
【0018】前記カレントミラー回路30は、前記差動
増幅部10のトランジスタTr1、T r2のコレクタ端子に
各々コレクタ端子が接続されると共に、エミッタ端子が
電源V+ に接続される二つのトランジスタTr5、Tr6
形成され、この二つのトランジスタTr5、Tr6の各ベー
ス端子を共通接続し、このベース端子の共通接続点と前
記コレクタ端子の一方の接続点Aとを接続して構成され
る。従って、このカレントミラー回路30はトランジス
タTr5を基準側とし、トランジスタTr6が従属側として
動作する。
【0019】前記フォールデッドカスコード回路20は
カレントミラー回路30のコレクタ端子の他方の接続点
Bにエミッタ端子が接続され、コレクタ端子が出力端子
51及び定電流源3を介して接地GNDに接続される単
一のトランジスタTr3と、このトランジスタTr3のベー
ス端子に所定電圧を印加する電池6とを備える構成であ
る。なお、電池6は所定電圧の定電圧回路としてもよ
い。出力端子51と接地GND間には抵抗RL が接続さ
れている。
【0020】また、前記カレントミラー回路30及び差
動増幅部10の接続点であるコレクタ端子の一方の接続
点Aと接地GNDとの間に電流値をIB とする定電流源
2が接続され、この定電流源2及びカレントミラー回路
30の働きによりフォールデッドカスコード回路20に
対して常時(入力信号が「0」、「正」、「負」にかか
わらず)バイアス電流IB を供給している。
【0021】次に、前記構成に基づく本実施例の動作に
ついて説明する。まず、トランジスタTr1のベース端子
と接続される入力端子41に電圧Vi + の入力信号が入
力され、トランジスタTr2のベース端子と接続される入
力端子42に電圧Vi - の入力信号が入力され、この各
入力信号の差電圧をVi とする。この場合に定電流源1
に流れる電流をIE とすると、トランジスタTr1には、
前記図2記載の従来技術と同様に電流{(IE /2)+
i}が流れることとなり、また、トランジスタTr2には
電流{(IE /2)−i}が流れる。また、トランジス
タTr5には電流{(IE /2)+i+IB }が流れ、こ
のトランジスタTr5と共にカレントミラー回路30を形
成するトランジスタTr6にもトランジスタTr5に流れる
電流と同じ電流{(IE /2)+i+IB }が流れるこ
ととなる。従って、図1中の接続点Bからフォールデッ
トカスコード回路20へ流れる電流は、トランジスタT
r6に流れる電流{(IE /2)+i+IB }からトラン
ジスタTr2に流れる電流{(IE /2)−i}を引いた
ものが流れることとなる。
【0022】 フォールデッドカスコード回路20へ流れる電流 =(IE /2)+i+IB −{(IE /2)−i} =2i+IB この式中におけるIB はトランジスタTr3のバイアス電
流となる。
【0023】そして、前記定電流源3の電流を電流IB
と等しく設定すれば、抵抗RL に流れる電流は2iとな
る。このときの電圧ゲインAV は前記図2記載の従来例
と同様な次の値となる。
【0024】AV =(hfe/hie)・RL 従って、この構成によって電圧ゲインAV を従来例のフ
ォールデッドカスコード接続のトランジスタを2個で構
成した差動増幅器と同一にできると共に、トランジスタ
に起因する増幅誤差の低減を図ることができる。
【0025】なお、実施例においてはカレントミラー回
路30は、トランジスタ2個で構成される最も基本的な
ものとしたが、トランジスタ3個を使用した周知の帰還
型のものであってもよく、また他のカレントミラー回路
であってもよい。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、差
動トランジスタとカレントミラー回路とを直列接続し、
当該直列接続の接続点に単一のフォールデットカスコー
ドトランジスタを接続することにより、差動トランジス
タの初段差動増幅出力をカレントミラー回路でプッシュ
プル合成し、さらに、当該カレントミラー回路の基準側
から定電流源によりバイアスを与えることにより、フォ
ールデッドカスコードトランジスタにバイアス電流を供
給できる構成とし、簡略な回路で増幅誤差の低減と高い
利得を得るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の差動増幅器に係る回路構成図である。
【図2】従来の差動増幅器に係る回路構成図である。
【図3】従来の他の差動増幅器に係る回路構成図であ
る。
【符号の説明】
1、2、3、4、5…定電流源 Tr1、Tr2、Tr50 、Tr60 …NPN型トランジスタ Tr3、Tr4、Tr5、Tr6…PNP型トランジスタ 10…差動増幅部 20…フォールデッドカスコード回路 30…カレントミラー回路 41、42…入力端子 51…出力端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一の電位の電源と基準電位の電源との間
    にエミッタ端子を共通接続して二つのトランジスタを並
    列に接続して形成し、各ベース端子に入力される二つの
    入力信号の差に比例した信号を出力する差動トランジス
    タと、 前記一の電位の電源と前記差動トランジスタの各コレク
    タ端子との間に二つのトランジスタが接続され、当該一
    方のトランジスタを基準側とすると共に、他のトランジ
    スタを従属側として形成されるカレントミラー回路と、 前記カレントミラー回路における従属側のトランジシス
    タのコレクタ端子と前記差動トランジスタにおける一方
    のコレクタ端子とが接続される接続点と出力端子との間
    に接続され、単一のトランジスタで形成されるフォール
    デッドカスコードトランジスタと、 前記カレントミラー回路における従属側トランジスタの
    コレクタ端子と前記差動トランジスタにおける他方のコ
    レクタ端子との接続点に接続され、所定電流を供給する
    定電流源と、を備えることを特徴とする差動増幅器。
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