JPH0514076A - 差動増幅装置 - Google Patents

差動増幅装置

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JPH0514076A
JPH0514076A JP3189494A JP18949491A JPH0514076A JP H0514076 A JPH0514076 A JP H0514076A JP 3189494 A JP3189494 A JP 3189494A JP 18949491 A JP18949491 A JP 18949491A JP H0514076 A JPH0514076 A JP H0514076A
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JP
Japan
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signal
phase component
phase
input
transistor
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JP3189494A
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English (en)
Inventor
Kan Ogasawara
款 小笠原
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication of JPH0514076A publication Critical patent/JPH0514076A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波帯域における同相信号除去比CMRR
の悪化を防ぎ、CMRRの周波数特性を大幅に改善す
る。 【構成】 入力された信号の同相成分を検出する手段
と、該検出手段の出力信号を入力側に帰還し、前記同相
成分を打消すための帰還ループとを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、2つの入力端子に入力
された信号の差分を増幅する差動増幅装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】一般に、差動増幅器は図4に示すよう
に、演算増幅器1やその周囲に設けられた複数の抵抗器
11〜R14から構成され、2つの入力端子IN−,IN
+の間に加えられた信号の差分だけを増幅するものであ
る。ここで、R11=R13,R12=R14とした場合、差動
ゲインGdはR12/R11=R14/R13となる。また、入
力端子に同相で加えられた信号に対するゲインを同相ゲ
インGcとすると、同相信号除去比CMRR(Comm
on−Mode Rejection Ratio)
は、Gd/Gcで定義される。一般的に、同相ゲインG
cは、先に述べた差動増幅器の性質から小さく、従って
CMRRは一般に大きい値を示す方が性能が良い。
【0003】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、従
来にあっては、汎用の演算増幅器を用いて差動増幅器を
構成する場合、外部にいくつかの抵抗器を接続するだけ
で容易に実現できるが、入力端子IN−,IN+に同相
で入力される信号成分の出力端子OUTにもれ出る割合
は、高周波帯域になるに従がい増加してしまう。そのた
め、同相信号除去比CMRRは高周波帯域になるほど小
さな値となり、性能が悪化するという問題があった。図
5及び図6に本願発明者が行った実験データを示す。な
お、この実験には演算増幅器の試料として、ナショナル
セミコンダクター社製のLM6364(商品名)を使用
した。図5は図4に示した差動増幅器の入力端子IN
−,IN+に同相の信号を加えたときの同相ゲインGc
の周波数特性を測定したデータである。同図から明らか
なように、同相ゲインGcは周波数が数100kHz以
上になると、急激に悪化することがわかる。また、図6
は図4に示される差動増幅器のCMRRの周波数特性を
測定したデータである。なお、この測定の条件としては
差動ゲインGcを21dBとし、その周波数帯域幅を0
〜20MHzとした。同図から明らかなように、CMR
Rは同相ゲインGcと同様に数100KHzから急激に
悪化し、前述したとおり、周波数が高くなるほど性能が
悪化することがわかる。
【0004】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、その目的は高周波帯域の同相信号
除去比の悪化を防ぎ、性能を大幅に改善するようにした
差動増幅装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のこのような目的
は、入力された信号の同相成分を検出する手段と、該検
出手段の出力信号を入力側に帰還し、前記同相成分を打
消すための帰還ループとを有することを特徴とする差動
増幅装置によって達成される。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。図1は本発明の差動増幅装置の一
実施例を示した回路図である。図1において、Q1 ,Q
2 は入力段の差動増幅回路を構成する一対のトランジス
タである。このトランジスタQ1 のベースは入力端子I
NB,トランジスタQ2 のベースは入力端子INAとな
っている。また、Q3 及びQ4 はその次段の差動増幅回
路を構成するトランジスタ、Q5 、Q6 はそれぞれ出力
段のトランジスタである。トランジスタQ5 のエミッタ
から出力端子OUTAが取出され、トランジスタQ6
エミッタから出力端子OUTBが取出されている。出力
端子OUTAからは入力端子INAの信号の同相の電圧
が出力され、出力端子OUTBからは入力端子INBの
信号の同相電圧が出力される。また、2は入力端子間に
入力される信号の同相成分を検出するための同相成分検
出回路である。この検出回路2はトランジスタQ7,8
及び定電流源I4 から構成され、ここで検出された同相
成分は後述する帰還ループによって入力側に帰還され
る。トランジスタQ10及びトランジスタQ9 ,Q11はそ
の同相成分を入力側に帰還するための負帰還ループを形
成し、詳しく後述するように検出された同相成分を帰還
することによって、出力信号の同相成分を打消すように
作用するものである。なお、図においてI1 〜I7 は定
電流源、R1 〜R10は抵抗器である。
【0007】次に、本実施例の動作を説明する。まず、
入力端子INA,INBに同相成分が入力されたときの
動作を説明する。トランジスタQ1 ,Q2 の特性を同じ
とすると、トランジスタQ1 ,Q2のベースに同相信号
電圧v1 ,v2 が加えられた場合、トランジスタQ1
2 のコレクタには、入力電圧と逆位相の出力電圧Vc
1 ,Vc2 が生ずる。そして、これらの出力電圧が次段
のトランジスタQ3 ,Q4 のベースに入力される。vC1
とvC2は同相信号電圧であるので、トランジスタQ3
4 の共通エミッタ、即ち同相成分検出回路2のトラン
ジスタQ7 のベースには、vC1,vC2と同相の信号電圧
67が印加される。この場合、トランジスタQ7 とQ8
の差動増幅回路は平衡状態を保っており、この平衡状態
の直流バイアス電圧Vref に前記v67が印加される。従
って、トランジスタQ7 のベースには、Vref +v67
電圧が加えられる。次に、トランジスタQ7 ,Q8 の差
動増幅回路において、トランジスタQ8 のベースには予
めVref が与えられているため、トランジスタQ7 ,Q
8 の入力信号の差分に相当する電圧v67に応じた出力電
流i8 がトランジスタQ8 のコレクタに流れ、この電流
がトランジスタQ10を介してトランジスタQ9 のベース
に加えられる。なお、この電流i8 はv67とは同相であ
り、入力信号電圧v1 ,v2 とは逆位相である。
【0008】ここで、トランジスタQ9 ,Q10とトラン
ジスタQ11は、電流ミラー回路を構成しており、前記電
流i8 が発生しない場合、トランジスタQ9 にはi4
2 +i5 の定電流が流れている。i4 は定電流源I4
電流、i5 は定電流源I5 の電流である。従って、トラ
ンジスタQ11のコレクタには、i4 /2 +i5 の電流の
抵抗器R9 とR10の比率に応じた電流が流れ、電流ミラ
ー回路は平衡状態を保っている。このように平衡状態を
保っているところに、前述した信号電流i8 の成分がト
ランジスタQ11のベースに加えられた場合、トランジス
タQ11のコレクタまたはトランジスタQ1 ,Q2 の共通
エミッタには、電流i8 と逆相の成分、即ちトランジス
タQ1 ,Q2 のベースに加わる同相入力信号電圧v1
2 と同相の成分が発生し、これによって同相入力信号
成分を打消すよう作用する。つまり、トランジスタQ11
のコレクタ電流は帰還信号として働き、トランジスタQ
1 とQ2 のベースの同相信号電圧v1 ,v2 によりコレ
クタに生じた逆位相の出力電圧vC1,vC2を減少させる
よう作用する。この場合、トランジスタQ11のコレクタ
に発生する帰還信号成分をv0 とすると、次のような位
相関係が成立つ。
【0009】vC1=−v1 +v0 ,vC2=−v2 +v0
但し、v0 ,v1 ,v1 は同位相である。従って、同相
成分に対して負帰還作用が働くために、入力信号の同相
成分を効果的に打消すことができ、同相信号除去比CM
RRを大幅に改善することができる。
【0010】次に、差動成分が入力されたときの動作を
説明する。まず、トランジスタQ1 のベースにvs 、ト
ランジスタQ2 のベースにこれとは逆位相の−vS の信
号が入力されたものとする。このとき、トランジスタQ
1 のコレクタには入力信号とは逆位相の−vCS1 が生
じ、トランジスタQ2 のコレクタには同様に入力と逆位
相のvCS2 が生じる。これらの信号は、それぞれ次段の
トランジスタQ3 ,Q4 のベースに入力される。この場
合、トランジスタQ3 ,Q4 のベースには、互いに逆位
相の電圧が入力されているので、その共通エミッタには
交流信号成分は現われず、同相成分が入力されたときの
ようにトランジスタQ11のコレクタに帰還信号は発生し
ない。一方、トランジスタQ3 ,Q4 のコレクタには、
ベースに加えられている信号電圧−vCS1 ,vCS2 と逆
位相の電圧vCS1 ′,−vCS2 ′が発生し、出力段のト
ランジスタQ5 ,Q6 のエミッタからそれぞれ出力され
る。この場合、トランジスタQ5 ,Q6 のエミッタから
抵抗器R7 ,R8 を介してトランジスタQ3 ,Q4 のベ
ースに出力信号が帰還され、これによって動作が安定化
されている。なお、本実施例の差動増幅装置の差動ゲイ
ンGd′は次式で表わされる。
【0011】 Gd′=R8 /(R1 +re1 )=R7 /(R2 +re2 ) 但し、re1 はトランジスタQ1 のベースとエミッタ間
の動抵抗、re2 はトランジスタQ2 のベースとエミッ
タ間の動抵抗である。トランジスタQ1 ,Q2 が同一特
性で、そのバイアス電流Iが同じであるとすると、re
1 ,re2 は次式のとおりとなる。
【0012】re1 =re2 =VT /I 但し、VT =KT/q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。
【0013】ここで、本願発明者の行った実験結果につ
いて説明する。図2は図1に示した差動増幅装置の同相
ゲインの周波数特性を測定した測定データである。な
お、ここでは同相成分の除去効果を定量的に把握するた
め、同相成分検出回路2の出力信号を入力側に帰還した
ときと、帰還しないときで比較実験を行った。同図に示
すAは同相成分を帰還したときの測定データ、Bは帰還
しないときの測定データである。図2から明らかなよう
に、同相ゲインは周波数が1MHz以上で悪化し始め、
図5に示した従来の同相ゲインの周波数特性に比べて大
幅に改善されていることがわかる。また、AとBの比較
では、1〜60MHzの高域の周波数帯域で優位差が顕
著に現われ、同相成分の打消効果が充分にあることを確
認できた。なお、Bの測定データでも従来よりも性能が
向上しているが、これは本実施例では差動の構成が2段
構成となっており、全体の性能は差動段の積に依存して
いることによる。(一般に、広帯域演算増幅器の差動は
1段構成である)また、図3は同相信号除去比CMRR
の測定データである。なお、このときの差動ゲインは2
1dBで70MHzの帯域までフラットとした。実験結
果は図3から明らかなように、CMRRは1MHz付近
から悪化し始め、図6に示した従来のCMRRの性能に
比べて大幅に改善されていることを確認できた。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、入
力された信号の同相成分を検出して入力側に帰還するこ
とにより、信号の同相成分を有効に打消し、高周波帯域
の同相信号除去比CMRRの性能を従来に比べて大幅に
向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の差動増幅装置の一実施例を示した回路
図である。
【図2】図1の実施例の同相ゲインを同相成分を帰還し
たときと、帰還しないときで比較して示した測定データ
である。
【図3】図1の実施例において同相信号除去比CMRR
の測定結果を示した測定データである。
【図4】一般的な差動増幅器の構成を示した回路図であ
る。
【図5】従来の差動増幅器の同相ゲインの測定結果を示
した測定データである。
【図6】従来の差動増幅器の同相信号除去比CMRRの
測定結果を示した測定データである。
【符号の説明】
1 〜Q11 トランジスタ I1 〜I7 定電流源 R1 〜R10 抵抗器 2 同相成分検出回路

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 入力された信号の同相成分を検出する手
    段と、該検出手段の出力信号を入力側に帰還し、前記同
    相成分を打消すための帰還ループとを有することを特徴
    とする差動増幅装置。
JP3189494A 1991-07-04 1991-07-04 差動増幅装置 Pending JPH0514076A (ja)

Priority Applications (1)

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JP3189494A JPH0514076A (ja) 1991-07-04 1991-07-04 差動増幅装置

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JP3189494A JPH0514076A (ja) 1991-07-04 1991-07-04 差動増幅装置

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JPH0514076A true JPH0514076A (ja) 1993-01-22

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ID=16242208

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JP3189494A Pending JPH0514076A (ja) 1991-07-04 1991-07-04 差動増幅装置

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JP (1) JPH0514076A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103956982A (zh) * 2014-05-05 2014-07-30 华侨大学 一种用于两级差分放大器的连续时间共模反馈电路

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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