JPH05218755A - 広帯域出力回路 - Google Patents

広帯域出力回路

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JPH05218755A
JPH05218755A JP4192392A JP4192392A JPH05218755A JP H05218755 A JPH05218755 A JP H05218755A JP 4192392 A JP4192392 A JP 4192392A JP 4192392 A JP4192392 A JP 4192392A JP H05218755 A JPH05218755 A JP H05218755A
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transistors
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Seiichi Nishiyama
清一 西山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、広帯域出力回路において、出力端子
に付く負荷容量の影響を低減させると共に消費電力を低
減させ、周波数特性を従来に比して一段と伸長する。 【構成】出力端子にコレクタでそれぞれ接続される集積
回路内の第1及び第2のトランジスタに第3及び第4の
トランジスタを出力端子を介して外部よりカスコード接
続し、当該第3のトランジスタに流れるコレクタ電流を
外部抵抗によつて出力電圧に変換する。集積回路の出力
端子に寄生する負荷容量はコレクタ電流によつて駆動さ
れることにより、負荷容量の影響によつて周波数特性が
劣化するおそれが回避され、従来に比して一段と動作帯
域を高周波数帯域まで伸ばすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術(図4及び図5) 発明が解決しようとする課題(図6及び図7) 課題を解決するための手段(図1及び図3) 作用 実施例(図1〜図3) (1−1)実施例の全体構成(図1) (1−2)電流源12及び13の構成(図2) (1−3)電流源16の構成(図3) (2)実施例の動作 (3)実施例の効果 (4)他の実施例 発明の効果
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は広帯域出力回路に関し、
特に集積回路に内蔵される低消費電力型の広帯域出力回
路に適用して好適なものである。
【0003】
【従来の技術】従来、集積回路の出力段は図4及び図5
に示すようにエミツタフオロア出力回路によつて構成さ
れており、出力ピンP1より出力信号Vout を出力する
ようになされている。ここで集積回路1(図4)の出力
段は、演算増幅回路AMP1で増幅された入力信号Vin
によつてNPN型トランジスタQ1を駆動し、当該トラ
ンジスタQ1のエミツタに接続された負荷抵抗R1に生
じる出力電圧Vout を出力ピンP1より出力するように
なされている。
【0004】また集積回路2(図5)の出力段は、NP
N型トランジスタQ1のエミツタに電流源3を接続して
トランジスタQ1を定電流駆動するようになされてお
り、出力ピンP1より出力電圧信号Vout を出力するよ
うになされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが集積回路の出
力段にはピン容量(4〜5〔pF〕)やパツド容量及び
外部部品の容量等の負荷容量C1が存在し、これ等の負
荷容量C1を出力段は電圧出力信号Vout で駆動しなけ
ればならないため周波数特性を高域まで十分に伸ばすこ
とはできなかつた。
【0006】例えば集積回路1や集積回路2の出力段の
場合には、エミツタフオロア回路であるため高周波数帯
域になると電流増幅率hFEが低下し、その結果出力イン
ピーダンスが高くなつて発振しやすくなり、この発振を
抑制するためトランジスタQ1のベースに抵抗を接続す
る必要がある。このため集積回路1や集積回路2の場合
には、周波数特性を40〜50〔MHz〕程度までしか伸ばせ
られなかつた。
【0007】そこで負荷容量C1を駆動するため出力段
をプツシユプル回路構成にすることが考えられている
(図6及び図7)。ところが集積回路4(図6)の出力
段の場合には、集積回路1や集積回路2に比べれば周波
数特性を伸ばすことができるが、それでもNPN型トラ
ンジスタQ1とプツシユプル回路を構成するPNP型ト
ランジスタQ2のトランジシヨン周波数fT が低い影響
により 150〔MHz〕程度までしか周波数特性を伸ばすこ
とができなつた。
【0008】また集積回路5(図7)の出力段の場合に
は、NPN型トランジスタQ1及びQ3を直列に接続す
ると共に、各トランジスタQ1及びQ3のベースにバツ
フア回路AMP2及び反転バツフア回路AMP3をそれ
ぞれ接続し、出力段をプツシユプル動作させるようにな
されているが、バツフア回路AMP2と反転バツフア回
路AMP3の遅延時間の違いにより周波数特性を十分高
域まで伸ばすことはできなかつた。
【0009】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、従来に比して一段と周波数特性を高域まで伸長する
ことができる広帯域出力回路を提案しようとするもので
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第1の発明においては、第1及び第2のトランジスタ
Q17及びQ18によつて構成され、コレクタが第1及
び第2の出力端子P10及びP11にそれぞれ接続され
ると共に、ベースに供給される入力電圧V1及びV2で
駆動される差動増幅手段と、差動増幅手段が実装された
集積回路11の外部に設けられると共に、ベースが直流
電源端子P13に接続され、第1の出力端子P10を介
して第1のトランジスタQ17とカスコード接続される
第3のトランジスタQ11と、第3のトランジスタQ1
1とカスケード接続されると共に、第2の出力端子P1
1を介して第2のトランジスタQ18とカスコード接続
される第4のトランジスタQ12と、第3のトランジス
タQ11のコレクタに接続され、第3のトランジスタQ
11より第1の出力端子P11を介して第1のトランジ
スタQ11に供給されるコレクタ電流I1 ±iを出力電
圧Vout に変換する外部負荷抵抗R11とを備え、第1
の出力端子P10に寄生する負荷容量C1はコレクタ電
流I1 ±iで駆動されるようにする。
【0011】また第2の発明においては、差動増幅手段
は、直流電源端子P13に供給される電源電圧E3を駆
動電源とするようにする。
【0012】さらに第3の発明においては、第1及び第
2のトランジスタQ17及びQ18の共通エミツタに温
度による特性変動が小さい電流源16を接続する。
【0013】
【作用】第1の発明においては、集積回路11の信号出
力を第1及び第3のトランジスタに流れるコレクタ電流
1 ±iとし、第1の出力端子に寄生する負荷容量C1
を電流駆動することにより、周波数特性を劣化させてい
た負荷容量C1の影響を無視することができ、従来に比
して一段と周波数特性を高域まで伸ばすことができる。
【0014】また第2の発明においては、差動増幅手段
の駆動電源を直流電源端子P13より第3及び第4のト
ランジスタに直流電源を供給する電源電圧E3と共用す
ることにより、出力電圧のダイナミツクレンジを広く設
定できると共に、集積回路11内の消費電力を小さくで
きる。これにより集積回路11の動作時の温度上昇を抑
えることができ、放熱手段を設けることなく広帯域出力
回路を集積回路内に実装することができる。
【0015】また第3の発明においては、第1及び第2
のトランジスタQ17及びQ18の共通エミツタに接続
される電流源を温度による特性変動が小さい電流源16
とすることにより、広帯域出力回路全体の利得を動作温
度によらず安定に保つことができる。
【0016】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【0017】(1−1)実施例の全体構成 図1において10は出力回路を示し、集積回路11内に
内蔵されたギルバート型演算増幅回路を用いることによ
り出力段からの出力を従来の電圧出力に代えて電流出力
とし、外部接続されたNPN型トランジスタQ11及び
外部負荷抵抗R11を介して出力電圧Vout を取り出す
ようになされている。
【0018】ここでギルバート型演算増幅回路は、一対
のNPN型トランジスタQ15及びQ16により構成さ
れ、トランジスタQ15のベースにはバイアス電圧E1
に入力信号Vinが重畳された電圧が供給されると共に、
トランジスタQ16のベースにはバイアス電圧E1が供
給されるようになされている。
【0019】またトランジスタQ15及びQ16のエミ
ツタには電流源12及び13が接続されており、各エミ
ツタと電流源12及び13との各接続中点は負荷抵抗R
15を介して互いに接続されるようになされている。こ
こで電流源12及び13は、負荷抵抗R15の温度特性
に対して反比例する温度特性を有する電流I0 を供給す
るようになされている。
【0020】さらにトランジスタQ15及びQ16のコ
レクタにはダイオードD1及びD2が接続されており、
当該ダイオードD1及びD2によつて対数圧縮された反
転出力V1及び同相出力V2がバツフアアンプ14及び
15を介して後段の差動増幅回路に差動入力として供給
されるようになされている。因みにダイオードD1及び
D2の他端には、電源電圧E2が供給されている。
【0021】ここで差動増幅回路は、一対のNPN型ト
ランジスタQ17及びQ18により構成され、トランジ
スタQ17及びQ18のベースにそれぞれ入力される反
転出力V1及び同相出力V2によつて駆動されるように
なされている。因みにトランジスタQ17及びQ18の
エミツタには電流源16が共通に接続され動作温度の変
動よらず特性の変動の少くない電流2I1 が供給される
ようになされている。
【0022】またトランジスタQ17及びQ18は、信
号出力端子P10及びP11を介して集積回路11の外
部に設けられたNPN型トランジスタQ11及びQ12
とそれぞれカスコード接続されており、これによりミラ
ー容量が低減されると共に電圧振幅の変化が電流振幅の
変化として外部に取り出せるようになされている。
【0023】因みにトランジスタQ11及びQ12はカ
スケード接続されており、各トランジスタQ11及びQ
12のベースには集積回路11より直流電源電圧E3が
電源出力端子P13を介して供給されるようになされて
いる。ここで電源出力端子P13及び信号出力端子P1
0、P11には集積回路11のパツド容量及びピン容量
がそれぞれ存在するが、電源出力端子P13は直流電圧
出力であるため周波数特性への影響はない。
【0024】また信号出力端子P10及びP11の端子
電圧は集積回路11の外部に設けられたトランジスタQ
11及びQ12のエミツタ抵抗re によつて生じる振幅
分の変動で済むためほぼ2〔V〕に保たれており、また
インピーダンスも低いため従来のように端子に付く負荷
容量C1によつて周波数特性が劣化するおそれを有効に
回避することができるようになされている。
【0025】ここでNPN型トランジスタQ11のコレ
クタには外部抵抗R11が接続されるようになされてお
り、当該外部抵抗R11の他端には12〔V〕の電源電圧
が外部電源より供給されるようになされている。これに
より集積回路11内の電源電圧を低く抑えたまま外部抵
抗R11に論理振幅の大きい論理出力V3を得ることが
できる。
【0026】また外部抵抗R11とトランジスタQ11
の接続中点にはNPN型トランジスタQ13のベースが
接続されており、入力信号Vinに同相の論理出力V3に
よつて負荷抵抗R12に生じる電圧を出力信号Vout
して出力するようになされている。
【0027】ここで出力回路10の周波数特性は出力端
子P10及びP11の負荷容量C1の影響が小さく抑え
られることにより、周波数特性は外付けのトランジスタ
Q11及びQ13のコレクタ容量Cobと外部抵抗R11
の抵抗値R11によつて定まり、次式
【数1】 で与えらる。因に(1)式のコレクタ容量Cobは 0.5
〔pF〕と出力端子P10に付く負荷容量C1に対して一
桁小さいため、出力回路10の周波数特性は 250〔MH
z〕と広帯域まで伸長することができる。
【0028】(1−2)電流源12及び13の構成 電流源12及び13は、抵抗値の比が3対1の抵抗R2
0及びR21を有し、当該抵抗R20及びR21の接続
中点にはNPN型トランジスタQ21のベースが接続さ
れるようになされている(図2)。
【0029】また抵抗R21と接地電位間には、ダイオ
ードD11〜D14で構成されるレベルシフト回路が接
続されており、トランジスタQ21に抵抗20及びR2
1で内分された電圧を供給するようになされている。
【0030】因みにトランジスタQ21のエミツタには
抵抗R22が接続されており、NPN型トランジスタQ
22及び負荷抵抗R23を介して電流I0 が流れるよう
になされている。さらにトランジスタQ22のコレクタ
及びベースはそれぞれNPN型トランジスタQ23のベ
ース及びエミツタと接続され、当該ベース及びエミツタ
の接続中点P20には抵抗24が他端を接地して接続さ
れている。
【0031】またNPN型トランジスタQ24はベース
で接続中点P20と接続されると共に、ギルバート型演
算増幅回路の差動対を構成するトランジスタQ15(Q
16)にコレクタで接続されるようになされている。こ
こで当該トランジスタQ24のエミツタには抵抗R23
と同抵抗値の抵抗R25が接続され、トランジスタQ2
2と同じ電流I0 が流れるようになされている。
【0032】ここでトランジスタQ21よりトランジス
タQ22に流れる電流I0 は、次式
【数2】 の関係式で表すことができる。この実施例の場合、抵抗
R20と抵抗21との抵抗値の比が3:1であることに
より、次式
【数3】 に示すように、電流I0 は集積回路10内の内部抵抗R
15に反比例することになる。
【0033】これにより内部抵抗R15と電流I0 の積
で与えられる入力信号のダイナミツクレンジR15・I0
は動作温度の変動に依存せずほぼ一定とすることができ
るようになされている。
【0034】(1−3)電流源16の構成 電流源16は、図3に示すように、カレントミラー定電
流回路を構成するPNP型トランジスタQ31及びQ3
2、オペアンプ31及びバツフアトランジスタQ33に
より構成されている。ここでオペアンプ31の非反転入
力端にはバンドギヤツプ回路より動作温度の変動によら
ず安定な基準電圧Vref が供給されるようになされ、ま
た反転入力端にはバツフアトランジスタQ33の出力が
帰還されるようになされている。
【0035】さらにバツフアトランジスタQ33のエミ
ツタには、電流出力端子P15を介して温度依存特性の
ない外部抵抗R31が接続されており、次式
【数4】 で与えられる温得のないコレクタ電流I1 が流れるよう
になされている。
【0036】これにより電流源16は、差動対を構成す
るトランジスタQ17及びQ18に温度依存性のない電
流I1 を供給することができ、出力回路10全体の利得
Gを温度の変動によらず安定にできるようになされてい
る。
【0037】(2)実施例の動作 以上の構成において、集積回路11は入力信号Vinを一
対のNPN型トランジスタQ15及びQ16で構成され
るギルバート型演算増幅回路で増幅すると、出力端子P
10及びP11に接続されたトランジスタQ17及びQ
18の各ベースに入力信号Vinの反転出力V1及び同相
出力V2を供給する。
【0038】このとき集積回路11は、集積回路の出力
段を構成するトランジスタQ17及びQ18によつて反
転出力V1及び同相出力V2を電流出力に変換し、出力
ピンP10を介して外部抵抗R11を流れるコレクタ電
流I1 ±iを制御する。ところで出力端子P10及びP
11の端子電圧は、外付けのトランジスタQ11及びQ
12のエミツタ電位が与えられるために出力電流の増減
によらずほぼ一定である。
【0039】これによりインピーダンスは低くなり、5
〔pF〕の負荷容量C1にも係わらず周波数特性は外付け
のトランジスタQ11及びQ13のコレクタ容量Cob
外部抵抗R11によつて(1)式で求まり、 250〔MH
z〕程度と従来に比して格段的に周波数特性を伸長する
ことができる。
【0040】また出力回路10全体の利得Gは、トラン
ジスタQ15及びQ16のエミツタ抵抗re の存在を無
視すると、集積回路11内の内部抵抗R15及び電流源
12、13及び16の電流I0 及びI1 に基づいて、次
【数5】 で求めることができる。
【0041】このとき全体の利得Gは、出力段の外部抵
抗R11が温度依存性を有しないのに対して内部抵抗R1
5が温度依存性をもつため、集積回路11の動作温度に
よつて利得Gに温度依存特性が表れるおそれがあるが、
この内部抵抗R15の温度依存特性は(3)式に示すよ
うに内部抵抗の温度特性に反比例する電流源12、13
の電流I0 によつて打ち消される。
【0042】また電流源16の電流I1 は(4)式に示
すように温度依存特性を有しないため、集積回路11全
体の利得Gは動作温度の変動によらず一定とすることが
できる。ところで出力回路10の周波数特性をさらに広
帯域まで伸長したい場合、(1)式より分母のコレクタ
容量Cobが固定のため内部抵抗R15の抵抗値R15を小
さくする必要があるが、当該抵抗値R15と電流源12、
13の電流I0 との積R15・I0 は入力信号Vinのダイ
ナミツクレンジを設定するため単独では小さくすること
ができない。
【0043】そこで電流I0 を大きくすることによつて
抵抗値R15を小さくすれば周波数特性をさらに伸長する
ことができる。ところがこのように消費電流を増やすと
一般に集積回路11のチツプ温度が上昇するため集積回
路に放熱用のフインを接続したり、パツケージ自体を大
型にして熱抵抗を下げる必要がある。
【0044】しかしこの実施例の場合、外付けのトラン
ジスタQ11及びQ12にベース電圧を供給する基準電
圧E3を低くして当該トランジスタQ11及びQ12の
エミツタ電位EA を小さく設定すれば、出力電流I1
増加する場合にも集積回路内の消費電力Wを、次式
【数6】 のように低くできるため動作温度の上昇ΔTは小さくて
済み、放熱板を付けなくとも広帯域の出力回路を通常の
パツケージ内に収めることができる。
【0045】さらにこのようにエミツタ電位EA を小さ
くすれば外部抵抗R11の論理振幅を大きくとれるため
出力ダイナミツクレンジを一段と拡大することができ
る。ここで基準電源E2は、出力段の差動増幅対が動作
すると共に電流源16が動作する範囲内に設定すれば良
い。
【0046】因みにこの実施例の場合、集積回路11の
出力端子P10及びP11に対して外付けしたトランジ
スタQ11、Q12を集積回路内に設けることも考えら
れるが、この場合には出力電圧で出力端子P10に付く
負荷容量C1を駆動しなければならないため周波数特性
が劣化する。
【0047】(3)実施例の効果 以上の構成によれば、集積回路11の出力端子P10に
寄生する負荷容量を外付けの外部抵抗R11及び外付け
のトランジスタQ11を順次介して集積回路11内に流
れ込むコレクタ電流I1 ±iで駆動し、当該コレクタ電
流I1 ±iによつて外部抵抗R11に生じる電圧を出力
電圧信号Vout として取り出すことにより、出力端子P
10に寄生する負荷容量による周波数特性の劣化をなく
すことができ、従来に比して一段と高域まで周波数特性
を伸長することができる。
【0048】また集積回路11内の駆動電圧を低くでき
ることにより、出力回路10の消費電力は外付けされた
トランジスタQ11で多く消費され、動作時における集
積回路11の温度上昇が従来に比して格段的に小さくな
ることにより、広帯域出力回路を放熱板のないチツプ内
に実装することができる。
【0049】さらに集積回路11は、信号出力を電流出
力とすることにより、出力端子P10に寄生する負荷容
量の影響により発振するおそれを有効に回避することが
できる。
【0050】(4)他の実施例 なお上述の実施例においては、集積回路11内に設けら
れたギルバート型演算増幅回路及び差動増幅回路の駆動
電源と外付けのトランジスタQ11及びQ12のベース
に供給される駆動電源とを別に設定する場合について述
べたが、本発明はこれに限らず、共通の駆動電源により
電源電圧を供給する場合に適用しても良い。これにより
出力信号のダイナミツクレンジを一段と広くとることが
できる。
【0051】また上述の実施例においては、集積回路1
0は入力信号Vinと同相の出力を出力する場合について
述べたが、本発明はこれに限らず、逆相の出力を出力端
子P11より取り出す場合や同相出力及び反転出力の双
方を出力する場合にも適用し得る。
【0052】さらに上述の実施例においては、広帯域出
力回路を図1に示すように構成する場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、集積回路11からの出力を
電流出力とする場合に広く適用し得る。
【0053】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、出力端子
にコレクタでそれぞれ接続される第1及び第2のトラン
ジスタに第3及び第4のトランジスタを出力端子を介し
て外部よりカスコード接続し、当該第3のトランジスタ
に流れるコレクタ電流で集積回路の出力端子に寄生する
負荷容量を駆動することにより、負荷容量の影響を無視
することができ、従来に比して一段と動作帯域を高周波
数帯域まで伸ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による広帯域出力回路の一実施例を示す
接続図である。
【図2】電流源12及び13の構成を示す接続図であ
る。
【図3】電流源16の構成を示す接続図である。
【図4】従来の広帯域増幅回路の説明に供する接続図で
ある。
【図5】従来の広帯域増幅回路の説明に供する接続図で
ある。
【図6】従来の広帯域増幅回路の説明に供する接続図で
ある。
【図7】従来の広帯域増幅回路の説明に供する接続図で
ある。
【符号の説明】
10……出力回路、11……集積回路、12、13、1
6……電流源、R11、R12……外部抵抗、R15…
…内部抵抗、Q11〜Q13……外部トランジスタ、Q
15〜Q18……内部トランジスタ、E1〜E3……電
源電圧。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1及び第2のトランジスタによつて構成
    され、コレクタが第1及び第2の出力端子にそれぞれ接
    続されると共に、ベースに供給される入力電圧で駆動さ
    れる差動増幅手段と、 上記差動増幅手段が実装された集積回路の外部に設けら
    れると共に、ベースが直流電源端子に接続され、上記第
    1の出力端子を介して上記第1のトランジスタとカスコ
    ード接続される第3のトランジスタと、 上記第3のトランジスタとカスケード接続されると共
    に、上記第2の出力端子を介して上記第2のトランジス
    タとカスコード接続される第4のトランジスタと、 上記第3のトランジスタのコレクタに接続され、上記第
    3のトランジスタより上記第1の出力端子を介して上記
    第1のトランジスタに供給されるコレクタ電流を出力電
    圧に変換する外部負荷抵抗とを具え、上記第1の出力端
    子に寄生する負荷容量は上記コレクタ電流で駆動される
    ことを特徴とする広帯域出力回路。
  2. 【請求項2】上記差動増幅手段は、上記直流電源端子に
    供給される電源電圧を駆動電源とすることを特徴とする
    請求項1に記載の広帯域出力回路。
  3. 【請求項3】上記第1及び第2のトランジスタの共通エ
    ミツタに温度による特性変動が小さい電流源を接続する
    ことを特徴とする請求項1に記載の広帯域出力回路。
JP4192392A 1992-01-31 1992-01-31 広帯域出力回路 Pending JPH05218755A (ja)

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JP4192392A JPH05218755A (ja) 1992-01-31 1992-01-31 広帯域出力回路
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