JPH05315859A - 演算増幅回路 - Google Patents

演算増幅回路

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JPH05315859A
JPH05315859A JP4121526A JP12152692A JPH05315859A JP H05315859 A JPH05315859 A JP H05315859A JP 4121526 A JP4121526 A JP 4121526A JP 12152692 A JP12152692 A JP 12152692A JP H05315859 A JPH05315859 A JP H05315859A
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transistor
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Akira Yugawa
彰 湯川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】平衡型の演算増幅回路の出力動作点を安定化す
る。 【構成】ゲートに基準電圧Rを印加したトランジスタ対
21と、それぞれのゲートを演算増幅器1の正負の出力
端子OP,ONにそれぞれ接続したトランジスタ対22
と、ゲートに期待中心電圧Cを印加したトランジスタN
23と、出力帰還信号FCを演算増幅器1に帰還するカ
レントミラー回路23とを有する同相帰還回路2を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は演算増幅回路に関し、特
に平衡型の演算増幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の演算増幅回路において、出力動作
点を安定化させる方法としていくつかの回路が知られて
いる。
【0003】その第一の方法を図2に示す。この回路
は、1983年に米国で発行された1983年アイイー
イーイー・アイエスエスシーシー(1983 IEEE
ISSCC),第246,247,314頁所載の論
文でタット・シー・チョイ(Tat C.Choi)ら
によって発表されたものである。その概要は、いわゆる
フォールデッドカスコードの1段型演算増幅器の定電流
負荷202と電源VSと直列に、正負出力PO,PNに
ゲートをそれぞれ接続された3極管領域で動作するNチ
ャンネルトランジスタ対201を設け、上記演算増幅器
の同相出力電圧が高くなったときには、Nチャンネルト
ランジスタ対201の抵抗値が低下して同相電圧が低下
するように負帰還作用を与えるというものである。
【0004】次に、第二の方法を図3(A),(B)に
示す。この回路は、1982年に米国で発行されたアイ
イーイーイー・ジャーナル・オブ・ソリッドステート・
サーキッツ(IEEE Jounal of Soli
d−State Circuits),第SC−17,
1982年,第6号,第1014〜1023頁所載の論
文にダニエル・センドルビッツ(Daniel Sen
derwics)らによって発表されたものである。そ
の概要は、図3(A)のように、外部から与えるクロッ
ク信号により駆動されるスイッチとコンデンサC1,C
2とを組合せて、演算増幅器3の正負出力PO,PNの
平均値と演算増幅器3に期待される動作点電圧Cとの差
を基準電圧Rに加算して帰還路Fを経由して、図3
(B)の演算増幅器の定電流トランジスタN31に帰還
し、この定電流トランジスタN31の動作電流を増減さ
せることにより負帰還を行なって演算増幅器3の出力電
圧を安定させるというものである。
【0005】さらに、第三の方法を図4に示す。この回
路は、1984年に米国で発行されたアイイーイーイー
・ジャーナル・オブ・ソリッドステート・サーキッツ
(IEEE Jounal of Solid−Sta
te Circuits),第SC−19,1984
年,第6号,第912〜918頁所載の論文にアレハン
ドロ・デラ・プラザ(Alejandoro Dela
Plaza)らによって発表されたものである。その
概要は、図4のように、演算増幅器の正負出力PO,P
Nの間に直列接続された抵抗の中点電圧VCが上記演算
増幅器の出力電圧の動作中心となる性質を利用し、上記
中点電圧VCと本来期待される動作電圧Cとの差を差動
増幅器入力電圧に加算して帰還路を経由して、図3
(B)の演算増幅器41により求めて、上記演算増幅器
への帰還信号FBとするというものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の演算増
幅回路は、第一の技術では、演算増幅器の出力電圧の中
心値と本来期待される動作中心電圧である期待値との比
較が明確に行なわれないので、上記中心電圧値は、増幅
器の動作範囲を満足しても、集積回路化した場合の基準
電圧変動やトランジスタの特性変動により、上記期待値
とは必ずしも一致しないという欠点があった。また、帰
還用トランジスタの電圧低下分により、出力電圧範囲が
狭くなるという欠点があった。
【0007】第二の技術では、クロック信号により動作
するスイッチ回路を用いるので、上記スイッチ回路が帰
還炉側に接続されたときと、基準電圧側に接続されたと
きとに発生する上記クロックによるフイードスルー雑音
の回避のためのフィルタを必要とするという欠点があっ
た。
【0008】第三の技術では、中点設定用の抵抗が演算
増幅器の負荷となることにより、上記抵抗の抵抗値が低
いときは上記演算増幅器の利得を著しく低下させるの
で、チップ面積の拡大と大消費電力化をともなう出力段
トランジスタの高相互コンダンクタンス化か、チップ面
積の拡大と抵抗値変動により同相除去比の劣化をともな
う上記抵抗の高抵抗値化かのいずれかを必要とするとい
う欠点があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の演算増幅回路
は、ゲートを共通接続して予め定めた基準電圧の基準電
圧源に接続した第一の導電型の第一および第二のトラン
ジスタから成る第一のトランジスタ対と、共通接続され
たソースを第一の電源に接続し共通接続されたドレイン
を前記第一のトランジスタのソースに接続しそれぞれの
ゲートを平衡出力機能を持つ演算増幅器の正および負の
出力端子にそれぞれ接続した第一の導電型の第二のトラ
ンジスタ対と、ゲートを前記演算増幅器の出力電圧の中
心値を発生する中心電圧発生手段に接続しドレインを前
記第二のトランジスタのソースに接続しソースを前記第
一の電源に接続した第一の導電型の第三のトランジスタ
と、第二の導電型の第四および第五のトランジスタから
成り共通接続されたソースを第二の電源に接続しそれぞ
れのドレインをそれぞれ前記第一および第二のトランジ
スタのドレインに接続し共通接続されたゲートと前記第
四のトランジスタのドレインとを前記第一のトランジス
タのドレインに接続し出力帰還信号を前記第五のトラン
ジスタのドレインから前記演算増幅器に帰還するカレン
トミラー回路とを有する同相帰還回路を備えて構成され
ている。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0011】図1は本発明の演算増幅回路の一実施例を
示す回路図である。
【0012】本実施例の演算増幅回路は、図1に示すよ
うに、平衡出力機能を持つ演算増幅器1と、演算増幅器
1への同相帰還信号FCを生成する同相帰還回路2とを
備えて構成される。
【0013】演算増幅器1はそれぞれカスコード接続さ
れたP型トランジスタP11,P13とP12,P14
とから成る正出力回路11と、それぞれカスコード接続
されたN型トランジスタN11,N13とN12,N1
4とから成る負出力回路12と同相帰還回路2は、ゲー
トを共通接続して基準電圧Rに接続したN型のトランジ
スタN21,N22から成るトランジスタ対21と、共
通接続されたソースを電源VSに接続し共通接続された
ドレインをトランジスタN21のソースに接続しそれぞ
れのゲートを演算増幅器1の正出力端子OPおよび負出
力端子ONにそれぞれ接続したN型のトランジスタN2
4,N25から成るトランジスタ対22と、ゲートを演
算増幅器1の出力電圧の中心値を設定する中心電圧Cに
接続しドレインをトランジスタQ22のソースに接続し
ソースを電源VSに接続したN型のトランジスタN23
と、P型のトランジスタP21,P22から成り共通接
続されたソースを電源VDに接続しそれぞれのドレイン
をそれぞれトランジスタN21,N22のドレインに接
続し共通接続されたゲートとトランジスタP21のドレ
インとをトランジスタN21のドレインに接続し出力帰
還信号FをトランジスタP22のドレインから演算増幅
器1に帰還するカレントミラー回路23とを備えて構成
されている。
【0014】また、高周波成分をフイードフォワード補
償するために、トランジスタP22のドレインと正出力
端子OPとの間に接続されたコンデンサC21とトラン
ジスタP22のドレインと負出力端子ONとの間に接続
されたコンデンサC22とを備えている。
【0015】次に、本実施例の動作について説明する。
【0016】本実施例は、フォールデッドカスコードの
1段型演算増幅回路に適用したものである。この回路
は、演算増幅器1の基準電圧と同相帰還回路2のトラン
ジスタ対21のゲートに印加する基準電圧Rとを共用し
ている。本回路において、トランジスタ対22とトラン
ジスタ対22を構成するトランジスタN24,N25の
和のサイズのトランジスタN23とが3極管領域で動作
する。この3極管領域における動作は、トランジスタ対
21のトランジスタN21,N22のゲートに印加され
る基準電圧Rにより決定される。トランジスタN23〜
N25のドレイン電圧は、基準電圧Rからトランジスタ
N21,N22のしきい値電圧VT分より幾分低い電圧
になる。上記電圧がトランジスタ対22に加わるゲート
電圧のうち低い方の電圧からしきい値電圧VTを減算し
た電圧が低ければ上記3極管領域での動作が保証され
る。
【0017】いま、トランジスタ対22を流れる電流の
和IAとトランジスタN23を流れる電流IBとが等し
いとする。このときには、演算増幅器1の出力電圧の中
心値VCは期待される動作中心電圧である期待中心電圧
Cと等しくなる。この2つの電流IA,IBはトランジ
スタ対21を構成するトランジスタN21,N22をそ
れぞれ経由してカレントミラー回路23のそれぞれのト
ランジスタP21,P22に終端される。カレントミラ
ー回路23を流れる電流IA,IBが等しければ、トラ
ンジスタP21,P22のドレイン電圧は等しくなり、
この電圧と演算増幅器1の出力回路11にP型トランジ
スタP11〜P14の特性とで決定される電流I1が流
れた状態となる。
【0018】次に、中心値VCが期待中心電圧Cより高
くなったとする。このときには、トランジスタ対22の
電流IAがトランジスタN23の電流IBよりも多くな
る。この電流の変化はカレントミラー回路23の出力電
圧すなわちトランジスタP22のドレイン電圧を上昇さ
せる。すると、演算増幅器1の出力回路11のトランジ
スタP11〜P14を流れる電流I1が減少して正負の
出力電圧を低下させて平衡状態を保持しようとする。逆
に、中心値VCが期待中心電圧Cより低くなった場合に
は、電流I1を増加させてやはり平衡状態を保持するよ
うに動作する。コンデンサC21,C22は、この負帰
還回路の周波数帯域が不足する場合に帰還路にフイード
フォワード補償を行なうためのものである。演算増幅器
1の周波数帯域が狭い場合には必要がない。
【0019】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は上記実施例に限られることなく種々の変形が可能で
ある。
【0020】たとえば、本実施例におけるトランジスタ
の導電型のN型とP型とを入替え、電源電圧も入替えた
構成でも、本発明の主旨を逸脱しない限り適用できるこ
とは勿論である。
【0021】また、1段型のフォールデッドカスコード
演算増幅回路の代りに、プッシュプル出力回路を有する
2段型のフォールデッドカスコード演算増幅回路に適用
することも、本発明の主旨を逸脱しない限り適用できる
ことは勿論である。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の演算増幅
回路は、ゲートに基準電圧を印加した第一のトランジス
タ対と、それぞれのゲートを演算増幅器の正および負の
出力端子にそれぞれ接続した第二のトランジスタ対と、
ゲートに期待中心電圧を印加した第三のトランジスタ
と、出力帰還信号を上記演算増幅器に帰還するカレント
ミラー回路とを有する同相帰還回路を備えることによ
り、上記演算増幅器の帰還路に直列に電圧降下を生じる
帰還用の回路素子を付加することがなくなり、出力電圧
範囲を拡大することができるという効果がある。
【0023】また、スイッチ回路を必要としないので、
スイッチの動作によるフイードスルー雑音抑圧用のフィ
ルタも不要となるという効果がある。
【0024】さらに、演算増幅器の負荷となり占有面積
が大きい抵抗回路が不要であるため、利得の低下を防止
でき小型化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の演算増幅回路の一実施例を示す回路図
である。
【図2】従来の演算増幅回路の第一の例を示す回路図で
ある。
【図3】従来の演算増幅回路の第二の例を示す回路図で
ある。
【図4】従来の演算増幅回路の第三の例を示す回路図で
ある。
【符号の説明】
1 演算増幅器 2 同相帰還回路 11 出力回路 21,22 トランジスタ対 23 カレントミラー回路 N21〜N25,P11〜P14,P21,P22
トランジスタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲートを共通接続して予め定めた基準電
    圧の基準電圧源に接続した第一の導電型の第一および第
    二のトランジスタから成る第一のトランジスタ対と、 共通接続されたソースを第一の電源に接続し共通接続さ
    れたドレインを前記第一のトランジスタのソースに接続
    しそれぞれのゲートを平衡出力機能を持つ演算増幅器の
    正および負の出力端子にそれぞれ接続した第一の導電型
    の第二のトランジスタ対と、 ゲートを前記演算増幅器の出力電圧の中心値を発生する
    中心電圧発生手段に接続しドレインを前記第二のトラン
    ジスタのソースに接続しソースを前記第一の電源に接続
    した第一の導電型の第三のトランジスタと、 第二の導電型の第四および第五のトランジスタから成り
    共通接続されたソースを第二の電源に接続しそれぞれの
    ドレインをそれぞれ前記第一および第二のトランジスタ
    のドレインに接続し共通接続されたゲートと前記第四の
    トランジスタのドレインとを前記第一のトランジスタの
    ドレインに接続し出力帰還信号を前記第五のトランジス
    タのドレインから前記演算増幅器に帰還するカレントミ
    ラー回路とを有する同相帰還回路を備えることを特徴と
    する演算増幅回路。
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