JPH06326525A - 増幅回路 - Google Patents

増幅回路

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JPH06326525A
JPH06326525A JP5139117A JP13911793A JPH06326525A JP H06326525 A JPH06326525 A JP H06326525A JP 5139117 A JP5139117 A JP 5139117A JP 13911793 A JP13911793 A JP 13911793A JP H06326525 A JPH06326525 A JP H06326525A
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JP
Japan
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amplifier
operational amplifier
transistor
power supply
circuit
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JP5139117A
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English (en)
Inventor
Masao Noro
正夫 野呂
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Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大きな動作電圧範囲を確保した増幅回路を提
供することを目的とする。 【構成】 入力電圧が電源電圧Vcc−Vssの低レベル側
+2VBE以上で入力電圧に比例した出力電圧が得られ、
+2VBE以下では初段がカットオフして出力端子が高イ
ンピーダンスとなる第1の演算増幅器1と、この第1の
演算増幅器1とは相補型の回路構成であって、入力電圧
が電源電圧範囲の高レベル側のVcc−2VBE以下で入力
電圧に比例した出力電圧が得られ、Vcc−2VBE以上で
は初段がカットオフして出力端子が高インピーダンスと
なる第2の演算増幅器2とが並列接続されて、電源電圧
の全範囲でフルスイングできる増幅回路を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電圧フォロア等に利
用して有用な動作電圧範囲の広い増幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】トランジスタを用いた演算増幅器には通
常、入出力電圧に制限があり、電源電位Vcc付近または
接地電位Vss付近では動作しない。例えば電圧フォロア
は、演算増幅器に並列帰還を施して利得1の正相増幅器
としたもので、各種回路間のバッファとしてよく用いら
れる。このような電圧フォロアでは、電源電位Vcc付近
及び接地電位Vss付近に不動作領域があると入力電圧波
形をそのまま転送することができない。特に電源電圧が
小さいときには相対的に動作範囲が大きく狭められて問
題である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上のように通常の演
算増幅器では、電源電位Vcc付近及び接地電位Vss付近
に不動作領域があって、電圧利用率が低く、ダイナミッ
クレンジが狭いという問題があった。この発明は、この
ような問題を解決して動作電圧範囲を大きく確保した増
幅回路を提供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明に係る増幅回路
は、入力電圧が電源電圧範囲の低レベル側の第1の値以
上で入力電圧に比例した出力電圧が得られ、第1の値以
下では初段がカットオフして出力端子が高インピーダン
スとなる第1の演算増幅器と、この第1の演算増幅器と
は相補型の回路構成であって、入力電圧が電源電圧範囲
の高レベル側の第2の値以下で入力電圧に比例した出力
電圧が得られ、第2の値以上では初段がカットオフして
出力端子が高インピーダンスとなる第2の演算増幅器と
が並列接続されていることを特徴としている。
【0005】
【作用】この発明によると、低レベル側ではクリップさ
れて出力が高インピーダンスとなり高レベル側はフルス
イングできる第1の演算増幅器と、これと相補型回路構
成を有し高レベル側でクリップされて出力が高インピー
ダンスとなり低レベル側はフルスイングできる第2の演
算増幅器とを並列接続することによって、電源電圧の全
範囲にわたって動作するダイナミックレンジの広い増幅
回路が得られる。
【0006】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図1は、一実施例の増幅回路に用いられるバ
イポーラトランジスタ構成の第1の演算増幅器1であ
り、図2は図1の演算増幅器1と並列接続されるこれと
相補型構成の第2の演算増幅器2である。
【0007】図1において、ダーリントン接続されたn
pnトランジスタQ11,Q13と、同じくダーリント
ン接続されたnpnトランジスタQ12,Q14とは、
トランジスタQ13,Q14のエミッタが共通に電流源
i13に接続されて、初段の差動アンプを構成してい
る。トランジスタQ11,Q12のエミッタはそれぞれ
電流源i11,i12に接続され、コレクタは電源電位
Vccに接続されている。トランジスタQ13,Q14の
コレクタは、それぞれ負荷であるダイオード接続された
pnpトランジスタQ15,Q16を介して、電源電位
Vccに接続されている。
【0008】トランジスタQ13のコレクタは、トラン
ジスタQ15と共にカレントミラー回路を構成するpn
pトランジスタQ18のベースに接続されている。この
トランジスタQ18のコレクタは出力端子OUTに、エ
ミッタは電源電位Vccに接続されている。トランジスタ
Q14のコレクタは、トランジスタQ16と共にカレン
トミラー回路を構成するpnpトランジスタQ17のベ
ースに接続されている。このトランジスタQ17のコレ
クタはカレントミラー回路を構成するnpnトランジス
タQ19,Q10の参照電流側トランジスタQ19のコ
レクタに接続され、エミッタは電源電位Vccに接続され
ている。トランジスタQ19,Q10のエミッタは接地
電位Vssに接続され、トランジスタQ10のコレクタ
は、トランジスタQ18のコレクタと共に出力端子OU
Tに接続されている。
【0009】このように構成された第1の演算増幅器1
は、トランジスタQ11のベースを非反転入力端子IN
1、トランジスタQ12のベースを反転入力端子IN2
とする差動増幅回路である。トランジスタQ13のコレ
クタ電流I1はカレントミラー動作よってトランジスタ
Q18を介して出力端子OUTに供給される。またトラ
ンジスタQ14のコレクタ電流I2はやはりカレントミ
ラー動作よってトランジスタQ17を介してトランジス
タQ19に供給される。従って、トランジスタQ19,
Q10によるカレントミラー回路によって最終的な出力
電流として、I1−I2が得られることになる。なおこ
こでは、カレントミラーの増幅率を1として説明した
が、より大きな出力電流を得るためにはカレントミラー
回路に1以上の増幅率を持たせてもよい。
【0010】この第1の演算増幅器1は、入力信号が電
源電位Vccまで上昇しても正常に動作する。電源電位V
ccが入ったとき、トランジスタQ13,Q14の共通エ
ミッタ電位は、Vcc−2VBE(VBEはトランジスタのベ
ース・エミッタ間電圧)であって、これらはトランジス
タQ15,Q16を負荷としてまだ活性領域で動作でき
るからである。これは言い替えれば、入力段のトランジ
スタQ11,Q12が、差動回路本体のトランジスタQ
13,Q14への入力信号に対するレベルシフト段とし
て機能しているためである。一方、入力信号の低レベル
側については、これが接地電位Vssに近づいて約+2V
BE以下になると、トランジスタQ13,Q14の共通エ
ミッタ端子電位が接地電位Vssになるため、電流源i1
3の電流が零、従ってトランジスタQ13,Q14がカ
ットオフとなって、回路は増幅能力を失う。出力電圧に
ついては、pnpトランジスタQ18とnpnトランジ
スタQ10のコレクタを出力端子に接続したプッシュプ
ル型となっているため、高レベル側、低レベル側とも、
トランジスタのオン電圧(約0.1V)を残すのみで、
ほぼ接地電位Vssから電源電位Vccまで出力可能であ
る。
【0011】従ってこの第1の演算増幅器1を用いて、
図3(a)に示すように出力端子を反転入力端子に帰還
接続して電圧フォロアを構成したとき、電源電圧の範囲
でフルスイングする正弦波入力信号に対して得られる出
力信号波形は、図4(a)のようになる。図示のように
低レベル側は+2VBEでクリップされる。これは前述の
ように、+2VBE以下で初段の差動トランジスタQ1
3,Q14がカットオフするためである。そしてこれら
のトランジスタQ13,Q14がカットオフのとき、こ
れらのトランジスタQ13,Q14と共にカレントミラ
ー回路を構成する出力段のトランジスタQ18,Q17
もカットオフとなる。従ってクリップレベルの+2VBE
以下では、出力インピーダンスが非常に高い状態、言い
替えれば出力オープン状態となる。+2VBE以上では入
力信号電圧に比例した出力信号電圧が得られる。
【0012】次に、図2に示す第2の演算増器2は、図
1の第1の演算増幅器1の各部トランジスタQ11,Q
12,…,Q10を、npnとpnpとを逆にしてトラ
ンジスタQ21,Q22,…,Q20で置き換え、電源
関係を逆にして相補型回路構成としたものである。この
第2の演算増幅器2では、第1の演算増幅器1と同様の
原理で、入力信号が電源電位Vccに近い高レベルVcc−
2VBE以上になると初段がカットオフとなり、増幅能力
を失う。
【0013】従ってこの第2の演算増幅器2を用いて、
図3(b)に示すように電圧フォロアを構成すると、電
源電圧の範囲でフルスイングする正弦波入力信号に対し
て得られる出力信号波形は、図4(b)のようになる。
即ち出力信号は高レベル側がVcc−2VBEでクリップさ
れ、それ以下では入力信号波形に比例した出力信号が得
られる。クリップレベル以上で出力はオープン状態とな
る。
【0014】この実施例においは、以上に説明した第
1,第2の演算増幅器1,2を用いて、これらを図5に
示すように並列接続して一つの増幅回路を構成する。こ
のように構成された増幅回路では、電源電圧の範囲でフ
ルスイングする入力信号に対して得られる出力信号波形
は、図6に示すように電源電圧の全範囲でフルスイング
する波形となる。電源電位Vccに近い高レベル領域A
(図4(b)のVccからVcc−2VBEの範囲に相当す
る)は第2の演算増幅器2がクリップして第1の演算増
幅器1のみの動作となる。この時第2の演算増幅器2は
出力オープン状態であり、第1の演算増幅器1の動作を
妨げることはない。低レベル領域B(図4(a)のVss
から+2VBEの範囲に相当する)は逆に第1の演算増幅
器1がクリップして第2の演算増幅器2のみの動作とな
る。この時も第1の演算増幅器1は出力オープン状態で
あり、第2の演算増幅器2の動作を妨げることはない。
中間領域Cでは、第1,第2の演算増幅器1,2が同時
に動作する。
【0015】第1,第2の演算増幅器1,2をそのまま
並列接続してもよいが、これではカレントミラー回路が
重複することになる。図7は重複するカレントミラー回
路を整理して簡素化した実施例の増幅回路を具体的に示
している。
【0016】以上では専らバイポーラトランジスタを用
いた例を説明したが、この発明による増幅回路は、MO
Sトランジスタを用いても同様に構成することができ
る。図8は、MOSトランジスタを用いた実施例の増幅
回路を、図7に対応させて示している。詳細な説明は省
略するが、これは図7のnpnトランジスタをnチャネ
ル,EタイプのMOSトランジスタに置き換え、pnp
トランジスタをpチャネル,EタイプのMOSトランジ
スタに置き換えて得られる。この実施例によっても先の
実施例と同様に、電源電圧の全範囲でフルスイングでき
る、動作電圧範囲の広い増幅回路が得られる。
【0017】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、低
レベル側ではクリップされて高出力インピーダンスとな
る第1の演算増幅器と、これと相補型回路構成を有し高
レベル側でクリップされて高出力インピーダンスとなる
第2の演算増幅器とを組み合わせることによって、電源
電圧の全範囲にわたって動作するダイナミックレンジの
広い増幅回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例に用いられる第1の演算
増幅器の構成を示す図である。
【図2】 同実施例に用いられる第2の演算増幅器の構
成を示す図である。
【図3】 図1及び図2の演算増幅器を用いた電圧フォ
ロアの構成を示す図である。
【図4】 図3の電圧フォロアの正弦波入力信号に対す
る出力電圧波形図である。
【図5】 この発明の一実施例の増幅回路構成を示す図
である。
【図6】 同実施例の増幅回路の正弦波入力信号に対す
る出力電圧波形図である。
【図7】 重複部を省いた実施例の増幅回路を示す図で
ある。
【図8】 MOSトランジスタを用いた実施例の増幅回
路を示す図である。
【符号の説明】
1…第1の演算増幅器、2…第2の演算増幅器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力電圧が電源電圧範囲の低レベル側の
    第1の値以上で入力電圧に比例した出力電圧が得られ、
    第1の値以下では初段がカットオフして出力端子が高イ
    ンピーダンスとなる第1の演算増幅器と、この第1の演
    算増幅器とは相補型の回路構成であって、入力電圧が電
    源電圧範囲の高レベル側の第2の値以下で入力電圧に比
    例した出力電圧が得られ、第2の値以上では初段がカッ
    トオフして出力端子が高インピーダンスとなる第2の演
    算増幅器とが並列接続されていることを特徴とする増幅
    回路。
JP5139117A 1993-05-17 1993-05-17 増幅回路 Pending JPH06326525A (ja)

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US20140166335A1 (en) * 2011-08-23 2014-06-19 Furukawa Electric Co., Ltd. Undersea cable, multilayer tape for water shielding layer of undersea cable, and method for improving fatigue characteristics of undersea cable

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