JPH0656934B2 - オペアンプ用レベル拡大回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はオペアンプ用レベル拡大回路に係り、特に、単
一電源の電力により作動するオペアンプの出力レベルを
拡大するに好適なオペアンプ用レベル拡大回路に関す
る。

〔従来の技術〕

オペアンプ（演算増幅器）は各種電子回路などに用いら
れている。

単一電源用のオペアンプの特性のうち出力吸込み電流と
出力電圧の特性は第３図および第４図に示されるものが
知られている。

また、単一電源用オペアンプの回路構成としては第５図
に示されるものが知られており、オペアンプ５０の出力
レベルは略ＧＮＤレベル（０ボルト）から動作できるよ
うになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、オペアンプ５０を電源電圧５Ｖで動作さ
せた場合、オペアンプ５０の出力レベルがおよそ“電源
電圧−１．５Ｖ”を越えると飽和し、出力レベルを拡大
することができないという不都合がある。

また、出力レベルが０Ｖ近くから動作できるオペアンプ
の場合でも、オペアンプの出力側に吸込み電流が生じる
とオペアンプの出力レベルが約０．７Ｖ以下にならず、
オペアンプを０Ｖから動作できなくなる場合がある。

そこで、第６図に示されるように、オペアンプ５０の出
力側を抵抗Ｒ_Ｅを介して負電源Ｖ_EEに接続したり、第７
図に示されるように、オペアンプ５０の出力側にＦＥＴ
５１を接続したり、また、さらに第８図に示されるよう
に、オペアンプ５０の出力側にＮＰＮデュアルトランジ
スタ５２，５３を接続したものが提案されている。

しかし、これらいずれの回路においても、オペアンプ５
０の出力レベルが高いときでもオペアンプ５０の出力側
の電流がオペアンプ５０によって吸収されるため、オペ
アンプ５０の出力レベルの上限が低下するという不都合
がある。

本発明の第１の目的は、出力レベルの下限に影響を与え
ることなく出力レベルの上限を拡大することができるオ
ペアンプ用レベル拡大回路を提供することにある。

本発明の第２の目的は、出力レベルの上限に影響を与え
ることなく出力レベルの下限を拡大することができるオ
ペアンプ用レベル拡大回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記第１の目的を達成するために、本発明は単一電源か
らの電力により作動するオペアンプの出力電圧と前記単
一電源の電圧を分圧した設定電圧とを比較し、前記出力
電圧が設定電圧を越えたときに比較信号を出力するコン
パレータと、前記比較信号を受けて、前記単一電源から
一定の電流を取り込み、この電流をオペアンプの出力側
へ供給する定電流供給手段とを有するオペアンプ用レベ
ル拡大回路を構成したものである。

また、前記第２の目的を達成するために本発明は、単一
電源からの電力により作動するオペアンプの出力電圧と
前記単一電源の電圧を分圧した設定電圧とを比較し、前
記出力電圧が設定電圧以下になったときに比較信号の出
力を停止するコンパレータと、前記比較信号の出力が停
止されたときにオペアンプ出力側の電流を吸収する電流
吸収手段とを有するオペアンプ用レベル拡大回路を構成
したものである。

〔作用〕

オペアンプの出力電圧がコンパレータの設定電圧を越え
るとコンパレータから比較信号が出力される。

これにより定電流供給手段からオペアンプの出力側へ電
流が供給され、オペアンプの飽和が抑制され、オペアン
プのレベルの拡大が図れる。

また、オペアンプの出力レベルがコンパレータの設定電
圧以下になったときには、コンパレータから比較信号の
出力が停止される。

これにより電力吸収手段がオペアンプ出力側の電流を吸
収する。

このためオペアンプの出力側に吸込み電流が生じても、
この吸込み電流が電源吸収手段によって吸収され、オペ
アンプの出力レベルの下限を拡大することが可能とな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、オペアンプＡには、単一電源Ｖ_CCから
電力が供給されており、オペアンプＡの−入力端子（反
転入力端子）には抵抗Ｒ_１を介して信号源Ｅからの信号
が供給され、＋入力端子（非反転入力端子）には抵抗Ｒ
_３を介して１／２Ｖ_CCの電圧が印加されている。

また、オペアンプＡの−入力端子と出力端子間には帰還
抵抗Ｒ_２が接続されている。

オペアンプＡの出力側にはコンパレータＣ_１とトランジ
スタＴ_１とが設けられており、コンパレータＣ_１の−入
力端子とトランジスタＴ_１のコレクタとがそれぞれオペ
アンプＡの出力側に接続されている。

コンパレータＣ_１の入力端子には、電源Ｖ_CCを抵抗
Ｒ_４、Ｒ_５で分圧した電圧が設定電圧として印加されて
おり、＋入力端子と出力端子間には帰還抵抗Ｒ_６が接続
され、コンパレータＣ_１の出力は抵抗Ｒ_７、Ｒ_８を介し
て電源Ｖ_CCに接続されている。

トランジスタＴ_１のベースは抵抗Ｒ_７とＲ_８との接続点
に接続され、エミッタが抵抗Ｒ_９を介して電源Ｖ_CCに接
続され、コレクタが負荷抵抗Ｒ_Ｌに接続されている。

コンパレータＣ_１は、抵抗Ｒ_４とＲ_５により分圧された
設定電圧とオペアンプＡの出力レベルを比較し、オペア
ンプＡの出力レベルが設定電圧を越えたときにオンにな
り、比較信号を出力するようになっている。

トランジスタＴ_１は、コンパレータＣ_１がオンになった
ときの“Ｖ_CC−ベース電圧”がベースエミッタ間電圧Ｖ
_BEより大きくなるように設定されている。

そして、コンパレータＣ_１がオンになると、抵抗Ｒ_９の
両端に（Ｖ_CC−ベース電圧）−Ｖ_BEの電圧が印加され、
トランジスタＴ_１がオンになる。

トランジスタＴ_１がオンになると電源Ｖ_CCから一定電流
がトランジスタＴ_１に供給される。

この電流はコレクタを吐出口としてオペアンプＡの出力
側に供給される。

すなわち、トランジスタＴ_１は定電流供給手段として機
能することになる。

一方、コンパレータＣ_１がオフのときにはトランジスタ
Ｔ_１のベース電圧はＶ_BEよりも小さいため、トランジス
タＴ_１はオフの状態に維持される。

このように、本実施例によれば、オペアンプＡの出力電
圧がコンパレータＣ_１の設定電圧を越えたときのみトラ
ンジスタＴ_１がオンとなり、オペアンプＡの出力側にト
ランジスタＴ_１から一定電流が供給されるため、オペア
ンプＡの出力レベルが高くなったときにもオペアンプＡ
が飽和するのが抑制され、オペアンプＡの出力レベルの
下限に影響を与えることなく出力レベルの上限を拡大す
ることができる。

第２図には本発明の他の実施例の構成が示されている。

第２図において、オペアンプＡの−入力端子と出力端子
間には帰還抵抗Ｒ_Ｆが接続されており、オペアンプＡの
出力側にはコンパレータＣ_２とＮＰＮデュアルトランジ
スタＴ_２、Ｔ_３が設けられている。

コンパレータＣ_２には電源Ｖ_CCからの電力が供給されて
おり、コンパレータＣ_２の−入力端子には電源Ｖ_CCを抵
抗Ｒ_１、Ｒ_２によって分圧した電圧が設定電圧として供
給されている。

さらにコンパレータＣ_２の＋入力端子は、抵抗Ｒ_３を介
してオペアンプＡの出力側に接続され、帰還抵抗Ｒ_４を
介してコンパレータＣ_２の出力側に接続されている。

さらに、コンパレータＣ_２の出力側はトランジスタ
Ｔ_２、Ｔ_３のベースにそれぞれ接続されている。

トランジスタＴ_２、Ｔ_３は電流設定用の抵抗Ｒ_Ｂを介し
て電源Ｖ_CCに接続されており、トランジスタＴ_２のベー
スコレクタ間が接続され、トランジスタＴ_２、Ｔ_３のエ
ミッタが共に接地され、トランジスタＴ_３のコレクタが
オペアンプＡの出力側に接続されている。

すなわち、トランジスタＴ_２、Ｔ_３は抵抗Ｒ_Ｂにより設
定された電流を流すミラー回路として構成されている。

コンパレータＣ_２はオペアンプＡの出力電圧と設定電圧
とを比較して、オペアンプＡの出力電圧が設定電圧以下
になったときにはオンとなり、比較信号の出力を停止す
るようになっている。

そして、コンパレータＣ_２がオフになるとトランジスタ
Ｔ_２、Ｔ_３によるミラー回路がオンとなり、オペアンプ
Ａの出力側に生じる吸込み電流がトランジスタＴ_３のコ
レクタ側からミラー回路に吸収される。

このため、オペアンプＡの出力側に吸込み電流が生じて
も、この吸込み電流がミラー回路によって吸収されるた
め、オペアンプＡの出力レベルをＧＮＤレベル（０Ｖ）
近くまで拡大することができる。

また、オペアンプＡの出力レベルがコンパレータＣ_２の
設定電圧を越えたときにはコンパレータＣ_２がオンにな
ってミラー回路がオフとなるため、オペアンプＡの出力
レベルの上限に影響を与えることはない。

なお、前記各実施例において、オン、オフの意味は下記
の通りである。

すなわち、汎用のコンパレータ（例えば、デュアルコン
パレータ３９３あるいは２９０３）はその出力が通常Ｎ
ＰＮトランジスタによるオープンコレクタ出力となって
いる。

コンパレータのオンは、このオープンコレクタ出力のＮ
ＰＮトランジスタがオン状態になっていることを意味し
ている。

また、コンパレータのオフは、このオープンコレクタ出
力のＮＰＮトランジスタがオフ状態になっていることを
意味している。

したがって、プルアップ抵抗負荷がついている上記コン
パレータの出力がオンの時、コンパレータ出力レベルは
ローレベル（ほぼマイナス電源電位）となり、オフの時
はハイレベルとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、出力レベルの下
限に影響を与えることなく出力レベルの上限を拡大する
ことができるとともに出力レベルの上限に影響を与える
ことなく下限レベルを拡大することができるため、オペ
アンプの電源利用率の向上が図れるとともに、オペアン
プの出力側に接続される回路の信号処理精度の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は本発明の
他の実施例を示す構成図、第３図および第４図は単一電
源用のオペアンプの特性図、第５図はオペアンプの基本
構成図、第６図〜第８図はそれぞれオペアンプの従来例
の構成図である。 Ａ……オペアンプ Ｃ_１、Ｃ_２……コンパレータ Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３……トランジスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単一電源からの電力により作動するオペア
   ンプの出力電圧と前記単一電源の電圧を分圧した設定電
   圧とを比較し、前記出力電圧が設定電圧を越えたときに
   比較信号を出力するコンパレータと、前記比較信号を受
   けて、前記単一電源から一定の電流を取り込み、この電
   流をオペアンプの出力側へ供給する定電流供給手段とを
   有するオペアンプ用レベル拡大回路。
2. 【請求項２】単一電源からの電力により作動するオペア
   ンプの出力電圧と前記単一電源の電圧を分圧した設定電
   圧とを比較し、前記出力電圧が設定電圧以下になったと
   きに比較信号の出力を停止するコンパレータと、前記比
   較信号の出力が停止されたときにオペアンプ出力側の電
   流を吸収する電流吸収手段とを有するオペアンプ用レベ
   ル拡大回路。