JPH07154168A - バッファ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 消費電流の増加なく出力インピーダンスをほ
ぼゼロにできるＩＣ化に適したバッファ回路を提供す
る。 【構成】 第１のトランジスタ対１１を構成するトラン
ジスタＱ1 ，Ｑ2 のそれぞれのベースを入力とし、コレ
クタを電源Ｖccにそれぞれ接続する。トランジスタＱ1
，Ｑ2 のエミッタに、第２のトランジスタ対１４を構
成するトランジスタＱ3 ，Ｑ4 のコレクタを、エミッタ
に電流源１２，１３をそれぞれ接続するとともにベース
を互いのコレクタに接続する。第２のトランジスタ対１
４のエミッタから出力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インピーダンス変換
などに用いられるバッファ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、アクティブフィルタ回路技術の進
歩により、従来ディスクリート部品で構成されていたフ
ィルタのＩＣ内蔵化が可能となっている。初期の頃は簡
単でＱ値も低い２次フィルタ程度が主であったが、最近
はＱ値も高く複雑な高次フィルタがＩＣに内蔵されるよ
うになってきた。

【０００３】一般にＱ値が高くなるにつれ、回路にも高
い性能が要求される。特に周波数特性が重要であり、そ
のため比較的良好な周波数特性が得られる完全差動形式
のフィルタ回路が用いられるようになってきた。また、
高次フィルタの場合、周波数特性の微調整のやり易さか
ら、図９に示すように１次または２次フィルタの従属接
続による構成が多く用いられている。

【０００４】図９は１次または２次のフィルタである第
１のフィルタ回路と第２のフィルタ回路を従属接続にし
た構成例を示したものである。入力端子９１ａ，９１ｂ
に供給された入力信号は第１のバッファ回路９２を介し
て第１のフィルタ回路９３に入力する。第１のフィルタ
回路９３の出力は、第２のバッファ回路９４を介して第
２のフィルタ回路９５に入力し、第２のフィルタ回路９
５の出力から出力端子９６ａ，９６ｂに出力信号を得
る。

【０００５】図９の構成によれば、入力信号と第１のフ
ィルタ回路９３の間、および第１のフィルタ回路と第２
のフィルタ回路９５の間にそれぞれ第１および第２のバ
ッファ回路９２，９４を配置したので、入力信号源のイ
ンピーダンスおよびフィルタ間の干渉による影響を防ぐ
ことができる。従って、第１のフィルタ回路９３および
第２のフィルタ回路９５をそれぞれ単独に設計し、それ
を接続するだけで高次フィルタが得られる。

【０００６】なお、図９は第１、第２のフィルタ回路９
３，９５を従属接続した２次ないし４次の例であるが、
更に必要な数だけフィルタを従属接続することにより、
任意の高次フィルタが得られる。

【０００７】図１０は図９に用いるのに好適な、しかも
簡単な回路で構成されるバッファ回路の例である。コレ
クタ電流路を電源Ｖｃｃに接続し、それぞれベースを入
力とするトランジスタＱ１，Ｑ２により構成される第１
のトランジスタ対１１と、各々のエミッタに接続された
電流源１２，１３から成り、エミッタから出力を得るよ
うにしたものである。

【０００８】この回路の出力インピーダンスＺｏは、ト
ランジスタのβが充分大きく、ベース抵抗ｒｂが無視で
きるとすると、エミッタ微分抵抗ｒｅであり、電流源１
２，１３の電流量をＩ０とすると、

【数１】 となる。ここでＶＴは熱電圧であり、ボルツマン係数を
ｋ、絶対温度をＴ、電子の電荷をｑとすると、

【数２】 で表すことができる。

【０００９】式（１）から分かるように、電流源１２，
１３の電流量Ｉ０を充分大きくすることで出力インピー
ダンスＺｏを小さくすることができ、バッファ回路とし
て充分な低インピーダンス駆動を行うことができる。こ
のように図１０の回路は、簡単でバッファ回路として適
している。

【００１０】しかしながら、出力インピーダンスＺｏを
充分小さくするには、電流源１２，１３の電流量Ｉ０を
大きくしなければならず消費電流の増加となる。これは
特にＩＣ化した場合に大きな問題となる。そのため、あ
る程度消費電流を抑えると、今度は出力インピーダンス
Ｚｏが無視できなくなり、図９に用いたときに全体のフ
ィルタ特性にズレを生じてしまう問題があった。これは
特にＱ値が高いフィルタに対して顕著な影響を与える。

【００１１】また仮に消費電流の制約がなく大きな電流
を流した場合でも、出力インピーダンスＺｏは小さくな
るだけでゼロにはならない。しかも実際の回路において
はトランジスタのβは有限であり、ベース抵抗ｒｂは無
視できない。従って程度の差はあれ、やはり図９にバッ
ファ回路として用いたときに、全体のフィルタ特性にズ
レを生じてしまうという欠点があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のバッファ回路は出力インピーダンスを下げるようと
すると消費電流の増加となり、消費電流を抑えようとす
ると充分に出力インピーダンスが下がらず、これを用い
たフィルタ回路の特性がずれてしまうという欠点があっ
た。この発明は、消費電流の増加なく出力インピーダン
スをほぼゼロにできるＩＣ化に適したバッファ回路を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、コレクタ電
流路を電圧源に接続し、ベースを入力とする第１のトラ
ンジスタ対と、前記第１のトランジスタ対のエミッタに
コレクタ電流路を接続し、エミッタにバイアス電流手段
を有する第２のトランジスタ対とを具備し、前記第２の
トランジスタ対のベースを互いのコレクタ電流路に接続
するとともに、前記第２のトランジスタ対のエミッタか
ら出力を得ることを特徴とする。

【００１４】

【作用】このように構成したバッファ回路においては、
差動的な出力インピーダンスは電流量に関らずほぼゼロ
となり、低消費電流で理想的なインピーダンス変換を行
うことができる。

【００１５】

【実施例】以下、この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はこの発明のバッファ回路の
一実施例を説明するための回路図である。なお、図１０
と同じ部分については同じ符号を付して説明する。

【００１６】図１は、コレクタ電流路が電源Ｖccに接続
され、それぞれベースを入力とするトラジスタＱ1 ，Ｑ
2 とにより構成される第１のトランジスタ対１１と、そ
の第１のトランジスタ対１１のエミッタにコレクタがそ
れぞれ接続され、ベースとコレクタが互いに接続された
トラジスタＱ3 ，Ｑ4 とにより構成される第２のトラン
ジスタ対１４と、第２のトランジスタ対１４の各々のエ
ミッタに接続されてた電流源１２，１３から成ってお
り、第２のトランジスタ対１４のエミッタから出力を得
るようにしたものである。

【００１７】このような構成によれば、第２のトランジ
スタ対１４は正帰還接続されているので、第２のトラン
ジスタ対１４のエミッタ微分抵抗は負性、すなわち−ｒ
ｅを示す。図１の回路の出力インピーダンスＺｏは、第
１のトランジスタ対１１のエミッタ微分抵抗ｒｅと、第
２のトランジスタ対１４のエミッタ微分抵抗−ｒｅの合
成であるため、

【数３】 となり、出力インピーダンスＺｏはゼロになる。従っ
て、図１を図９のバッファ回路として用いると理想的な
インピーダンス変換が行え、フィルタ特性のズレを生じ
ないので、高次フィルタの設計が容易に行える。

【００１８】また、電流源１２，１３の電流量に関らず
出力インピーダンスＺｏはゼロなので、負荷をドライブ
するのに必要な電流を流せばよい。これにより、大幅な
低消費電流化が可能となり、特にＩＣ化した場合に有利
になる。

【００１９】図２はこの発明の他の実施例を示したもの
である。図１の実施例ではトランジスタのベース抵抗や
入力の信号源インピーダンスを無視しているが、実際に
はこれらは無視できない。図２はこれらに対応したもの
である。

【００２０】図２は、図１の第２のトランジスタ対１４
のコレクタとベース間にインピーダンス回路２１，２２
を挿入した部分が図１と異なる。インピーダンス回路２
１，２２を挿入することにより、トランジスタのベース
抵抗や入力の信号源インピーダンスによる影響をなくす
ことができる。

【００２１】トランジスタのベース抵抗や入力の信号源
インピーダンスにより、出力インピーダンスＺｏがゼロ
にならないという影響が出る。これに対しては、図３の
ようにすることで対処できる。

【００２２】図３は、図２のインピーダンス回路２１，
２２を具体的に抵抗３１，３２を置いたものである。こ
の場合の出力インピーダンスＺｏは、信号源インピーダ
ンスをＲｓ、第１のトランジスタ対１１のベース抵抗と
βとエミッタ微分抵抗をそれぞれｒｂ１、β１、ｒｅ
１、第２のトランジスタ対１４のベース抵抗とβとエミ
ッタ微分抵抗をそれぞれｒｂ２、β２、ｒｅ２、抵抗３
１，３２の抵抗値をＲｂとすると、

【数４】 ここでＩＣ化した場合、各トランジスタβとベース抵抗
およびエミッタ微分抵抗は、ほぼ等しくなるので、

【数５】 式（５）から、Ｒｂ＝Ｒｓのとき出力インピーダンスＺ
ｏがゼロになる。すなわち、ベース抵抗を信号源インピ
ーダンスと等しくすることで信号源インピーダンスの影
響をなくすことができる。

【００２３】図４はこの発明の他の具体的実施例であ
る。図３との違いは、抵抗３１，３２と並列にコンデン
サ４１，４２がある点である。図３の実施例では、信号
源インピーダンスが純抵抗Ｒｓとして扱う場合を示し
た。複素関数の場合には、それに対応して図２のインピ
ーダンス回路２１，２２の構成を変えればよい。

【００２４】図４は、信号源インピーダンスが容量性の
場合の実施例である。抵抗３１，３２と並列に接続した
コンデンサ４１，４２で作られる時定数を信号源インピ
ーダンスの時定数と等しくすることで、広い周波数範囲
に渡って出力インピーダンスをゼロにできる。要は、信
号源インピーダンスとインピーダンス回路の周波数特性
を等しくすればよい。

【００２５】図５はこの発明のもう一つの他の実施例を
示したものである。図１から図４の実施例では、第２の
トランジスタ対１４のトランジスタが飽和するところで
動作が制限されるので、扱える信号振幅は２( Ｖbe−Ｖ
sat ) が限界である。ここで、ＶbeとＶsat は、それぞ
れトランジスタＱ3 ，Ｑ4 のベース・エミッタ電圧と飽
和電圧である。一般的にはＶbe＝０．７Ｖ、Ｖsat ＝
０．２Ｖであるので、図１から図４の実施例では扱える
信号振幅は最大約１Ｖppまでであり、これ以上の信号は
扱えない。

【００２６】この実施例はこれを解決するため、図２の
インピーダンス回路２１，２２の部分を直流レベルシフ
ト回路５１，５２にしたものである。この直流レベルシ
フト回路５１，５２により、第２のトランジスタ対のト
ランジスタのコレクタ・ベース電圧が広がることにな
り、飽和する入力信号振幅を大きくできる。

【００２７】図６は図５の直流レベルシフト回路５１，
５２の具体的な回路例を示すものである。すなわち、ト
ランジスタＱ5 ，Ｑ6 のそれぞれのコレクタを電源Ｖcc
に、ベースをトランジスタＱ1 ，Ｑ2 のエミッタに接続
された第３のトランジスタ対６１と、トランジスタＱ5
，Ｑ6 のそれぞれのエミッタに接続された電流源６
２，６３とにより直流レベルシフト回路を構成する。ト
ランジスタＱ3 のベースはトランジスタＱ6 のエミッタ
に、トランジスタＱ4 のベースはトランジスタＱ5のエ
ミッタにそれぞれ接続する。

【００２８】この実施例では、第３のトランジスタ対６
１のベース・エミッタ電圧の分だけ第２のトランジスタ
対のコレクタ・ベース電圧が広がるので、トランジスタ
が飽和せずに扱える信号振幅は約２．４Ｖppまで広が
る。

【００２９】なお、この実施例では直流レベルシフト回
路２１，２２としてトランジスタＱ5 ，Ｑ6 のベース・
エミッタ電圧を利用したが、これに限定されるわけでな
い。例えば、ダイオードのカソード・アノード電圧や、
抵抗と電流による電圧を利用してもよい。

【００３０】この発明の更にもう一つの他の実施例につ
いて図７を用いて説明する。この実施例は、図２のイン
ピーダンス回路２１，２２と図５の直流レベルシフト回
路５１，５２の両方を同時に用いたものである。これに
より、広い周波数範囲で大きな振幅の信号に対して、出
力インピーダンスＺｏをゼロにすることができる。

【００３１】図８は図７のインピーダンス回路２１，２
２と直流レベルシフト回路５１，５２の具体的な回路図
を示している。直流レベルシフト回路５１，５２はトラ
ンジスタＱ5 ，Ｑ6 のコレクタがそれぞれ電源Ｖccに、
トランジスタＱ5 のベースがトランジスタＱ1 のエミッ
タに、トランジスタＱ6 のベースがトランジスタＱ2の
エミッタに接続された第３のトランジスタ対６１とトラ
ンジスタＱ5 ，Ｑ6 の各エミッタに接続された抵抗８
１，８２とからなる。またインピーダンス回路２１，２
２は抵抗８１，８２、および抵抗８１，８２と電流源３
３，３４の接続点と第２のトランジスタ対１４のベース
間に挿入された抵抗３１，３２から構成されている。

【００３２】この実施例は、抵抗８１，８２が直流レベ
ルシフト回路と同時にインピーダンス回路として機能し
ている点が他の実施例と異なるだけで、後の部分につい
ては既に説明した実施例と同じである。もちろん、抵抗
３１，３２と抵抗８１，８２は必ずしも両方必要でな
く、少なくともどちらか一方あればよいことは言うまで
もない。また、インピーダンス回路として抵抗だけでな
くコンデンサなども使っても良く、直流レベルシフト回
路としてもダイオードなどを利用してもよい。

【００３３】上記した各実施例では、ＮＰＮトランジス
タを例に説明してきたが、これをＰＮＰトランジスタに
置き換えてもよい、要は、負性インピーダンス回路によ
り差動的な出力インピーダンスをゼロにする構成であれ
ばよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によるバ
ッファ回路によれば、理想的なインピーダンス変換を行
うことができるので、フィルタなどの回路設計が容易に
なり、また低消費電流化が可能なＩＣ化に適したバッフ
ァ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を説明するための回路図。

【図２】この発明の他の実施例を説明するための回路
図。

【図３】図２を具体的な回路図。

【図４】図２の他の具体的な回路図。

【図５】この発明にもう一つの他の実施例を示す回路
図。

【図６】図５の具体的な回路図。

【図７】この発明にさらにもう一つの他の実施例を示す
回路図。

【図８】図７の具体的な回路図。

【図９】従来の従属接続のフィルタを説明するための回
路構成図。

【図１０】図９のバッファ回路に用いられる従来の回路
図。

【符号の説明】 １１，１４，６１…トランジスタ対 １２，１３，６２，６３…電流源 ２１，２２…インピーダンス回路 ５１，５２…直流レベルシフト回路 ３１，３２，８１，８２…抵抗 ４１，４２…コンデンサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コレクタ電流路を電圧源に接続し、ベー
   スを入力とする第１のトランジスタ対と、前記第１のト
   ランジスタ対のエミッタにコレクタ電流路を、エミッタ
   にバイアス電流手段を接続するとともにベースを互いの
   コレクタ電流路に接続してなる第２のトランジスタ対と
   からなるバッファ回路において、 前記第２のトランジスタ対のエミッタから出力を得るこ
   とを特徴とするバッファ回路。
2. 【請求項２】 第２のトランジスタ対のベースは、互い
   のコレクタ電流路とインピーダンス手段を介して接続し
   たことを特徴とする請求項１記載のバッファ回路。
3. 【請求項３】 第２のトランジスタ対のベースは、互い
   のコレクタ電流路と直流レベルシフト手段を介して接続
   したことを特徴とする請求項１記載のバッファ回路。
4. 【請求項４】 第２のトランジスタ対のベースは、互い
   のコレクタ電流路と直列接続されたインピーダンス手段
   と直流レベルシフト手段を介して接続したことを特徴と
   する請求項１記載のバッファ回路。