JPH07162247A - 差動増幅回路 - Google Patents

差動増幅回路

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JPH07162247A
JPH07162247A JP31072593A JP31072593A JPH07162247A JP H07162247 A JPH07162247 A JP H07162247A JP 31072593 A JP31072593 A JP 31072593A JP 31072593 A JP31072593 A JP 31072593A JP H07162247 A JPH07162247 A JP H07162247A
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JP
Japan
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gate
potential
transistors
differential amplifier
amplifier circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP31072593A
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English (en)
Inventor
Osamu Izumi
修 和泉
Jun Watanabe
純 渡辺
Takeshi Saito
剛 斉藤
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NEC Engineering Ltd
Original Assignee
NEC Engineering Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 FET高周波差動増幅回路の高調波ひずみ及
び高周波特性の改善を図る。 【構成】 差動対トランジスタF1,F2の各ゲート
に、バイアス抵抗RG1〜RG6を用いて負極性のバイアス
を付与する。これにより、トランジスタF1,F2のC
gs(ゲートソース間容量)が減少し、高周波域での出力
減少量が少なくなり、位相遅れも改善される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は差動増幅回路に関し、特
に電界効果トランジスタを用いたマイクロ波帯の差動増
幅回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の差動増幅回路は、図5にその構成
を示す如く、一対の差動接続構成とされた電界効果トラ
ンジスタF1及びF2を有し、両トランジスタの共通ソ
ース接続点と負バイアス−VGGとの間には、定電流源I
SSと抵抗RSSとの並列回路が接続されている。
【0003】両トランジスタF1,F2の各ドレインと
ドレインバイアス+VDDとの間には、互いに等しい抵抗
値を有する負荷抵抗RD1,RD2が夫々接続されており、
これ等負荷抵抗により差動出力VO1,VO2が夫々導出さ
れるようになっている。
【0004】トランジスタF1のゲートには高周波入力
Vi1がカップリングコンデンサC1を介して印加されて
おり、トランジスタF2のゲートはコンデンサC2によ
り交流接地とされている。両トランジスタのゲートは抵
抗RG1,RG2により零バイアスとされている。
【0005】この回路は、アンバランス−バランス変換
回路としてよく用いられる。トランジスタF1のゲート
に高周波信号が入力されると、トランジスタF2のゲー
トが高周波的に接地されているために、負荷抵抗RD2
には、負荷抵抗RD1と逆向きの高周波電流が流れるこ
とになり、位相回転が無視可能な領域では、バランス出
力VO1,アンバランス出力VO2は逆相(180°差)と
なる。
【0006】この差動増幅回路の高調波ひずみについて
考える。図6にトランジスタF1のドレイン,ソース,
ゲートの動作時の各出力波形を示す。ここで高調波ひず
みを改善するためには、図6に示すVDSmin の値を大き
くすればよく、従来の手法としては、 (1)F1,F2のデバイスとしてピンチオフ電圧の大
きい素子を用いる。
【0007】(2)ドレイン電圧(VDD)を大きくして
ドレイン−ソース間電圧を大きくする。 の2つが考えられる。
【0008】次に差動増幅回路の高周波特性について考
える。差動増幅回路をアンバランス入力で使用する場
合、図5のトランジスタのF1はソース接地、トランジ
スタF2はゲート接地として動作していると考えられ
る。
【0009】トランジスタF1の高周波の動作は図7
(A)に示すようなソース接地等価回路に置き換えられ
る。ここでRGDは、RDSよりも非常に大きいので省略で
き、CGDは、Cgsの1/10程度で無視できるので、高
周波領域は図7(B)の等価回路のようになる。
【0010】尚、図7において、Gはゲート、Sはソー
ス、Dはドレイン、Rg はゲート抵抗、RGDはゲートド
レイン間抵抗、RDSはドレインソース間抵抗、RD は負
荷抵抗、Vi1は入力電圧、Vgsはゲートソース間電圧、
VO1は出力電圧、Cgsはゲートソース間容量、CGDはゲ
ートドレイン間容量、CDSはドレインソース間容量を夫
々示している。
【0011】図7(A)において、 1/Rsh=1/RDS+1/RD =(RD +RDS)/RDS*RD …………(1式) Csh=Cgs+CDS …………(2式) とすると出力電圧VO1は、 VO1=−gm*Vgs/(1/Rsh+jω*Csh) =−gm*Rsh*Vgs/(1+jω*Rsh*Csh) となる。
【0012】よって電圧利得は、 VO1/Vgs=Avh=−gm*Rsh/(1+jω*Rsh*Csh)………(3式) となる。
【0013】ここで、静電容量の影響が無視できる中域
周波数での利得Avmは、等価回路が図7(C)のように
書けることから、 Avm=−gm*Rsh と表せ、これと高周波領域の電圧利得Avhの比は、 Avh/Avm=1/(1+jω*Rsh*Csh)………(4式) のようになり、周波数が高くなると出力電圧VO1の大き
さは減少し、位相は遅れる。
【0014】このように、FET差動増幅回路をアンバ
ランス入力で使用すると、FETの相互コンダクタンス
(gm)が小さいために扱う周波数が高くなるにつれて
FETの高周波特性により、180°から位相がずれる
ことになり、よって周波数特性が劣り数百MHzまでの
動作が限界となっている。
【0015】この様に、従来のFET差動増幅回路で
は、アンバランス−バランス変換回路として良く用いら
れ、トランジスタF1のゲートに高周波入力信号が印加
されてトランジスタF2のゲートが高周波的に接地され
ており、両トランジスタのゲートの直流電位は回路構成
簡素化のために接地とされている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】この種の差動増幅回路
において、高調波ひずみはトランジスタF1を流れる電
流と、ドレイン電圧と、接地されたゲート電位とにより
決まり、この高調波ひずみを改善する手法は上記
(1),(2)項として掲げたものがある。
【0017】しかしながら、(1)項の場合は、トラン
ジスタF1,F2を流れる電流が増大し消費電力も増大
する。またデバイスパラメータの変更にともなう回路設
計の変更も必要になる。また、(2)項の場合は、VDD
を大きくすることにより他の回路との電源の共通化が図
れず別電源が必要になり、使用状態へのインパクトが大
きくなる。
【0018】本発明の目的は、高調波ひずみの改善及び
高周波特性の改善を極めて簡単な構成で可能とし得る差
動増幅回路を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明による差動増幅回
路は、差動対接続構成とされた一対の電界効果トランジ
スタと、これ等一対のトランジスタのゲートバイアスと
してドレインバイアス電位とは逆極性の電位を付与する
バイアス手段とを含むことを特徴としている。
【0020】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
【0021】図1は本発明の一実施例の回路図であり、
図5と同等部分は同一符号により示している。図におい
て、トランジスタF1とF2のソース電極が共通接続さ
れ、その接続点に定電流源が接続され、ドレインバイア
ス(+VDD)供給側にそれぞれにRD1=RD2=RDの負
荷抵抗が接続されている。
【0022】トランジスタF1のゲートバスアス回路と
してRG2,RG3のブリータ抵抗に−VGGの電位を供給
し、RG1の抵抗を介してトランジスタF1のゲートに接
続するようになっている。トランジスタF2のゲートバ
イアス回路も同様にRG5,RG6のブリーダ抵抗に−VGG
の電位を供給し、RG4の抵抗を介してトランジスタF2
のゲートに接続するようになっている。
【0023】この場合トランジスタF1のゲートとドレ
インとソースの関係についての出力波形特性の計算例を
図2に示す。この波形図から明らかな如く、VDSmin の
値が従来の回路の出電圧波形(図6)に比べて大きくな
っていることがわかる。
【0024】これは、トランジスタF1,F2ゲートに
マイナスの電位を供給することにより、ソースの電位も
マイナスの電位側に移って行き、その結果トランジスタ
F1,F2の動作時のVDSを大きくとることができ、か
つ出力電圧波形においてもVDSmin の値を大きくとれ、
よって+VDDの電圧値を大きくした場合と同様の効果が
得られ、高調波ひずみに関して特性が改善できる。
【0025】また、高周波領域での特性は、ゲート電位
を接地した場合に比べ、ゲートソース間の電位(Vgs)
の負の電位が大きくなる。それによりゲートソース間容
量Cgsは、 Cgs=Cgs0 /{(1−Vgs/Vbi)m }…………(5式) となる。尚、Vbiはビルトインポテンシャルで通常は
0.8Vであり、mは定数であって一般にm=1.2で
あるが、回路構成、素子により異なる。
【0026】この(5式)の関係式より動作点でのCgs
が小さくなり低周波領域と高周波領域の電圧利得関係式
である(4式)において、Csh=Cgs+CDSであるか
ら、Cgsが小さくなると高周波領域でのVo1の減少量は
小さくなり、位相の遅れも同様に改善されることにな
る。
【0027】図3に位相−周波数特性例を示しており、
特性Aが本実施例におけるトランジスタF1の出力位相
を示し、特性Bが従来例のトランジスタF1の出力位相
を示す。従って、本実施例のトランジスタF1の位相特
性が、トランジスタF2の出力位相特性Cとの位相差に
関して従来例に比し高域で改善されていることが判る。
【0028】図4は本発明の他の実施例の回路図であ
り、図1と同等部分は同一符号にて示している。本実施
例では、トランジスタF2のゲートを交流接地する代わ
りに、直流カット用コンデンサC2を介してそのゲート
に高周波入力信号Vi2を印加するようにしたものであ
る。本例でも、トランジスタF1,F2のゲートバイア
スは負極性となっているので、前述の実施例と同様の効
果がある。
【0029】尚、上記実施例では、差動対接続構成のト
ランジスタF1,F2をNチャンネル型で構成し、ドレ
インバイアスVDDを正極性として、ゲートバイアス−V
GGを負極性としたが、トランジスタF1,F2としてP
チャンネルを用い、ドレンバイアスVDDを負極性とすれ
ば、ゲートバイアスVGGを正極性とすれば良いことにな
る。
【0030】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、差動
対トランジスタのゲート電位としてドレイン電位とは逆
極性の電位を供給するようにしたので、高調波ひずみの
改善と高周波領域での特性改善が可能となるという効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図である。
【図2】図1の回路の各部動作波形図である。
【図3】図1の回路の位相−周波数特性を従来例との比
較において示す図である。
【図4】本発明の他の実施例の回路図である。
【図5】従来の差動増幅回路の例を示す図である。
【図6】図5の回路の各部動作波形図である。
【図7】図5の回路の等価回路例を示す図である。
【符号の説明】
F1,F2 電界効果トランジスタ ISS1 定電流源 VDD ドレインバイアス電圧 VGG ゲートバイアス電圧 Vi1,Vi2 入力信号 Vo1,Vo2 出力信号 RD1,RD2 ドレイン負荷抵抗 RG1〜RG6 ゲートバイアス抵抗 C1,C2 コンデンサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 差動対接続構成とされた一対の電界効果
    トランジスタと、これ等一対のトランジスタのゲートバ
    イアスとしてドレインバイアス電位とは逆極性の電位を
    付与するバイアス手段とを含むことを特徴とする差動増
    幅回路。
  2. 【請求項2】 前記一対のトランジスタの一方のゲート
    には高周波入力信号が印加され、他方のゲートは交流的
    に接地されていることを特徴とする請求項1記載の差動
    増幅回路。
  3. 【請求項3】 前記一対のトランジスタのゲートには互
    いに高周波入力信号が印加されていることを特徴とする
    請求項1記載の差動増幅回路。
  4. 【請求項4】 前記一対のトランジスタはNチャンネル
    型の電界効果素子であり、前記ドレインバイアス電位は
    正極性を有し、前記ゲートバイアスは負極性を有するこ
    とを特徴とする請求項1〜3記載のいずれかの差動増幅
    回路。
JP31072593A 1993-12-10 1993-12-10 差動増幅回路 Pending JPH07162247A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015062278A (ja) * 2013-08-20 2015-04-02 株式会社半導体エネルギー研究所 信号処理装置、信号処理装置の駆動方法およびプログラム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015062278A (ja) * 2013-08-20 2015-04-02 株式会社半導体エネルギー研究所 信号処理装置、信号処理装置の駆動方法およびプログラム

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20020604