JPH08237046A - 増幅器回路とその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ゼロ入力電流が小さく、バイアス電流に比例し
て大電流レベルを供給したりシンクする効率の高い演算
増幅器回路を提供する。 【解決手段】増幅器１０は、供給回路２０とシンク回路
２２とを含む出力段１８と増幅器段１４とを含む。シン
ク回路の電流はミラー回路３４の低電流にほぼミラーさ
れる。比較的大電流の場合、抵抗器３６はミラー回路の
電流をシンク回路の電流以下に維持する。ダイオード３
８は電流の流れをミラー回路に変えて、負荷１２から電
流をシンクするシンク回路を支援する。電流源２９は供
給回路とミラー回路とに電流を供給する。増幅器段が出
力する制御信号によって、ミラー回路は電流源から電流
を引出すか、引出さない。ミラー回路が電流源から電流
を引き出すと、出力段はシンク回路の電流をシンクし、
ミラー回路が電流源から電流を引き出さないと、出力段
は供給回路を介して電流を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に電子デバ
イスの分野に関し、より詳細には、増幅器回路とその方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】電子
回路の多くは、回路内部の信号を操作する増幅器を使用
している。増幅器の出力は、負荷回路に出力電圧を供給
するために接続されている。増幅器の各種動作は、出力
段の設計によって影響を受ける。たとえば、ある種の増
幅器は負荷に大出力電流を送ることができる。ある種の
増幅器は、クロスオーバ歪の小さい出力を供給しなけれ
ばならない。さらに別の増幅器は、比較的高周波におい
て利得と安定度の双方を維持することが要求される。こ
れらの要求条件によって、出力段の設計はいろいろな制
約を受けることになる。

【０００３】動作中、増幅器回路は電源からの電流を消
費する。この電流の一部は、ゼロ入力電流（ｑｕｉｅｓ
ｃｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）として知られるているが、
増幅器の内部回路をバイアスするために使用される。ゼ
ロ入力電流は小さいことが望ましい。その理由は、増幅
器が軽負荷あるいは無負荷で動作している場合、ゼロ入
力電流が小さいと電力消費が低減するからである。

【０００４】以前に開発された増幅器の出力回路も、こ
れらの問題のいくつかに対処している。たとえば、Ａ級
回路と呼ばれる出力回路は出力の歪が小さい。都合の悪
いことに、Ａ級回路は本質的に大量のゼロ入力電流を消
費する。第２の級の出力回路はＢ級回路と呼ばれる。Ｂ
級回路が消費するゼロ入力電流は非常に小さい。しか
し、Ｂ級回路はかなりのクロスオーバ歪を示す。Ａ級回
路とＢ級回路を混合した出力回路は、ＡＢ級回路と呼ば
れている。ＡＢ級回路は等値なＢ級回路よりも大きいゼ
ロ入力電流を消費するが、等値なＡ級回路よりも小さい
ゼロ入力電流を消費する。結果として、ＡＢ級回路はＢ
級回路よりも小さいクロスオーバ歪を示すが、Ａ級回路
よりも大きいクロスオーバ歪を示す。

【０００５】ゼロ入力電流が最大許容出力電流の５％か
ら１０％で、クロスオーバ歪が適当なレベルになるよう
に、ほとんどの増幅器はＡＢ級回路を使用している。こ
れらの回路は、ゼロ入力電流を十分に小さいレベルにす
るため問題を抱えているのが普通である。さらに、先行
技術による増幅器回路の多くは、出力スイング（ｏｕｔ
ｐｕｔ ｓｗｉｎｇ）あるいは周波数応答を低減させる
回路を使用してゼロ入力電流を小さくしている。

【０００６】

【課題を解決する手段】本発明は、先行技術による増幅
器と方法に付随する問題点を取り除くかあるいは軽減さ
せる増幅器とその方法を提供している。より詳細には、
本発明はひとつの実施例の中で、バイアス電流に比例し
て大電流レベルを供給（ｓｏｕｒｃｅ）したりシンク
（ｓｉｎｋ）する増幅器回路を提供している。この増幅
器回路には、出力段を制御する増幅器段が接続されてい
る。出力段には、外部負荷に電流を供給する回路が含ま
れている。さらに、出力段は外部負荷から電流をシンク
する回路を備えている。供給（ｓｏｕｒｃｉｎｇ）回路
およびシンク（ｓｉｎｋｉｎｇ／ｓｉｎｋ）回路は、共
通出力ノードに接続されたエミッターフォロワ回路で構
成することができる。また出力段には、増幅器段の出力
に接続されるミラー回路（ｍｉｒｒｏｒ ｃｉｒｃｕｉ
ｔ）が含まれているが、ミラー回路の一例はシンク回路
と共通のベースを持つ接合形バイポーラトランジスタで
ある。最後に、出力段はミラー回路と供給回路の双方に
接続された電流源を含んでいる。ミラー回路はシンク回
路の電流をミラーするために接続されている。ミラー回
路は、出力段の出力に基づいて、供給回路ではなく電流
源から電流を引き出すか、あるいは、電流源から電流を
まったく引き出さないことによって、シンク回路が電流
をシンクすることを防止する。したがって、電流源によ
り、供給回路が外部負荷に出力電流を供給するようにな
るか、あるいはシンクトランジスタが外部負荷から電流
をシンクするようになる。

【０００７】本発明の別の側面によれば、出力段には、
供給回路とシンク回路とに共通なノードとミラー回路に
対する出力との間に接続されたダイオードが含まれてい
る。このように、このダイオードは、シンク動作中に電
流をシンクするシンク回路をミラー回路が支援するよう
に、電流の流れをミラー回路に変える。

【０００８】本発明のさらに別の側面によれば、出力段
には、電流源とミラー回路との間に接続されたクランプ
回路が含まれている。クランプ回路は、ミラー回路のト
ランジスタが飽和することを防止できるため、ミラー回
路がシンク回路のトランジスタに対するベース電流を妨
害することを防止する。

【０００９】本発明の別の側面によれば、ミラー回路の
トランジスタのエミッターと大地電位との間に抵抗器を
含めることができる。この抵抗器は、シンク回路に比例
してミラー回路の電流が増加する速度（ｒａｔｅ）を制
御するため、トランジスタがクランプ回路から過剰な電
流を引き出すことを防止して、大電流をシンクしながら
出力段の効率を高めている。

【００１０】本発明の技術的な利点は、増幅器による電
力消費を低減させるため小さなゼロ入力電流でバイアス
されていても、大出力電流のシンクあるいは供給ができ
ることである。この利点によって、特に負荷が軽い場合
の増幅器の電力効率が向上し、この増幅器は最新の微小
電力装置の必要条件と両立する。

【００１１】本発明の別の技術的な利点は、本発明の教
示に従って作られた出力段は、単一電源で動作できるよ
うに構成できることであり、さらに大地電位のごく近く
にスイングできることである。このため、出力スイング
は従来のＢ級回路の動作よりも格段に優れている。

【００１２】本発明の別の技術的な利点は、本発明の教
示に従って作られた出力段は、信号経路がＮＰＮデバイ
スだけを経由して伝搬され、高周波ＰＮＰデバイスの使
用を必要とせずに、帯域幅を広くできるように構成でき
ることである。高周波ＰＮＰデバイスは集積回路技術の
多くと互換性がない。

【００１３】本発明の別の技術的な利点は、一実施例に
おける本発明の教示に従って作られた増幅器回路の出力
電圧の範囲は、増幅器の出力段の電源に実質的に等しい
値から、およそ大地電位にまで広がっていることであ
る。本増幅器回路は２つの異なる電源を使用することに
よってこの利点を得ることができる。第１の電源は、供
給回路およびシンク回路に対して低レベルの電圧を供給
する。第２の電源は供給回路とミラー回路とにより高い
電圧を供給する。シンク回路と供給回路との出力電圧範
囲は、実質的に第１の電圧源（ｖｏｌｔａｇｅ ｓｕｐ
ｐｌｙ）に等しい。負荷の電流が比較的大きい場合、増
幅器が消費する殆ど全ての電流は第１の電源から引き出
されるのであるから、所与の出力スイングに対する電力
効率は向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明とその利点をより完全に理
解するため、添付の図面とともに以下の説明を参照され
たい。なお類似の参照番号は同じ機能を示す。

【００１５】図１は、本発明の教示に従って作られ、一
般的に１０で示される演算増幅器を示す回路図である。
増幅器１０は負荷１２に対する出力電流を供給あるいは
シンクするように動作できる。また増幅器１０は、供給
あるいはシンクする最大電流に比較して小さいゼロ入力
電流で動作する。増幅器１０は負荷１２に対する電圧を
出力するが、この電圧は、ほぼ電源電圧の値から大地電
位の範囲内にある。

【００１６】増幅器１０は増幅器段１４を含んでいる。
増幅器段１４は多数ある通常の入力段および利得段の１
つで構成されるが、これらの入力段および利得段は適当
に高い利得になっている。入力電圧は増幅器段１４の入
力端子１６に接続されている。また増幅器１０は、増幅
器段１４に接続された出力段１８も含んでいる。

【００１７】出力段１８は、負荷１２に電流を供給する
とともに負荷１２から電流をシンクする。出力段１８に
は、供給（ｓｏｕｒｃｉｎｇ）トランジスタ２０とシン
ク（ｓｉｎｋｉｎｇ）トランジスタ２２とが含まれてい
る。図示の通り、トランジスタ２０は１つのＮＰＮ接合
バイポーラトランジスタで構成されている。トランジス
タ２０は、図２に示すダーリントンペアのかたちに接続
された１対のトランジスタ、あるいは負荷回路１２に対
する出力電流を供給する適当な回路で置換できる。トラ
ンジスタ２２はＮＰＮ接合バイポーラトランジスタで構
成されている。トランジスタ２２のコレクタは、出力ノ
ード２４でトランジスタ２０のエミッターに接続されて
いる。トランジスタ２０のコレクタは第１の電源レール
（ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｒａｉｌ）２８に接続さ
れている。トランジスタ２２のエミッターは大地電位に
接続されている。トランジスタ２０は電流源２９によっ
て制御される。電流源２９は、ノード３２で第２の電源
レール３０とトランジスタ２０のベースとに接続されて
いる。電流源２９は、たとえば、適切にバイアスされた
電流ミラーあるいは他の適切な電流源を含んでいる。

【００１８】出力段１８は、トランジスタ２０、トラン
ジスタ２２、電流源２９、ミラートランジスタ３４によ
り大電流をシンクあるいは供給できる。トランジスタ３
４のコレクタはノード３２で電流源２９に接続されてい
る。トランジスタ３４のベースは増幅器段１４の出力と
トランジスタ２２のベースに接続されている。トランジ
スタ３４のエミッターは、抵抗器３６を介して大地電位
に接続されている。抵抗器３６は、シンク動作中にトラ
ンジスタ３４の電流が増加する速度を調整するように選
ばれている。

【００１９】トランジスタ３４は、負荷１２から電流を
シンクするトランジスタ２２を支援することができる。
ダイオード３８は、出力ノード２４とノード３２との間
に接続されている。ノード３２における電圧が出力ノー
ド２４の電圧より、１ダイオード電圧降下分だけ低い場
合、ダイオード３８は、ノード３２において出力ノード
２４からトランジスタ３４に電流を流す。ダイオード３
８は、たとえば、適切なショットキーダイオードで構成
される。またダイオード３８には、トランジスタ２０の
ベース・エミッター接合が電子雪崩に誘起されてβが劣
化すること（ａｖａｌａｎｃｈｅ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｂ
ｅｔａ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を防止するという付
加的利点がある。

【００２０】クランプ回路４０はノード３２に接続さ
れ、トランジスタ３４が飽和して、このためトランジス
タ２２のベース電流を小さくなることを防止している。
クランプ４０はトランジスタ４２を含んでいる。トラン
ジスタ４２のコレクタは電源レール２８に接続されてい
る。トランジスタ４２のエミッターはノード３２に接続
されている。トランジスタ４２のベースは、ノード４６
で電流源４４に接続されている。電流源４４は電源レー
ル３０に接続されている。第１と第２のダイオード４
８、５０はノード４６と大地の間に接続されている。ダ
イオード４８、５０はダイオード接続されたトランジス
タ（ｄｉｏｄｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ）、あるいはノード４６の電圧を確定する他の適切な
ダイオードで構成してもよい

【００２１】動作する場合、増幅器１０は入力端子１６
の入力信号を増幅し、ノード２４で負荷１２に対する出
力信号を発生する。出力段１８は、負荷１２に電流を供
給するかあるいは負荷１２からの電流をシンクする。負
荷１２に電流を供給する場合、増幅器段１４の出力は低
電位電圧になる。増幅器段１４の出力が低くなると、ト
ランジスタ２２、３４は十分な電流量を流すことができ
なくなる。こうなることを、トランジスタ２２、３４の
「オフ」状態と呼ぶ。注意されたいことは、トランジス
タ３４のエミッター電流は、トランジスタ２２にほぼミ
ラーされるか、あるいは低電流レベルで再生される（ｒ
ｅｐｌｉｃａｔｅｄ）ように、トランジスタ２２、３４
が接続されていることである。トランジスタ３４はオフ
になるので、電流源２９の出力はトランジスタ２０のベ
ースに流される。これによって、出力段１８が動作して
ノード２４で負荷１２に対する出力電流を発生し、ノー
ド２４の電圧が上昇する。ノード２４の電圧はトランジ
スタ２０の飽和電圧で制限を受けるだけなので、電源レ
ール２８の電圧にほぼ等しい値に上昇する。全出力のス
イングが使用できるように、電源レール３０の電圧は、
トランジスタ２０のベース・エミッター間電圧を確定
し、かつ電流源２９に適切な余裕を与えて動作させるた
めに十分な量だけ、電源２８の電圧より高くなければな
らない。たとえば、電源レール２８は３ボルト電源を、
電源レール３０は５ボルト電源を含んでいてもよい。２
重電源を使用すると、出力段１８による電力消費が減少
し、これによって増幅器１０の効率が増加する。これに
代わる方法として、電源レール２８、３０を共通の電圧
源に接続してもよい。この構成においては、トランジス
タ２０のベース・エミッター接合の両端の電圧降下と電
流源２９の電圧条件とによって、出力電圧はほぼ１ボル
トの電源電圧の範囲でスイングできることになる。

【００２２】また出力段１８は、負荷１２に対する電流
シンクとしても動作する。シンクとして動作するには、
増幅器段１４の出力電圧により、トランジスタ３４のコ
レクタとエミッターの間に電流が流れなければならな
い。こうなることを、トランジスタ２２、３４の「オン
状態」と呼ぶ。トランジスタ３４を通る電流は、少なく
とも抵抗器３６の両端の電圧降下が無視できるような低
電流レベルで、トランジスタ２２にミラーされる。注意
されたいことは、比率を選択することによりトランジス
タ２２の電流がトランジスタ３４の電流に比例するよう
に、トランジスタ３４、２２の大きさを拡大縮小（ｓｃ
ａｌｅ）できることである。トランジスタ３４は電流源
２９からの電流を吸収するから、ノード３２の電圧を小
さくしてトランジスタ２０をオフにする。ノード３２の
電圧が降下を続けると、出力ノード２４の電圧が、ダイ
オード３８の両端のダイオード電圧降下分だけノード３
２の電圧よりも高い間、ダイオード３８は出力ノード２
４からノード３２に電流を流す。このように、ダイオー
ド３８は、負荷１２から電流をシンクするトランジスタ
２２をトランジスタ３４が支援するように、電流の流れ
をトランジスタ３４に変える。こうなると、電流源２９
と逆方向である必要がなく、トランジスタ３４のコレク
タ電流が無駄になることが防止されて、増幅器１０の効
率が改善される。

【００２３】クランプ回路４０は、ノード３２の電圧
が、トランジスタ３４が飽和状態になる電圧に降下する
ことを防止する。シンク動作中、出力ノード２４の電圧
は低下して大地電位になろうとする。また、ダイオード
３８を介して電流が流れている間、ノード３２の電圧は
出力ノード２４の電圧と共に低下する。クランプ４０
は、トランジスタ３４が飽和する点まで、ノード３２の
電圧が降下することを防止する。ノード４６の電圧は、
大地電位よりも２ダイオード電圧降下分だけ高い電圧で
ある。したがって、ノード３２の電圧が大地電位よりも
１ダイオード電圧降下分だけ高い電圧になると、トラン
ジスタ４２は自身のエミッターに電流を流し始める。こ
れによって、ノード３２の電圧に対する下限が確定しト
ランジスタ３４が飽和することが防止される。クランプ
回路４０が導通になり始めると、ダイオード３８の電圧
降下が小さくなり、ダイオード３８はオフになり始め
る。

【００２４】抵抗器３６は、トランジスタ３４の電流が
増加する速度を制御する。低電流の場合、トランジスタ
２２、３４のエミッター領域が１対１の関係で拡大縮小
されると仮定すれば、トランジスタ３４のエミッター電
流は、トランジスタ２２のエミッター電流にほぼ等し
い。大電流の場合、トランジスタ２２のエミッター電流
とともにトランジスタ３４のエミッター電流が直線的に
増加することを抵抗器３６が防止する。このため、出力
段１８が電流をシンク中で出力ノード２４の電圧が低い
場合、出力段１８は低バイアス電流で動作することがで
き、クランプ回路４０は強制的に導通になる。

【００２５】増幅器１０の出力段１８は、少なくとも２
つの利点を提供するように構成される。第１は、出力段
１８をその最大出力電流に比例した低ゼロ入力電流でバ
イアスできることである。この利点により、電力消費が
低減し、増幅器１０の効率が増加するので、増幅器１０
は最新の微小電力装置の必要条件と両立する。その上、
出力段１８は信号経路にＮＰＮトランジスタを使用して
帯域幅を広くしている。

【００２６】図２は、本発明の教示に従って作られ、一
般的に１１０で示される演算増幅器を示す回路図であ
る。ＮＰＮのβが約３０で、５０マイクロアンペアのバ
イアス電流がトランジスタ１３６のベースに流れるとい
う最悪ケースを想定すると、増幅器１１０は、負荷１１
２との間で２５ミリアンペアから３０ミリアンペアのオ
ーダの電流を供給あるいはシンクできる。また増幅器１
１０は、増幅器１１０がシンクできる最大電流に比較し
て小さいゼロ入力電流で動作する。増幅器１１０は負荷
１１２に電圧を出力するが、この電圧は電源１４６にほ
ぼ等しい値から大地電位までの範囲内にある。

【００２７】増幅器１１０は増幅器段１１４を含んでい
る。増幅器段１１４は多数ある通常の入力段および利得
段の１つで構成されるが、これらの入力段と利得段は適
当に高い利得になっている。図示の通り、増幅器段１１
４は、ＢｉＣＭＯＳを折り返したカスケード増幅器段
（ＢｉＣＭＯＳ ｆｏｌｄｅｄ ｃａｓｃａｄｅ ａｍ
ｐｌｉｆｉｅｒ ｓｔａｇｅ）を含んでいる。入力電圧
は、増幅器段１１４の入力トランジスタ１１６、１１８
に接続される。トランジスタ１１６、１１８は通常の差
動ペア構成で接続されたＰＭＯＳトランジスタから成っ
ている。また増幅器１１０は、複数のＰＭＯＳトランジ
スタ１２２から成る電流ミラー１２０を含んでいる。電
流ミラー１２０は増幅器１１０を動作させる電流を供給
する。電流ミラー１２０は第１の電源１２４に接続され
ている。増幅器段１１４には出力トランジスタ１２６が
含まれている。増幅器段１１４は、トランジスタ１２６
の出力をノード１２８に供給する。ノード１２８は増幅
器１１０の出力段１３０に接続されている。

【００２８】出力段１３０は負荷１１２に電流を供給す
るとともに負荷１１２から電流をシンクする。出力段１
３０は、供給（ｓｏｕｒｃｉｎｇ）回路１３２とシンク
（ｓｉｎｋｉｎｇ）トランジスタ１３４を含んでいる。
図示の通り、供給回路１３２は、第１と第２のＮＰＮ接
合バイポーラトランジスタ１３６、１３８をそれぞれ含
んでいる。トランジスタ１３６、１３８は、ベースをオ
フにする抵抗器１４０を使用したダーリントンペアを形
成するように接続されている。抵抗器１４０を適切な大
きさにすることにより、増幅器のクロスオーバ歪を最小
にすることができる。また供給回路１３２は飽和防止ト
ランジスタ１４２を含んでいる。トランジスタ１４２の
ベースは、トランジスタ１３８のベースに接続されてい
る。さらにトランジスタ１４２のエミッターは、トラン
ジスタ１３６のベースに接続されている。最後にトラン
ジスタ１４２のコレクタは、トランジスタ１３８のコレ
クタに接続されている。供給回路１３２の出力は、ノー
ド１４４にあるトランジスタ１３６のエミッターで構成
されている。トランジスタ１３８のコレクタは、第２の
電源１４６に接続されている。トランジスタ１３６のコ
レクタは、第１の電源１２４に接続されている。シンク
トランジスタ１３４のコレクタは、出力ノード１４４に
接続されている。さらにトランジスタ１３４のエミッタ
ーは大地電位に接続されている。

【００２９】トランジスタ１３６のベースは電流源１２
０に接続されている。出力段１３０は、供給回路１３
２、シンク回路１３４、電流源１２０、ミラー回路１４
８の組合わせにより、２５ミリアンペアから３０ミリア
ンペアのオーダの電流を供給あるいはシンクできる。ミ
ラー回路１４８は、ベースをオフにする抵抗器１４０を
使用したダーリントンペアを形成するように接続された
第１と第２のＮＰＮ接合バイポーラトランジスタ１５
０、１５２を含んでいる。トランジスタ１５０のベース
は、増幅器段１１４の出力にあるノード１２８に接続さ
れている。トランジスタ１５０のコレクタは電源１２４
に接続されている。トランジスタ１５０のエミッター
は、トランジスタ１５２のベースに接続されている。ト
ランジスタ１５２のエミッターは、抵抗器１５６を介し
て大地電位に接続されている。トランジスタ１５２のコ
レクタは、ダイオード接続のトランジスタ１５８を介し
て電流源１２０に接続されている。抵抗器１５６は、シ
ンク動作中にミラー回路１４８の電流が増加する速度を
調整するように選ばれている。

【００３０】ミラー回路１４８は、負荷１１２から電流
をシンクするトランジスタ１３４をを支援する。出力ノ
ード１４４とノード１６２の間にダイオード１６０が接
続されている。ダイオード１６０は、ノード１６２の電
圧が出力ノード１４４の電圧よりもほぼ１ダイオード電
圧降下分だけ低い場合、ノード１６２で出力ノード１４
４からミラー回路１４８に電流を流す。ダイオード１６
０は、たとえば、適切なショットキーダイオードで構成
すればよい。またダイオード１６０には、トランジスタ
１３６、１３８のベース・エミッター接合が電子雪崩に
誘起されてβが劣化することを防止するという付加的利
点がある。

【００３１】ミラー回路１４８のトランジスタ１５２が
飽和して、トランジスタ１３４のベース電流が減少する
ことを防止するため、ノード１６２でクランプ回路１６
４が接続されている。クランプ１６４は、ベースをオフ
にする抵抗器１７０を使用したダーリントンペアを形成
するように接続された第１と第２のＮＰＮ接合バイポー
ラトランジスタ１６６、１６８を含んでいる。トランジ
スタ１６６、１６８のコレクタは、電源レール１４６に
接続されている。トランジスタ１６８のエミッターはノ
ード１６２に接続されている。トランジスタ１６６のベ
ースは、ノード１７２で電流源１２０に接続されてい
る。第１、第２、第３のダイオード接続されたＮＰＮ接
合バイポーラトランジスタ１７４、１７６、１７８はそ
れぞれノード１７２と大地電位の間に接続されている。

【００３２】また増幅器１１０は特別な補正回路を含ん
でいる。たとえば、ミラー回路１４８は、トランジスタ
１５２を含む小ループ（ｍｉｎｏｒ ｌｏｏｐ）のＭｉ
ｌｌｅｒ効果を補正する（Ｍｉｌｌｅｒ−ｃｏｍｐｅｎ
ｓａｔｅ） ため、トランジスタ１５２のコレクタとベ
ースの間に接続されたコンテンサ１８０を含んでいる。
同様に、補正するときの支援用にトランジスタ１３４の
コレクタとベースとの間にコンデンサ１８２が接続され
ている。最後に、出力ノード１４４と増幅器段１１４と
の間に、コンデンサ１８４が接続されている。動作する
場合、増幅器１１０は入力トランジスタ１１６、１１８
の入力信号を増幅して、負荷１１２に対する出力信号を
ノード１４４に発生する。出力段１３０は、負荷１１２
に電流を供するかあるいは負荷１１２から電流をシンク
する。負荷１１２に電流を供給する場合、増幅器段１１
４の出力はノード１２８で低電位電圧になる。増幅器段
１１４の出力が低くなると、トランジスタ１５０、１５
２、１３４は十分な電流量を流すことができなくなる。
こうなることを、トランジスタ１５０、１５２、１３４
の「オフ」状態と呼ぶ。注意されたいことは、トランジ
スタ１５２のエミッター電流はトランジスタ１３４にほ
ぼミラーされるか、あるいは低電流レベルで再生される
ように、トランジスタ１５０、１５２、１３４が接続さ
れていることである。トランジスタ１５０はオフになる
ので、トランジスタ１５８における電流源１２０の出力
は、供給回路１３２のトランジスタ１３６のベースに流
される。これによって、出力段１３０が動作してノード
１４４で負荷１１２に対する出力電流を発生し、ノード
１４４の電圧が上昇する。ノード１４４の電圧はトラン
ジスタ１３８の飽和電圧で制限を受けるだけなので、ノ
ード１４４の電圧は、電源レール１４６の電圧にほぼ等
しい値に上昇する。全出力のスイングが使用できるよう
に、電源レール１４６の電圧は、トランジスタ１３６、
１３８のベース・エミッター間電圧を確定し、かつ電流
源１２０に適切な余裕を与えて動作させるために十分な
量だけ、電源レール１２４の電圧より高くなければなら
ない。たとえば、電源レール１４６は３ボルト電圧源
を、電源レール１２４は５ボルト電圧源を含んでいても
よい。２重電源を使用すると、出力段１３０による電力
消費が減少し、これによって増幅器１１０の効率が増加
する。これに代わる方法として、電源レール１４６、１
２４を共通の電圧源に接続してもよい。この構成におい
ては、トランジスタ１３６、１３８のベース・エミッタ
ー接合の両端の電圧降下と電流源１２０の電圧条件とに
よって、出力電圧はほぼ２ボルトの電源電圧の範囲でス
イングできることになる。

【００３３】また出力段１３０は、負荷１１２に対する
電流シンクとしても動作する。シンクとして動作するに
は、増幅器段１１４の出力電圧により、トランジスタ１
５２のコレクタとエミッターの間に電流が流れなければ
ならない。こうなることを、トランジスタの「オフ」状
態と呼ぶ。トランジスタ１５２を通る電流は、少なくと
も抵抗器１５６の両端の電圧降下が無視できるような低
電流レベルで、トランジスタ１３４にミラーされる。注
意されたいことは、比率を選択することによりトランジ
スタ１３４の電流がトランジスタ１５２の電流に比例す
るように、トランジスタ１５２、１３４の大きさを拡大
縮小（ｓｃａｌｅ）できることである。トランジスタ１
５２はトランジスタ１５８を介して電流源１２０からの
電流を吸収するから、トランジスタ１３６のベースの電
圧を低くしてトランジスタ１３６、１３８をオフにす
る。ノード１６２の電圧が降下を続けると、出力ノード
１４４の電圧が、ダイオード１６０の両端のダイオード
電圧降下分だけノード１６２の電圧よりも高い間、ダイ
オード１６０は出力ノード１４４からノード１６２に電
流を流す。このように、ダイオード１６０は、負荷１１
２から電流をシンクするトランジスタ１３４をトランジ
スタ１５２が支援するように、電流の流れをトランジス
タ１５２に変える。こうなると、電流源１２０と逆方向
である必要がなく、トランジスタ１５２のコレクタ電流
が無駄になることが防止されて、増幅器１１０の効率が
改善される。

【００３４】クランプ回路１６４は、ノード１６２の電
圧が、トランジスタ１５２が飽和状態になる電圧に降下
することを防止する。シンク動作中、出力ノード１４４
の電圧は低下して大地電位になろうとする。またノード
１６２の電圧は、ダイオード１６０を介して電流が流れ
ている間、出力ノード１４４の電圧と共に低下する。ク
ランプ１６４は、ノード１６２の電圧が大地電位より１
ダイオード電圧降下分だけ高い電位に減少することを防
止して、トランジスタ１５２が飽和することを防止す
る。ノード１７２の電圧は、大地電位よりもほぼ３ダイ
オード電圧降下分だけ高い電圧である。したがって、ノ
ード１６２の電圧が大地電位よりも１ダイオード電圧降
下分だけ高い電圧になると、トランジスタ１６６、１６
８は電流を流し始める。これによって、ノード１６２の
電圧に対する下限が確定しトランジスタ１５２が飽和す
ることが防止される。クランプ回路１６４が導通になり
始めると、ダイオード１６０は順方向バイアスでなくな
り、オフになり始める。

【００３５】抵抗器１５６は、トランジスタ１５２の電
流が増加する速度を制御する。低電流の場合、トランジ
スタ１３４、１５２のエミッター領域が１対１の関係で
拡大縮小されると仮定すれば、トランジスタ１５２のエ
ミッター電流は、トランジスタ１３４のエミッター電流
にほぼ等しい。大電流の場合、トランジスタ１５２のエ
ミッター電流がトランジスタ１３４のエミッター電流と
同じ速度で増加することを抵抗器１５６が防止する。ま
たこのため、出力段１３０が電流をシンク中で出力ノー
ド１４４の電圧が低い場合、出力段１３０は低バイアス
電流で動作することができ、クランプ回路１６４は強制
的に導通になる。

【００３６】本発明を詳細に説明してきたが、これらの
説明に対して、添付の請求の範囲に定義しているとおり
の本発明の主旨と範囲を逸脱せずに、各種の変更、代
替、変形を行うことができることを理解されたい。たと
えば、図１、２に示す各種のＮＰＮトランジスタやＰＭ
ＯＳトランジスタを、それぞれＰＮＰトランジスタやＮ
ＭＯＳトランジスタに変更してもよいし、回路１０、１
１０の極性を変更して、負の電圧を出力する増幅器にし
てもよい。

【００３７】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）入力増幅器段を備えた増幅器回路の出力段であっ
て、外部負荷に出力電流を供給する回路と、前記供給回
路に接続され、外部負荷から電流をシンクする回路であ
って、前記供給回路およびシンク回路が共通の出力ノー
ドを持っている回路と、前記シンク回路に接続され、前
記シンク回路の電流をミラーする回路であって、前記入
力増幅器段の出力によって制御される前記ミラー（ｍｉ
ｒｒｏｒｉｎｇ）回路と、前記ミラー回路と前記供給回
路に電流を供給するため接続された電流源と、前記ミラ
ー回路に接続され、前記ミラー回路の所定の下限電圧を
確定して、シンク動作中に、前記ミラー回路が前記シン
ク回路を妨害することを防止する電圧クランプ回路と、
前記入力増幅器段の第１の所定の出力に応答して、前記
シンク回路が外部負荷から電流をシンクする場合、前記
供給回路ではなく前記電流源から電流を引き出す前記ミ
ラー回路と、前記入力増幅器段の第２の所定の出力に応
答して、前記供給回路が外部負荷に電流を供給するよう
に、前記電流源に前記供給回路に対して電流を供給させ
る前記ミラー回路と、を含むことを特徴とする出力段。

【００３８】（２）第１項記載の出力段であって、前記
シンク回路および前記供給回路は、それぞれ第１と第２
のＮＰＮ接合バイポーラトランジスタを含んでいること
を特徴とする出力段。

【００３９】（３）第１項記載の出力段であって、前記
供給回路は、ダーリントンペアを形成するように接続さ
れた第１と第２のＮＰＮ接合バイポーラトランジスタを
含んでいることを特徴とする出力段。

【００４０】（４）第１項記載の出力段であって、前記
共通ノードと前記ミラー回路との間に接続され、シンク
動作中に、前記シンク回路から前記ミラー回路に電流の
流れを変えるダイオードをさらに含むことを特徴とする
出力段。

【００４１】（５）第１項記載の出力段であって、前記
ミラー回路は、エミッターと大地電位との間に接続され
た抵抗器を備えたＮＰＮ接合バイポーラトランジスタを
含み、前記抵抗器は、前記出力段がシンク動作を実行す
るのに伴って、前記ミラー回路を通る電流が増加する速
度を制御することを特徴とする出力段。

【００４２】（６）第１項記載の出力段であって、前記
共通ノードと前記ミラー回路との間に接続され、シンク
動作中に、前記シンク回路から前記ミラー回路に電流の
流れを変えるダイオードを含むことを特徴とする出力
段。

【００４３】（７）第１項記載の出力段であって、前記
ミラー回路はＮＰＮ接合バイポーラトランジスタを含
み、前記共通ノードと前記ミラー回路との間に接続さ
れ、シンク動作中に、前記シンク回路から前記ミラー回
路に電流の流れを変えるダイオードと、前記ミラー回路
の前記トランジスタのエミッターと大地電位との間に接
続された抵抗器であって、前記ミラー回路を通る電流が
増加する速度を制御する前記抵抗器と、をさらに含むこ
とを特徴とする出力段。

【００４４】（８）第１項記載の出力段であって、前記
電圧クランプ回路は、電流源と大地との間に直列に接続
された第１と第２のダイオードと、前記電流源の出力に
接続されたベースと、前記ミラー回路に接続されたエミ
ッターとを備えたＮＰＮ接合バイポーラトランジスタ
と、を含んでいることを特徴とする出力段。

【００４５】（９）第１項記載の出力段であって、前記
電圧クランプ回路は、電流源と大地との間に直列に接続
された第１、第２、第３のダイオードと、前記電流源の
出力に接続されたベースと、前記ミラー回路に接続され
たエミッターとを備えたＮＰＮ接合バイポーラトランジ
スタのダーリントンペアと、を含んでいることを特徴と
する出力段。

【００４６】（１０）第１項記載の出力段であって、前
記ミラー回路は、ダーリントンペアを形成するように接
続されたＮＰＮ接合バイポーラトランジスタを含んでい
ることを特徴とする出力段。

【００４７】（１１）第１項記載の出力段であって、前
記供給回路および前記シンク回路に電力を供給する第１
の電圧源と、前記第１の電圧源とは異なる第２の電圧源
であって、出力段の出力電圧スイングが前記第１の電圧
源の電圧にほぼ等しいように、前記電流源と前記ミラー
回路とに電力を供給する第２の電圧源と、をさらに含む
ことを特徴とする出力段。

【００４８】（１２）出力を備えた入力増幅器段と、外
部負荷に電流を供給する第１の接合形バイポーラトラン
ジスタと、外部負荷から電流をシンクする第２の接合形
バイポーラトランジスタであって、共通ノードを形成す
るように前記第１のトランジスタのエミッターが、第２
のトランジスタのコレクタに接続されている前記第２の
接合形バイポーラトランジスタと、シンク動作中に、前
記第２のトランジスタの電流が第３のトランジスタの電
流をほぼミラーするように、前記第２のトランジスタの
ベースに接続されたベースを有する前記第３の接合形バ
イポーラトランジスタと、前記第１のトランジスタのベ
ースと前記第３のトランジスタのコレクタとに接続され
た電流源と、前記第３のバイポーラトランジスタに接続
され、前記第３のバイポーラトランジスタの所定の下限
電圧を確定し、シンク動作中に、前記第３のバイポーラ
トランジスタが前記シンク回路を妨害することを防止す
る電圧クランプ回路と、前記増幅器段の第１の所定の出
力に応答して、前記第２のトランジスタが外部負荷から
電流をシンクする場合、前記第１のトランジスタではな
く前記電流源から電流を引き出す前記第３のトランジス
タと、前記増幅器段の第２の所定の出力に応答して、前
記第１のトランジスタが外部負荷に電流を供給するよう
に、前記電流源に前記第１のトランジスタに対して電流
を供給させる前記第３のトランジスタと、を含むことを
含むことを特徴とする増幅器回路。

【００４９】（１３）第１２項記載の増幅器回路であっ
て、前記共通出力ノードと前記第３のトランジスタの前
記コレクタとの間に接続され、シンク動作中に、前記第
２のトランジスタから第３のトランジスタに電流の流れ
を変えるダイオードをさらに含むことを含むことを特徴
とする増幅器回路。

【００５０】（１４）第１２項記載の増幅器回路であっ
て、前記共通ノードと前記第３のトランジスタとの間に
接続され、シンク動作中に、前記第２のトランジスタか
ら前記第３のトランジスタに電流の流れを変えるダイオ
ードと、前記第３のトランジスタと大地電位との間に接
続された抵抗器であって、前記第３のトランジスタを流
れる電流が増加する速度を制御する前記抵抗器と、をさ
らに含むことを特徴とする増幅器回路。

【００５１】（１５）第１２項記載の増幅器回路であっ
て、前記電圧クランプ回路は、電流源と大地電位との間
に直列に接続された第１と第２のダイオードと、前記電
流源の出力に接続されたベースと、前記第３のトランジ
スタの前記コレクタとに接続されたエミッターとを備え
たＮＰＮ接合バイポーラトランジスタと、を含んでいる
ことを特徴とする増幅器回路。

【００５２】（１６）第１２項記載の増幅器回路であっ
て、前記第１と第３のトランジスタはそれぞれダーリン
トンペアを構成すること特徴とする増幅器回路。

【００５３】（１７）第１２項記載の増幅器回路であっ
て、前記第１と第２のトランジスタに電力を供給する第
１の電圧源と、前記第１の電圧源と異なる第２の電圧源
であって、増幅器回路の出力電圧スイングが前記第１の
電圧源の電圧にほぼ等しくなるように、前記電流源と前
記第３のトランジスタとに電力を供給する第２の電圧源
と、をさらに含むことを特徴とする増幅器回路。

【００５４】（１８）第１２項記載の増幅器回路であっ
て、前記共通出力ノードと前記第３のトランジスタの前
記コレクタとの間に接続され、シンク動作中に、前記第
２のトランジスタから前記第３のトランジスタに電流の
流れを変えるダイオードをさらに含むことを含むことを
特徴とする増幅器回路。

【００５５】（１９）共通出力ノードと接続された供給
回路とシンク回路とを備えた増幅器回路の出力電流を制
御する方法であって、増幅器に対する入力に応答して、
増幅器回路の増幅器段に制御出力信号を発生させるステ
ップと、シンク回路の電流をミラーするミラー回路に制
御信号を供給するステップと、電圧をクランプして、ミ
ラー回路のトランジスタのコレクタの電圧を確定するス
テップと、第１の所定の制御信号に応答して、増幅器が
外部負荷から電流をシンクするように、ミラー回路に対
する電流源ではなく増幅器回路の電流源から、電流を引
き出すステップと、第２の所定の制御信号に応答して、
増幅器が外部負荷に電流を供給するように、電流源から
供給回路に電流を供給するステップと、を含むことを特
徴とする方法。

【００５６】（２０） 第１９項記載の方法であって、
出力ノードとミラー回路との間に接続されたダイオード
により、シンク動作中に、シンク回路からミラー回路に
電流の流れを変えるステップと、シンク動作中に、トラ
ンジスタが飽和せずかつシンク回路から電流の流れを変
えるように、トランジスタのエミッターに接続された抵
抗器によりミラー回路のトランジスタの大電流範囲を制
限するステップと、をさらに含むことを特徴とする方
法。

【００５７】（２１）増幅器回路１０を提供する。増幅
器１０には、出力段１８に接続された増幅器段１４が含
まれている。出力段１８は、供給回路２０とシンク回路
２２とを含んでいる。シンク回路２２の電流はミラー回
路３４の低電流でほぼミラーされる。比較的大電流の場
合、抵抗器３６は、ミラー回路３４の電流をシンク回路
２２の電流以下に維持する。ダイオード３８は電流の流
れをミラー回路３４に変えて、負荷１２から電流をシン
クするシンク回路２２を支援する。電流源２９は供給回
路２０とミラー回路３４とに電流を供給する。増幅器段
１４が出力する制御信号によって、ミラー回路３４は電
流源２９から電流を引き出したり引き出さなかったりす
る。ミラー回路３４が電流源２９から電流を引き出す
と、出力段１８はシンク回路２２の電流をシンクする。
ミラー回路３４が電流源２９から電流を引き出さない
と、出力段１８は供給回路２０を介して電流を供給す
る。

【００５８】

【関連出願に対する相互参照】本願は、共通譲渡され継
続中の下記出願、即ち、弁理士控え番号、ＴＩ−１９８
２８、シリアル番号第０８／３４９，２３４号、１９９
４年１２月５日出願の「高利得の周波数補正電流出力回
路（ＦＥＱＵＥＮＣＹ ＣＯＭＰＥＮＳＡＴＥＤ ＣＵ
ＲＲＥＮＴ ＯＵＴＰＵＴ ＣＩＲＣＵＩＴ ＷＩＴＨ
ＩＮＣＲＥＡＳＥＤ ＧＡＩＮ）」および弁理士控え
番号、ＴＩ−２０００９、シリアル番号第０８／３４
９，０９５号、１９９４年１２月１日出願の「増幅器回
路とその方法（ＡＭＰＬＩＦＩＥＲ ＣＩＲＣＵＩＴ
ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ）」に関連している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の教示に従って作られた増幅器回路の実
施例を示す模式図。

【図２】本発明の教示に従って作られた増幅器回路の別
の実施例を示す模式図。

【符号の説明】

１０ 増幅器 １２ 負荷 １４ 増幅器段 １６ 入力端子 １８ 出力段 ２０、２２、３４、４２ トランジスタ ２４ 出力ノード ２９、４４ 電流源 ２８、３０ 電源レール ３２、４６ ノード ３６ 抵抗器 ３８、４８、５０ ダイオード ４０ 電圧クランプ回路 １１０ 増幅器 １１２ 負荷 １１４ 増幅器段 １１６、１１８ 入力トランジスタ １２０ 電流源（電流ミラ
ー） １２２ ＰＭＯＳトランジス
タ １２４、１４６ 電源レール １２６ 出力トランジスタ １３０ 出力段 １３２ 供給回路 １３４、１３６、１３８、１４２、１５０、１５２、１
５８、１６６、１６８ＮＰＮ接合バイポーラトランジス
タ １２８、１６２、１７２ ノード １４０、１５４、１５６、１７０ 抵抗器 １４４ 出力ノード １４８ ミラー回路 １６０ ダイオード １６４ 電圧クランプ回路 １７４、１７６、１７８ ダイオード接続され
たトランジスタ １８０、１８２、１８４ コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルコ コルシ アメリカ合衆国テキサス州ダラス，ウエス トグロウブドライブ 4820，アパートメン ト ナンバー 2605

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力増幅器段を備えた増幅器回路の出力段
   であって、 外部負荷に出力電流を供給する回路と、 前記供給回路に接続され、外部負荷から電流をシンクす
   る回路であって、前記供給回路およびシンク回路が共通
   の出力ノードを持っている回路と、 前記シンク回路に接続され、前記シンク回路の電流をミ
   ラーする回路であって、前記入力増幅器段の出力によっ
   て制御される前記ミラー（ｍｉｒｒｏｒｉｎｇ）回路
   と、 前記ミラー回路と前記供給回路に電流を供給するため接
   続された電流源と、 前記ミラー回路に接続され、前記ミラー回路の所定の下
   限電圧を確定して、シンク動作中に、前記ミラー回路が
   前記シンク回路を妨害することを防止する電圧クランプ
   回路と、 前記入力増幅器段の第１の所定の出力に応答して、前記
   シンク回路が外部負荷から電流をシンクする場合、前記
   供給回路ではなく前記電流源から電流を引き出す前記ミ
   ラー回路と、 前記入力増幅器段の第２の所定の出力に応答して、前記
   供給回路が外部負荷に電流を供給するように、前記電流
   源に前記供給回路に対して電流を供給させる前記ミラー
   回路と、を含むことを特徴とする出力段。
2. 【請求項２】出力を備えた入力増幅器段と、 外部負荷に電流を供給する第１の接合形バイポーラトラ
   ンジスタと、 外部負荷から電流をシンクする第２の接合形バイポーラ
   トランジスタであって、共通ノードを形成するように前
   記第１のトランジスタのエミッターが、第２のトランジ
   スタのコレクタに接続されている前記第２の接合形バイ
   ポーラトランジスタと、 シンク動作中に、前記第２のトランジスタの電流が第３
   のトランジスタの電流をほぼミラーするように、前記第
   ２のトランジスタのベースに接続されたベースを有する
   前記第３の接合形バイポーラトランジスタと、 前記第１のトランジスタのベースと前記第３のトランジ
   スタのコレクタとに接続された電流源と、 前記第３のバイポーラトランジスタに接続され、前記第
   ３のバイポーラトランジスタの所定の下限電圧を確定
   し、シンク動作中に、前記第３のバイポーラトランジス
   タが前記シンク回路を妨害することを防止する電圧クラ
   ンプ回路と、 前記増幅器段の第１の所定の出力に応答して、前記第２
   のトランジスタが外部負荷から電流をシンクする場合、
   前記第１のトランジスタではなく前記電流源から電流を
   引き出す前記第３のトランジスタと、 前記増幅器段の第２の所定の出力に応答して、前記第１
   のトランジスタが外部負荷に電流を供給するように、前
   記電流源に前記第１のトランジスタに対して電流を供給
   させる前記第３のトランジスタと、を含むことを含むこ
   とを特徴とする増幅器回路。
3. 【請求項３】共通出力ノードと接続された供給回路とシ
   ンク回路とを備えた増幅器回路の出力電流を制御する方
   法であって、 増幅器に対する入力に応答して、増幅器回路の増幅器段
   に制御出力信号を発生させるステップと、 シンク回路の電流をミラーするミラー回路に制御信号を
   供給するステップと、 電圧をクランプして、ミラー回路のトランジスタのコレ
   クタの電圧を確定するステップと、 第１の所定の制御信号に応答して、増幅器が外部負荷か
   ら電流をシンクするように、ミラー回路に対する電流源
   ではなく増幅器回路の電流源から、電流を引き出すステ
   ップと、 第２の所定の制御信号に応答して、増幅器が外部負荷に
   電流を供給するように、電流源から供給回路に電流を供
   給するステップと、を含むことを特徴とする方法。