JPH0837430A - 演算増幅器 - Google Patents

演算増幅器

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JPH0837430A
JPH0837430A JP6170606A JP17060694A JPH0837430A JP H0837430 A JPH0837430 A JP H0837430A JP 6170606 A JP6170606 A JP 6170606A JP 17060694 A JP17060694 A JP 17060694A JP H0837430 A JPH0837430 A JP H0837430A
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JP
Japan
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terminal
input section
current
operational amplifier
offset
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JP6170606A
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English (en)
Inventor
Hiroyoshi Honda
博敬 本田
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】演算増幅器のオフセット調整にあたり、調整用
の端子数を削減し且つ調整後の温度変化に対ししてもオ
フセット値の変動を小さくすることにある。 【構成】入力端子T2,T3からの信号を差動増幅する
ための差動入力部1と、この差動入力部1の負荷抵抗R
2に定電流IO を供給する電流源回路2と、一つのオフ
セット調整用端子T6と、このオフセット調整用端子T
6および電源端子T1,T4間に接続される外付け可変
抵抗4もしくは外部安定化電源とを備えている。定電流
O は、端子T6に印加する電圧により調整するととも
に、差動入力部1の出力Aからみたオフセットが零にな
るように、外部から端子T6に温度変化による変動がな
い電圧を与える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は演算増幅器に関し、特に
オフセット調整機能を備えた演算増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、かかる演算増幅器は入力部に初段
差動入力部を有するが、この差動入力部に発生するオフ
セット電圧を調整することが精度の良い増幅器を実現す
る上で重要となっている。例えば、特開平3−2271
05号公報でもオフセット対策を施した演算増幅器が開
示されており、以下主な回路を取り上て説明する。
【0003】図5は従来の一例を示す演算増幅器の回路
図である。図5に示すように、従来の演算増幅器は、V
CCなどの最高電位端子T1と接地電位などの最低電位
端子T4間に接続された初段差動入力部1を備え、入力
端子T2,T3からの二入力の電位差を差動増幅して出
力端子Aに出力する。この初段差動入力部1はトランジ
スタQ1〜Q4と抵抗R1,R2と定電流源3とから構
成され、具体的にはトランジスタQ1,Q2が差動回路
を形成し、これらトランジスタQ1,Q2のコレクタに
カレントミラー回路を形成するトランジスタQ3,Q4
が負荷として接続される。また、初段差動入力部1のゲ
インはトランジスタQ2の抵抗比RL /RE で決まるた
め、トランジスタQ2の負荷をカレントミラー回路のコ
レクタ抵抗にすることにより、RL がハイインピーダン
スとなり、ゲインを大きくすることができる。なお、R
E は出力端子Aが無負荷時のトランジスタQ2のエミッ
タ抵抗であり、RL は同様にトランジスタQ2,Q4の
合成コレクタ抵抗である。このため、入力端子T2,T
3に電位差を与えると、出力端子Aには、電位差のゲイ
ン倍が出力される。
【0004】しかるに、理想演算増幅器であれば、入力
のの差電圧を零(0)とすると、出力も零である。しか
しながら、現実の演算増幅器はオフセットを持っている
ため、入力を零としても出力が零とはならない。このオ
フセットは主としてトランジスタQ1,Q2およびトラ
ンジスタQ3,Q4におけるベース・エミッタ間電圧V
BEの相対誤差が原因となっている。すなわち、トランジ
スタQ1とQ2、トランジスタQ3とQ4は、それぞれ
大きさが同じサイズのトランジスタであるため、入力端
子T2,T3に同じ電圧を与えると、トランジスタQ
1,Q2に同じVBEを与えることになり、そのときのコ
レクタ電流IC は、次の式で表わされる。
【0005】IC ≒IS exp(q・VBE/kT) このため、理論的には、トランジスタQ1〜Q4の各コ
レクタ電流は等しくなり、出力端子Aに出力される電流
は零となる。しかし実際のトランジスタQ1とQ2、ト
ランジスタQ3とQ4には、製造上VBEの相対誤差があ
り、同じVBEを与えても、同じコレクタ電流とはなら
ず、トランジスタQ2のコレクタ電流とトランジスタQ
4のコレクタ電流とに差が生じる。従って、出力を零と
する(トランジスタQ2,Q4のコレクタ電流を等しく
する)ためには、入力端子T2,T3に微少の電圧差が
必要となり、これをオフセット電圧と称している。かか
るオフセット電圧があると増幅器としての精度が悪くな
るので、高精度の演算増幅器を実現するためには、オフ
セット電圧が零になるように調整する必要がある。
【0006】図5においては、かかるオフセット調整の
ために、初段差動入力部1に接続されるオフセット調整
用端子T7,T8および最低電位端子T4間に外付け可
変抵抗4を設けている。この外付け可変抵抗4を調整し
てトランジスタQ3,Q4のエミッタ抵抗を等価的に変
化させ、トランジスタQ3,Q4のコレクタ電流を変化
させることにより、オフセットの調整を行うことができ
る。
【0007】上述した演算増幅器は、ICに組込む場
合、内部抵抗R1,R2と外部の可変抵抗4とによりオ
フセットを調整しているため、温度変化があると、抵抗
の温度特性の違いによりトランジスタQ3,Q4のコレ
クタ電流のバランスが崩れ、オフセットが増大したり、
ICのオフセット調整用外部端子を2つ必要とする問題
がある。これらの問題を解決しようとして、上述の文献
には、以下のような別の演算増幅器におけるオフセット
調整回路が提案されている。
【0008】図6は従来の他の例を示す演算増幅器の回
路図である。図6に示すように、かかる演算増幅器にお
けるオフセット調整回路は、前述した図5の従来例と同
様、初段差動入力部1と外付け可変抵抗4を設ける他
に、トランジスタQ3,Q4のエミッタ抵抗R1,R2
に常時電流を供給する電流源回路を用いたものである。
この電流源回路はトランジスタQ13〜Q22と、抵抗
R7〜R12と、定電流源8と、基準電源Eおよびコン
デンサCとにより構成され、外付け可変抵抗4の1つの
端子をコンデンサCを接続した端子T8を兼用したこと
に特徴がある。
【0009】この演算増幅器のオフセット調整回路にお
いては、抵抗R1,R2に常時供給する電流の一方の電
流を可変にすることにより、トランジスタQ3,Q4の
コレクタ電流を変化させ、オフセット電圧を調整するも
のである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の演算増
幅器は、図5および図6の従来例とも、オフセット調整
用の端子としてT7,T8の2端子を必要とし、ICの
小型化,高集積化を行うときには、端子数の削減で問題
になる。ここで、特に後者の例についてみると、オフセ
ット調整用の2つの端子のうち、1つをコンデンサCが
接続される端子と共有することにより、端子の有効利用
を図っているが、実質的には2つの外部端子が必要であ
り、ICの外部端子数を削減していないことでは、前者
の例と同様である。
【0011】また、従来の演算増幅器、特にオフセット
調整回路においては、IC内部の抵抗と、外付けの可変
抵抗とにより、最終的にカレントミラー回路を形成する
トランジスタのコレクタ電流を変化させているが、これ
らのIC内部抵抗と、外付け抵抗とでは、抵抗の温度特
性が異っている。そのため、温度が変化すると、並列抵
抗の値が変化してしまい、上述したトランジスタのコレ
クタ電流も変化してしまう。要するに、或る温度条件に
おいて、オフセットが零となるように可変抵抗の値を調
整しても、その後の温度変化によりトランジスタ(Q
4)のコレクタ電流が変動し、再びオフセットが生じて
しまうという問題がある。
【0012】本発明の目的は、かかるオフセットの調整
にあたり、必要とする外部端子数の削減と、オフセット
調整後に温度変化が起きてもオフセット値の変動が少な
い演算増幅器を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の演算増幅器は、
入力端子からの信号を差動増幅するための差動トランジ
スタおよび前記差動トランジスタのコレクタにカレント
ミラー回路を介してそれぞれ接続される負荷を備えた差
動入力部と、前記差動入力部と共通の電源間および一つ
のオフセット調整端子に接続され前記負荷の少なくとも
一方に電流を供給する電流源回路とを有し、前記一つの
オフセット調整端子に印加される外部可変電圧に応じて
前記差動入力部の前記負荷に供給される電流を可変にす
るようにして構成される。
【0014】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の概要を説明するための演算
増幅器の構成図である。図1に示すように、本発明の演
算増幅器は、その主要部を形成する初段差動入力部1
と、この差動入力部1の負荷抵抗R2に定電流IO を供
給する電流源回路2とを含んでいる。ここで、初段差動
入力部1は、前述した図5あるいは図6の従来例と同
様、入力端子T2,T3からの信号を差動増幅するトラ
ンジスタQ1,Q2と、カレントミラーを形成するトラ
ンジスタQ3,Q4と、エミッタ抵抗である負荷抵抗R
1,R2と、定電流源3とから構成される。本発明は外
部端子としてのオフセット調整端子T6を1端子備え、
差動入力部1の負荷抵抗R2に定電流IO を供給する電
流源回路2を設けることにある。
【0015】すなわち、差動入力部1におけるトランジ
スタQ4のエミッタ抵抗R2と電流源回路2の出力は接
続されており、オフセット調整端子T6の電圧に応じた
電流IO が電流源回路2から抵抗R2に供給される。従
って、オフセット調整端子T6の電圧を変化させて電流
O を変化させることにより、トランジスタQ4のエミ
ッタ電位を変化させる。これにより、トランジスタQ
3,Q4のコレクタ電流を変化させられるので、オフセ
ットの調整を行うことができる。
【0016】尚、これらの差動入力部1および電流源回
路2を備えた演算増幅器は、ICの内部に作り込まれ、
端子T1,T2,T3,T4およびT6はICの外部端
子である。また、差動入力部1の出力端子Aはそのまま
外部に取り出してもよい。
【0017】図2は本発明の一実施例を示す演算増幅器
の回路図である。図2に示すように、この演算増幅器の
電流源回路2は、最高位電源端子T1と最低位電源端子
T4間に接続される外付け可変抵抗4を設け、この抵抗
値をオフセット調整用端子T6を介して変化させる。こ
のため、定電流IO は端子T6に印加する電圧により調
整することができる。また、外部から端子T6に与える
電圧は、差動入力部1の出力Aからみたオフセットが零
になるような温度変化による変動がない電圧を与える。
【0018】かかる電流源回路2は、定電流源5と、差
動回路を形成するトランジスタQ5,Q6と、カレント
ミラー回路を形成するトランジスタQ7〜Q12と、負
荷抵抗R5,R6とで構成され、差動入力部1における
トランジスタQ4のエミッタに定電流IO を供給する。
この電流源回路2の各電流は、次の関係式が成り立って
いる。
【0019】I1 =I32 =I4 =I5O =I3 −I5 これらの式より、IO =I1 −I2 が成り立つ。
【0020】従って、節点Bと節点Cの差電圧が変化す
ることにより、I1 とI2 の電流比が変化し、その結果
電流IO を変えることができる。節点Bと節点Cの電位
が等しい場合は、電流IO が0(零)となるので、トラ
ンジスタQ3,Q4のコレクタ電流は変化しない。ま
た、節点Cの電位が節点Bの電位よりも高い場合は、電
流IO がトランジスタQ4のエミッタから電流を引っ張
る方向の電流となるので、トランジスタQ4のコレクタ
電流は増加する。さらに、節点Cの電位が節点Bの電位
よりも低い場合は、電流IO がトランジスタQ4のエミ
ッタに電流を流し込む方向の電流となるので、その結果
トランジスタQ4のコレクタ電流は減少する。
【0021】また、節点Bの電位はICの内部抵抗R
3,R4による電源電圧(VCC)の抵抗分割により与
えており、一方節点Cの電位は外付け抵抗4によるVC
Cの抵抗分割により与えているため、抵抗の温度特性に
より、温度変化による抵抗の絶対値に変動があっても、
抵抗の相対比は変動しない。従って、節点B,Cの電位
は共に温度変化による変動を起こさないので、電流IO
の値は一定となり、温度変化によるオフセットの発生を
防止することができる。
【0022】図3は図2に示す電流源回路のオフセット
調整端子に関連する電圧・電流特性図である。図3に示
すように、この電圧・電流特性では、〔端子T6ど電圧
−節点Bの電圧〕を横軸にとり、そのときの電流IO
縦軸にとっている。すなわち、節点Bの電位との差電圧
を端子T6に印加し調整することにより、電流IO の値
を調整することができる。このように、電流IO を調整
することにより、トランジスタQ4のエミッタ電位が変
化し、トランジスタQ4のコレクタ電流を調節すること
ができる。しかるに、オフセットは入力端子T2,T3
を同電位にしたときのトランジスタQ2,Q4のコレク
タ電流のアンバランスによるものであるので、オフセッ
ト調整端子T6に与える電圧を調整し、トランジスタQ
4のコレクタ電流をトランジスタQ2のコレクタ電流と
等しくしてやれば、オフセットの調整を行うことができ
る。
【0023】上述した実施例によれば、温度変化による
オフセットの変動を受けることなく、外部端子1つで高
精度のオフセット調整を行うことができる。その際、外
付け可変抵抗4による抵抗分割によってオフセット調整
端子T6に調整可能な電圧を与えているが、外部から調
整可能な定電圧を与える手段であれば、他の手段でも構
わない。同様に、節点Bの電位はIC内部の抵抗分割に
より与えているが、かかる電圧印加に限らず、温度変化
があっても変動しない定電圧を印加できる手段であれば
よい。また、電流源回路2におけるトランジスタQ5,
Q6のエミッタに接続される抵抗R5,R6は、オフセ
ット調整端子T6に与える調整電圧の電圧範囲を広く取
るために接続している抵抗であり、省略することもでき
る。
【0024】図4は本発明の他の実施例を示す演算増幅
器の回路図である。図4に示すように、本実施例は前述
した一実施例における外付け可変抵抗4に代えて、端子
T6と端子T4間に外部安定化電源6を接続し、しかも
節点Bの電位としてバンドギャップレギュレータ7をト
ランジスタQ5のベースに接続したことにある。すなわ
ち、電流源回路2にバンドギャップレギュレータ7と調
整可能な外部安定化電源6を接続し、それぞれの電圧を
供給しても、同様に電流IO を調整することができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の演算増幅
器は、差動入力部に接続する電流源回路へ外付け可変抵
抗もしくは外部安定化電源を接続し、外部から電圧を印
加することにより、1端子の追加のみでオフセット調整
を実現することができるという効果がある。
【0026】また、本発明はオフセット調整用の端子に
印加する電圧を抵抗分割等の温度変化による変動が小さ
い電圧源より与えることにより、オフセット調整後に温
度変化が起きてもオフセット値の変動が少ないという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概要を説明するための演算増幅器の構
成図である。
【図2】本発明の一実施例を示す演算増幅器の回路図で
ある。
【図3】図2に示す電流源回路のオフセット調整端子に
関連する電圧・電流特性図である。
【図4】本発明の他の実施例を示す演算増幅器の回路図
である。
【図5】従来の一例を示す演算増幅器の回路図である。
【図6】従来の他の例を示す演算増幅器の回路図であ
る。
【符号の説明】
1 初段差動入力部 2 電流源回路 3,5 定電流源 4 外付け可変抵抗 6 外部安定化電源 7 バンドギャップレギュレータ T1 最高電位端子 T2,T3 入力端子 T4 最低電位端子 T6 オフセット調整用端子 A 初段差動出力端子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力端子からの信号を差動増幅するため
    の差動トランジスタおよび前記差動トランジスタのコレ
    クタにカレントミラー回路を介してそれぞれ接続される
    負荷を備えた差動入力部と、前記差動入力部と共通の電
    源間および一つのオフセット調整端子に接続され前記負
    荷の少なくとも一方に電流を供給する電流源回路とを有
    し、前記一つのオフセット調整端子に印加される外部可
    変電圧に応じて前記差動入力部の前記負荷に供給される
    電流を可変にすることを特徴とする演算増幅器。
  2. 【請求項2】 前記オフセット調整端子は、外付け可変
    抵抗の可動端子に接続され且つ前記外付け可変抵抗の両
    端を前記差動入力部と前記電流源回路が接続される前記
    共通の電源間に接続した請求項1記載の演算増幅器。
  3. 【請求項3】 前記オフセット調整端子は、電圧を可変
    できる外部安定化電源に接続される請求項1記載の演算
    増幅器。
  4. 【請求項4】 入力端子からの信号を差動増幅するため
    の差動トランジスタおよび前記差動トランジスタのコレ
    クタにカレントミラー回路を介してそれぞれ接続される
    負荷を備えた差動入力部と、前記差動入力部と共通の電
    源間に接続される電流源回路と、前記電源間に接続され
    る外付け可変抵抗と、前記電流源回路に所定の外部可変
    電圧を供給する一つのオフセット調整端子とを有し、前
    記外部可変電圧に応じて前記差動入力部の前記負荷に供
    給される電流を可変にすることを特徴とする演算増幅
    器。
  5. 【請求項5】 入力端子からの信号を差動増幅するため
    の差動トランジスタおよび前記差動トランジスタのコレ
    クタにカレントミラー回路を介してそれぞれ接続される
    負荷を備えた差動入力部と、前記差動入力部と共通の電
    源間に接続される電流源回路と、前記電流源回路に所定
    の外部可変電圧を供給する一つのオフセット調整端子
    と、前記オフセット調整端子に接続される外付け安定化
    電源とを有し、前記外部可変電圧に応じて前記差動入力
    部の前記負荷に供給される電流を可変にすることを特徴
    とする演算増幅器。
JP6170606A 1994-07-22 1994-07-22 演算増幅器 Pending JPH0837430A (ja)

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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19970909