JPH09181542A - Differential amplifier circuit - Google Patents

Differential amplifier circuit

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JPH09181542A
JPH09181542A JP34149495A JP34149495A JPH09181542A JP H09181542 A JPH09181542 A JP H09181542A JP 34149495 A JP34149495 A JP 34149495A JP 34149495 A JP34149495 A JP 34149495A JP H09181542 A JPH09181542 A JP H09181542A
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differential amplifier
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the gain of a differential amplifier circuit from being changed even when output potential is changed by an input signal by controlling an output from a control means by 1st and 2nd input signals and changing the resistance value of a 1st emitter resistor by the output of the control means. SOLUTION: A resistor bias voltage control circuit 62 can change voltage applied to the N type epitaxial layer of an emitter resistor 54 in accordance with output voltage. Thereby the widening of a depletion layer in the resistor 54 which is fixed in conventional technology is changed. The rate of a change in a resistance value due to the widening of a depletion layer in a load resistor 58 can be set up to the same rate as the rate of a change in the resistance value of the emitter resistor 54. Thereby the gain of the differential amplifier circuit 51 can be fixed without depending upon output voltage. Since the thickness of an air layer formed on a P type semiconductor layer is changed by potential applied to an N type semiconductor layer, the resistance value can be changed in accordance with an input signal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、モノシリック集積
回路に用いられる差動増幅回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a differential amplifier circuit used in a monolithic integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は、典型的な従来例である差動増幅
回路1の回路図である。差動増幅回路1は、NPNトラ
ンジスタ2,3と、エミッタ抵抗4と、電流源5,6
と、電流制御回路7と、負荷抵抗8とを含んで構成され
る。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a circuit diagram of a differential amplifier circuit 1 which is a typical conventional example. The differential amplifier circuit 1 includes NPN transistors 2 and 3, an emitter resistor 4, current sources 5 and 6.
And a current control circuit 7 and a load resistor 8.

【0003】トランジスタ2のベースBには、入力端子
9から電圧V1が与えられ、コレクタCには電源電圧V
ccが与えられる。トランジスタ2のエミッタEは、電
流源5を介して接地される。トランジスタ3のベースB
には、入力端子10から電圧V2が与えられ、コレクタ
Cには電流制御回路7、出力端子11、および負荷抵抗
8を介して電源電圧Vccが与えられる。トランジスタ
3のエミッタEは、電流源6を介して接地される。エミ
ッタ抵抗4の一方端はトランジスタ2のエミッタEに接
続され、他方端はトランジスタ3のエミッタEに接続さ
れる。
A voltage V1 is applied to the base B of the transistor 2 from the input terminal 9, and a power supply voltage V is applied to the collector C.
cc is given. The emitter E of the transistor 2 is grounded via the current source 5. Base B of transistor 3
Is supplied with the voltage V2 from the input terminal 10, and the collector C is supplied with the power supply voltage Vcc through the current control circuit 7, the output terminal 11, and the load resistor 8. The emitter E of the transistor 3 is grounded via the current source 6. One end of the emitter resistor 4 is connected to the emitter E of the transistor 2 and the other end is connected to the emitter E of the transistor 3.

【0004】差動増幅回路1は、トランジスタ2,3の
エミッタE間に設けられるエミッタ抵抗4によって、入
力端子9,10から入力される入力電圧V1,V2の差
によって生じる電圧を電流に変換している。この変換さ
れた電流は、電流制御回路7を通り負荷抵抗8に流れ、
出力端子11から出力電圧Voとして出力される。エミ
ッタ抵抗4の抵抗値をr、負荷抵抗8の抵抗値をRとす
る。また、電流制御回路7は、流れ込む電流をK(0<
K)倍に増幅する。
The differential amplifier circuit 1 converts the voltage generated by the difference between the input voltages V1 and V2 input from the input terminals 9 and 10 into a current by the emitter resistor 4 provided between the emitters E of the transistors 2 and 3. ing. This converted current flows through the current control circuit 7 to the load resistor 8,
The output voltage Vo is output from the output terminal 11. The resistance value of the emitter resistor 4 is r, and the resistance value of the load resistor 8 is R. Further, the current control circuit 7 controls the current flowing in by K (0 <
K) Amplify twice.

【0005】トランジスタ2,3におけるベース電流を
無視し、各トランジスタ2,3でベース−エミッタ間電
圧は一定と考え、差動増幅回路1の動作を具体的に説明
する。電流源5,6から供給される電流値をI、エミッ
タ抵抗4に流れる電流値をI1とする。また、電圧Vb
e1はトランジスタ2のベース−エミッタ間の電圧であ
り、電圧Vbe2はトランジスタ3のベース−エミッタ
間の電圧であるとすると、 I1 ={(V1−Vbe1)−(V2−Vbe2)}/r =(V1−V2)/r …(1) ゆえに、トランジスタ3のコレクタ電流Ic2は、 Ic2 = I−I1 = I−(V1−V2)/r …(2) 電流制御回路7によってIc2がK倍に増幅されて負荷
抵抗8に流れるとすると、出力電圧Voは Vo = Vcc−R×Ic2×K = Vcc−R×K×I+R×K×(V1−V2)/r …(3) となる。したがって、この差動増幅回路1の利得Aは、 A=R×K/r …(4) となる。
The operation of the differential amplifier circuit 1 will be specifically described by ignoring the base currents of the transistors 2 and 3 and assuming that the base-emitter voltage of each of the transistors 2 and 3 is constant. The current value supplied from the current sources 5 and 6 is I, and the current value flowing through the emitter resistor 4 is I1. Also, the voltage Vb
If e1 is the base-emitter voltage of the transistor 2 and the voltage Vbe2 is the base-emitter voltage of the transistor 3, I1 = {(V1-Vbe1)-(V2-Vbe2)} / r = ( V1−V2) / r (1) Therefore, the collector current Ic2 of the transistor 3 is Ic2 = I−I1 = I− (V1−V2) / r (2) Ic2 is amplified K times by the current control circuit 7. Assuming that the output voltage Vo is applied to the load resistor 8, the output voltage Vo is Vo = Vcc-R * Ic2 * K = Vcc-R * K * I + R * K * (V1-V2) / r (3). Therefore, the gain A of the differential amplifier circuit 1 is A = R × K / r (4)

【0006】また、入力電圧V1,V2が変化した場合
に出力電圧Voが取り得る値は、トランジスタ3に流れ
るコレクタ電流Ic2が変化することができる範囲で決
まる。すなわち、 Ic2 = 0〜2×I …(5) となり、このとき、出力電圧Voは Vo = Vcc〜(Vcc−2×I×R×K) …(6) の範囲で変化する。
The value that the output voltage Vo can take when the input voltages V1 and V2 change is determined within a range in which the collector current Ic2 flowing through the transistor 3 can change. That is, Ic2 = 0 to 2 × I (5), and at this time, the output voltage Vo changes within the range of Vo = Vcc to (Vcc-2 × I × R × K) (6).

【0007】図6は、差動増幅回路1をモノシリック集
積回路で実現した場合の負荷抵抗8の構造を示す断面図
であり、図7はエミッタ抵抗4の構造を示す断面図であ
る。エミッタ抵抗4と負荷抵抗8との構造は同一である
ので、図6を用いて説明を行う。P型半導体基板21上
にN型エピタキシャル層22を形成し、さらにN型エピ
タキシャル層22の上にP型拡散層23を形成する。こ
のP型拡散層23の両端に導電性を有するコンタクト2
4,25を形成し、P型拡散層23を抵抗として用いて
いる。なお、P型半導体基板21とN型エピタキシャル
層22との間には、N+ 型層26が形成されている。ま
た、各コンタクト24,25,27は絶縁層29によっ
て互いに絶縁されている。
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of the load resistor 8 when the differential amplifier circuit 1 is realized by a monolithic integrated circuit, and FIG. 7 is a sectional view showing the structure of the emitter resistor 4. Since the emitter resistor 4 and the load resistor 8 have the same structure, they will be described with reference to FIG. The N-type epitaxial layer 22 is formed on the P-type semiconductor substrate 21, and the P-type diffusion layer 23 is further formed on the N-type epitaxial layer 22. The contacts 2 having conductivity on both ends of the P-type diffusion layer 23.
4, 25 are formed and the P-type diffusion layer 23 is used as a resistor. An N + type layer 26 is formed between the P type semiconductor substrate 21 and the N type epitaxial layer 22. The contacts 24, 25, 27 are insulated from each other by the insulating layer 29.

【0008】P型拡散層23とN型エピタキシャル層2
2との間には、P型拡散層23を流れる電流がN型エピ
タキシャル層22に流れ込まないように、逆バイアス電
圧が印加されている。一般的には、N型エピタキシャル
層22には、コンタクト27およびN+ 型層28を介し
て、差動増幅回路1に与えられる最も高い電圧である電
源電圧Vccが与えられている。
P-type diffusion layer 23 and N-type epitaxial layer 2
A reverse bias voltage is applied between 2 and 2 so that the current flowing through the P type diffusion layer 23 does not flow into the N type epitaxial layer 22. Generally, power supply voltage Vcc, which is the highest voltage applied to differential amplifier circuit 1, is applied to N type epitaxial layer 22 through contact 27 and N + type layer 28.

【0009】前記逆バイアス電圧が印加されることによ
って、P型拡散層23とN型エピタキシャル層22との
間に破線で示す空乏層30が発生する。空乏層30が発
生することによって、P型拡散層23において抵抗とし
て機能する領域(厚み)が変化し、抵抗値が変化する。
このような現象は一般にバックゲート効果と称されてい
る。
By applying the reverse bias voltage, a depletion layer 30 shown by a broken line is generated between the P type diffusion layer 23 and the N type epitaxial layer 22. When the depletion layer 30 is generated, the region (thickness) of the P-type diffusion layer 23 that functions as a resistance changes, and the resistance value changes.
Such a phenomenon is generally called a back gate effect.

【0010】差動増幅回路1の負荷抵抗8では、前述の
ように出力端子11側の電位はVccから(Vcc−2
×I×R×K)まで変化する。出力端子11側の電位が
Vccである場合と、(Vcc−2×I×R×K)であ
る場合とでは、出力電圧Voが大きく異なるため、逆バ
イアス電圧に対するコンタクト24側とコンタクト25
側との電位が一定にならず、空乏層30の広がり方が異
なるようになり、負荷抵抗8の抵抗値が変化することと
なる。
In the load resistor 8 of the differential amplifier circuit 1, the potential on the output terminal 11 side changes from Vcc to (Vcc-2 as described above.
XIxRxK). Since the output voltage Vo is greatly different when the potential on the output terminal 11 side is Vcc and when it is (Vcc-2 × I × R × K), the contact 24 side and the contact 25 with respect to the reverse bias voltage.
The potential on the side is not constant, the depletion layer 30 spreads in a different manner, and the resistance value of the load resistor 8 changes.

【0011】図7に示すように、エミッタ抵抗4の場合
は、エミッタ抵抗4であるP型拡散層23の両端はそれ
ぞれコンタクト31,32を介してトランジスタ2,3
のエミッタEに接続されている。また、N型エピタキシ
ャル層22は、コンタクト33およびN+ 型層28を介
して電源電圧Vccに接続されている。P型拡散層23
とN型エピタキシャル層22との間の逆バイアス電圧は
電圧Vcc−V1+Vbe1、または電圧Vcc−V2
+Vbe2となっている。前記逆バイアス電圧の変化
は、一般的に出力電圧Voの変化に対して充分小さいた
め、空乏層30の広がりはほとんど変化せず一定となっ
ている。
As shown in FIG. 7, in the case of the emitter resistor 4, both ends of the P-type diffusion layer 23, which is the emitter resistor 4, are connected to the transistors 2 and 3 via the contacts 31 and 32, respectively.
Connected to the emitter E of. The N type epitaxial layer 22 is connected to the power supply voltage Vcc via the contact 33 and the N + type layer 28. P-type diffusion layer 23
The reverse bias voltage between the N-type epitaxial layer 22 and the N-type epitaxial layer 22 is the voltage Vcc-V1 + Vbe1 or the voltage Vcc-V2.
It is + Vbe2. Since the change of the reverse bias voltage is generally sufficiently small with respect to the change of the output voltage Vo, the spread of the depletion layer 30 remains almost unchanged.

【0012】上述のように、差動増幅回路1に設けられ
る抵抗としてPN接合によって形成された拡散抵抗を用
いる場合では、差動増幅回路1の利得Aは式(4)から
出力電圧Voが変化すると利得が変化することがわか
る。すなわち、出力電圧Voに関係なく利得Aが一定と
なる差動増幅回路が得られないという本質的な問題があ
る。
As described above, when the diffused resistor formed by the PN junction is used as the resistor provided in the differential amplifier circuit 1, the gain A of the differential amplifier circuit 1 changes the output voltage Vo from the equation (4). Then, it can be seen that the gain changes. That is, there is an essential problem that a differential amplifier circuit having a constant gain A regardless of the output voltage Vo cannot be obtained.

【0013】上述のような差動増幅回路1は、液晶表示
パネルに電圧を印加するドライバなどに用いられる。液
晶表示パネルに表示を行う場合、液晶に、液晶の基準電
圧に対して直流電圧を加えると、液晶が電気分解を起こ
し、液晶の品質が劣化する。これを防ぐため、所定の周
期毎に信号の基準となる電位を切換えて液晶に印加する
電圧の極性を反転させ、交流的に電圧を印加する。この
ように電圧を反転させることにより、非反転時の基準電
位と反転時の基準電位とを液晶の基準電位に対し直流電
圧が加わらないようにすることができるが、差動増幅回
路1の負荷抵抗8におけるバックゲート効果によって、
非反転時と反転時とで利得が異なるため、信号の基準電
位に重畳される信号の振幅が異なり、この信号振幅の差
により液晶に直流電圧が加わることになる。この直流電
圧が少しでもあると液晶の電気分解を引き起こし、液晶
パネルに長時間画像を表示させると、最後には液晶が動
作しなくなる。つまり液晶に加わる直流電圧をいかにゼ
ロにするかにより、液晶の寿命が決まる。
The differential amplifier circuit 1 as described above is used as a driver or the like for applying a voltage to a liquid crystal display panel. When displaying on a liquid crystal display panel, when a direct current voltage is applied to the liquid crystal with respect to a reference voltage of the liquid crystal, the liquid crystal undergoes electrolysis and the quality of the liquid crystal deteriorates. In order to prevent this, the potential serving as the reference of the signal is switched every predetermined period to invert the polarity of the voltage applied to the liquid crystal, and the voltage is applied in an alternating current. By inverting the voltage in this manner, it is possible to prevent the direct current voltage from being applied to the reference potential of the liquid crystal between the reference potential in the non-inversion and the reference potential in the inversion. By the back gate effect in the resistor 8,
Since the gain is different between the non-inversion and the inversion, the amplitude of the signal superimposed on the reference potential of the signal is different, and a DC voltage is applied to the liquid crystal due to the difference in the signal amplitude. If this DC voltage is a little, electrolysis of the liquid crystal is caused, and when an image is displayed on the liquid crystal panel for a long time, the liquid crystal finally stops working. In other words, the life of the liquid crystal is determined by how the DC voltage applied to the liquid crystal is made zero.

【0014】図8にP型拡散層23とN型エピタキシャ
ル層22との逆バイアス電圧に対する抵抗値の変化を説
明するためのグラフを示す。図8では、縦軸は抵抗値の
変化率を示し、単位はパーセントである。また、横軸は
逆バイアス電圧を示し、単位はボルトである。
FIG. 8 shows a graph for explaining changes in resistance values of the P-type diffusion layer 23 and the N-type epitaxial layer 22 with respect to the reverse bias voltage. In FIG. 8, the vertical axis represents the rate of change in resistance value, and the unit is percentage. The horizontal axis represents the reverse bias voltage, and the unit is volts.

【0015】P型拡散層23の濃度、すなわちP型拡散
抵抗のシート抵抗ρsによって空乏層30の広がりが異
なるため、ρs=1.3,1.5,1.7,2.0kΩ
の4種類のシート抵抗について示す。また、図8に示す
グラフは、(P型拡散の両端に印加される電圧)《(P
型拡散とN型エピタキシャル層との間の逆バイアス電
圧)を満たして求められる。すなわち、図7に示すよう
に空乏層30が均一に広がった場合の抵抗値の変化を示
している。
Since the depletion layer 30 spreads differently depending on the concentration of the P-type diffusion layer 23, that is, the sheet resistance ρs of the P-type diffusion resistance, ρs = 1.3, 1.5, 1.7, 2.0 kΩ.
The four types of sheet resistance are shown below. Further, the graph shown in FIG. 8 shows that (voltage applied across the P-type diffusion) << (P
Reverse bias voltage between the type diffusion layer and the N-type epitaxial layer). That is, as shown in FIG. 7, it shows a change in resistance value when the depletion layer 30 spreads uniformly.

【0016】しかしながら、差動増幅回路1の負荷抵抗
は、一方端が電源電圧Vccに接続され、他方端が出力
電圧Voに接続された場合のように、印加される逆バイ
アス電圧が大きく変化する場合では、図6に示すように
空乏層30が傾斜を有するようになる。P型拡散層23
に印加される電圧が、電圧Vccから電圧Voまで直線
的に変化すると近似すると、P型拡散層23とN型エピ
タキシャル層22との電圧差はVcc−Vcc(=0)
からVcc−Voまでの間で変化することとなる。前記
電圧差によって生じる空乏層30の厚みは、0からある
一定の厚みまで直線的に変化すると近似することができ
る。このため、空乏層30が一様に広がる場合に置き換
えて考える場合、(Vcc−Vo)/2の逆バイアス電
圧が均一に印加されていると考えればよい。前記式
(3)から逆バイアス電圧は、 (Vcc−Vo)/2={R×K×I−R×K×(V1−V2)/r}/2 …(7) 逆バイアス電圧を上述のように想定し、出力電圧Voが
変化することによって具体的にどの程度、利得Aが変化
するか2つの場合における利得Aを比較して説明する。
However, as for the load resistance of the differential amplifier circuit 1, the reverse bias voltage applied changes greatly as in the case where one end is connected to the power supply voltage Vcc and the other end is connected to the output voltage Vo. In some cases, the depletion layer 30 has an inclination as shown in FIG. P-type diffusion layer 23
If it is approximated that the voltage applied to V is linearly changed from the voltage Vcc to the voltage Vo, the voltage difference between the P-type diffusion layer 23 and the N-type epitaxial layer 22 is Vcc-Vcc (= 0).
To Vcc-Vo. It can be approximated that the thickness of the depletion layer 30 caused by the voltage difference linearly changes from 0 to a certain thickness. Therefore, when the depletion layer 30 is uniformly spread, the reverse bias voltage of (Vcc-Vo) / 2 may be considered to be applied uniformly. From the equation (3), the reverse bias voltage is (Vcc-Vo) / 2 = {R * K * I-R * K * (V1-V2) / r} / 2 (7) Based on the above assumption, how much the gain A changes when the output voltage Vo changes will be described by comparing the gain A in two cases.

【0017】(A)Vo=Vccの場合 P型拡散抵抗23とN型エピタキシャル層22との間に
印加される逆バイアス電圧は、式(7)から0Vとなる
ため、負荷抵抗8の抵抗値は予め設定されているRとな
り、差動増幅回路1の利得Aは、 A=R × K / r …(8) となる。
(A) In the case of Vo = Vcc The reverse bias voltage applied between the P-type diffused resistor 23 and the N-type epitaxial layer 22 is 0 V from the equation (7), so the resistance value of the load resistor 8 is Is a preset R, and the gain A of the differential amplifier circuit 1 is A = R × K / r (8)

【0018】(B)Vo=Vcc−2×I×R×Kの場
合 P型拡散抵抗23とN型エピタキシャル層22との間に
印加される逆バイアス電圧は、式(7)から I × R × K …(9) となる。式(9)において、たとえば、I=100μ
A、R=18kΩ、K=5とすると、逆バイアス電圧は
9Vとなる。負荷抵抗8のシート抵抗ρsを2.0kΩ
とすると、図8のグラフから負荷抵抗8の抵抗値Rは、
約1.06×Rとなり、差動増幅回路1の利得Aは、 A=1.06×R×K/r …(10) となる。したがって、出力電圧Voが(A)である場合
と、(B)である場合とでは、利得Aは1.06倍異な
るようになる。すなわち、出力電圧Voの変動によって
利得が変化し、正確な増幅動作ができないという問題点
が本質的に存在する。
(B) In the case of Vo = Vcc-2 × I × R × K The reverse bias voltage applied between the P-type diffused resistor 23 and the N-type epitaxial layer 22 is I × R from the equation (7). × K (9) In equation (9), for example, I = 100 μ
When A, R = 18 kΩ and K = 5, the reverse bias voltage is 9V. Sheet resistance ρs of load resistor 8 is 2.0 kΩ
Then, from the graph of FIG. 8, the resistance value R of the load resistor 8 is
It becomes about 1.06 × R, and the gain A of the differential amplifier circuit 1 becomes A = 1.06 × R × K / r (10) Therefore, the gain A is 1.06 times different when the output voltage Vo is (A) and when it is (B). That is, there is an inherent problem that the gain changes due to the fluctuation of the output voltage Vo and the accurate amplification operation cannot be performed.

【0019】図9は、上述のような問題点を解消するた
めの従来行われている技術を説明するための負荷抵抗8
の断面図である。図9では、負荷抵抗8を複数に分割し
た負荷抵抗群36が形成されている。図9に示す断面構
造において、図6の負荷抵抗8と同一の半導体層には、
同一の参照符を付して説明を省略する。図9に示す負荷
抵抗群36の特徴は、P+ 型層37によってそれぞれ独
立的に形成されたN型エピタキシャル層22上に、P型
拡散層23によって負荷抵抗群36を形成していること
である。負荷抵抗群36は、負荷抵抗38a,38b,
…(総称するときは参照符38を用いる)によって構成
されている。
FIG. 9 is a load resistor 8 for explaining a conventional technique for solving the above problems.
FIG. In FIG. 9, the load resistance group 36 is formed by dividing the load resistance 8 into a plurality. In the sectional structure shown in FIG. 9, the same semiconductor layer as the load resistor 8 of FIG.
The same reference numerals are given and explanations are omitted. The characteristic of the load resistance group 36 shown in FIG. 9 is that the load resistance group 36 is formed by the P-type diffusion layer 23 on the N-type epitaxial layer 22 formed independently by the P + -type layer 37. is there. The load resistance group 36 includes load resistances 38a, 38b,
... (reference numeral 38 is used for generic names).

【0020】負荷抵抗群36では、各N型エピタキシャ
ル層22は電圧Vccに接続されるのではなく、負荷抵
抗38に接続される2つのコンタクトのうち電位の高い
コンタクトと接続される。このような構造にすることに
よって、各負荷抵抗38に加わる逆バイアス電圧を下げ
て空乏層30の変化を小さく抑えている。すなわち、差
動増幅回路1における利得の変化を小さく抑えている。
In the load resistance group 36, each N-type epitaxial layer 22 is not connected to the voltage Vcc but is connected to the contact having the higher potential of the two contacts connected to the load resistance 38. With such a structure, the reverse bias voltage applied to each load resistor 38 is lowered and the change of the depletion layer 30 is suppressed small. That is, the change in gain in the differential amplifier circuit 1 is suppressed to a small level.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】図9に示す従来技術で
は、負荷抵抗38とN型エピタキシャル層22とが接続
されているため、N型エピタキシャル層22とP型半導
体基板21との間の浮遊容量と、N型エピタキシャル層
22とP型拡散層23との間の浮遊容量との和が抵抗と
グランド電位(GND)間に接続されてしまい、図9の
回路図に示すようにローパスフィルタ39を形成する。
ローパスフィルタ39が形成されることによって差動増
幅回路1の周波数特性が悪化することとなる。
In the prior art shown in FIG. 9, since the load resistor 38 and the N-type epitaxial layer 22 are connected to each other, floating between the N-type epitaxial layer 22 and the P-type semiconductor substrate 21 is caused. The sum of the capacitance and the stray capacitance between the N-type epitaxial layer 22 and the P-type diffusion layer 23 is connected between the resistor and the ground potential (GND), and as shown in the circuit diagram of FIG. To form.
The formation of the low-pass filter 39 deteriorates the frequency characteristics of the differential amplifier circuit 1.

【0022】本発明の目的は、出力電圧が変化した場合
でも利得が変化しない差動増幅回路を提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide a differential amplifier circuit whose gain does not change even when the output voltage changes.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明は、単一の半導体
基板上に形成される差動増幅回路において、第1および
第2のNPNトランジスタを差動対とし、第1NPNト
ランジスタのベースには第1の入力信号が与えられ、コ
レクタには予め定める第1の電位が与えられ、エミッタ
には前記第1の電位より低い予め定める第2の電位が与
えられ、第2NPNトランジスタのベースには第2の入
力信号が与えられ、コレクタには第1の負荷抵抗を介し
て前記第1の電位が与えられ、エミッタには前記第2の
電位が与えられ、第1および第2NPNトランジスタの
エミッタに両端が接続される第1のエミッタ抵抗を備
え、前記第2トランジスタのコレクタと前記第1の負荷
抵抗との間の電位を出力する差動増幅手段と、前記第1
および第2入力信号に基づいて、前記第1エミッタ抵抗
の抵抗値を制御する制御手段とを含むことを特徴とする
差動増幅回路である。本発明に従えば、第1入力信号が
与えられていることによって第1NPNトランジスタが
導通し、第2入力信号が与えられていることによって第
2トランジスタが導通し、各トランジスタが導通するこ
とによって第1エミッタ抵抗に電流が流れ、当該電流に
基づいた電位が出力される。第1エミッタ抵抗の抵抗値
は、第1および第2入力信号が与えられる制御手段によ
って制御される。したがって、供給される信号に応じて
第1エミッタ抵抗の抵抗値が変化し、出力される電位が
変化しても差動増幅回路の利得が変化することを防止す
ることができる。
According to the present invention, in a differential amplifier circuit formed on a single semiconductor substrate, a first and a second NPN transistor are used as a differential pair, and a base of the first NPN transistor is used. A first input signal is supplied, a collector is supplied with a predetermined first potential, an emitter is supplied with a predetermined second potential lower than the first potential, and a base of the second NPN transistor is supplied with a first potential. A second input signal is applied to the collector, the first potential is applied to the collector via the first load resistor, the second potential is applied to the emitter, and both ends are applied to the emitters of the first and second NPN transistors. Differential amplifying means for outputting a potential between the collector of the second transistor and the first load resistor;
And a control unit that controls the resistance value of the first emitter resistor based on a second input signal. According to the present invention, the first NPN transistor is rendered conductive by the application of the first input signal, the second transistor is rendered conductive by the application of the second input signal, and the first NPN transistor is rendered conductive by the respective transistors being made conductive. A current flows through the 1-emitter resistor, and a potential based on the current is output. The resistance value of the first emitter resistor is controlled by the control means provided with the first and second input signals. Therefore, it is possible to prevent the gain of the differential amplifier circuit from changing even if the resistance value of the first emitter resistor changes according to the supplied signal and the output potential changes.

【0024】また本発明は、前記第1エミッタ抵抗は、
N型の半導体層に形成されたP型半導体層で構成され、
前記制御手段は、N型半導体層に電位を与えることを特
徴とする。本発明に従えば、第1エミッタ抵抗はN型半
導体層に形成されたP型半導体層である。P型半導体層
の表面の両端部に、互いに接触しないように接続用の電
極を設け、当該電極を第1および第2NPNトランジス
タの各エミッタに接続している。前記制御手段から出力
される電位は、N型半導体層に供給される。したがっ
て、N型半導体層に与えられる電位によってP型半導体
層に発生する空乏層の厚みが変化するので、制御手段の
出力によってP型半導体層であるエミッタ抵抗の抵抗値
が変化し、入力される信号に応じて抵抗値を変化させる
ことができる。
According to the present invention, the first emitter resistor is
A P-type semiconductor layer formed on the N-type semiconductor layer,
The control means applies a potential to the N-type semiconductor layer. According to the invention, the first emitter resistor is a P-type semiconductor layer formed on the N-type semiconductor layer. Electrodes for connection are provided at both ends of the surface of the P-type semiconductor layer so as not to contact each other, and the electrodes are connected to the respective emitters of the first and second NPN transistors. The potential output from the control means is supplied to the N-type semiconductor layer. Therefore, since the thickness of the depletion layer generated in the P-type semiconductor layer changes depending on the potential applied to the N-type semiconductor layer, the resistance value of the emitter resistance, which is the P-type semiconductor layer, changes and is input by the output of the control unit. The resistance value can be changed according to the signal.

【0025】また本発明は、前記制御手段は、第3およ
び第4のNPNトランジスタを差動対とし、第3NPN
トランジスタのベースには前記第1入力信号が与えら
れ、コレクタには第2の負荷抵抗を介して前記第1の電
位が与えられ、エミッタには前記第2の電位が与えら
れ、第4NPNトランジスタのベースには前記第2入力
信号が与えられ、コレクタには前記第1の電位が与えら
れ、エミッタには前記第2の電位が与えられ、第3およ
び第4NPNトランジスタのエミッタに両端が接続され
る第2のエミッタ抵抗を備え、制御手段に含まれる第2
負荷抵抗は、前記差動増幅手段に含まれる第1負荷抵抗
の1/2の抵抗値であり、第3NPNトランジスタのコ
レクタと第2の負荷抵抗との間の電位を出力することを
特徴とする。本発明に従えば、制御手段では、第1入力
信号によって第3NPNトランジスタが導通し、第2入
力信号によって第4トランジスタが導通し、第3NPN
トランジスタのコレクタと第2の負荷抵抗との間の電位
が第1エミッタ抵抗に与えられる。すなわち、差動増幅
手段と同様に第3および第4NPNトランジスタが導通
することによって制御手段の第2エミッタ抵抗に電流が
流れ、当該電流に基づいて第1エミッタ抵抗に電位が供
給される。したがって、入力される第1および第2入力
信号に応じて制御手段の出力が定められ、制御手段の出
力によって差動増幅手段のエミッタ抵抗の抵抗値が変化
し、出力電位が変化しても差動増幅回路の利得が変化す
ることを防止することができる。
According to the present invention, the control means comprises a third and a fourth NPN transistor as a differential pair, and a third NPN transistor is provided.
The first input signal is applied to the base of the transistor, the first potential is applied to the collector via the second load resistor, the second potential is applied to the emitter, and the fourth NPN transistor The second input signal is applied to the base, the first potential is applied to the collector, the second potential is applied to the emitter, and both ends are connected to the emitters of the third and fourth NPN transistors. A second emitter resistor, the second emitter resistor being included in the control means.
The load resistance has a resistance value of 1/2 of the first load resistance included in the differential amplifying means, and outputs a potential between the collector of the third NPN transistor and the second load resistance. . According to the invention, in the control means, the third NPN transistor is made conductive by the first input signal, and the fourth transistor is made conductive by the second input signal.
A potential between the collector of the transistor and the second load resistance is applied to the first emitter resistance. That is, as in the case of the differential amplifying means, the third and fourth NPN transistors are turned on to cause a current to flow through the second emitter resistance of the control means, and a potential is supplied to the first emitter resistance based on the current. Therefore, the output of the control means is determined according to the input first and second input signals, and the resistance value of the emitter resistance of the differential amplifying means changes according to the output of the control means, resulting in a difference even if the output potential changes. It is possible to prevent the gain of the dynamic amplification circuit from changing.

【0026】また本発明は、前記第2NPNトランジス
タのコレクタと、前記第1の電位との間を流れる電流量
を制御する第1の電流制御手段を含むことを特徴とす
る。本発明に従えば、第1電流制御手段は、第2NPN
トランジスタのコレクタと第1の電位との間に流れる電
流を制御する。したがって、差動増幅回路に含まれる、
たとえばNPNトランジスタや負荷抵抗の値を変化させ
なくても電流制御手段によって差動増幅回路に流れる電
流量を制御することができる。
Further, the present invention is characterized by including first current control means for controlling the amount of current flowing between the collector of the second NPN transistor and the first potential. According to the invention, the first current control means is the second NPN.
Controls the current flowing between the collector of the transistor and the first potential. Therefore, included in the differential amplifier circuit,
For example, the amount of current flowing through the differential amplifier circuit can be controlled by the current control means without changing the values of the NPN transistor and the load resistance.

【0027】また本発明は、前記第2NPNトランジス
タのコレクタと、前記第1の電位との間を流れる電流量
を制御する第1の電流制御手段と、前記第3NPNトラ
ンジスタのコレクタと、前記第1の電位との間を流れる
電流量を制御する第2の電流制御手段とを含むことを特
徴とする。本発明に従えば、第1電流制御手段は、第2
NPNトランジスタのコレクタと第1の電位との間に流
れる電流を制御し、第2電流制御手段は、第3NPNト
ランジスタのコレクタと第1の電位との間に流れる電流
量を制御する。したがって、差動増幅回路に含まれる、
たとえばNPNトランジスタや負荷抵抗の値を変化させ
なくても電流制御手段によって差動増幅回路に流れる電
流量を制御することができる。
In the present invention, first current control means for controlling the amount of current flowing between the collector of the second NPN transistor and the first potential, the collector of the third NPN transistor, and the first And a second current control means for controlling the amount of current flowing between the electric potential and the electric potential. According to the present invention, the first current control means includes the second current control means.
The current flowing between the collector of the NPN transistor and the first potential is controlled, and the second current control means controls the amount of current flowing between the collector of the third NPN transistor and the first potential. Therefore, included in the differential amplifier circuit,
For example, the amount of current flowing through the differential amplifier circuit can be controlled by the current control means without changing the values of the NPN transistor and the load resistance.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の一形態で
ある差動増幅回路51の回路図である。差動増幅回路5
1は、トランジスタ52,53と、エミッタ抵抗54
と、電流源55,56と、電流制御回路57と、負荷抵
抗58と、抵抗バイアス電圧制御回路62とを含んで構
成される。トランジスタ52のベースBには、入力端子
59から入力電圧V1が供給され、コレクタCは第1の
電位によって定められる電源電圧Vccに接続される。
トランジスタ52のエミッタEは、電流源55を介して
第2の電位に接続されるとして接地される。なお、本明
細書中では、特に明記しない限りトランジスタはNPN
トランジスタである。差動増幅回路51は、モノシリッ
ク集積回路として形成されており、たとえばP型半導体
基板上に形成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a circuit diagram of a differential amplifier circuit 51 which is an embodiment of the present invention. Differential amplifier circuit 5
1 is a transistor 52,53, and an emitter resistor 54
, A current source 55, 56, a current control circuit 57, a load resistor 58, and a resistance bias voltage control circuit 62. The input voltage V1 is supplied to the base B of the transistor 52 from the input terminal 59, and the collector C is connected to the power supply voltage Vcc determined by the first potential.
The emitter E of the transistor 52 is grounded as being connected to the second potential via the current source 55. In this specification, a transistor is an NPN unless otherwise specified.
It is a transistor. The differential amplifier circuit 51 is formed as a monolithic integrated circuit, and is formed on, for example, a P-type semiconductor substrate.

【0029】トランジスタ53のベースBには、入力端
子60から入力電圧V2が与えられ、コレクタCは電流
制御回路57および負荷抵抗58を介して電源電圧Vc
cに接続される。トランジスタ53のエミッタEは、電
流源56を介して接地される。電流源55,56は電流
Iを供給する。
The input voltage V2 is applied to the base B of the transistor 53 from the input terminal 60, and the collector C is supplied through the current control circuit 57 and the load resistor 58 to the power supply voltage Vc.
c. The emitter E of the transistor 53 is grounded via the current source 56. The current sources 55 and 56 supply the current I.

【0030】エミッタ抵抗54の一方端は、トランジス
タ52のエミッタEに接続され、他方端はトランジスタ
53のエミッタEに接続される。エミッタ抵抗54の抵
抗値をr、負荷抵抗58の抵抗値をRとする。なお、エ
ミッタ抵抗54の断面図は、前述の従来技術で示した図
7と同様であるので、同一の参照符を用いて以後の説明
を行う。また、負荷抵抗58の断面図は、前述の従来技
術で示した図6と同様であるので、同一の参照符を用い
て説明を行う。
One end of the emitter resistor 54 is connected to the emitter E of the transistor 52, and the other end is connected to the emitter E of the transistor 53. The resistance value of the emitter resistor 54 is r, and the resistance value of the load resistor 58 is R. Since the cross-sectional view of the emitter resistor 54 is the same as that of FIG. 7 shown in the above-mentioned conventional technique, the following description will be given using the same reference numerals. Further, the sectional view of the load resistor 58 is the same as that of FIG. 6 shown in the above-mentioned prior art, and therefore, description will be given using the same reference numerals.

【0031】抵抗バイアス電圧制御回路62は、入力端
子59,60から供給される入力電圧V1,V2に基づ
く出力をエミッタ抵抗54に供給する。抵抗バイアス電
圧制御回路62の構成については後述する。電流制御回
路57は、負荷抵抗58に流れる電流を制御する回路で
ある。電流制御回路57は、流れ込む電流をK(0<
K)倍に増幅する。
The resistance bias voltage control circuit 62 supplies an output based on the input voltages V1 and V2 supplied from the input terminals 59 and 60 to the emitter resistor 54. The configuration of the resistance bias voltage control circuit 62 will be described later. The current control circuit 57 is a circuit that controls the current flowing through the load resistor 58. The current control circuit 57 controls the inflowing current by K (0 <
K) Amplify twice.

【0032】図2は、抵抗バイアス電圧制御回路62の
回路図である。抵抗バイアス電圧制御回路62は、前記
差動増幅回路51と類似した構成である。抵抗バイアス
電圧制御回路62におけるトランジスタ72,73は、
差動増幅回路51のトランジスタ52,53に対応し、
同一の動作特性を有する。電流源75,76は、電流源
55,56に対応し、電流Iを供給する。また電流制御
回路57と電流制御回路77とは同一の動作特性を有す
る。
FIG. 2 is a circuit diagram of the resistance bias voltage control circuit 62. The resistance bias voltage control circuit 62 has a configuration similar to that of the differential amplifier circuit 51. The transistors 72 and 73 in the resistance bias voltage control circuit 62 are
Corresponding to the transistors 52 and 53 of the differential amplifier circuit 51,
It has the same operating characteristics. The current sources 75 and 76 correspond to the current sources 55 and 56 and supply the current I. Further, the current control circuit 57 and the current control circuit 77 have the same operating characteristics.

【0033】抵抗バイアス電圧制御回路62では、トラ
ンジスタ72のコレクタCと、電源電圧Vccとの間に
電流制御回路77と負荷抵抗78とが設けられており、
電流制御回路77と負荷抵抗78との間の電位が出力端
子81から出力電圧Vbとしてエミッタ抵抗54に与え
られる。抵抗バイアス電圧制御回路62において、エミ
ッタ抵抗74の抵抗値はrであり、負荷抵抗78の抵抗
値は負荷抵抗58の1/2のR/2である。
In the resistance bias voltage control circuit 62, a current control circuit 77 and a load resistance 78 are provided between the collector C of the transistor 72 and the power supply voltage Vcc,
The potential between the current control circuit 77 and the load resistor 78 is applied to the emitter resistor 54 as the output voltage Vb from the output terminal 81. In the resistance bias voltage control circuit 62, the resistance value of the emitter resistance 74 is r, and the resistance value of the load resistance 78 is R / 2 which is 1/2 of the load resistance 58.

【0034】抵抗バイアス電圧制御回路62からの出力
電圧Vbについて説明する。差動増幅回路51の負荷抵
抗58における逆バイアス電圧は、前述の従来の技術と
同じく式(7)で与えられる。逆バイアス電圧と抵抗の
変化率とは前述の図8に示すように比例関係にあること
と、逆バイアス電圧が変化することによる負荷抵抗58
の抵抗値の変化によって生じる差動増幅回路51の利得
の変化を除去するという目的とを考慮すると、負荷抵抗
58における逆バイアス電圧と同じ電圧をエミッタ抵抗
54に加える必要はないとすることができる。出力電圧
Voが変化することによる負荷抵抗58における逆バイ
アス電圧の変化と、出力電圧Vhが変化することによる
エミッタ抵抗54における逆バイアス電圧の変化とが同
一になるようにすればよい。
The output voltage Vb from the resistance bias voltage control circuit 62 will be described. The reverse bias voltage in the load resistor 58 of the differential amplifier circuit 51 is given by the equation (7) as in the above-mentioned conventional technique. The reverse bias voltage and the rate of change of the resistance are in a proportional relationship as shown in FIG. 8 and the load resistance 58 due to the change of the reverse bias voltage.
Considering the purpose of eliminating the change in the gain of the differential amplifier circuit 51 caused by the change in the resistance value of the load resistor 58, it is not necessary to apply the same voltage as the reverse bias voltage in the load resistor 58 to the emitter resistor 54. . The change in the reverse bias voltage in the load resistor 58 due to the change in the output voltage Vo and the change in the reverse bias voltage in the emitter resistor 54 due to the change in the output voltage Vh may be the same.

【0035】すなわち、任意の電圧VNに負荷抵抗58
における逆バイアス電圧の変化分を加えた電圧をエミッ
タ抵抗54の逆バイアス電圧とすればよい。すなわち、
エミッタ抵抗54に印加すべき逆バイアス電圧VRは、 VR = VN−{R×K×(V1−V2)/r}/2 …(11) エミッタ抵抗54のP型拡散層23に加わる電圧V1−
Vbe1、またはV2−Vbe2はほぼ一定と考えられ
るため、エミッタ抵抗54のN型エピタキシャル層22
に印加されるべき電圧VEは、 VE=VR+V1−Vbe1 =VN+V1−Vbe1−{R×K×(V1−V2)/r}/2 =VN−{R×K×(V1−V2)/r}/2 …(12) (ここで、VN+V1−Vbe1=VN(任意の電圧)
とする) となる。すなわち、式(12)によって求められる電圧
VEをエミッタ抵抗54のエピタキシャル層22に供給
すれば、負荷抵抗58における逆バイアス電圧の変化分
とエミッタ抵抗54における逆バイアス電圧の変化分と
を等しくすることができる。
That is, the load resistance 58 is set to an arbitrary voltage VN.
The reverse bias voltage of the emitter resistor 54 may be a voltage to which the change in the reverse bias voltage in is added. That is,
The reverse bias voltage VR to be applied to the emitter resistor 54 is VR = VN- {R × K × (V1-V2) / r} / 2 (11) The voltage V1-applied to the P-type diffusion layer 23 of the emitter resistor 54.
Since Vbe1 or V2-Vbe2 is considered to be almost constant, the N-type epitaxial layer 22 of the emitter resistor 54 is formed.
The voltage VE to be applied to is VE = VR + V1-Vbe1 = VN + V1-Vbe1- {R * K * (V1-V2) / r} / 2 = VN- {R * K * (V1-V2) / r} / 2 (12) (where VN + V1-Vbe1 = VN (arbitrary voltage)
And). That is, if the voltage VE obtained by the equation (12) is supplied to the epitaxial layer 22 of the emitter resistor 54, the change amount of the reverse bias voltage in the load resistor 58 and the change amount of the reverse bias voltage in the emitter resistor 54 are made equal. You can

【0036】抵抗バイアス電圧制御回路62は、差動増
幅回路51と同様の構成であり、負荷抵抗58の抵抗値
が1/2に設定されているので、抵抗バイアス電圧制御
回路62の出力電圧Vbは、式(3)を参照すると、 Vb=Vcc−(R/2)×K×I−{(R/2)×K×(V1−V2)/r} …(13) となる。ここで、 Vcc−R×K×I/2=VN …(14) とすると、式(13)は、式(12)と等しくなる。す
なわち、電圧Vb=VEとなり、抵抗バイアス電圧制御
回路62の出力電圧Vbを差動増幅回路51のエミッタ
抵抗54を形成するN型エピタキシャル層22に与えれ
ば、負荷抵抗58における逆バイアス電圧の変化分とエ
ミッタ抵抗54における逆バイアス電圧の変化分とを等
しくすることができる。
The resistance bias voltage control circuit 62 has the same configuration as the differential amplifier circuit 51, and the resistance value of the load resistor 58 is set to 1/2, so that the output voltage Vb of the resistance bias voltage control circuit 62 is set. With reference to formula (3), Vb = Vcc- (R / 2) * K * I-{(R / 2) * K * (V1-V2) / r} (13) Here, if Vcc−R × K × I / 2 = VN (14), the equation (13) is equal to the equation (12). That is, when the voltage Vb = VE and the output voltage Vb of the resistance bias voltage control circuit 62 is applied to the N-type epitaxial layer 22 forming the emitter resistor 54 of the differential amplifier circuit 51, the change amount of the reverse bias voltage in the load resistor 58 is increased. And the amount of change in the reverse bias voltage in the emitter resistor 54 can be made equal.

【0037】次に、式(12)によって求められる電圧
VEをエミッタ抵抗54のN型エピタキシャル層22に
与えた場合の効果について検証する。前述の従来例と同
様に2つの場合、(A)Vo=Vccの場合と、(B)
Vo=Vcc−2×I×R×Kの場合とについて利得A
を比較し説明する。なお、負荷抵抗58およびエミッタ
抵抗54のシート抵抗ρsを2.0kΩとする。
Next, the effect of applying the voltage VE obtained by the equation (12) to the N-type epitaxial layer 22 of the emitter resistor 54 will be verified. As in the above-mentioned conventional example, there are two cases, (A) when Vo = Vcc, and (B).
Gain A for the case of Vo = Vcc-2 × I × R × K
Will be compared and explained. The sheet resistance ρs of the load resistor 58 and the emitter resistor 54 is 2.0 kΩ.

【0038】(A)Vo=Vccの場合 式(7)から負荷抵抗58に加わる逆バイアス電圧は0
Vとなり、負荷抵抗58の抵抗値Rは変化しない。ま
た、式(7)は、 0={R×K×I−R×K×(V1−V2)/r}/2 …(15) となり、この式(15)を変形すると、 I=(V1−V2)/r …(16) となる。式(16)を式(12)に代入すると、 VE=VN−R×K×I/2 …(17) ここで、R=18kΩ、K=5、I=100μAとして
R×K×I=9Vとする。また電圧VN=10.5Vと
すると、 VE=10.5−9/2=6V …(18) がエミッタ抵抗54のN型エピタキシャル層22に印加
されることとなる。このときのエミッタ抵抗54の抵抗
値をrとすると、差動増幅回路51の利得Aは、式
(4)から A=R×K/r …(19) となる。
(A) When Vo = Vcc From equation (7), the reverse bias voltage applied to the load resistor 58 is 0.
It becomes V, and the resistance value R of the load resistor 58 does not change. Further, the equation (7) becomes 0 = {R × K × I−R × K × (V1-V2) / r} / 2 (15), and if this equation (15) is modified, I = (V1 -V2) / r (16) Substituting equation (16) into equation (12), VE = VN−R × K × I / 2 (17) where R = 18 kΩ, K = 5, and I = 100 μA, and R × K × I = 9 V And When the voltage VN = 10.5V, VE = 10.5-9 / 2 = 6V (18) is applied to the N-type epitaxial layer 22 of the emitter resistor 54. When the resistance value of the emitter resistor 54 at this time is r, the gain A of the differential amplifier circuit 51 is A = R × K / r (19) from the equation (4).

【0039】(B)Vo=Vcc−2×I×R×Kの場
合 式(7)から負荷抵抗58に印加される逆バイアス電圧
は、I×R×Kとなり、上述のようにR=18kΩ、K
=5、I=100μAと仮定すると、負荷抵抗58に印
加される逆バイアス電圧は9Vとなる。
(B) In the case of Vo = Vcc-2 × I × R × K The reverse bias voltage applied to the load resistor 58 from the equation (7) is I × R × K, and R = 18 kΩ as described above. , K
= 5 and I = 100 μA, the reverse bias voltage applied to the load resistor 58 is 9V.

【0040】(A)の場合に比べて負荷抵抗58の抵抗
値は1.06倍大きくなり、 1.06×R …(20) となる。
The resistance value of the load resistor 58 is 1.06 times larger than that in the case of (A), and becomes 1.06 × R (20).

【0041】また、式(7)は、 I×R×K={R×K×I−R×K×(V1−V2)/r}/2 …(21) とすることができ、この式(21)を変形すると、 −I=(V1−V2)/r …(22) 式(22)を式(12)に代入すると、 VE=VN+R×K×I/2 …(23) ここで、R×I×K=9V、VN=10.5Vとする
と、 VE=10.5+9/2=15V …(24) となり、15Vの電圧がエミッタ抵抗54のN型エピタ
キシャル層22に印加されている。VE=6Vのときの
エミッタ抵抗54の抵抗値をrとすると、VE=15V
のときの抵抗値は前述の図8のグラフを参照すると、6
%増の1.06×rである。
Further, the equation (7) can be expressed as I × R × K = {R × K × I−R × K × (V1-V2) / r} / 2 (21) By transforming (21), −I = (V1−V2) / r (22) Substituting equation (22) into equation (12), VE = VN + R × K × I / 2 (23) Here, If R × I × K = 9V and VN = 10.5V, then VE = 10.5 + 9/2 = 15V (24), and a voltage of 15V is applied to the N-type epitaxial layer 22 of the emitter resistor 54. When the resistance value of the emitter resistor 54 when VE = 6V is r, VE = 15V
The resistance value at the time of 6 is 6 when referring to the graph of FIG.
% Increase of 1.06 × r.

【0042】したがって、差動増幅回路51の利得A
は、式(4)から、 A=1.06×R×K/(1.06×r)=R×K/r …(25) となり、(A)の場合と利得Aが同一となる。したがっ
て、出力電圧Voが電圧Vccであっても、電圧Vcc
−2×I×R×Kであっても利得Aが同一となり、出力
電圧Voの値によって利得Aが変化していないことが分
かる。
Therefore, the gain A of the differential amplifier circuit 51 is
From the formula (4), A = 1.06 × R × K / (1.06 × r) = R × K / r (25), and the gain A is the same as in the case of (A). Therefore, even if the output voltage Vo is the voltage Vcc, the voltage Vcc
Even if the gain is −2 × I × R × K, the gain A is the same, and it can be seen that the gain A does not change depending on the value of the output voltage Vo.

【0043】図3は、電流制御回路91を設けた差動増
幅回路51の回路図である。電流制御回路91は、トラ
ンジスタ92,93を含んで構成されている。トランジ
スタ93のベースBには、入力端子94を介して入力電
圧V3が与えられ、トランジスタ92のベースBには、
入力端子95を介して入力電圧V4が与えられる。トラ
ンジスタ92,93のコレクタCには、電源電圧Vcc
が与えられており、トランジスタ93のコレクタCと電
源電圧Vccとの間に負荷抵抗58が設けられる。電流
制御回路91では、入力電圧V3,V4とに基づいてト
ランジスタ53に流れるコレクタ電流Icを制御し、負
荷抵抗58に流れる電流を0〜Icの範囲で制御してい
る。
FIG. 3 is a circuit diagram of the differential amplifier circuit 51 provided with the current control circuit 91. The current control circuit 91 is configured to include transistors 92 and 93. The input voltage V3 is applied to the base B of the transistor 93 via the input terminal 94, and the base B of the transistor 92 is
The input voltage V4 is applied via the input terminal 95. The power source voltage Vcc is applied to the collectors C of the transistors 92 and 93.
And a load resistor 58 is provided between the collector C of the transistor 93 and the power supply voltage Vcc. The current control circuit 91 controls the collector current Ic flowing through the transistor 53 based on the input voltages V3 and V4, and controls the current flowing through the load resistor 58 in the range of 0 to Ic.

【0044】図4は、電流制御回路101を設けた差動
増幅回路51の回路図である。電流制御回路101は、
PNPトランジスタ102,103を含んで構成されて
いる。PNPトランジスタ102,103のベースB
は、PNPトランジスタ102のコレクタCに接続さ
れ、PNPトランジスタ102,103のエミッタEは
共通に電源電圧Vccに接続される。PNPトランジス
タ102,103のエミッタEと電源電圧Vccとの間
に負荷抵抗58が介挿される。PNPトランジスタ10
2のコレクタCは、トランジスタ53のコレクタCに接
続され、PNPトランジスタ103のコレクタCは接地
される。
FIG. 4 is a circuit diagram of the differential amplifier circuit 51 provided with the current control circuit 101. The current control circuit 101 is
It is configured to include PNP transistors 102 and 103. Base B of PNP transistors 102 and 103
Is connected to the collector C of the PNP transistor 102, and the emitters E of the PNP transistors 102 and 103 are commonly connected to the power supply voltage Vcc. A load resistor 58 is inserted between the emitter E of the PNP transistors 102 and 103 and the power supply voltage Vcc. PNP transistor 10
The collector C of 2 is connected to the collector C of the transistor 53, and the collector C of the PNP transistor 103 is grounded.

【0045】電流制御回路101では、PNPトランジ
スタ103と同様に各端子が接続されるPNPトランジ
スタを複数個設けることによって、たとえばPNPトラ
ンジスタをn個設けた場合、トランジスタ53に流れる
コレクタ電流IcをIc×(n+1)倍に変化させるこ
とができる。
In the current control circuit 101, by providing a plurality of PNP transistors whose terminals are connected similarly to the PNP transistor 103, for example, when n PNP transistors are provided, the collector current Ic flowing through the transistor 53 is Ic ×. It can be changed (n + 1) times.

【0046】なお、上述の各差動増幅回路51では、電
流制御回路61,91,101を含んだ構成について示
したが、電流制御回路61,91,101を含まない差
動増幅回路であってもよい。電流制御回路を含まない場
合であっても、K=1とすることによって、前述の各式
に基づいて電流制御回路がある場合と同様の動作を行わ
せることができる。
Although each of the differential amplifier circuits 51 described above has a configuration including the current control circuits 61, 91, 101, it is a differential amplifier circuit that does not include the current control circuits 61, 91, 101. Good. Even when the current control circuit is not included, by setting K = 1, it is possible to perform the same operation as in the case where the current control circuit is provided, based on the above equations.

【0047】以上のように本発明の実施の一形態によれ
ば、エミッタ抵抗54のN型エピタキシャル層22に印
加する電圧を、出力電圧に応じて変化させることができ
る抵抗バイアス電圧制御回路62を設けて、従来の技術
では一定であったエミッタ抵抗54の空乏層の広がりを
変化させているので、負荷抵抗58の空乏層の広がりに
よる抵抗値の変化の割合と、エミッタ抵抗54の抵抗値
の変化の割合を同じにすることができ、差動増幅回路5
1の利得を出力電圧に依存しないで一定とすることがで
きる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the resistance bias voltage control circuit 62 capable of changing the voltage applied to the N-type epitaxial layer 22 of the emitter resistor 54 according to the output voltage is provided. Since the spread of the depletion layer of the emitter resistor 54, which is constant in the conventional technique, is changed, the rate of change of the resistance value due to the spread of the depletion layer of the load resistor 58 and the resistance value of the emitter resistor 54 are changed. The rate of change can be the same, and the differential amplifier circuit 5
The unity gain can be constant independent of the output voltage.

【0048】なお、本発明の実施の一形態では、差動増
幅回路51で差動対となっているトランジスタをNPN
トランジスタ52,53としたが、この2つのトランジ
スタをPNPトランジスタに置き換えた構造としてもよ
い。差動対となるトランジスタがPNPトランジスタで
ある場合、前述の負荷抵抗58およびエミッタ抵抗54
を構成する半導体層の導電型をP型とN型とで互いに入
換え、電源電圧Vccとグランド電圧GNDとを入換え
た構成となる。差動対となるトランジスタをPNPトラ
ンジスタとした場合であっても、本発明の実施の一形態
において示した効果と同様の効果を得ることができる。
In the embodiment of the present invention, the transistors forming a differential pair in the differential amplifier circuit 51 are NPN.
Although the transistors 52 and 53 are used, the two transistors may be replaced with PNP transistors. When the transistor forming the differential pair is a PNP transistor, the load resistor 58 and the emitter resistor 54 described above are used.
In this configuration, the conductivity types of the semiconductor layers constituting the above are interchanged between the P type and the N type, and the power supply voltage Vcc and the ground voltage GND are interchanged. Even when the transistors forming the differential pair are PNP transistors, the same effects as those shown in the embodiment of the present invention can be obtained.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第1およ
び第2入力信号に基づいて制御手段からの出力が制御さ
れ、制御手段の出力によって第1エミッタ抵抗の抵抗値
が変化するので、第1および第2入力信号によって、出
力される電位が変化した場合であっても差動増幅回路の
利得が変化することを防止することができる。
As described above, according to the present invention, the output from the control means is controlled based on the first and second input signals, and the resistance value of the first emitter resistor is changed by the output of the control means. The first and second input signals can prevent the gain of the differential amplifier circuit from changing even when the output potential changes.

【0050】また本発明によれば、第1エミッタ抵抗は
N型の半導体層に形成されたP型半導体層であって、前
記制御手段から出力される電位が、N型半導体層に供給
されるので、N型半導体層に与えられる電位によってP
型半導体層に形成される空乏層の厚みが変化することと
なり、制御手段の出力電位によってP型半導体層である
第1エミッタ抵抗の抵抗値が変化し、入力信号に応じて
抵抗値を変化させることができる。
According to the present invention, the first emitter resistor is a P-type semiconductor layer formed on the N-type semiconductor layer, and the potential output from the control means is supplied to the N-type semiconductor layer. Therefore, depending on the potential applied to the N-type semiconductor layer, P
Since the thickness of the depletion layer formed in the p-type semiconductor layer changes, the resistance value of the first emitter resistor, which is the p-type semiconductor layer, changes according to the output potential of the control means, and the resistance value changes according to the input signal. be able to.

【0051】さらに本発明によれば、制御手段では、第
1および第2入力信号に基づいて出力電位が制御されて
おり、制御手段の出力電位によって第1エミッタ抵抗の
抵抗値が変化するので、第1および第2入力信号によっ
て、出力される電位が変化した場合であっても差動増幅
回路の利得が変化することを防止することができる。
Further, according to the present invention, the control means controls the output potential based on the first and second input signals, and the resistance value of the first emitter resistor changes according to the output potential of the control means. The first and second input signals can prevent the gain of the differential amplifier circuit from changing even when the output potential changes.

【0052】またさらに本発明によれば、第1電流制御
手段は、第2NPNトランジスタのコレクタと第1の電
位との間に流れる電流を制御するので、差動増幅回路に
含まれる、たとえばNPNトランジスタや負荷抵抗の値
を変化させなくても電流制御手段によって差動増幅回路
に流れる電流量を制御することができる。
Further, according to the present invention, the first current control means controls the current flowing between the collector of the second NPN transistor and the first potential, so that it is included in the differential amplifier circuit, for example, the NPN transistor. The amount of current flowing through the differential amplifier circuit can be controlled by the current control means without changing the value of the load resistance.

【0053】また本発明によれば、第1電流制御手段
は、第2NPNトランジスタのコレクタと第1の電位と
の間に流れる電流量を制御し、第2電流制御手段は、第
3NPNトランジスタのコレクタと電源手段との間に流
れる電流量を制御するので、差動増幅回路に含まれる、
たとえばNPNトランジスタや負荷抵抗の値を変化させ
なくても電流制御手段によって差動増幅回路に流れる電
流量を制御することができる。
According to the present invention, the first current control means controls the amount of current flowing between the collector of the second NPN transistor and the first potential, and the second current control means controls the collector of the third NPN transistor. Included in the differential amplifier circuit, because it controls the amount of current flowing between the
For example, the amount of current flowing through the differential amplifier circuit can be controlled by the current control means without changing the values of the NPN transistor and the load resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の一形態である差動増幅回路51
の回路図である。
FIG. 1 is a differential amplifier circuit 51 according to an embodiment of the present invention.
FIG.

【図2】抵抗バイアス電圧制御回路62の回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram of a resistance bias voltage control circuit 62.

【図3】電流制御回路91が設けられた差動増幅回路5
1の回路図である。
FIG. 3 is a differential amplifier circuit 5 provided with a current control circuit 91.
1 is a circuit diagram of FIG.

【図4】電流制御回路101が設けられた差動増幅回路
51の回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of a differential amplifier circuit 51 provided with a current control circuit 101.

【図5】典型的な従来例である差動増幅回路1の回路図
である。
FIG. 5 is a circuit diagram of a differential amplifier circuit 1 which is a typical conventional example.

【図6】差動増幅回路1をモノシリック集積回路で形成
した場合の負荷抵抗8の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a load resistor 8 when the differential amplifier circuit 1 is formed of a monolithic integrated circuit.

【図7】差動増幅回路1をモノシリック集積回路で形成
した場合のエミッタ抵抗4の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an emitter resistor 4 when the differential amplifier circuit 1 is formed of a monolithic integrated circuit.

【図8】P型拡散抵抗とN型エピタキシャル層との逆バ
イアス電圧に対する抵抗値の変化を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing changes in resistance values of P-type diffused resistors and N-type epitaxial layers with respect to reverse bias voltage.

【図9】負荷抵抗8を複数個に分割した場合の断面図で
ある。
FIG. 9 is a sectional view when the load resistor 8 is divided into a plurality of parts.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

51 差動増幅回路 52,53,72,73 トランジスタ 54,74 エミッタ抵抗 55,56,75,76 電流源 57,77 電流制御回路 58,78 負荷抵抗 59,60,79,80 入力端子 61,81 出力端子 62 抵抗バイアス電圧制御回路 51 differential amplifier circuit 52, 53, 72, 73 transistor 54, 74 emitter resistor 55, 56, 75, 76 current source 57, 77 current control circuit 58, 78 load resistor 59, 60, 79, 80 input terminal 61, 81 Output terminal 62 Resistance bias voltage control circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単一の半導体基板上に形成される差動増
幅回路において、 第1および第2のNPNトランジスタを差動対とし、第
1NPNトランジスタのベースには第1の入力信号が与
えられ、コレクタには予め定める第1の電位が与えら
れ、エミッタには前記第1の電位より低い予め定める第
2の電位が与えられ、第2NPNトランジスタのベース
には第2の入力信号が与えられ、コレクタには第1の負
荷抵抗を介して前記第1の電位が与えられ、エミッタに
は前記第2の電位が与えられ、第1および第2NPNト
ランジスタのエミッタに両端が接続される第1のエミッ
タ抵抗を備え、前記第2トランジスタのコレクタと前記
第1の負荷抵抗との間の電位を出力する差動増幅手段
と、 前記第1および第2入力信号に基づいて、前記第1エミ
ッタ抵抗の抵抗値を制御する制御手段とを含むことを特
徴とする差動増幅回路。
1. A differential amplifier circuit formed on a single semiconductor substrate, wherein a first and a second NPN transistor are a differential pair, and a base of the first NPN transistor receives a first input signal. , A collector is given a first potential, a emitter is given a second potential lower than the first potential, and a base of the second NPN transistor is given a second input signal. The first potential is applied to the collector via the first load resistor, the second potential is applied to the emitter, and the first emitter whose both ends are connected to the emitters of the first and second NPN transistors Differential amplifying means including a resistor for outputting a potential between the collector of the second transistor and the first load resistor; and the first emitter based on the first and second input signals. A differential amplifier circuit which comprises a control means for controlling the resistance value of the motor resistance.
【請求項2】 前記第1エミッタ抵抗は、N型の半導体
層に形成されたP型半導体層で構成され、 前記制御手段は、N型半導体層に電位を与えることを特
徴とする請求項1記載の差動増幅回路。
2. The first emitter resistor is composed of a P-type semiconductor layer formed on an N-type semiconductor layer, and the control means applies a potential to the N-type semiconductor layer. The differential amplifier circuit described.
【請求項3】 前記制御手段は、 第3および第4のNPNトランジスタを差動対とし、第
3NPNトランジスタのベースには前記第1入力信号が
与えられ、コレクタには第2の負荷抵抗を介して前記第
1の電位が与えられ、エミッタには前記第2の電位が与
えられ、第4NPNトランジスタのベースには前記第2
入力信号が与えられ、コレクタには前記第1の電位が与
えられ、エミッタには前記第2の電位が与えられ、第3
および第4NPNトランジスタのエミッタに両端が接続
される第2のエミッタ抵抗を備え、 制御手段に含まれる第2負荷抵抗は、前記差動増幅手段
に含まれる第1負荷抵抗の1/2の抵抗値であり、第3
NPNトランジスタのコレクタと第2の負荷抵抗との間
の電位を出力することを特徴とする請求項1または2記
載の差動増幅回路。
3. The control means uses a third and a fourth NPN transistor as a differential pair, the base of the third NPN transistor receives the first input signal, and the collector receives a second load resistor. Is applied with the first potential, the emitter is applied with the second potential, and the base of the fourth NPN transistor is applied with the second potential.
An input signal is applied, the collector is applied with the first potential, the emitter is applied with the second potential, and the third potential is applied.
And a second emitter resistor whose both ends are connected to the emitter of the fourth NPN transistor, wherein the second load resistor included in the control means has a resistance value that is ½ of the first load resistor included in the differential amplifying means. And the third
3. The differential amplifier circuit according to claim 1, which outputs a potential between the collector of the NPN transistor and the second load resistor.
【請求項4】 前記第2NPNトランジスタのコレクタ
と、前記第1の電位との間を流れる電流量を制御する第
1の電流制御手段を含むことを特徴とする請求項1また
は2記載の差動増幅回路。
4. The differential according to claim 1, further comprising first current control means for controlling an amount of current flowing between the collector of the second NPN transistor and the first potential. Amplifier circuit.
【請求項5】 前記第2NPNトランジスタのコレクタ
と、前記第1の電位との間を流れる電流量を制御する第
1の電流制御手段と、 前記第3NPNトランジスタのコレクタと、前記第1の
電位との間を流れる電流量を制御する第2の電流制御手
段とを含むことを特徴とする請求項3記載の差動増幅回
路。
5. A first current control means for controlling the amount of current flowing between the collector of the second NPN transistor and the first potential, a collector of the third NPN transistor, and the first potential. 4. The differential amplifier circuit according to claim 3, further comprising second current control means for controlling the amount of current flowing between the two.
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