JPS58202612A - 差動増幅回路 - Google Patents

差動増幅回路

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JPS58202612A
JPS58202612A JP8478582A JP8478582A JPS58202612A JP S58202612 A JPS58202612 A JP S58202612A JP 8478582 A JP8478582 A JP 8478582A JP 8478582 A JP8478582 A JP 8478582A JP S58202612 A JPS58202612 A JP S58202612A
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JP
Japan
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voltage
output
gain
differential
outputs
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JP8478582A
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English (en)
Inventor
Kazumasa Matsui
松井 一征
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は差動増幅回路、すなわち、2人力信号の差レベ
ルを増幅して出力する回路に関するものである。
差動増幅回路は2つの入力信号の逆相成分は有効に増幅
し、同相成分は大きな入力信号であっても逆相成分の増
幅に影響を与えない回路として良く知られ、演算器、ス
イッチ回路、比較器等の基本的回路として使用されてい
る。
従来の差動増幅回路では共通ソース(バイポーラトラン
ジスタではエミッタ)のトランジスタ対と、その共通ソ
ースに定電流を供給する定電流源を必要とする。上記定
電流源としては抵抗やトランジスタが用いられるが、こ
の定電流源を動作させるための電圧源が必要であり、信
号振幅に割当てられる電源電圧が少なくな!!+、8/
Nが大きくできないなどの問題がある。
したがって、本発明の目的は、上記2つの増幅素子の共
通端子に接続される定電流源を不要とし、低い電源電圧
で動作する差動増幅回路を実現することである。
本発明は上記目的を達成するために、差動増幅回路を2
つの入力信号をそれぞれ増幅する2つの第1の増幅器と
、上記2つの第1の増幅器の出力の平均値(同相成分)
を含む信号を上記第1の増幅器の入力から出力までの間
に印加する回路と、上記第1の増幅器の出力を差動出力
として取り出す回路を有して構成し、上記同相成分が出
力に極成を反転して現われるように差動増幅回路を構成
したものである。
本発明の差動増幅回路は上述の如く構成する個個に増幅
された2人力の増幅信号のうち、同相成分のみは負帰還
によって消去されるように構成されたもので、以下の実
施例によって説明する如く、定電流源を用いることなく
、実質的に従来の差動場合、電源電圧を低くしようとす
る要求を満し有効な手段となる。
以下、図面を参照して、本発明の差動増幅回路を詳細に
説明する。
第1図は本発明による差動増幅回路の原理的構成を示す
図である。図示の如く、2つの入力線ILおよびIR(
以下単に入力IL、IR,のように略称する)に加えら
れた2つ、の入力信号IR(電圧VIR)およびIL(
電圧VIL)はそれぞれ増幅手段2R(利得−AR)お
よび2L(利得−先)で増幅される。各増幅手段の出力
はそれぞれ加算手段3R及び3Lの入力として加えられ
る。加算手段3R及び3Lの出力4R(電圧V、R)及
び4L(電圧V、L)は差動増幅回路の出力となると共
に、平均手段5に入力される。平均手段5はその出力と
して の電圧を出力する。(1)式の第1項は平均により得ら
れた出力4R及び4Lの同相電圧であり、第2項は平均
化の誤差Δにより生じた差動電圧分である。平均手段5
の出力は反転増幅手段6R,(利得−A、)及び6L(
利得−At)により増幅されて、それぞれ加算手段3R
及び3Lの他方の入力端子に同相出力成分の負帰還とし
て与えられる。
第1図の回路において、出力電圧VIIRとVILを計
算すると Δ 十T (V−n  V−・月  −(3)となり、これ
よシ入カ電圧と出力電圧の関係を同で求めると次のよう
になる。
・・・(4) ・・・(5) 第1図の回路の対称性が完全で、 Aa−先=ん* At =At=Ay +Δ=0   
 ・・・(6)であると、 となシ、差動の利得が増幅手段2Rと2Lの利得相除去
比(差動利得と同相利得の比)が増幅手段6R,6Lの
利得にほぼ等しくなることがわかる。
この結果は、(6)の条件が近似的に成立する場合もほ
ぼ同じようになる。
上述の説明から、第1図の差動増幅回路では、増幅手段
6R,,6Lの利得を大きくすれば、同相除去比を任意
に大きくできることを示している。
次に、第2図の実施例によシ、第1図の構成が、定電流
源と、いわゆるトランジスタの差動ペアを用いずに差動
増幅回路を実現できることを説明する。
第2図は、MOS (Metal Qxjde sem
iconductoリトランジスタを用いた本発明にょ
る差動増幅回路の一実施例め回路図である。同図におい
て、入ヵIIRとILは、それぞれ、Nチャンネルトラ
ンジスタ102Rと102Lのゲートに接続されている
。トランジスタ102Rと102の相互コンダクタンス
はほぼ等しくされており(g12と表わす)、それらの
ドレインは、それぞれ正電源線7に接続された負荷電1
流源130Rと13OLに接続されており、出力104
Rと104Lになる。電流源130Rと13OLは、公
知の方法によシPチャンネルトランジスタあるいはデプ
リーション形Nチャンネルトランジスタを用いて実現で
きる。入力IR及びILからの利得Anは、出力104
R。
104Lから見込んだ抵抗(出力抵抗)をRLとして An = g+m2 Rr、            
   ・・・(9)となる。
出力104Rと104Lは、平均手段105に入力され
る。平均手段105←、、ドレインが正電源線7に、ソ
ースが負荷用の電流源125Rと125Lに接続されト
ランジスタ115B、と115Lによるソースホロワで
出力104Rと104Lを出力抵抗RLを下げないよう
に受け、かつ、レベルをシフト(出力104Rと104
Lのバイアスレベルを設定するため、レベルシフトがな
くても設定できれば、エミッタホロワは必ずしも必要で
ない)してほぼ値を等しく設定された抵抗135Rと1
35Lによシ平均化して同相出力145に出力する。平
均手段105からの同相出力145は出力104Rと1
04Lにドレインを、グランドにソースを接続されたト
ランジスタ106Rと106Lのゲートに与えられる。
第1図における加算手段3Rと3Lは、トランジスタ1
02Bと106B及び102Lと106Lのドレインが
共通に出力104Rと104Lに接続されていることに
よシ実現されている。トランジスタ106R、!=10
6Lの相互コンダクタンスがg。6でアルドすると、同
相出力145から出力104R及び104Lまでの利得
Arは、 At−g−a Rt、”””””’      、” 
(10)となる。
したがって、第2図の差動増幅回路の差動利得ADは・ An = gmt RL             ・
・・(11)同相利得Acは p、°g−s RL>> 1 ) となり、同相除去比IAC/AD1は g+a6 1躬1= g m2 RL :  = g m6 RL
  ・・・(13)g+a2 となる。
(12)からg raz = g ma ならば、同相
利得は、はぼ1であり、通常の共通ソーストランジスタ
で電流源回路を用いた差動増幅回路と同じになることが
わかる。また、増幅用のトランジスタ102R。
102:[、,106TL、106Lが直接グランドに
接続されるため、通常の共通ソーストランジスタに比し
て電流源用の電圧が不要になシ低い電源電圧で動作させ
られることがわかる。
第2図の差動増幅回路は、従属接続することによシ、演
算増幅器などに用いる高利得の差動増幅(9) 回路を構成できる。また、第3図に示すように、トラン
ジスタ102Rと106R及び102Lと106Lのド
レインと出力104Rと104Lの間にNチャンネルト
ランジスタ206 R(!: 206Lのソースとドレ
インを接続し、トランジスタ206Rと206Lのゲー
トにバイアス電源線216を接続し、トランジスタ20
6Rと206Lが飽和領域で動作するようにしたいわゆ
るカスコード構成にすることによっても利得を大きくす
ることができる。なお、第3図において、第2図の実施
例におけると同一の回路構成素子については同一番号を
付し、説明を省略する。
第4図は本発明の差動′増幅回路の他の実施例の回路図
である。この実施例では第2図の増幅回路の同相負帰還
用Nチャンネルトランジスタ106R。
106Lとそれらの負荷用電流源103 R,,103
Lを、ソースを正電源線7に、ドレインを出力304R
と304L(図2の出力104R,と104Lに対応)
に接続したPチャンネルトランジスタで置き換えたもの
である。この置き換えに対応して、(10) 第4図の平均手段305は、ドレインがグランドに接続
され、ソースを正電源線7につないだ電流源335Rと
335Lに接続されたソースホロワ用Pチャンネルトラ
ンジスタ315Rと315Lのゲートで出力304Rと
304Lを受けてこれらを正電源側にレベルシフトし、
はぼ等しい値に設定された抵抗335Rと335Lによ
υ平均化して同相出力345を得ている。同相出力34
5はPチャンネルトランジスタ336R,!=336L
のゲートに同相帰還のために与えられる。
第4図の構成によれば、Pチャンネルトランジスタ33
6Rと336Lが同相負帰還を行い、その電流は、増幅
用Nチャンネルトランジスタ102Rと102Lに流れ
るものが用いられているので、第3図の実施例における
Nチャンネルトランジスタ106Rと106Lに流れて
い次発が不要になシ、差動増幅回路に必要な電流が少な
く1: できる利点を有する。
上述の実施例の回路では、平均化を抵抗によシ行う回路
であるが、同相負帰還を高速化する必要(11) がある場合などには、平均手段105,305の抵抗を
省略してソースホロワの出力を直結し、その出力抵抗で
平均化することもできる。また、能動素子としてMOS
)ランジスタを用いるものだけを説明したが、対応する
極性のバイポー2トランジスタを部分的に、または、全
面的に用いることができる。なお、第2〜4・図の回路
構成では、トランジスタの極性を全面的に反転式せても
差動増幅回路として動作させることができる。
また、上述の説明では、同相成分の負帰還のための加算
が差動増幅回路の出力で行われているが、本発明の主旨
によれば、加算は等制約に出力で行われれば良いのであ
って、差動増幅回路の入力から出力までの任意の段階で
加算を行って良い。特に、差動増幅回路の入力で加算を
行えば、反転増幅手段6Rと6Lを増幅手段2Rと2L
で兼用することも可能である。
“1.、。
以上説明したよう・に、本発明によれば、従来よりも低
い電源電圧で動作する差動増幅回路を実現することがで
きる。また、定数を選ぶことによつ(12) て、大きな同相除去比を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の原理的構成を示す構成図、第2図は本
発明の一実施例の構成を示す回路図、第3図はカスコー
ド構成を用いた本発明の一実施例の構成を示す回路図、
第4図はNチャンネルとPチャンネルトランジスタを用
いて消費電流を少なくした本発明の一実施例の構成を示
す回路図である。 IR・IL・・・入力、2R・2L・6R・6L・・・
増幅手段、3几・3L・・・加算手段、4R・4L・1
04R・104L・304R・304L・・・出力、5
・105・305・・・平均手段、102R・102L
・106R・106L・115R・115L・206R
・206L・・・Nチャンネルトランジスタ、125R
,・125L・130R・130L・325R・325
L・・・電流源、135R・135L・335R・33
5L・・・抵抗、315R・315L・336R・33
6L・・・Pチャンネルトランジスタ。 代理人 弁理士 薄田利幸 (13) 茅 1 図 × 2 回

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.2つの入力信号をそれぞれ増幅する2つの第1の増
    幅手段と、上記2つの第1増幅手段の出力を平均し反転
    して増幅する第2の増幅手段、上記第2の増幅手段の出
    力を上記第1の増幅手段のそれぞれの入力から出力まで
    の間で上記入力信号と加算する加算手段と、上記第1の
    増幅手段の出力を差動増幅回路の出力として取シ出す手
    刀手段とを有して構成されたことを特徴とする差動増幅
    回路。
JP8478582A 1982-05-21 1982-05-21 差動増幅回路 Pending JPS58202612A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63117503A (ja) * 1986-11-05 1988-05-21 Toshiba Corp 差動増幅回路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63117503A (ja) * 1986-11-05 1988-05-21 Toshiba Corp 差動増幅回路

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