JPS58209212A - トランジスタ回路 - Google Patents

トランジスタ回路

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JPS58209212A
JPS58209212A JP57091225A JP9122582A JPS58209212A JP S58209212 A JPS58209212 A JP S58209212A JP 57091225 A JP57091225 A JP 57091225A JP 9122582 A JP9122582 A JP 9122582A JP S58209212 A JPS58209212 A JP S58209212A
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JP
Japan
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transistor
constant current
transistors
mos
fet
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Pending
Application number
JP57091225A
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English (en)
Inventor
Isao Fukushima
福島 勇夫
Yasunori Kobori
康功 小堀
Hideo Nishijima
英男 西島
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/4508Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using bipolar transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45085Long tailed pairs
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
    • H03F3/343DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
    • H03F3/345DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only with field-effect devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

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、バイポーラトランジスタとMOS−FETを
組み合せたトランジスタ回路に関するものである。
従来、IC回路においては、第1図に示すような差動増
幅器が広く使用されていた。ここで、1.2け、差動増
幅器を構成する差動対のトランジスタ、5は定電流用の
トランジスタ、7は差動対トランジスタ1,2のバイア
ス電源、8は定電流用のトランジスタ乙のバイアス電源
で、定電流量は、この電圧と抵抗6の値によって定まる
。抵抗4,5け入力端子9.’00Å力電源14の電圧
変化に対する差動対のトランジスタ1,2の電流変化を
電圧変化として出力端子N、+2に乗シだすための抵抗
である。15け電源供給端子である。
ここで、定電流トラン・、ンスタ5の出力インピーダン
スが、トランジスタ1,2の動作抵抗、すなわち、エミ
ッタからみたトランジスタ1,2の出力インピーダンス
に比べて、非富に大きく、理想的な定電流源と考えるこ
とができるならば。
その電流IO1入力電源14の電圧をVとしたときの差
動対トランジスタ1,2の電流It 、I2は周却−二
−痣)4+・・)  ・・・・・・・・・・・・・・・
・・(14j   kT (FF) ’十・・)    ・・・・・・・・・・・
・・・・・・(2)となる。こことんばポルツマン定数
、Tは絶対温度、qは電子のもつt向である。したがっ
て、トランジスタ1の電流変化dは、近似的に」=11
−I2シ2IOμ二よ率)3+土(丼5+・・・)AT
 51 AT  5j  AT と表わされ、偶数次の高調波を除去することができ、第
2図に示す従来の完全エミッタ接地増幅器よりも歪が少
ないとされているC第2図で第1図と同一機能のものは
同一符号を付した。
このように差動増喝器は偶数次高調波のを抑圧する能力
があるのでIC等ではこれらを組み合せた回路が信号増
幅回路とし7て多用されている−しかL実際には、トラ
ンジスタ3のコレクタからtだインピーダンスは有!艮
であるので、必ずしも、完全には渦数次高A波を相殺で
きない。
−「なわち、一般に、トランジスタはコレクターエミッ
タ間の電圧により、実効的なベース幅が変化し、これに
よシ、コノフタ電流9よびエミッタ電流が変化する(「
バイポーラトランジスタつh作理論j 、近代科学社、
P6!〜P64)。したがって、トランジスタ3のコレ
クタからみたインピーダンスはトランジスタ1,2のエ
ミッタからAたインピーダンス、す2よゎぢ動作抵抗γ
Cに対して、必ずし、も充分太きくr、c(トランジス
タ、1の変化電流は1部、トランジスタ3のコレクタ側
;ても分流するので、トランジスタ2には完全に流入し
ない。このため、第1図の差動増遍器の偶数次高調波電
流の低減効果は少なく、出力端子++、12の出力信号
に偶数次高調波も含むことにIよる。
このコレクタ電圧ごツタ間電圧の変化に対丁;コレクタ
ー流の変化を夕)なくするにa、トランジスタ構造のベ
ース幅を大きくてればよいが。
この場合電流増幅率(以後hftと略す)が低下しく[
MOSトランジスタの動作理論」の近代科学ら士、23
コ〜1)40 )、庫JL増幅素子でめるトランジスタ
の不米・機能能な損な〕ことになり、回路構成上多くの
問題が生ずる。1−1よりら、一般にICでは、第1図
の差動増幅器cd、第6図の如く、それ¥組み合ごて一
用丁金ことが多く、この場合hfeの低下の弊薔か多い
。第5図において、第1図と同一・機能のは++”j 
−爵号τ付し定。トランジスタ圓、59vJ第1図のバ
イアス電源7,8に和尚する工(ツタ・710アトラン
ジスタ、抵抗+ 7 + 18 + + 9 ’f:a
差匂対トラ/ジスク1,2および定電流用のトランジス
タ3リバ1アス電圧を定める)でめの抵抗、ダイ万一ド
接続されたトランジスタ56.57 fゴバイアス用の
エミソソフオロアトラー/ジスタ59および定電流用の
トランジスタ32.152 、5:1.56のベース・
エミッタ間電圧の一度補償用でりる。抵抗20,21r
I差@対のトランジスタ1.2のベースバイアス抵抗、
トラン7メタ50゜51はそれぞれ定電流源トランジス
タ32.弼によシ定電流バイアスを施されたエミッタフ
ォロア、トランジスタ34 、35は定電流源トランジ
スタ56とともに差動増幅器を構成する。ここで、トラ
ンジスタ59は各定電流用のトランジスタ59,5゜5
2.33j乙の共通のバイアス電源とl【っている。
40は直流阻止用の容量、41vi入力信号である。
かかる構成とした場合、各定FILtn源トランジスタ
5,52,55.36のコレクターエミッタ間電圧の変
化に対するそれぞれのコレクタ電流、エミッタ電流の変
化を小さくイるため、ベース幅を大きくした場合、先述
のようにhjtが低下する。
このため、コレクターエミッタ間電圧変化によるコレク
タ電流、エミッタ電流の変化の’/hfeのベース電流
変化となる。このベース電流変化げhfgが小さくなっ
た分たり多くなる。畑うに。
入力信号41は、トランジスタL2,3で構成される差
動増幅器で増幅されるので、トランジスタ52.5!、
56のコレクタ電圧の変化が大きく、そのため、ベース
電流の変化も多くなる。このべ−ス底流変化はトランジ
スタ39のエミッタ電流変化となるので、トランジスタ
5に変化分ρ;人入力たことになる。−fなわち出力信
号は1部入力に帰還されたことKなる。トランジスタ3
のベース入力信号に対しては、差動対トランジスタ1.
2が直流的にも交流的にも完全にバランスがとれていれ
ば、抵抗4、抵抗51C発生する信号電圧は同一極性、
同一振幅となるので問題ないか、一般に、アンバランス
とIrりその差電圧は。
差動対トランジスタ54 、55、定電流源(・ランジ
スタ56で構成される差動増・唱器にて増幅され発振が
生じやすくなる。差動対トランジスタ1,2は交流的に
はそれぞれ信号源41のインピーダンスとペースバイア
ス抵抗21となっているので、バランスは原理的にとれ
ない。したがって、必ず帰還が生ずることになり1発振
の恐れかは極めて犬となるっ このように歪をよくしようとすれば発振が生ずる恐れが
あシ1回@設計には特別の配慮を要する。さらに定電源
トランジスタ5,52,55.54にはエミッタ抵抗6
,24,25.57を挿入しであるが、定電源トランジ
スタ5 、52 、35 、56の利得ヲ小すくするた
めのものである。
このエミッタ抵抗の効果は次の通シである。
IC内において、出力端子11の出力をトランジスタ6
6、抵抗67で構成するエミッタフォロアにて低インピ
ーダンスで出力端子65に導く場合、信号電流は一部、
アースライン抵抗59に流れ、ここに信号電圧が発生す
る。一般にアースラインはICレイアウト上、数本以上
になるので、例えば、バイアスを決めるトランジスタ5
6,57.58のアースラインが図示のごとく分離され
ていた場合、トランジスタ3のベース、エミッタ間12
に、上記不要信号電圧が発生する。このため本来不必要
な抵抗6をトランジスタ6のエミッタに挿入し利得を下
げて発振を防止している。トランジスタ52,55.5
6のエミッタ抵抗も同様である。
本発明の目的は、上述の問題を屏決し、偶数次高調波の
抑圧効果によシ、発振の生じにく゛いトランジスタ回路
を実現するトランジスタ回路を提供するにある。
本発明の主V!jLは、バイポーラトランジスタとMO
5構造のFETを混在するICとし、第1.第2のバイ
ポーラトランジスタのエミッタにバイポーラトランジス
タ特性と独立K ト” l/イーソース間インピダンス
ン制御できる’+IO5溝造FETを定電源とした定電
流回路をつくり、この回路を多段接続して、安定なトラ
ンジスタ回路を実現する)(ある。
第4図は、本発明の基本となる構成で、差動増幅器を構
成fる差動対トランジスタ+、2Fiバイアス0iにて
、ゲートバイアスされた、エンハンスメント形AfO5
FET65を定電流源としている、ICでは5周矧のよ
うにバイポーラトランジスタとMOSFETを共存させ
る技術は、既に確立しているが1回路的FCは、入力イ
ンピーダンスを高くする目的でのみ共存させる例が多く
、その他で、バイポーラトランジスタとMOS−FEI
”のそれぞれの%徴を生かした列が少く1本発明はバイ
ポーラトランジスタとMOSFETの%徴を生かした実
施例である。同図に2いて、第1図〜第6図と同一機能
のものtコロ−符号を付した。68はンース接地妊れた
エンハンスメント形FETであって、−cのドレン【n
−バ1アス電源V s 2の電圧で一義的G(定めるこ
とができる。
一般に1dO5−FEfも、トランジスタと同様ドレン
−ソース間電圧の髪化によシ、−WOS講造の実効的な
ゲート・福が変化−「6二つで、ドL/ン側からみたイ
ンピーダンスは*PIj、でるる。し−b1シ、バイポ
ーラとMOS−FETを混在させた場合、バイポー2ト
ランジスタの特性とほぼ独立に、例えばゲートtd化膜
・草を、tiIl−しC大きくすることができるので、
差動対トランジスタ1,2の動作抵抗に対して、充分大
きく′「ることかでき、理想的な定電流源に近でけるこ
と:)−できる。
すなわち、この利点のため前述のように差動増幅器のト
ランジスタ1,2の電流の偶数次高調波の犬幅低l戚が
可能となし、主出力端子N、+2には偶数次高調波のな
い信号を得ることができる。
第5図は本発明の実施例である。すなわちトランジスタ
12を差動対とし、MOS−FET 6Bを定電流源と
した第1の差動増幅器、この出力のバッファ用のMOS
−FET 61を定電流源としたエミッタフォロア用ト
ランジスタ30、MOS−FE’r 62を定電流源と
したエミッタフォロワ用トランジスタ31、さらに、こ
れらの出力を増幅する差動対トランジスタ34 、35
およびMOS−FET65を定電流源とした第2の差動
増幅器から構成されている。端子9に印加される入力信
号9け直流阻止用コンデンサ40を介して、第1の差動
増幅器に印加され、多段増「嘔され、出力端子N、+2
に、出力する。
このような回路構成とすれば、定電源用のMOS−FE
Tのドレン側出力インピーダンスハ、トランジスタの特
性と独立に、例えばゲート酸化膜の厚みを制御して、大
きくすることができるので。
エミッタフォロアトランジスタまたは差動対トランジス
タの動作抵抗に対して充分大きくでき、理想的な定電流
源に近ずけることが可能となる。
したがって、MOS−FET 6B、61,62,65
0ドレイン側の電圧が変化しても、定電流量は変化しな
いので、そのゲート側にも電圧変化、電流変化は生じな
い。このため、各MO5−FETのゲートを共通にしエ
ミッタフォロア39でバイアスされていても、後段のM
OS−FET61.62.65のドレイン側電圧変化は
、初段のMOS−FEr 6.+のゲートには伝達され
ないので、発振は生じない。さらに同図構成においてM
OS−FErはトランジスタに対して、相互コンダクタ
ンスは小さく設けできるのでソースに抵抗を入れなくて
も、アースライン抵抗に起因する発振は生じにくい。す
なわちIcレイアウト士で図示のとと〈アースライン抵
抗59゜71が挿入され、エミッタフォロアトランジス
タ66の信号1!流変化によるアースライン抵抗59の
不要信号電圧が発生し、これが、MOS−FET 6B
のゲート−ソース間に印加されても発振の恐れが少ない
。ここで、MOS−FET61 、62で電流バイアス
さnたLミッタフォロアトランジスタ50.51を挿入
して説明したが、これら?除去した回路構成においても
同僚の効果のめることは明らかである。
このように、本発明によれば、IC上にバイポーラトラ
ンジスタとMOS−FEl’を共存させ、差動対トラン
ジスタのエミッタ側に接続される定電流源をMOS−F
Erと′することにより、理想的な定電流源に近ずける
ことができ偶数矢高−波の少い差動増幅器を実現するこ
とができ、これらを多段に接続しても発振の恐nのない
ものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(げ、従来・つ差動増幅器を示′を図、第2図は
、エミッタ接地トランジスタ増幅器を示す図、第3dr
t従米つ多段の増幅回路を示す図、第4図は本−A明τ
説明するための図、第5図は本発明の実施例を示す図で
ある。 1.2・・・トランジスタ。 ろ・・・定電流源トランジスタ。 +5,6Q、bl、62.65− i 71流源用60
 MOS−FET 。 9・・・入力端子、    11 、+2・・・出力端
子。 代理人升理土 薄 1)利 幸 オ 3 図 f 5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 第1.第2のバイポーラトランジスタのエミッタ
    を共通に接続し、該接続点をソース接地された。%l0
    5−FEZ”のドレインを接続し、該FETを定電流源
    とした構成を多段に接続し、上記定電源用のMOS−F
    ETのゲートに共通のバイアスを与えたことを特徴とす
    るトランジスタ回路。 2、 上記多段に構成された1回路な同−ICチップ上
    に構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のトランジスタ回路。 5、 上記MO5−FETをエンバンスメント形ヲ用い
    、ンース電債を接地しゲートを共通バイアス源に接続す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記
    載のトランジスタ回路。
JP57091225A 1982-05-31 1982-05-31 トランジスタ回路 Pending JPS58209212A (ja)

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JP57091225A JPS58209212A (ja) 1982-05-31 1982-05-31 トランジスタ回路
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US06/499,246 US4590438A (en) 1982-05-31 1983-05-31 Bipolar transistor circuit with FET constant current source

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Publication number Publication date
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EP0097825A2 (en) 1984-01-11
US4590438A (en) 1986-05-20

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