JPS58218225A - Ｍｏｓトランジスタ増幅器 - Google Patents

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】 発明の技術分野 本発明は動作速度を向上させたＭＯＳ　）コンデンサ増
幅器に関するものである。

従来技術と問題点 第１図は従来のＭＯＳ　）コンデンサ構成の演算増幅器
の一例の回路図であり、この回路は、増幅段が２慇で素
子数が少ないことから、集積回路（二広く利用されてい
る。同図（二於いて、Ｍ１〜Ｍ１０はＭＯＳ　）コンデ
ンサであり、ＭＯＳ　）コンデンサＭ１〜Ｍ６によりバ
イアス回路が構成され、ＭＯＳ　）コンデンサＭ４〜Ａ
ｆ８により差動増幅回路の入力段が、ＭＯＳ　）ランジ
スタＭ９ノ＆１０によりソース接地回路の出力段が構成
されている。また、Ｃ１はコンデンサ、Ｒは抵抗であり
、両者により、位相補償回路が構成されている。

バイアス回路は定電圧Ｖ１を発生するものであり、これ
（二より、ＭＯＳトランジスタＭ８．　Ｍｌｏのゲート
・ソース間電圧（以下ＶＩＩと略す）が一定に保たれ、
入力段と出力段との動作電流が定められる。入力段は反
転入力端子ＩＮ（−）に加えられる信号と非反転入力端
子ＩＮ（＋）（＝加えられる信号との差を増幅するもの
であり、出力段は入力段の出力を更ｉ二増幅し、これを
出力端子ＯＵＴより出力するものである。

ところで、出力端子ＯＵＴに接続される負荷は、一般に
抵抗素子か容量素子であるが、同図に示すように、コン
デンサＣＬが接続されている場合は、入力段の出力信号
の急変時に高速動作を行なおうとすると、大きな出力電
流が必要となる。

第２図は出力端子ＯＵＴ　ｌニコンデンｆｃｔが接続さ
れている第１図の回路をボルテージホロワ接続し、非反
転入力端子ＩＮ（−４−）にパルス波形を入力したとき
の出力応答波形を示した波形図であり、実線は入力電圧
波形を、点線は出力電圧波形を示している。

入力電圧の立上りに於いては、入力段の６点の電圧Ｖ！
が下降し、Ｍｏ８　）□ランジヌタＭ９のＶｌ３（電源
電圧Ｖｌ）Ｉ）と６点の電”圧Ｖ！との差）が大きくな
るので、Ｍｏ５ｓ　）コンデンサＭ９を流れる電流Ｉ。

は増加する。この時、Ｍｏ夕、、トランジスタＭ１０の
Ｖｌ。

は一定であり、ＭＯＢ　）ラジジスタＭ１０を流れる電
流１１ｏは変化しないものであるから、出力電流の大き
さは（Ｉｏｎ　　’ｔ。）となり、該電流によりコンデ
ンサＣＬが充電される。尚、口ｍは入力電圧の急変時に
、過渡的にＭｏ３　）コンデンサＭ９を流れる大きな電
流を表わしている。

また、入力電圧の立下り（二於いては、電圧Ｖ！が上昇
し、Ｍｏ８　）コンデンサＭ９のＶ、、が小さくなるの
で、電流Ｉ１１はほとんど流れなくなる。この為、出力
電流の大きさは（７ｔｏ）となり、コンダン’ｔ　Ｃｓ
、　（：蓄えられていた電荷は放電される。

ところで、充電時の出力電流Ｃ’ｏｒｎ　　’１ｏ）と
放電時の出力電流１１ｏとでは、一般に充電時の出力電
流の方が大きい為、第１図の従来回路は、第２図に点線
で示すように、立上り速度と立下り速度とが異なる欠点
があった。また、第１線の従来回１路に於いてはミ動作
点電流以上の出力電流を得る′３７、アおヶい＆、□□
□イ、アおヶいヶ蔗があった。

、　発明の目的 本発明は前述１の如き欠点を改善したものであり、その
目的は、ＭＯＳトランジスタ増幅器の動作速度　　□を
高速化させることにある。以下実施例について詳細に説
明する。

発明の実施例 第３図は本発明の実施例の回路図であり、第１図に示し
た従来回路と異なる点は、ＭＯＳトランジスタＭ９　、
ＡｆｌｏのゲートをコンデンサＣ２を介して接続した点
、及びゲート；二印加されるクロック信号φのレベルが
電源電圧ＶＤＩ）と同レベルの時、オン・状態となり、
電源電圧Ｖｓｓと同レベルの時、オフ状態となるＭｏ３
　）コンデンサＡ／１１を設けた点である。尚、同図に
於いて、第１図と同一符号は同一部分を表わしている。

Ｍｏ８　）コンデンサＡｆ１１がオン状態の時は、ＭＯ
ＳトランジスタＭ１０のゲート電圧であるｂ点の電圧Ｖ
、は、バイアス回路の発生する電圧Ｖ１に固定されるの
で、６点の電圧Ｖ！の電圧変化はｂ点の電圧Ｖ３にはほ
とんど影響を及ぼさない。従って、ＭＯＳトランジスタ
Ｍ１１がオン状態の時は、第１図の従来回路と同様の動
作を行なうことになる。また、Ｍｏ８　）コンデンサＭ
１１がオン状態の時、コンデンサＣ２には電圧Ｖ！と電
圧Ｖｓとの差に対応した電荷が蓄えられることになる。

また、ＭＯＢ　）コンデンサＭ１１がオフ状態の時は、
電圧Ｖ！の変化がＭｏ８　）コンデンサＭ９．Ｍ１０の
ゲートに同様Ｃ二伝達される。

第４図ＣＡ）　ｔ　ＣＢ）は、それぞれクロック信号φ
、及び第３図の回路をボルテージホロワ接続し、非反転
入力端子ＩＮ（＋）にパルス波形を入力したときの出力
応答波形を示した波形図である。尚、同図ＣＥ＞に於い
て、実線は入力電圧波形を、点線は出力電圧波形を示し
ている。また、この場合、同図（Ａ）に示すよう６二、
クロック信号φを制御し、入力電圧が立上る直前の時刻
ｔ。−６１間、及び入力電圧が立下る直前の時刻ｔ、〜
ｔ８間に於いて、ＭＯＳトランジスタＭ１１をオン状態
にし、コンダンｆＣ２を充電するようにしている。

入力電圧の立上り≦二於いては、６点の電圧Ｖ−が下降
するので、ＭＯＳトランジスタＭ９のＶｙ＃が人となり
、Ｍｏ８　）コンデンサＭ９を流れる電流Ｉ・は増加す
る。これに対してＭｏ５ｓ　）コンデンサＭ１０を流れ
る電流１１ｏは、Ｍｏ８　）コンデンサＭ１０のＶ、。

が小となるので、はとんど零となる。従′って、入力電
圧の立上り（二於ける出力電流の大きさはＩＤｍとなり
、該電流（二よりコンデンサＣＬが充電される。

また、入力電圧の立下りに於いては、電圧Ｖ、が上昇し
、ＭＯＳトランジスタＭ９のＶ、が小となるので、電流
Ｉ９はほとんど流れなくなる。これＣ二対して、ＭＯＳ
トランジスタＭ１０のゲートには電圧Ｖ。

とコンデンサＣ２の端子間電圧との和が印加され、ＶＩ
Ｉが大となるので、Ｍｏ８　）コンデンサ１０を流れる
電流の大きさは（Ｌｏｒｎ）となり、コンデンサＣＬに
蓄えられていた電荷は放電される。尚、１１ｏｒｎは入
力電圧の急変時（二、過渡的にＭｏ８）コンデンサＭ１
０を流れる大きな電流を表わしている。

上述したように、本実施例に於いては、コンデｙ　ｆ　
Ｃ，に対する充電電流、弊電電流はそれぞれｒｏｍ、　
　ｚｌ。ｙｔとなり、従来回路の充電電流（１ｇ７７Ｌ
１１ｏ　）　、放電電流（−１１゜）　ｉ″□りも大と
７’ｊルもノーｃあるから、高速動作を行なうことが可
能となる。

また、ＭＯＳ　）コンデンサＭ９．Ｍ１０のトランジス
タサイズ、或は動作電の設定条件（二より、ｌ１１ＷＬ
＝１　　’１ｏｍｌとすることは容品であるので、立上
りと立下りの応答速度をそろえることも可能となる。

尚、ＭＯＳトランジスタＭ１１がオフ状態のとき、出力
段の動作点電流はコンデンサＣ２の充電電圧によって決
まる値となるが、本実施例のよう＋：ＭＯ：Ｓトランジ
スタを使用すると、ＭＯＳトランジスタＡ／１０のゲー
トとの接続点はハイインピーダンスとなるので、長時間
にわたって動作点電圧を保持することが可能である。従
って、本実施例のように、入力信号が急変する直前にＭ
ｏ８　）コンデンサＡ（１１を常にオン状態にする必要
はなく、例えば、入力信号が連続的に変化する場合や、
変化する時刻が不明の場合には、出力信号の処理手順Ｃ
二応じて、時々ＭＯＳトランジスタＡｆ１１を短時間オ
ンとすれば良い。この際、ＺＯＳ　）コンデンサＭ１１
のオン、オ・嘗 フによって出力応′答速度が変化することを除けば、１
１１、、・ Ｍｏ８　）うｙジスタ′Ｍ１１がオン、オフ何れの状態
に於いても、本実施例の回路は前述したように演算増幅
器の機能を有し℃いるものであるから、出力信号Ｃ二不
要な電圧が発生することはない。

但し、八人信号の急変時には、コンダンｆＣ２の一方の
端子電圧である６点の電圧Ｖ、が動作点電圧に対して大
きく変動するものであるから、入力信号の急変時にＭｏ
８　）コンデンサＡｆ１１をオン状態にすると、コンダ
ンｆＣ２への充電電圧がその都度変化し、増幅器の安定
性が悪くなる場合があるので、入力信号の急変時にはＭ
ｏ８　）コンデンサＭ１１をオンとしないようにするこ
とが望ましい。

尚、入力信号がほぼ一定の期間、或は緩かに変化する期
間に於いては、出力段の大きな電圧利得によって、出力
電圧によらず６点の電圧Ｖ、はほば一定の値を保ってい
るものであるから、上記期間に於いてＭｏ８　）コンデ
ンサ＆１１をオン状態にすれば、コンダン−９−０２は
常に同じ電圧に充電されることとなり、増幅器の安定性
が損なわれることはない。

上述したような、Ｍｏ８　トランジスタＭ１１のオン、
オフ制御の制限をなくすには、ＭＯＳトランジスタＭ１
１がオンの時、コンダンｆ０２のＶｔ　側端子ｔ：電流
電圧源（図示せず）を接続させ、ＭＯＳトランジスタＭ
１１がオフの時、コンデンサＣ２のＶ！側端子（＝図示
の如く差動増幅器の出力を接続させるスインｆ（図示せ
ず）を設ければ良い。

発明の詳細 な説明したようＣ二、本発明は、差動増幅回路（実施例
に於いてはＭｏ８　）コンデンサＭ４〜Ｍ８から成る）
の出力端子にゲート端子が接続された第１のＭＯＳトラ
ンジスタ（実施例に於いてはＭＯＳトランジスタＭ９）
と、一方の端子が差動増幅回路の出力端子に接続された
コンデンサの他方の端子にゲート端子が接続された第２
のＭｏ８　トランジスタ（実施例に於いてはＭＯＳトラ
ンジスタＭ１０）と、第２のＭｏ８　）コンデンサのゲ
ート端子にバイアス電圧を印加するか否かを制御するス
イッチ慎施例に於いてはＭｏ５ｓ　）コンデンサＭ１１
）とを備えたものであり、入力信号の急変時に、スイッ
チをオフとしておくことＣ二より、大きな出力電流を得
ることができるので、入力信号の急変時に於いても高速
動作が可能となる利点がある。また、消費電力は、コン
ダンｆＣ２を充電する以外従来回路と変わらず、従って
、高速動作を低電力で実現でに、その出力が周期的に急
変し、且つ、長い期間出力レベルが一定に保たれる装置
の増幅器として、本発明の増幅器を適用すれば、その効
果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の回路図、第２図は従来回路の出力応答
特性を示す波形図、第３図は本発明の実施例の回路図、
第４図（Ａ）　、　ＣＢ）は本発明回路の出力応答特性
を説明する為の波形図である。 Ｍ１〜Ｍ１１はＭＯＳ　）ランジスタ、ｃｌ、ｃ２．ｃ
Ｌはコンデンサ、Ｒは抵抗である。 特許出願人　　日本電信電話公社 代理人　弁理士　玉蟲久五部（外６名）第１図 第２図 瞳側 第３図 第４図 ｒΔ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも反転入力端子或は非反転入力端子の何れか、
   一方を有する差動増幅回路と、該差動増幅回路の出力端
   子にゲート端子が接続された第１のＭＯＳ　）コンデン
   サと、前記差動増幅回路の出力端子に第１の端子が接続
   されたコンデンサの第２の端子にゲート端子が接続され
   た第２のＭＯＳトランジスタと、該第２０ＭＯ８）コン
   デンサのゲート端子にバイアス電圧を印加するか否かを
   制御するスイッチとを備え、前記第１．第２（１）ＭＯ
   Ｓトランジスタのドレイン或はソースを接続したことを
   特徴とするＭＯＳ　）コンデンサ増幅器。