JPS5875910A - 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】 本発明は、少ない消費電流で動作を行なうとともに、低
い電源電圧でも動作金する増幅器に関するものである。

まず従来の増幅器を第１図に示して説明する。

１け同相入力端子、２は逆相入力端子、２１は出力端子
、２０は電源端子、２２け接地端子、３゜５．７，８，
９，１０，１３，１４，１５．１８゜１９はトランジス
タ、１６．１７はダイオード、４．６，１１．１２は抵
抗である。この従来例では初段増幅段全差動対トランジ
スタ７．８，９゜１ｏで構成し、２段目増幅段をトラン
ジスタ１３゜１４のダーリントン接続で構成し、出力段
をトランジスタ１８．１９の５ｘｐｐ接続で構成してい
る。そして出力端子２１と逆相入力端子２の間にフィー
ドバック抵抗全接続することによりフィードバック量に
応じた利得の増幅器として動作する。

ここで各増幅段をみると、初段Ｊ’＋’Ｊ幅段と２段目
増幅段けいず扛もＡ級で動作し、出力段のみがＢ級動作
を行なっている。従って初１反差動増輻段：１３・よひ
２段目増幅段には無信号時にも各々バイアス電流が流扛
ている。

以下には特に電流値の大きい２段目増幅段について述へ
る。出力端子に接続する負荷インピーダンスｆａＬ、　
　出力トランジスタ１８．１９の電流増幅率ｋｈｐＥ、
最大出力振幅ｆｆｉＶｏｍとすると、２段目増幅ｋｋ構
成するトランジスタ１４の動作にで決まり、十分に低い
負荷抵抗と、十分に高い出力電圧を得るには、相当大き
なバイアス電流を必要とするものである。まだ電源端子
２０からトランジスタ１５のエミッターコレクタ、トラ
ンジスタ１８のベース−エミッタ、トランジスタ１９の
エミッターベース、トランジスタ１４のコレクターエミ
ッタを経て接地端子２２へ流れる電流の経路を考えると
、電源端子２０の電圧として少なくともベースエミッタ
順方向電圧（以下ＶＢＥと示す。）の２倍と、コレクタ
エミッタ飽和電圧（以下ＶＣＥＳＡＴと示す。）の２倍
の合計即る２　ＶＢＥ　＋　２　ＶＣＥＳＡＴもの筒い
電圧が必要であるという欠点を有するものであった。

本発明はかかる欠点全改善するものであり、２段目増幅
段以俊の増幅段がすべてＢ級動作が可能であるような初
段差動増幅段全構成して２段目以後の増幅段のバイアス
電流を減少させると同時に、電源端子に必要である敢低
電圧を低下させた憂扛だ増幅器全提供するものである。

以下に本発明の一実施例を図面にもとづいて説明する。

第２図には本発明の第１の実施例を示して説明する。３
１は同相入力端子、３２は逆相入力端子で差動対を構成
する第１および第２のトランジスタ３３．３４のそ扛ぞ
扛のベースに接続される。

３５は第１の定電流源であり、第１および第２のトラン
ジスタ３３．３４より成る初段差動増幅段の動作電流を
与える。令弟１の定電流源３６の電流値を工１とする。

３６．３７は第２および第３の定電流源で各々電流１Ｉ
ｃ２　、ＩＣ３とし、前記工１との関係全次式の−ｉ！
１Ｖとする。

工１−２・ＩＣ２−＝２・ｘｃ３・旧用用・・・・・（
１）またトランジスタ３３のコレクタをトランジスタ３
８のベースに装脱し、トランジスタ３８にベース電流が
流れたとき出力端子３９より信号電流を吸収する様に構
成する。さらにトランジスタ３４のコレクタをトランジ
スタ４ｏのベースに接続し、このトランジスタ４ｏのコ
レクタをトランジスタ４１のベースに装脱して、トラン
ジスタ４ｏおよび４１にベース電流が流ｎだとき出力端
子３９に信号電流上流し出す様に構成する。なおＰ　Ｎ
　Ｐ　トランジスタ４１とＮ　）’　Ｎ　）ランジスタ
３８は各々互いに逆極性のトランジスタであって、各々
のコレクタを互いに接続して出力端子３９としたもので
ある。ここでは４２は電源端子、４３は接地端子である
。

上記第２図の実施例において無信号状態を考えると、（
１）式よりトランジスタ３３および３４の各コレクタ電
流はすべて定電流源３６および３７に訛ｎこむため、ト
ランジスタ４ｏおよびトランジスタ３８のベース電流は
流れず、トランジスタ４１および３８はカットオフの状
態ヲ作っ。

合同相入力端子３１と逆相入力端子３２の間に信号電圧
が入力さ扛、同相入力端子３１の電位が逆相入力端子３
２の電位よりも大きいときを考える。この場合トランジ
スタ３４のコレクタ電流が工Ｃ３よりも大きくなるだめ
、増加分がトランジスタ４０のベースへ流れ込み、トラ
ンジスタ４０およびトランジスタ４１をアクティブ状態
として出力端子３９に信号電流を流し出す。寸だ同相入
力端子３１の電位が逆相入力端子３２の電位」：９小さ
いときは、トランジスタ３３のコレクタ電流がＩＣ２よ
り太きくなるだめ、その増加分がトランジスタ３８のベ
ース電流となって出力端子３９から信号電流を吸収する
。この様に信号の正の半周期でトランジスタ４１がアク
ティブとなり、負の半周期でトランジスタ３８がアクテ
ィブとなる。

即ちＢ級動作を行なうことになる。以−］このように初
段を除いて２段目以降ｉＢ級動作の増幅段とすることが
でき、消費電力の減少と電源電圧の低下を実現すること
が可能となった。

次に第２の実施例を第３図に示して説明する。

本実施例は第２図の実施例に対して、第１の定電流源と
してトランジスタ４４のカレントミラーを用い、第２の
定電流源としてトランジスタ４８、抵抗４９の直列回路
を、第３の定電流源としてトランジスタ６１、抵抗６２
の直列回路を用いている。またトランジスタ３３，３４
よＶ成る初段差動増幅段の出力と出力コンブリメンタリ
ートランジスタ４１および３８との結合として、ダイオ
ード５４、抵抗６６、トランジスタ４ｏとダイオード５
６からなるカレントミラー、およびダイオード６８と抵
抗６９のカレントミラーを用いたものである。

第１の定電流源の電流値工１は、トランジスタ４４とト
ランジスタ４５のカレントミラーのミラー係数を１とし
ているので抵抗６１に流れる電流ＩＲと一致する。次に
＄２の定電流源の電流値ＩＣ２ｉ考える。トランジスタ
４６とトランジスタ４６より成るカレントミラーのミラ
ー係数は１である。トランジスタ５ｏとトランジスタ４
８より成るカレントミラーは面積比２：１を有するだ□
め、仮に抵抗４９の効果全無視すると、ミラー係９　　
　、 数は棒である。従ってトランジスタ４８のコレク流源の
電流値ＩＣ３は、ＩＣ２と同様の構成で、トランジスタ
４６とトランジスタ４７よＶ成るカレントミラーのミラ
ー係数が１．トランジスタ５３とトランジスタ６１より
成るカレントミラーのミラー係数が抵抗６２の効果を無
視して凭であ等しいので 工１−２・Ｉ　（３２：２・工Ｃ３・・・・・・・・・
・・・（２）が成立し、第２図の例と同様にＢ級動作と
なる。

なお第３図の例における抵抗４９と６２は、する効果を
もち、この抵抗による電流分が初段増幅段の出力バイア
ス電流であり、２段目増幅段以後の各増幅段の無信号特
電流を決定するとともにＢ級アンプ欠点であるスイッチ
ングひずみ、クロスオーバひずみの改善を行なうもので
ある。

信号の増幅動作は以下の通りである。同相入力端子３１
に逆相入力端子３２に対して正極性の信０ 号が入力きれると、初段増幅段がトランジスタ３３とト
ランジスタ３４の差動対の動作によりトランジスタ３４
のコレクタ電流が入力信号のｑｍ倍たけ増加する。ｑｍ
はトランジスタ３３とトランジスタ３４の差動対の相互
コンダクタンスである。この信号の増加分はカレントミ
ラー５６とカレントミラー６１で各ミラー係数に対応し
て増幅され、出力端子３９から負荷へ出力信号電流を流
し出し出力信号の正極性の部分を成す。まだ同相入力端
子３１に、逆相入力端子３２に対して負極性の信号が入
力されると、前述の正極性の場合と同様にトランジスタ
３３のコレクタ電流が増加する。この信号の増加分がカ
レントミラー６０でミラー係数に対応して増幅され出力
端子３９を経て負荷から出力信号電流を吸収し出力信号
の負極性の部分を成す。第３図においてカレントミラー
６７はミラー係数１．カレントミラー６６とカレントミ
ラー６ｏのミラー係数は各々抵抗６５と抵抗６９で決ま
る値をもつ。

ここで入力信号がないときの消費電流について１１ 述べる。この場合トランジスタ３３とトランジスタ３４
のコレクタ電流は等しく、各々のベース電流全無視する
と第１の定電流源の電流１１の半分に等しくなる。こｔ
に対し第２お」：び第３の定電トミラー６０に流れ込み
、トランジスタ３８のｊｌ（信号待電流はミラー係数に
対応した値となる。差分の他の一方（ニー　Ｉ　Ｇ　３
　）はカレントミラー６５に流れ込み、トランジスタ４
０のコレクタ′「Ｅ流はミラー係数に対応した値をもつ
とともに同じ電流がトランジスタ４０とトランジスタ４
１に流れる。各カレントミラーに流れる電流は微少信号
時のミラー係数の直線性を補償するのに十分な値で良く
、従来例に示しだ様に負荷抵抗の大きさに応じた値上必
要としない。更にカレントミラーが微少信号においても
ミラー係数、の直線性が作たれ１ま た理想的な場合には無信号時の各カレントミラーの電流
値は零であっても動作する完全なり級動作が可能であり
、より低消費電流化することも可能である。

一方本回路の最低動作電圧は電源端子４２からトランジ
スタ４４のエミッターコレクタ、トランジスタ３３又は
３４のエミッターコレクク、トランジスタ３８又は４０
のベース−エミッタへ流れる電流の経路で決定１れ、１
ＶＢＥ　＋　２　ＶｃＥｓｘＴトｆｔり電圧値として約
１．１ｖ程厩である。これも従来のものに比べて小さく
することが可能となった。

上記第３図の実施例では２段目以後の増幅段全８級にす
ることが可能であり、消費電力の低減と電源電圧を低く
設定することが可能である。σらに本実施例ではミラー
係数を変化σぜるという簡単な回路変更でＡＢ級動作を
行なわせることができ、Ｂ級方式の欠点であるスイッチ
ングひずみ、クロスオーバひずみの性能が要求される回
路にも適用でき、消費電流の低下に大きく寄与するもの
である。捷だ最低、勤、作電圧においても従来の構成の
ものに比べて大さく下まわり、消費電流の低下と合わせ
て、ボータプル機器の小型軽量化を可能ならしめる。

３ さらに第３図の初段差動増幅段は、第４図、第６図のよ
うに構成することもできる。すなわち第４図ではトラン
ジスタ３３．３４に代えて電界効果型トランジスタ６２
．６３’（５用いたものである。

まだ第６図ではトランジスタ３３に代えてトランジスタ
６４．６６のダーリントン接続、トランジスタ３４に代
えてトランジスタ６６．６７のダーリントン接続を用い
た場合である。これらの構成になる初段差動増幅段でも
、２段目以１ヰをＢ級増幅器で構成でき、またカレント
ミラーの調整によりＡＢ級動作を行なわせることも可能
である。また上記では初段のトランジスタ３３　、３４
−ｉＰＮＰ型としたが、これはＮＰＮ型であっても同様
に構成可能である。

以上のように本発明によれば、初段を差動増幅器で構成
し以後の増幅段をＢ級またはＡＢ級動作の構成とするこ
とが可能であるため、消費電力を少なくすることができ
、また動作可能な電源電圧を低く設定することができる
ので集積化にも有利であり、機器の小型、軽量化にも大
きく寄与する　４ ものでめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の増幅器の構成図、第２図は本発明の実施
例全示す構成図、第３図は他の実施例の構成図、第４図
、第６図は妊らに他の実施例の要部を示す構成図である
。 ３１・・・・・・同相入力端子、３２・・・・・・逆相
入力端子、３３．３４・・・・・・トランジスタ、３５
・・・・・・第１の電流源、３６・・・・・・第２の電
流源、３７・・・・・・第３の電流源、３８，４０．４
１・・・・・・トランジスタ、３９・・・・・・出力端
子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名（＼ Ｎ　　　　　　〜　　　　　　　　　〜＼　　　　　＼
　　　　　　　　＼

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）差動対全構成する第１のトランジスタと第２のト
   ランジスタとを有し、第１および第２のトランジスタの
   共通エミッタと電源供給回路の一端との間に第１の定電
   流源を挿入接続し、第１および第２のトランジスタの各
   コレクタと電源供給回路の他の一端との間にそれぞれ第
   ２の定電流源と第３の定電流源を挿入接続し、第１およ
   び第２のトランジスタのベースを差動入力とし、この第
   １および第２のトランジスタのコレクタ全差動出力とし
   たことを特徴とする増幅器。
2. （２）第２および第３の定電流源の電流値上第１および
   第２のトランジスタのコレクタに流れるバイアス電流値
   に実質的に筈しくすることにより、無信号入力時の出力
   電流即ち出力バイアス電流を零となし、次段にＢ級動作
   を行なわせることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の増幅器。
3. （３）第２および第３の定電流源の電流値上第１および
   第２のトランジスタのコレクタに流れるバイアス電流値
   より小さくすることにより、出力バイアス電流全次段に
   供給し、次段にＡＢ級動作を行なわせること全特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の増幅器。
4. （４）第１．第２および第３の定電流源全カレントミラ
   ーで構成したこと一１０徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の増幅器。
5. （５）差動出力を互いに逆極性のトランジスタのベース
   にそれぞれ結合させ、この２つのトランジスタのコレク
   タ同士を接続して出力端子となし、この２つのトランジ
   スタのそれぞれのエミッタを電源の両端に接続すること
   Ｗｔ＝徴とする特許請求の範囲第１項記載の増幅器。
6. （６）差動出力をそれぞれカレントミラーを介して逆極
   性のトランジスタのベースに結合したこと全特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の増幅器。