JPS59138109A - 差動増幅器 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、差動増幅器、特に高精度電子針側器等に用い
て好適の高い同相信号除去比（ＣＭＲＲ）を有する負帰
還差動増幅器に関するものである。

（従来技術とその問題点） 差動増幅器は、エレクトロニクス分野では周知であって
、２人力信号の瞬時着信号成分のみを増幅し、入力信号
の同相成分を除去する増幅器として極めて広範囲に使用
されている。差動増幅器の精度を表わす１つの目安は、
同相信号成分を相殺する又は除去する程度であって、こ
れを一般に同相信号除去（ＣＭＲ）又は同相信号除去比
（ＣＭＲＲ）と呼んでいる。

エミッタ結合トランジスタ対より成る差動増幅器のＣＭ
ＲＲを高くする一般的な技法は、エミッタと基準電源間
に極めて高インピーダンスを接続して定電流源を構成す
るようにすることである。この技法は、一般に１−ロン
グテーリング（長い尾を付けること）」と呼ばれ、トラ
ンジスタに同相信号電流を流すことなくエミッタ電圧を
変化させることができる。これにより、同相信号に対し
てコレクタ電圧を一定に維持し、実質的に　同相信号を
除去している。しかし、かかる型式の回路は、増幅度が
トランジスタ自体の特性で決まるため増幅度の制御及び
予測が不可能であり、また、出力インピーダンスが極め
て高くなるか又はコレクタ負荷インピーダンスで決まる
ので、用途が制限される欠点がある。

一般の差動増幅器のＣＭＲＲを高くする他の技法は、差
動増幅器の両入力端間に直列接続した分圧抵抗の中点か
ら同相信号成分を取出して誤差増幅器に印加し、こうし
て得た誤差信号と差動増幅信号とをうまく合成すること
により同相信号成分を打消すことである。しかし、この
型式の差動増幅器は、大変複雑であり一般に消費電力も
大となる欠点がある。

（発明の目的） したがって、本発明の１つの目的は、新規な負帰還差動
増幅器を提供することである。

本発明の他の目的は、明確に予期できる電圧増幅度と高
ＣＭＲＲを呈する差動増幅器を提供することである。

本発明の更に他の目的は、構成が比較的簡単で比較的消
費電力が低く、且つ集積回路（ＩＣ）化が容易な高ＣＭ
Ｉ？Ｒの差動増幅器を提供することである。

本発明のその他の目的、特徴及び作用効果は、添付図面
を参照しながら以下の説明を読めば当業者には明瞭にな
るであろう。

（発明の椙要） 本発明による高ＣＭＲＲＯ差動増幅器は、エミッタ結合
トランジスタ対と付属回路とより成り、極めて明確で予
期可能な電圧増幅度、低出力インピーダンス及び比較的
低い電力消費を実現することができる。その回路構成は
、差動増幅器の両番半部にそれぞれ帰還ループを含んで
いる。これらの各半部の帰還ループ内にはエミッタフォ
ロワ・トランジスタが挿入され、低インピーダンスの信
号出力が得られる。同相信号成分は、エミッタ結合トラ
ンジスタ対の共通エミッタに接続された抵抗の如き同相
電流発生手段のインピーダンス間に現れる。この抵抗の
値を特別に定めた値として、これに、帰還ループ内のエ
ミッタフォロワ・トランジスタのベース・エミッタ電流
変化を正確に打消す同相信号電流を流すようにする。そ
の結果、出力されるどんな同相信号電圧も完全に相殺さ
れる。

この回路構成によって、本発明の差動増幅器は、明確に
予測できる電圧増幅度、低出力インピーダンス、広周波
数帯域幅及び高ＣＭＲＲを呈することになる。更に、こ
の差動増幅器は、比較的回路が簡単であって、消費電力
が少なくＩＣ化が容易である。本発明は、差動入力信号
の場合はもとより、シングルエンド入力を差動出力信号
に変換する場合にも使用できる。用途の一例としては、
広帯域オシロスコープのトリガ前置増幅器がある。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例を示す回路図である。同図
は１対のトランジスタＱｌ、Ｑ２を含む並列帰還差動増
幅回路を示しており、それらのエミッタは、相互接続す
ると共に定電流源（カレントシンク）αωを介して適当
な電圧源−Ｖに接続している。トランジスタＱｚ、Ｑ２
のコレクタは、それぞれ負荷抵抗（１２）　、　　（１
４）を介して正電圧源＋Ｖに接続している。トランジス
タＱ１のベース入力信号（＋Ｖｒｎ／２として示す。）
は、入力端子（１６）から人力信号源抵抗（１８）・を
介して供給する。同様に、トランジスタＱ２のベース入
力信号（−Ｖｉｎ／２として示す。）は、入力端子（２
０）から入力信号源抵抗（２２）を介して供給する。図
において、端子（２０）を破線で接地し他方の入力端子
（］６）に信号±Ｖｉｎを破線で示したが、これは、入
力信号がプッシュプル信号と同様にシングルエンド信号
であってもよいことを示している。増幅器の各半部の帰
還路は、それぞれトランジスタＱ１又はＱ２のベースと
コレクタ間に接続した抵抗（２４）又は（２６）を含み
、エミッタフォロワ・トランジスタＱ３又はＱ４がトラ
ンジスタＱ１又はＱ２のコレクタと帰還抵抗（２４）又
は（２６）間に図示のように接続されている。出力端子
（２８）と（３０）をそれぞれトランジスタＱ３とＱ４
のエミッタに接続して、低インピーダンスの信号出力を
取出す。本実施例においては、抵抗（３２）を同相電流
発生手段としてトランジスタＱ１と０２の共通エミッタ
接続点ＣＭと基準電源間に接続する。バイアス電流源（
３４）　、　　＜３６）をそれぞれトランジスタＱ３．
Ｑ４のエミッタに接続する。

次に、動作を説明する。負荷抵抗（１２）　、　　（１
４）の抵抗値が等しくＲＬで且つトランジスタＱｚ。

Ｃ２の相互コンダクタンスＢｍの逆数１／　ｇｍより十
分大きいと仮定すると、入力端子（１６）　、　　（２
０）間に印加した差動信号はＲｆ／Ｒｓの増幅度で増幅
され、それぞれ出力端子（２Ｂ）　、　　（３０）に−
Ｖｏｕｔ／２゜＋　Ｖｏｕｔ／　２が現れる。ここで、
Ｒｓ及びＲｆはそれぞれ人力抵抗（１８）　、　　（２
２）及び帰還抵抗（２４）（２６）の抵抗値である。低
電流源ａ［ｌｌは、トランジスタＱ１　、　Ｃ４のほぼ
全定常電流１．を供給する。

嵐止な差動出力信号に対しては、この■Ｅは変化せず、
単にトランジスタＱ１と０２間の分流比のみが変化する
。これにより、差動出力信号が得られる。差動増幅動作
の場合、同相信号電流発生手段である抵抗（３２）を流
れる電流の変化はほばＯであり、トランジスタＱ１．Ｑ
２のベースは仮想的に接地されたと同じである。

入力信号中に同相信号成分が含まれていると、トランジ
スタＱ３．Ｑ４のベース電流が変化する。

その理由は、トランジスタＱ１．Ｑ２のベースにおける
仮想接地点が入力信号の同相信号成分（Ｖ　ＣＨ）によ
り変動するためである。トランジスタＱ３゜Ｃ４のベー
ス電流変化Δｉしを式で示すと、次式のようになる。

ここで、βはトランジスタＱ３．Ｑ４のベータ電流増幅
率である。トランジスタＱ１．Ｑ２のベース電圧は同相
信号に対しζ等しく変化するので、同相信号成分ＶＣＨ
は接続点ＣＭに現れる。その結果、同相信号電流発生用
抵抗（３２）に電流ΔＴ。

が流れる。この電流変化Δ１．は、次式で与えられる。

この電流変化ΔＩｒｉはトランジスタＱ１．Ｑ２に２等
分されて、定電流源ａψの電流ｒ、を変化するのと同一
効果を生じる。抵抗（３２）の抵抗値Ｒ。

を適当に選択すると、電流変化ΔＩ、は両エミッタフォ
ロワ・トランジスタＱ３．Ｑ４のベース電流変化ΔｉＩ
）を完全に打消すことができる。このようにしてベース
電流変化を打消すと、負荷抵抗（１２）　、　　（１４
）両端電圧は同相信号成分と共に変化することはない。

その結果、出力端子（２Ｂ）。

（３０）の出力信号から同相信号成分が完全に排除され
る。したがって、ΔＩＫ　＝−２Δｉ６の関係から、抵
抗（３２）の値Ｒ肛はＲ区＝＋（β＋１）Ｒｆで決まる
。

ＲｓとＲｆは、良好な高周波応答特性を得るために適度
の低インピーダンス（５００Ω以下）としである。この
ため、同相入力信号はトランジスタＱ３．Ｑ４のエミッ
タ電流を、したがってΔｔｂをかなり変化させることに
なる。換言すると、高いＣ？ＬＲＲはＲｆとＲｓを大き
くすることにより実現できようが、それでは、このＲｆ
　、Ｒｓと共にボールを形成するトランジスタＱ１．Ｑ
２の入力静電容量によって帯域幅が制限されることにな
る。

第２図は、第１図の抵抗（３２）と置換しうる同相電流
発生手段の他の例を示す回路図である。トランジスタＱ
５のベースをトランジスタＱ１．Ｑ２の共通エミッタ接
続点ＣＭに接続し、トランジスタＱ６のエミッタを接地
と電圧源間に直列接続している抵抗（４０）と定電流源
（４２）の接続点に接続する。抵抗（４０）の抵抗値は
Ｒｆ／２であるのが好ましく、トランジスタＱ５のベー
スから見込んだインピーダンスＲＱ５は次式で与えられ
る。

Ｒ郭＝（β儲＋１）Ｒｆ／２ ゆえに、トランジスタＱ３．Ｑ４及びＣ５のβが共に等
しいとすれば、Ｒα６＝Ｒ，となる。事実、トランジス
タの特性が揃っていれば（ＩＣ化した差動増幅器ではそ
うであるが）、エミッタ・インピーダンスＲＩＫを温度
や製造工程の変数に無関係に適当な値に設定しうる。更
に、特性の揃ったトランジスタのｆＴ特性はほぼ等しい
ので、本発明による同相除去は周波数に１次的には依存
しない。

よって、極めて高度のＣＭＲＲを広帯域に亘って実現す
ることができる。

以上、本発明の好適な実施例についてのみ説明したが、
これに限らず、本発明の要旨の範囲内において種々の変
更・変形が可能であることは、当業者には明らかであろ
う。

（発明の効果） 本発明の差動増幅器は、差動増幅器を構成するエミッタ
結合トランジスタ対のエミッタ相互接続点に人力信号の
同相信号成分に対応した電流を流す同相電流発生手段を
用いることにより、出力信号中に現れる同相信号成分を
完全に打消すことができる。よって、高ＣＭＲＲの差動
増幅器が得られる。

また、本発明の差動増幅器は、全体として負帰還構成で
あるため、動作が安定であり且つ電圧増幅度が受動素子
で決まるので、設計が容易である。

更に、高インピーダンスを用いず低インピーダンスを用
いて高ＣＭＲＲが得られるので、広帯域増幅器として使
用可能であり、しかも、回路構成が簡単であるからＩＣ
化に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は本発
明に用いる同相電流発生手段の他の例を示す回路図であ
る。 αω・・・・・定電流源、Ｑｌ　、　Ｑ２　・・・・−
゛・エミッタ結合トランジスタ対、Ｑ３　、　　Ｑ４　
　・・・・・付加エミックフォロヮ・トランジスタ、（
３２）　。 （Ｑ５．４０．４２）　　・・・・・同相電流発生手段
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 】、　エミッタ相互接続点に定電流源が接続されたエミ
   ッタ結合トランジスタ対の各トランジスタを付加エミッ
   タフォロワ・トランジスタを含む負帰還構成とし、更に
   上記エミッタ相互接続点に同相電流発生手段を付加した
   ことを特徴とする差動増幅器。 ２、上記同相電流発生手段として抵抗を使用する特許請
   求の範囲第１項記載の差動増幅器。 ３６　　上記同相電流発生手段としてトランジスタ抵抗
   及び定電流源を含む回路を使用する特許請求の範囲第１
   項記載の差動増幅器。