JPS60107A - Differential amplifier - Google Patents

Differential amplifier

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Publication number
JPS60107A
JPS60107A JP10718083A JP10718083A JPS60107A JP S60107 A JPS60107 A JP S60107A JP 10718083 A JP10718083 A JP 10718083A JP 10718083 A JP10718083 A JP 10718083A JP S60107 A JPS60107 A JP S60107A
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JP
Japan
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drain
source
fet
differential amplifier
voltage
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Pending
Application number
JP10718083A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Soneda
曽根田 光生
Toshiichi Maekawa
敏一 前川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPS60107A publication Critical patent/JPS60107A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve the linearity of a differential amplifier by preventing the variation of the drain-source resistance due to the voltage of an input signal. CONSTITUTION:An input signal source 11 is differentially connected to the gates of MOSFETs 1 and 2 having sources connected in common to each other, and a constant current source 12 is connected to the source common juncture. Thus a differential amplifier is obtained. While a standard differential amplifier is constituted by MOSFETs 7 and 8 having gates connected differentially with the source 11. The drain of the FET1 is connected to the source of an MOSFET3; while the gate of the FET3 is connected to the drain of the FET7. The drain of the FET2 is connected to the source of an MOSFET4; while the gate of the FET4 is connected to the drain of the FET8. In such a constitution, the drain- source voltage of FETs 1 and 2 which amplify the input signal has no change due to the input voltage. Thus, the variation of each drain-source voltage due to the level of the input signal is prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えばMOS FETを用いだ差動アンプ
の改良に係るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to an improvement of a differential amplifier using, for example, a MOS FET.

「背景技術とその問題点」 第1図において、1及び2は、互いのノースが共通接続
されたMOS FETを示し、このMOS FET1及
び2の互いのゲートに差動的に入力信号源11が接続さ
れており、ソース共通接続点に定tE流源12が接続さ
れている。また、ドレイン及びゲートが共通接続された
MOS FET6のソースが一方のMOS FET 2
のドレ゛インに接続されると共に、一方のMOS I?
ET2のドレインから出力端子15が導出される。更に
、他方のMO3FETIのドレインが電源端子16に接
続される。
"Background Art and its Problems" In FIG. 1, 1 and 2 indicate MOS FETs whose north ends are commonly connected, and an input signal source 11 is differentially connected to the gates of MOS FETs 1 and 2. A constant tE current source 12 is connected to the source common connection point. In addition, the source of MOS FET 6 whose drain and gate are commonly connected is connected to one MOS FET 2.
is connected to the drain of one MOS I?
An output terminal 15 is led out from the drain of ET2. Furthermore, the drain of the other MO3FETI is connected to the power supply terminal 16.

上述の差動アンプにおいて、利得をAv、MOSFET
 2及びMOS FET 6の相互コンダクタンスをそ
れeれgll’l”+及びgrn6. MOS FET
2のドレイン・ノース間抵抗をr2とすると、利得は で示される。一般にMQS FETの相互コンダクタン
スgmは、ドレイン電流をID、ゲート・ソース間電圧
を■Gs、チャンネル幅をW、チャンネル長をり。
In the above differential amplifier, the gain is Av, MOSFET
2 and MOS FET 6.
If the drain-north resistance of 2 is r2, the gain is expressed as. Generally, the mutual conductance gm of an MQS FET is defined as: ID is the drain current, ■Gs is the voltage between the gate and source, W is the channel width, and is the channel length.

利得定斂をβeffとすると で示される。また、MQS FETのドレイン・ノース
間電圧をVDS 、アーリー電圧をVAとするとID で示される。ここで、アーリー電圧VAは各MO3FE
Tに固有な値であシ、IDは定電流である力・ら、ドレ
イン・ソース間抵抗rdO値は、ドレイン−ソース間電
圧VDSの変化により変動することになる。
Letting the gain constant be βeff, it is expressed as follows. Further, if the drain-north voltage of the MQS FET is VDS and the early voltage is VA, it is expressed as ID. Here, the early voltage VA is each MO3FE
Since T is a value specific to T, and ID is a constant current, the drain-source resistance rdO value changes with changes in the drain-source voltage VDS.

特に、相互コンダクタンスglηを高くするため、チャ
ンネル長りを短かくすると、アーリー電圧75;低くな
りドレイン・ノース間抵抗rdが小さくなると共に、ド
レイーン・ソース間電圧VDsの変化による影響が大き
くなる。
In particular, when the channel length is shortened in order to increase the mutual conductance glη, the Early voltage 75 becomes lower, the drain-north resistance rd becomes smaller, and the influence of changes in the drain-source voltage VDs increases.

第1図に示ず差動アンプの利得は、前述のように、MQ
S FETの相互コンダクタンスglTlとMQS F
ET2のドレイン・ソース間抵抗r2の値によるので、
ドレ・rン・ソース間抵抗r2が入力信号に応じたドレ
イン・ソース間電圧VDSにより変化すると、アンプの
直線性が、、lp、 (なる問題点が生じる。
The gain of the differential amplifier, which is not shown in Figure 1, is MQ
S FET transconductance glTl and MQS F
Because it depends on the value of the drain-source resistance r2 of ET2,
When the drain-to-source resistance r2 changes depending on the drain-to-source voltage VDS according to the input signal, a problem arises in which the linearity of the amplifier is changed to , lp, (.

史に、 MQS Ii”E’l’ 2のゲート・ドレイ
/間に存在する帰還答h1のため高周波特性が悪い欠点
もあった。
Historically, MQS Ii"E'l' 2 had the drawback of poor high frequency characteristics due to the feedback response h1 existing between the gate and drain.

[−発明の1,1的−1 この発明は、直線性が優れ、高周波特性の良好な差動ア
ンプの提供を目的とするものである。
[-1, 1 of the invention-1 This invention aims to provide a differential amplifier with excellent linearity and good high frequency characteristics.

「発明の概要」 この発明は、第1及び第2のFETのゲートに差動的に
人力信)J源が接続されると共に、第1及びIS 2 
L7.) FETのソースが共通接続され、このノース
共通接続点に定電流源が接続されだ差動アンプにおいて
、 この差動アンプに対する入力信号がそのゲートに加えら
れる第3のFET及び第40FETからなる他の差動ア
ンプを設け、第1のFETのドレインに第5のFETの
ソースを接続すると共に、第2のFETのドレインに第
6のFETのソースを接続し、第5及び第6のFETの
ドレインを負荷を介して電源端子に接続し、第4のFE
Tのドレインを第5のFETのゲートに接続すると共に
、第3のFETのドレインを第6のFETのゲートに接
続するようにしだ差動アンプである。
"Summary of the Invention" This invention provides a method in which a human power input source is differentially connected to the gates of the first and second FETs, and the first and IS2
L7. ) A differential amplifier in which the sources of the FETs are commonly connected and a constant current source is connected to this common north connection point, consists of a third FET and a 40th FET to whose gates an input signal to the differential amplifier is applied. A differential amplifier is provided, and the source of the fifth FET is connected to the drain of the first FET, and the source of the sixth FET is connected to the drain of the second FET, and the source of the fifth FET is connected to the drain of the first FET. The drain is connected to the power supply terminal via the load, and the fourth FE
This is a differential amplifier in which the drain of T is connected to the gate of the fifth FET, and the drain of the third FET is connected to the gate of the sixth FET.

[一実施例] この発明の一実施例について図面を参照して説明する。[One example] An embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.

第2図において1及び2は互いのソースが共通接続され
たMQS FETを示し、このMQS FET1及び2
の互いのゲートに差動的に入力信号源11が接続されて
おり、ソース共通接続点に定電流源12が接続され、差
動アンプが構成される。
In FIG. 2, 1 and 2 indicate MQS FETs whose sources are commonly connected.
Input signal sources 11 are differentially connected to the gates of the two, and a constant current source 12 is connected to the common source connection point, thereby forming a differential amplifier.

また、入力信号源11が差動的に夫々のゲートに接続さ
れたMOSFET7及びMQS FET8により、基準
の差動アンプが構成される。
Further, a reference differential amplifier is configured by the MOSFET 7 and the MQS FET 8, each of which has its gate differentially connected to the input signal source 11.

つ−まり、MQS FET7及びMQS FET8は互
いのソースが共通接続され、このMQS FET7及び
MOSFET 8の各々のドレインと電源端子17間に
ゲート及び1・し・rンが共通接続されたMQS FE
T9及びMO8FE′r10が夫々挿入される。
In other words, the MQS FET 7 and the MQS FET 8 have their sources connected in common, and the gates and 1.times.r.
T9 and MO8FE'r10 are inserted, respectively.

MQS Fl■T1のドレインがMQS FET3のノ
ースに接続され、 M□S FET 3のゲートが基亭
差動ア/プのMQS Flシ′1゛7のドレインに接続
され、MQS FET3のドレインがMQS I?ET
 5のソースに接続され、その接UL点から出力端子1
4が導出される。MO5I?1!、′■゛5は、ゲート
どドレインが共通接続され、この共通接続点が電源端子
16にグ続され負荷とさtする。
The drain of MQS FET 3 is connected to the north of MQS FET3, the gate of M□S FET 3 is connected to the drain of MQS Fl I? E.T.
5, and output terminal 1 from the connection UL point.
4 is derived. MO5I? 1! , '■'5 have their gates and drains commonly connected, and this common connection point is connected to the power supply terminal 16 to serve as a load.

他方のMQS FET2のドレインがMQS FET4
の7−スニ接!je サレ、MQS FE、T 4 ノ
ゲー) カMO5Fl、l;T8のドレ・[ンに接続さ
れ、MQS FET 4のトレインがMQS Fy;q
−6のソースに接続され、その接続点から出力端子15
が導出される。MQS FET6はゲートとドレインが
共通接続され、この共通接続点が電源端子16に接続さ
れ、負荷とされる。
The drain of the other MQS FET2 is MQS FET4
No. 7 - Suni contact! je Sale, MQS FE, T 4 Noge) is connected to the drain of T8, and the train of MQS FET 4 is connected to the drain of MQS Fy;
-6 source and output terminal 15 from that connection point.
is derived. The gate and drain of the MQS FET 6 are commonly connected, and this common connection point is connected to the power supply terminal 16 to serve as a load.

上述の構成を有するこの発明の一実施例において、入力
信号源11よシ差動アンプの一方のMOSFET 1の
ゲートに高いレベルの電圧が供給され、他方のMOSF
ET2のゲートには差動的に低いレベルの電圧が供給さ
れると、MOS FET 1のドレイン(0点)におけ
る電圧が下がろうとし、またMOSFET 2のドレイ
ン(D点)における電圧が上がろうとする。
In one embodiment of the present invention having the above-described configuration, a high level voltage is supplied to the gate of one MOSFET 1 of the differential amplifier as well as the input signal source 11, and the gate of the other MOSFET 1 is supplied with a high level voltage.
When a low level voltage is differentially supplied to the gate of ET2, the voltage at the drain of MOSFET 1 (point 0) tends to decrease, and the voltage at the drain of MOSFET 2 (point D) tends to increase. try to

一方、その時MO5FET 7及びMOS FET 8
から構成される基準差動アンプにおいて、 MOS F
ET7のゲートには低いレベルの電圧が、 MOS F
ET8のゲートには高いレベルの電圧がそれぞれ供給さ
れるので、 MOS FET 7のドレイン(A点)に
おける電圧は上がり、 MOS FET 8のドレイン
(B点)における電圧は下がる。MOS FET 7の
ドレインは、ノースがMOS FET 1のドレインに
接続されたMOSFET 3のゲートに接続されている
ので、A点における電圧が上がることによりMOS F
ET3のソース(0点)における電圧が上がろうとする
。また、MOS FET 8のドレインにおける電圧が
下がることにより、ゲートがB点に接続されたMOS 
FET4のノース(D点)における電圧が下がろうとす
る。
On the other hand, at that time MO5FET 7 and MOS FET 8
In the reference differential amplifier composed of MOS F
A low level voltage is applied to the gate of ET7, MOS F
Since high level voltages are supplied to the gates of ET8, the voltage at the drain of MOS FET 7 (point A) increases and the voltage at the drain of MOS FET 8 (point B) decreases. Since the drain of MOS FET 7 is connected to the gate of MOSFET 3 whose north end is connected to the drain of MOS FET 1, the voltage at point A increases, causing the MOS FET to
The voltage at the source (0 point) of ET3 is about to rise. Also, as the voltage at the drain of MOS FET 8 decreases, the MOS whose gate is connected to point B
The voltage at the north of FET4 (point D) is about to drop.

このように、0点では、MOS FET 1を介された
信号電圧とIviO5FET 7及び3を介された信号
電圧とが打ち消し合い、信号電圧が現れない。同様にD
点では、Δ40SFET2を介された信号電圧とMOS
FET8及び4を介された信号電圧とが打ち消し合い、
信号電圧が現れない。したがって、入力信号を増幅する
差動アンプのMOS FETI及び2のドレインソース
間電圧VDSは、入力信号によって変化せず、夫々のド
レイン・ソース間抵抗が人力信号のレベルによって変動
することを防止できる。
In this manner, at the 0 point, the signal voltage passed through the MOS FET 1 and the signal voltage passed through the IviO5FETs 7 and 3 cancel each other out, and no signal voltage appears. Similarly D
At the point, the signal voltage passed through Δ40SFET2 and the MOS
The signal voltages passed through FETs 8 and 4 cancel each other out,
No signal voltage appears. Therefore, the drain-source voltage VDS of MOS FETI and 2 of the differential amplifier that amplifies the input signal does not change depending on the input signal, and it is possible to prevent the respective drain-source resistances from changing depending on the level of the human input signal.

第3図へに、MOS FET 7及びMOS FET 
8により構成される基準差動アンプの小信号等価回路を
示す。第3図に!+’いて、gm’−glnlOは、M
OS FET1〜10のそれぞれの相互コンダクタンス
を示ず。
To Figure 3, MOS FET 7 and MOS FET
8 shows a small-signal equivalent circuit of a reference differential amplifier configured by 8. In Figure 3! +' and gm'-glnlO is M
The mutual conductance of each of OS FETs 1 to 10 is not shown.

1、r2.r3.r4.r7.r8は、MOS FET
 1 、 MOSFET 2 、 MOS FET 3
 、 MOS FET 4 、 MOS FET7 、
 MOS I=’ET 8のそれぞれのドレイン・ソー
ス間抵抗を示す。va 、 vb 、 vc 、 vd
は、第3図におけるA点、B点、0点、D点のそれぞれ
の信号電圧を示す。++、i3は、それぞれMO5FE
TI及びMOS FET3のドレイン電流を示す。
1, r2. r3. r4. r7. r8 is MOS FET
1, MOSFET 2, MOS FET 3
, MOS FET 4 , MOS FET 7 ,
Each drain-source resistance of MOS I='ET8 is shown. va, vb, vc, vd
3 shows the signal voltages at points A, B, 0, and D in FIG. ++, i3 are MO5FE respectively
The drain current of TI and MOS FET3 is shown.

第3図Aより、A点の電圧vaは、 であり、B点の電圧vbは、 である。From Figure 3A, the voltage va at point A is: And the voltage vb at point B is It is.

第3図BにMOS FET 1及びMOS FET 2
により構成される差動アンプの小信号等価回路を示す。
MOS FET 1 and MOS FET 2 are shown in Figure 3B.
The small-signal equivalent circuit of a differential amplifier constructed by

等価回路より (3) (、+:)式より、MOS FET 1を流れ
るドレイン電流11vc=t°+1+より 0点の電圧vcが0となるのは、(う)0式よりrT 
〉ニー、上r3gml ’3> ””’ ならばgm!
+ 2 gm5 ↓rl r:(glll+ =土r lr3 g m3
 正−(:)2゛2 gm9 ・°・ gl113 ≠gm9−・・・・・・・・■g
ml gm7 MOS FE′r’の相互コンダクタンスは、で決まる
ので、0式より の関係が成り立つとき、Caに信号電圧力ニ現れず、ド
レイン・ソース間抵抗の影響を受けない。
From the equivalent circuit (3) (, +:) From the equation (, +:), the drain current flowing through MOS FET 1 11vc = t° + 1+, the voltage vc at the 0 point becomes 0 because rT from the equation (U) 0
> Knee, upper r3gml '3>""' then gm!
+ 2 gm5 ↓rl r: (gllll+ = earth r lr3 g m3
Positive-(:)2゛2 gm9 ・°・ gl113 ≠gm9-・・・・・・・・・■g
Since the mutual conductance of ml gm7 MOS FE'r' is determined by, when the relationship from equation 0 holds, no signal voltage force appears on Ca, and it is not affected by the drain-source resistance.

同様に、D点の信号電圧vd力XOとなるのは1呼ユよ
ロユ、、==、0 gm2 gm8 の関係が成り立つ時で、この時D Aに信号75;現れ
ずドレイン・ソース間抵」九の影響を受けない。
Similarly, the signal voltage vd at point D becomes the force XO when the following relationship holds: ==, 0 gm2 gm8, and at this time, the signal 75 does not appear at D A and the drain-source resistance ” Not affected by 9.

第4図にこの発明の他の実施filを示す。ml述の一
実施例においては、差動アンプを構成するMO5FET
1及び2のソース共通接続7aと基準差動アンプを構成
するMO5FET7及び8のノース共通接続点とが、別
々の電流源に接続されると共に、異なる電源が用いられ
ているのに対し、第4図に示す他の実施例においては、
差動アンプ及び基準差動アンプとで共通の定電流源12
及び電源が用いられている。′まだ、基準差動アンプの
負荷であるMO5FET9及び10のそれぞれのゲート
は共通接続され、その接続点に電源端子18が接続され
、この電源端子に直流電圧が加えられる。
FIG. 4 shows another embodiment of the invention. In one embodiment described in ml, a MO5FET that constitutes a differential amplifier
The source common connection 7a of MO5FETs 1 and 2 and the north common connection point of MO5FETs 7 and 8 constituting the reference differential amplifier are connected to separate current sources and different power supplies are used. In another embodiment shown in the figure:
Constant current source 12 common to the differential amplifier and reference differential amplifier
and power source are used. 'Still, the gates of MO5FETs 9 and 10, which are loads of the reference differential amplifier, are connected in common, and the power supply terminal 18 is connected to the connection point, and a DC voltage is applied to this power supply terminal.

前述の実施例においては、電源端子17から供給される
直流電源を変化させることにより、あるいは、定電流源
13を女化させることにより、A点及び13点の直流的
な電圧変化を生じさせ、出力のダイナミックレンジを変
化させることができる。
In the embodiment described above, by changing the DC power supplied from the power supply terminal 17 or by feminizing the constant current source 13, DC-like voltage changes at points A and 13 are caused, The dynamic range of the output can be changed.

一方、他の実施例においては、電源端子18から供給さ
れる直流電圧を変化させることにより、同様に、A点及
び13点の直流電位を変え、出力のダイナミックレンジ
を変化させることができる。
On the other hand, in other embodiments, by changing the DC voltage supplied from the power supply terminal 18, the DC potentials at points A and 13 can be similarly changed, and the dynamic range of the output can be changed.

この発明の他の実施例において、MOS FETI 。In another embodiment of this invention, MOS FETI.

MO’S FET 2 、 MOS FET 7 、 
MOS FET 8としてL(チャンネル長)及びW(
チャンネル幅)が互いに等しいものを用いると、 gml ” gm? 、 gm2 = gm8となり、
とすることにより、0点及びD点に信号電圧があられれ
ず、MOS FET1及び2のドレイン・ソース間抵抗
の影響を受けないようにできる。
MO'S FET 2, MOS FET 7,
As MOS FET 8, L (channel length) and W (
If we use channels with equal channel widths, gml ” gm?, gm2 = gm8,
By doing so, the signal voltage is not applied to the 0 point and the D point, so that the signal voltage is not affected by the drain-source resistance of the MOS FETs 1 and 2.

「応用例」 この発明は、単結晶シリコンを用いたMOS FETの
みならずアモルファスシリコン、ポリシリコン。
"Application Examples" This invention applies not only to MOS FETs using single crystal silicon, but also to amorphous silicon and polysilicon.

有機半導体を用いたMOS FETにも同様に適用でき
る。まだ、この発明は、接合形FETを用いた差動アン
プに対しても適用することができる。
The present invention can be similarly applied to MOS FETs using organic semiconductors. However, the present invention can also be applied to a differential amplifier using a junction FET.

「発明の効果」 この発明に依れば、差動アンプにおいて、ドレイン・ノ
ース間抵抗が入力信号電圧によって変動することを防市
できるので、アンプの直線性を良好とすることができる
。まだ、この発明では、差一 動アンプの一方FE′rのドレインに信号電圧があられ
れないので、ドレインからゲートへ容量を介しての帰還
が生1vず、高周波特性を良好とすることができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, in a differential amplifier, it is possible to prevent the resistance between the drain and the north from fluctuating depending on the input signal voltage, so that the linearity of the amplifier can be improved. Still, in this invention, since no signal voltage is applied to the drain of one FE'r of the differential amplifier, no feedback of 1 V occurs from the drain to the gate via the capacitance, and high frequency characteristics can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の差動アンプの接続図、第2図はこの発明
の一実施例を示す接続図、第3図はこの発明の−・実施
例の小信号等価回路を示す接続図、第4図はこの発明の
他の実施例を示す接続図である。 1〜10・・・・・・・・MOS FET 、 11−
・・・・入力信号諒、12.13・・・・・・・・・定
電流源、14.15・・・−・・・−出力端子%16.
17・・・・・・・・・電源端子。 代理人 杉 浦 正 知 第1図 −3
Fig. 1 is a connection diagram of a conventional differential amplifier, Fig. 2 is a connection diagram showing an embodiment of the present invention, Fig. 3 is a connection diagram showing a small signal equivalent circuit of the embodiment of the present invention, FIG. 4 is a connection diagram showing another embodiment of the present invention. 1 to 10 MOS FET, 11-
...Input signal level, 12.13... Constant current source, 14.15...--Output terminal %16.
17......Power terminal. Agent Masaaki Sugiura Figure 1-3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 第1及び第2のFETのゲートに差動的に入カ信号源が
接続されると共に、上記第1及び第2のFETのソース
が共通接続され、このソース共通接続点に定電流源が接
続された差動アンプにおいて上記第10FETと同相の
入力信号75玉そのゲートに加えられる第3のFETと
、上記第2のFETと同相の入力信号がそのゲートに加
えられる第4のFETとからなる他の差動ア/ブを設け
、上言己第1のFETのドレインに第50FETのソー
スを接続すると共に、上記第2のFETのドレインに第
6のFETのノースを接続し、上記第5及び第6のFE
Tのドレインを負荷を介して基準電位5屯に接続し、上
記第4のFETのドレインを上記第50FETのゲート
に接続すると共に、上記第3のFETのドレインを上記
第6のFETのゲートに接続するようにしたことを特徴
とする差動アンプ。
An input signal source is differentially connected to the gates of the first and second FETs, and the sources of the first and second FETs are commonly connected, and a constant current source is connected to the source common connection point. In the differential amplifier, the input signal 75 in phase with the 10th FET is applied to its gate, and the fourth FET is applied to its gate. Another differential amplifier is provided, in which the source of the 50th FET is connected to the drain of the first FET, the north of the 6th FET is connected to the drain of the 2nd FET, and the 50th FET is connected to the drain of the 50th FET. and 6th FE
The drain of the T is connected to the reference potential 5T via a load, the drain of the fourth FET is connected to the gate of the 50th FET, and the drain of the third FET is connected to the gate of the sixth FET. A differential amplifier characterized by being connected.
JP10718083A 1983-06-15 1983-06-15 Differential amplifier Pending JPS60107A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5406219A (en) * 1993-02-10 1995-04-11 Brooktree Corporation Differential-to-single-ended converter

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US5406219A (en) * 1993-02-10 1995-04-11 Brooktree Corporation Differential-to-single-ended converter

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