JPS60109311A - カレントミラー形電流増幅器 - Google Patents

カレントミラー形電流増幅器

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JPS60109311A
JPS60109311A JP58216098A JP21609883A JPS60109311A JP S60109311 A JPS60109311 A JP S60109311A JP 58216098 A JP58216098 A JP 58216098A JP 21609883 A JP21609883 A JP 21609883A JP S60109311 A JPS60109311 A JP S60109311A
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diode
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Kazuo Kato
和男 加藤
Hideo Sato
秀夫 佐藤
Hiroji Kawakami
寛児 川上
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は増幅器に係り、特に、倣少な電流入力を電圧に
変換増幅するトランスインピーダンス増幅器に関する。
〔発明の背景〕
受光ダイオード出力のような微少な竜がLを電圧に変換
、増幅するに際して、従来、第1図のような回路が用い
られている。これはトランスインピーダンス増幅器とし
て良く知られ−Cいるが、商運化に対して幾つかの問題
点がめる。
すなわち、微少電流に対して抵抗80の値が大きくなり
、浮遊容量の影響を受けて低速化すること。増幅器10
が尚周波で十分な利得がないと加算点が変動して受光ダ
イオード存意の影皆で時定数音発生するが、尚胤波で高
利得、かつ、安定な増幅器を作ることが困難なため、従
来はトランスインピーダンス増幅器の商運化が困難でめ
った。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、微少電流を高速で電圧に変換しうる回
路會提供するにある。
〔発明の概賛〕
本発明は、微少電流を電圧に変換するVC際し、高抵抗
の使用が周波数特性を低下させることに鑑み、十分大な
る゛亜流になるまで電流増幅してから低抵抗で直圧に変
換するものである。また、増幅器の高速化全阻害する要
因が、大きい電圧像幅動作による点に鑑み、増幅器の動
作を電圧振幅の小さい1流増幅器で構成し、高速動作を
可能にするものである。
すなわち、第2図の電流ミラー回路で原理全説明する。
第2図において、同じエミッタ接地tもクトランジスタ
11〜14を図のように接続してトランジスタ11に電
流■を流すと、抵抗8oには入力電流のはy四(並列個
数)倍の′亜流が流れる。従って、抵抗80は第1図り
こ比較して、1/4の、低抵抗で同じ電圧出方が得られ
る。第2図ではトランジスタ11とトランジスタ12〜
15のベースは共通に接続されているので、入力電流に
対する出力電流の応答は極めて高速になる。
第2図の回路でトランジスタの増幅率を11並列数をN
とすると、入力゛亜流1.と出力電流12の比(利得)
は次のようになる。
第2図は、本発明の基本的な着眼点を説明しているが、
実用的には利得N’(r大きくとrLず、また、電流増
幅段が1段であるため、電流増幅段の電圧振幅が大きく
、ミラー効果を受ける。
〔発明の実施例〕
第3図は本発明の一実施例を示す。第3図において、コ
レクタとベースが短絡されたダイオード接続のトランジ
スタ11とトランジスタ12のベースが共通接続されて
いる。トランジスタ12のコレクタはトランジスタとベ
ースが共通接続されているダイオード接続のトランジス
タ13のコツフタへ接続されている。また、トランジス
タ14のコレクタは、トランジスタ16とベースが共通
接続されたダイオード接続のトランジスタ15のコレク
タへ接続されている。トランジスタ11と+側′咀源端
子102との間には信号源としての受光ダイオード10
が接続されている。また、終段のトランジスタ16のコ
レクタと+側電源端子102の間には%流寛圧変換用の
抵抗8oが接続されている。このような第3図の回路に
おいて、それぞわ、の電流増幅段のトランジスタ対の実
効エミッタiiI積比は、トランジスタ11と12はl
二Nl、13と14は1:N2,15と16はにN、に
しである。すなわち、三段分の電流増幅率はNlXN2
XN3である。
このような第3図の回路において、受光ダイオードに光
が照射されて光゛亜流がトランジスタ11に流t’Lる
とトランジスタ12のコレクタにはN1倍の亜流が流れ
、同様にして、トランジスタ14Ic n 1’J l
” N 2倍の亜流が流れ、終段のトランジスタのコレ
クタ、すなわち、抵抗80にはN、N2N3倍の一流が
流れる。従って抵抗8oの一端の出力端子6oから入力
電流に比例した電圧出方が得られる。第3図の回路では
多段増幅なので、各トランジスタの′111流増幅率が
余り大きくなくとも各段の実効エミッタ面積比に応じた
増@率が得られ、N−5としても全体として125倍の
商い一流増1陽率が得られる。また、゛電流の大きい出
力段を除き、各トランジスタの共通ノードはダイオード
接続されているので電圧振幅が小さく、浮遊容量の充電
やミラー効果が小さくなり、高速に動作する。また、増
幅器は無帰還方式なので増幅段が増しても発振等の虞れ
がない。このような鈑続朱件における各亜流増幅段の周
波数応答は、はソ単体トランジスタのエミッタ接地の゛
電流増幅率の周波数特性に近く、高周波まで動作可能で
ある。!。
た、^インピーダンスの′−一流幅動作なので、′電源
゛亀圧変動ノイズ等に強い。
第4図は本発明の他の実施例金示す。第4図の実施例は
MOS)ランジスタで構成したものである。トランジス
タ21と22の対、トランジスタ23と24の対で電流
増幅段を構成しており、二つのトランジスタのチャンネ
ル寸法比W/′L(il−1:Nにしてあり、N2の′
#L流増幅率をうる。第4図の実施例では′電流増幅段
をMOS)ランジスタで構成しているため、ベース電流
に相当した電流は流れず、従って、二つのトランジスタ
の寸法比で定まる電流増幅率の温度影譬等が特に少ない
利点がある。
第4図と第3図から明らかなように、本発明の電流電圧
発生回路は、単一゛電源動作において、変換抵抗の接続
点、すなわち、出力電圧の基準電圧をOV、十電源電圧
の倒れにもできる。また、その間の任意の電圧とするこ
とも可能であり出力信号のインターフェースの自白度が
大きく、レベルシフト回路等を要しない。
第5図に本発明の他の実施例を示す。第5図の実施例で
は、電流増幅回路がバイポーラトランジスタとMOS 
トランジスタとで構成されている。
丁なわち、トランジスタ11と12.15と16の各増
幅段はN)’Nトランジスタ、トランジスタ23と24
の増幅段はPhMOS )ランジスタで構成されている
。また、終段のNPNトランジスタ15のエミッタ17
1:[、この段のトランジスタのエミッタ面積比以上の
利得を得るために抵抗81が挿入されている。(抵抗8
1の抵抗値が大きい程屯九増幅率は大となるン第5図の
回路における利点は、トランジスタ23.24をMOS
)ランジスタとしたため、集積回路中におけるP N 
p トランジスタの使用による速度の限界?!l−改瞥
しうる点であり、バイポーラとMOSの複合化による利
点である。
第6図は本発明の他の実施例を示す。第6図rよ回路素
子の不完全さに基つく速度の低下金改吾づ′る。第6図
の実施例回路では、′a流流暢幅器30入力側にインピ
ーダンス素子としての抵抗85と直列に接続された受光
ダイオード50に対して、図のように利得がはソーのバ
ッファ増幅器70と、定″−圧源90が接続されている
。すなわぬ、バッファ増幅器70と定電圧源90は受光
ダイオード50に対して、いわゆる、プートストランプ
回路を構成している。
第6図のような構成では、′砥流増幅段入力端子におけ
る入力電流変化に伴う微少な電圧変化と受光ダイオード
の並列端子容量(図示せず)の相互作用に基づく動作速
度の低下を防止する。すなわち、電流増幅段の初段のダ
イオードは入力゛電流の変化ΔIに対しΔVの変化をし
、等測的vcR受光ダイオード50の並列容量Cで時定
数が形成される。この時定数は数10nsないしそれ以
上にも達する。しかし、ブートストラップ回路により受
光ダイオード50の両端は定電圧源90の電圧によって
定まる一定電圧に常に保たれるから前述の時定数は実質
的に零にでき、尚速比できる。
第7図は第6図の考えに基つくより詳細な実施例回路を
示す。MOS)ランジスタ21は、定電流回路のMOS
トランジスタ27と共にバフ7ア一増幅器としてのソー
スフォロワを構成している。
第8図は本発明の他の実施例を示す。第8図では、回路
の^速比のため動作゛電流を大きくする手段ヲ講じてい
る。第8図の構成ではMOSトランジスタ21と22が
初段の電流増幅段、MOSトランジスタ23と2F!1
が次段の゛電流増幅段全構成している。それぞれの゛電
流増幅段は1:Nの゛電流利得を持つトランジスタ寸法
比をもっている。また、MOS トランジスタ26,2
7.24は電流バイアストランジスタで、それぞtしの
電流利得ヲ定める寸法比は、1:にNの関係にしである
すなワチ、バイアス段のトランジスタ27と24の比は
トランジスタ21と24のWL流流暢幅比合わせである
。さらに、第8図の回路で明らかなように、バイアス用
のトランジスタ27を流れる′電流は初段の′It流増
幅段に対しては加算に、トランジスタ24を流れるt1
7It、は次段のトランジスタ23に対しては減算にな
るように接続されている。
また、抵抗86はバイアス電流設定用抵抗である一定の
バイアス′玉流Iok流すようになつ℃いる。
従って第8図の回路で、受光ダイオードの信号電流をΔ
工、バイアス電流を1゜とすると、トランジスタ21を
流れる電流はCIo+ΔI)、トランジスタ24全流れ
る゛電流はN1.、トランジスタ22′t−流れるtE
ilEはN(Io+Δ工)、トランジスタ24金流れる
電流はNIO,トランジスタ23を流れる′電流はNΔ
I、)ランジスタ25を流れる゛電流はN2Δ工となる
。fなゎち、終段の出力電流は変らずに回路の動作t#
、r大きくできることになる。この効果は第9図の特性
図によって説明できる。
ダイオード接続したトランジスタの電流対電圧の特性図
は第9図のようになる。すなわち、無バイアス時には電
流変化ΔIに対し電圧変化がΔVのように大きいのに対
し、バイアスエ。ff14えるとΔV′のように小さく
なる。ΔI/ΔVは伝達コンダクタンス、すなわち、利
得であるから、大きな電流で動作させることにより利得
が大きくなって素子の動作が高速化できる。また、ΔV
が小さくなると回路の浮遊容量の影響も低減されるから
同様に高速化できる。
第10図も本発明の他の実施例で、回路の動作速度を上
げるための高動作1kLKの例を示している。
第10図ではトランジスタ26が初段に対するバイアス
電流加算トランジスタで、トランジスタ25が終段に対
するバイアス電流分の減算用トランジスタである。従っ
て、トランジスタ26と26の比は、二段の[流増幅率
に等しく選定されている。第10図の特徴は初段及び終
段とも動作電流が大きくなっており、より高速に信号全
増幅できる。しかし、全体の′に流利得が尚くなるので
終段出力からバイアス電流を差し引くためには利得比の
マツチングには注意深い設計が必要VCする。
第11図は本発明の他の実施例回路図全示す。
第11図は受光電流の差動動作の構成になっている。′
f′なわち、受光ダイオード50に対してはトランジス
タ21と22の対が電流増幅段になっており、他方の受
光ダイオード50′に対してはトランジスタ21’、2
2’の対が電流増幅段を構成する。
また、トランジスタ23,237は終段のトランジスタ
24に対して一定の利得を持つ寸法比全もち、かつ、終
段のトランジスタ24に対して差動でめる。従って、終
段のトランジスタ24には、各受光ダイオードの二段増
幅した差の電流出力が得られる。このような差動回路は
受光ダイオードの温 度による暗電流の打消し等に効果
的である。また、増幅後に差をとっているため、十分大
きな安定した電流を扱えること、増幅初段に対する共通
的な外乱も補正できる可能性があること等の利点がある
第12図は本発明の他の実施例を示す。第12図では終
段の電流、電圧変換用の線形抵抗に代えて非線形のダイ
オード接続のMOS )ランジスタ28を用いる構成と
している。第12図では出力電圧の振幅は指数関数的に
圧縮でき、次段に接続される信号変換回路の許容信号範
囲を実質的に拡大できる。
本発明は実施例のみに限定されるものでなく、例えば、
バイポーラ°電RN幅段のトランジスタ対にベース車#
、補正トランジスタ全付加すること、電流増幅段の対ト
ランジスタとしてデプレション形MO8)ランジスタを
用いること、或いは、接合形トランジスタを用いること
、受光素子のブートストラップ出力電圧としてバッファ
増幅器を用諭ずxi増幅段それ自身の同相振幅段より交
流結dの分圧として得ること等、必要に応じた変更が可
能である。なお、図中60,101は端子、70は電源
、55はツェナーダイオードである。
〔発明の効果〕
本発明によればhヒ動素子が総て%L流動作になりまた
変換抵抗を低くできるので動作が尚連化する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の゛電流電圧変換回路図、第2図は本発明
に用いられる電流増幅回j&邪の原理説明回路図、第3
図ないし第8図は本発明の電#、庫圧変換回路の一実施
例の回路図、第9図は本発明の゛電流増幅器全説明する
特性図、第10図ないし第12図は本発明の他の実施例
の回路図である。 50・・・受光ダイオード、11〜16・・・バイポー
ラトランジスタ、21〜28・・・MOS)ランジスタ
、30・・・電流増幅器、7o・・・バッファ増幅器、
8o。 第1図 第2巳 $3図 第4圀 P150 茶7図 $9図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ダイオード若しくはダイオード接続されたトランジ
    スタからなる素子、この素子がベース電極に並列に接続
    され、この素子よりも実効面積の大きいトランジスタか
    らなり、このトランジスタの制御′電極で制御された電
    流に比例した出力°電流を得る電流増幅回路を複数段接
    続し、初段のベース電極に受光素子を接続し、終段の出
    力電極にインピーダンス素子を接続して、受光素子電流
    に比例した電圧を前記インピーダンスの降下電圧として
    得ることを%徴とする岨#、’ME圧変換回路。 2、特許請求の範囲第1項において、前記受光素子電流
    に加算的に電流を流す定1!流回路を備えたことを特徴
    とする電流電圧変換回路。 3、特許請求の範囲第1項において、前記受光素子電流
    の流入点の電圧変化全検出し、この′電圧変化に比例し
    た電圧を受光素子の他端に加えることを特徴とする電流
    電圧変換回路。
JP58216098A 1983-11-18 1983-11-18 カレントミラー形電流増幅器 Granted JPS60109311A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02165709A (ja) * 1988-12-20 1990-06-26 Toshiba Corp 受光半導体集積回路
JPH0331917A (ja) * 1989-06-29 1991-02-12 Fujitsu Ltd 電流源装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57106205A (en) * 1980-10-31 1982-07-02 Rca Corp Current amplifier

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