JPS6238009A - 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に関する。

（従来の技術） 第３図と第４図は従来の差動増幅器の代表例を示す回路
図である。まず、第３図に示す従来の差動増幅器におい
て、入力端子１にベースが接続されているトランジスタ
Ｑ１と、入力端子２にベースが接続されているトランジ
スタＱ２とにおける共通接続されたエミッタと電源との
間には、電流源ＩＳＩが接続されており、また、前記の
トランジスタＱ１のコレクタと接地との間にはダイオー
ドＤが接続され、さらに、トランジスタＱ２のコレクタ
には出力端子３が接続されているとともに、トランジス
タＱ３のコレクタが接続されている。

前記のトランジスタＱ３のエミッタは接地されており、
また、トランジスタＱ３のベースには前記したトランジ
スタＱｌのコレクタが接続されている。そして、前記の
ように構成されている第３図示の差動増幅器において、
トランジスタＱｌ、　Ｑ２と電流源ＩＳＩとは周知の差
動増幅回路を構成しており、また、ダイオードＤとトラ
ンジスタＱ３とは周知のカレントミラー回路を構成して
いる。

第３図示の差動増幅器において、入力端子１゜２間に入
力信号Ｖｉが供給されると、差動増幅回路を構成してい
るトランジスタＱ１には前記の入力信号Ｖｉに応じて電
流工１が流れ、また、差動増幅回路を構成しているトラ
ンジスタＱ２には前記の入力信号Ｖｉに応じて電流工２
が流れる。

第５図は、前記した差動増幅回路を構成しているトラン
ジスタＱｌ　、Ｑ２に前記の入力信号Ｖｉに応じて流れ
る電流ＩＩ、Ｉ２を示している。すなわち、第３図示の
差動増幅器におけるトランジスタＱｌ、Ｑ２からなる差
動増幅回路は、それに供給された入力信号Ｖｉが零の状
態において、トランジスタＱｌ、Ｑ２には、電流源ＩＳ
Ｉの電流工０の１７２づつの電流Ｉｔ、　Ｉ２が流れ、
前記した電流ＩＩ、　Ｉ２の太きさは、差動増幅器の入
力端子１，２に供給される入力信号Ｖｉの変化に応じて
、第５図に示されているように０〜Ｉｏの範囲で差動的
に変化するものとなる。

そして、前記した差動増幅回路における一方の出力側に
現われる電流■１が入力信号として与えられているカレ
ントミラー回路では、それの出力側のトランジスタＱ３
に、　Ｉｌの電流を流す。したがって、出力端子３に流
れる電流ＩＱはＩＱ＝１１−工２となるが、その電流１
１２は差動増幅器の入力端子１゛、２に供給されている
入力信号Ｖｉの変化に応じて第６図に示されているよう
°に、入力信号が零の状態における■Ω＝０の状態を中
心にして、入力信号の変化に応じて一１０〜＋Ｉｏまで
変化するのであり、第３図の回路配置は入力信号に応じ
て電流出力で出力信号が得られる差動増幅器を構成して
いるのである。

次に、第４図に示す従来の差動増幅器において、入力端
子１にベースが接続されているトランジスタＱ１と、入
力端子２にベースが接続されているトランジスタＱ２と
における共通接続されたエミッタと電源との間には電流
源ＩＳＩが接続され、また、前記のトランジスタＱｌの
コレクタと接地との間にはダイオードＤが接続され、さ
らに、トランジスタＱ２のコレクタと接地間にはダイオ
ードＤ１が接続され、さらにまた、前記したトランジス
タＱ１のコレクタにはトランジスタＱ３のベースが接続
され、トランジスタＱ２のコレクタにはトランジスタＱ
５のベースが接続されている。

前記したトランジスタＱ３．Ｑ５のエミッタは接地され
ており、また、トランジスタＱ５のコレ久りはダイオー
ドＤ２を介して電源に接続されているとともに、トラン
ジスタＱ６のベースに接続されている。前記したトラン
ジスタＱ６のエミッタは電源に接続されており、また、
トランジスタＱ６のコレクタとトランジスタＱ３のコレ
クタとには出力端子３が接続されている。

前記のように構成されている第４図示の差動増幅器にお
いて、トランジスタＱｌ、Ｑ２と電流源ＩＳＩとは周知
の差動増幅回路を構成しており、また、ダイオードＤと
トランジスタＱ３、ダイオードＤ１とトランジスタＱ５
、ダイオードＤ２とトランジスタＱ６とはそれぞれ周知
のカレントミラー回路を構成している。

第４図示の差動増幅器において、入力端子１゜２間に入
力信号Ｖｉが供給されると、差動増幅回路を構成してい
るトランジスタＱ１には前記の入力信号Ｖｉに応じて電
流工１が流れ、また、差動増幅回路を構成しているトラ
ンジスタＱ２には前記の入力信号Ｖｉに応じて電流工２
が流れる。

そして、前記したトランジスタＱ３のエミッタには、ダ
イオードＤとトランジスタＱ３とによって構成されてい
るカレントミラー回路の動作によって、前記したトラン
ジスタＱ１のコレクタに流れている電流工１と同一の電
流１１が流れ、また、前記したトランジスタＱ６のエミ
ッタには、ダイオードＤ１とトランジスタＱ５とによっ
て構成されているカレントミラー回路、及び、ダイオー
ドＤ２とトランジスタＱ６とによって構成されているカ
レントミラー回路との２つの縦続接続されているカレン
Ｉ−ミラー回路の動作によって、前記したトランジスタ
Ｑ２のコレクタに流れている電流工２と同一の電流Ｉ２
が流れる。

したがって、出力端子３に流れる電流ＩＱは、Ｉ　Ｑ　
＝１１−Ｉ２となるが、その電流ＩＱは差動増幅器の入
力端子１，２に供給されている入力信号Ｖｉの変化に応
じて第６図に示されているように、入力信号が零の状態
におけるＩＱ＝ｏの状態を中心にして、入力信号の変化
に応じて−Ｉｏ〜十■０まで変化するのであり、第４図
の回路配置は入力信号に応じて電流出力で出力信号が得
られる差動増幅器を構成しているのである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、第３図を参照して説明した差動増幅器におけ
る出力信号の直流電位ＶＱは、それの下限がトランジス
タＱ３によって制限され、また、それの上限はトランジ
スタＱ２によって制限されるが、一般にトランジスタＱ
２及びトランジスタＱ３のコレクタ・ベース間接合は順
方向にバイアスされてはいない、という条件の下におい
て、トランジスタＱ２のベース電圧をｖｂとしたときに
。

前記した出力信号の直流電位ｖｐは、（トランジスタＱ
３のベース・エミッタ間電圧ｖＢＥ）　（Ｖ　Ｑ〈（ト
ランジスタＱ２のベース電圧）の関係で示される範囲に
制限されるために、電源電圧Ｖｃｃに対する電源利用率
が悪いという問題点がある。

一方、第４図に示されているような構成を備えている差
動増幅器における出力信号の直流電位ＶＱは、（トラン
ジスタＱ３のベース・エミッタ間電圧ｙ　ＢＢ）　＜ｖ
　Ｑ＜　　（（電源電圧Ｖｃｃ）−（トランジスタＱ６
のベース電圧））の関係で示される範囲に制限されるが
、この場合における電源電圧Ｖｃｃに対する電源利用率
は前記した第３図示の構成の差動増幅器における電源電
圧’Ｊｃ、ｃに対する電源利用率よりも向上している。

しかしながら、この第４図示の構成を有する従来の差動
増幅器では、ＩＱ＝１１−Ｉ２の関係で得られる電流Ｉ
ｆｆ、すなわち、出力端子３に流れる電流ＩＱは、ダイ
オードＤとトランジスタＱ３とによって構成されている
カレントミラー回路の動作によってトランジスタＱ３の
エミッタに流れる電流工１と、ダイオードＤ１とトラン
ジスタＱ５とによって構成されているカレントミラー回
路及びダイオード０２とトランジスタＱ６とによって構
成されているカレントミラー回路との２つのカレントミ
ラー回路を介してトランジスタＱ６のエミッタに流れる
電流工２とによって得るようにしているから、当然のこ
とながら、１つのカレントミラー回路を介してトランジ
スタＱ３のエミッタに流れる電流１１と、２つのカレン
トミラー回路を介してトランジスタＱ６のエミッタに流
れる電流Ｉ２との間には位相推移が存在すること、及び
、特にモノリシック集積回路では、トランジスタＱ６と
してＮＰＮ　トランジスタに比べて利得帯域幅積の悪い
ＰＮＰ　ｔ−ランジスタが使用されるので、このことに
より位相推移の増大が生じることなどによって、この第
４図示の構成を有する差動増幅器は、第３図示の構成を
有する差動増幅器に比較して高周波特性が大巾に悪化す
るという点が問題になる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、入力信号が供給されている差動増幅回路にお
ける一方の出力側に入力側が接続されているカレントミ
ラー回路の出力側と、前記した差動増幅回路の他方の出
力側との接続点に電流源を接続し、また、前記したカレ
ントミラー回路の出力側と差動増幅回路の他方の出力側
との接続点と前記のカレントミラー回路の入力側との間
にベースとエミッタとが接続されているトランジスタに
より帰還路を形成し、さらに、前記のトランジスタのコ
レクタ側より出力信号を得るようにしてなる差動増幅器
を提供するものである。

（実施例） 以下、本発明の差動増幅器の具体的な内容について、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図及び第２図は本発明の差動増幅器のそれぞれ異な
る実施例の回路図であって、この第１図及び第２図に示
されている差動増幅器において、既述した第３図及び第
４図に示されている差動増幅器における各構成部分と対
応している構成部分には、第３図及び第４図中で使用し
ている図面符号と同一の図面符号が使用されている。

第１図及び第２図において、入力端子１にベースが接続
されているトランジスタＱ１と、入力端子２にベースが
接続されているトランジスタＱ２とにおける共通接続さ
れたエミッタと電源との間には、電流源ＩＳＩが接続さ
れており、また、前記のトランジスタＱ１のコレクタと
接地との間にはダイオードＤが接続され、さらに、トラ
ンジスタＱ２のコレクタにはトランジスタＱ４のベース
が接続されているともに、トランジスタＱ３のコレクタ
が接続されている。

前記したトランジスタＱ３のエミッタは接地されており
、また、トランジスタＱ３のベースには前記したトラン
ジスタＱ１のコレクタが接続されている。前記したトラ
ンジスタＱ２．Ｑ３のコレクタと、トランジスタＱ４の
ベースとの接続点Ａと。

電源Ｖｃｃとの間には、電流源ＩＳ２が接続されており
、また、前記したトランジスタＱ４のエミッタは、トラ
ンジスタＱ３のベースとトランジスタＱ１のコレクタと
に接続さ、れている、前記したトランジスタＱ４のコレ
クタには出力端子３が接続されており、トランジスタＱ
４のコレクタと電源との間には、第１図示の回路配置に
おいては電流源ＩＳ３が接続され、また、第２図示の回
路配置においては負荷抵抗Ｒが接続されている。

トランジスタＱｌ、Ｑ２による差動増幅回路の２つの出
力間に、ベースとエミッタとが接続されている前記した
トランジスタＱ４は、トランジスタＱｌ、Ｑ２による差
動増幅回路の２つの出力間に帰還路を構成している。

さて、前記した第１図及び第２図中におけるＡ点の電圧
は、トランジスタＱ２の電流Ｉ２と、トランジスタＱ３
の電流Ｉ４と、電流源ＩＳ２の電流工３とのバランスに
よって決定されるのであるが、前記のＡ点の電圧は前記
したトランジスタＱ４の帰還作用により次のようにして
自動的に決定されるのである。

すなわち、差動増幅器の入力端子１，２間に入力信号Ｖ
ｉが供給されることにより、トランジスタＱｌ、Ｑ２に
よる差動増幅回路のトランジスタＱ１のコレクタにＩ１
の電流が流れ、また、トランジスタＱ２のコレクタにＩ
２の電流が流れ、さらに。

電流源ＩＳ２からはＩ３の電流が流れ、さらに、カレン
トミラー回路の出力側にＩ４の電流が流れているとした
場合に、今、前記の電流間の大きさの関係が、Ｉ４＜　
（Ｉ２＋Ｉ３　’）であったとすると、この場合にはＡ
点の電圧が上昇しようとするが、トランジスタＱ４のエ
ミッタの電位はダイオードＤによって固定されているか
ら、その固定されたトランジスタＱ４のエミッタ電圧に
対して、ベース・エミッタ間電圧だけ高い電圧に固定さ
れている状態にあるトランジスタＱ４のベースに対して
（（Ｉ２＋ｌ３）−Ｉ４）の電流が流れる。前記したト
ランジスタＱ４のベース電流の増大によってトランジス
タＱ４のエミッタ電流工５が増大し、それがカレントミ
ラー回路の入力側に供給される。

それによってカレントミラー回路における入力側の電流
■４が増大するが、カレントミラー回路の特性によりそ
れの出力側の電流も入力側の電流と等しい電流になされ
るというような動作を行なって、前記のＡ点の電圧は前
記したトランジスタＱ４の帰還作用により前記の各電流
の関係がｌ４＝Ｉ２＋Ｉ３となされるような電圧値に自
動的に設定されるのである。

前記の各電流間の大きさの関係が、前記の場合すなわち
、Ｉ４（（Ｉ２＋Ｉ３　）とは逆に、Ｉ４）（Ｉ２＋Ｉ
３）の場合には、　前記の場合とは逆にＡ点の電圧が低
下しようとするが、トランジスタＱ４のエミッタの電位
はダイオードＤによって固定されているから、その固定
されたトランジスタＱ４のエミッタ電圧に対して、ベー
ス・エミッタ間電圧だけ高い電圧に固定されている状態
にあるトランジスタＱ４のベースに対して（Ｉ４−（Ｉ
２＋ｌ３））の電流が流れる。前記したトランジスタＱ
４のベース電流の減少によってトランジスタＱ４のエミ
ッタ電流Ｉ５が減少し、それがカレントミラー回路の入
力側に供給される。それによってカレントミラー回路に
おける入力側の電流工４が減少するが、カレントミラー
回路の特性によりそれの出力側の電流も入力側の電流と
等しい電流になされるというような動作を行なって、前
記のＡ点の電圧は前記したトランジスタＱ４の帰還作用
により、前記の各電流の関係がｌ４＝Ｉ２＋Ｉ３となさ
れるような電圧値に自動的に設定されるのである。

前記のような電流１４＝１２−Ｉｆ３がカレントミラー
回路に流れるときに、トランジスタＱ４に流れる電流工
５は、ｌ５＝Ｉ４−１１＝Ｉ２−１１＋Ｉ３となるから
、第１図示の実施例回路において出力端子３に流れ出る
電流ＩＱは、電流源ＩＳ３の電流をＩ３とすると、工λ
＝　Ｉ３−Ｉ５＝Ｉｌ−Ｉ２、すなわち、第１図に示さ
れている回路配置は、既述した従来例の差動増幅器につ
いて説明したと同様な第６図に示されるような入力信号
対出力信号特性を有する差動増幅器を構成していること
になる。

そして、第１図示の差動増幅器における出力信号の直流
電位は、それの上限が電流源ＩＳ３で制限され、また、
それの下限はトランジスタＱ４のベース・エミッタ電圧
で制限されるが、一般に、電流源ＩＳ３はＮＰＮ　トラ
ンジスタを用いたカレントミラー回路シこよって構成さ
れるから、第１図示の差動増幅器からの出力信号の直流
電位の上限は、（電源電圧Ｖｃｃ）−（トランジスタの
ベース・エミッタ間電圧）となり、また、第１図示の差
動増幅器からの出力信号の直流電位の下限は、Ａ点の電
圧の２倍の電圧、すなわち、トランジスタのベース・エ
ミッタ間電圧の２倍の電圧となる。

したがって、第１図示の差動増幅器からの出力信号の直
流電位ＶＱは、２ＶＢＥ＜　ＶＱ　＜　（（電源電圧Ｖ
ｃｃ）−（トランジスタのベース・エミッタ間電圧））
となるから、第１図示の差動増幅器における電源Ｖｃｃ
の利用率は、既述した第３図示の従来の差動増幅器にお
ける電源Ｖｃｃの利用率に比べて改善されていることが
判かる。

そらに１本発明の差動増幅器においてはカレントミラー
回路に帰還が掛かっているから、第３図及び第４図を参
照して説明した従来の差動増幅器に比べて、そ九の位相
推移が大巾に改善されるのである（後述されている第２
図示の実施例でも同じ）。

次に、第２図示の実施例回路では、既述した第１図示の
実施例回路中の電流源ＩＳ３の代わりに。

負荷抵抗Ｒを接続しているが、トランジスタＱ４に流れ
る電流Ｉ５は、前記した第１図示の実施例の場合と同様
にｌ５＝Ｉ２−１１＋Ｉ３であり、この電流Ｉ５が負荷
抵抗Ｒに流れることにより、出力端子３に現われる出力
電圧Ｖｏは、（Ｉ２−１１）Ｒ＋Ｉ３・Ｒとなる。ここ
で、前記のＩ３・Ｒは出力直流電位であるから、工３・
Ｒ＝ＶＱとおき、（Ｉ２−Ｉｆ）＝−Ｉ党とおくと、前
記した出力端子３に現われる直流電圧ｖｏはＶｏ＝−Ｉ
　Ｑ−Ｒ＋ＶＱとなり、出力信号を電圧出力として取出
すことができる。

（効果） 以上、詳細に説明したところから明らかなように本発明
の差動増幅器は、入力信号が供給されている差動増幅回
路における一方の出力側に入力側が接続されているカレ
ントミラー回路の出力側と、前記した差動増幅回路の他
方の出力側との接続点に電流源を接続し、また、前記し
たカレントミラー回路の出力側と差動増幅回路の他方の
出力側との接続点と前記のカレントミラー回路の入力側
との間にベースとエミッタとが接続されているトランジ
スタにより帰還路を形成し、さらに、前記のトランジス
タのコレクタ側より出力信号を得るようにしてなる差動
増幅器であるから、出力電位の電源利用率が高く、かつ
、位相推移が少く高周波特性の良好な差動増幅器を容易
に提供することができるのであり１本発明によれば既述
した従来の差動増幅器における諸欠点を解決できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の差動増幅器の各員なる実施
例の回路図、第３図及び第４図は従来の差動増幅器の回
路図、第５図及び第６図は特性曲線例図である。 Ｑ１〜Ｑ６・・・トランジスタ、Ｄ、ＤＩ、Ｄ２・・・
ダイオード、ＩＳＩ〜ＩＳ３・・・電流源、１，２・・
・入力端子、３・・・出力端子、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力信号が供給されている差動増幅回路における一
   方の出力側に入力側が接続されているカレントミラー回
   路の出力側と、前記した差動増幅回路の他方の出力側と
   の接続点に電流源を接続し、また、前記したカレントミ
   ラー回路の出力側と差動増幅回路の他方の出力側との接
   続点と前記のカレントミラー回路の入力側との間にベー
   スとエミッタとが接続されているトランジスタにより帰
   還路を形成し、さらに、前記のトランジスタのコレクタ
   側より出力信号を得るようにしてなる差動増幅器 ２、帰還路を形成するトランジスタのコレクタに電流源
   を接続し、出力信号を電流出力として得るようにした特
   許請求の範囲第１項に記載の差動増幅器 ３、帰還路を形成するトランジスタのコレクタに負荷抵
   抗を接続し、出力信号を電圧出力として得るようにした
   特許請求の範囲第１項に記載の差動増幅器