JPS63281505A - 複合型半導体定電圧発生回路装置 - Google Patents

複合型半導体定電圧発生回路装置

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JPS63281505A
JPS63281505A JP62115899A JP11589987A JPS63281505A JP S63281505 A JPS63281505 A JP S63281505A JP 62115899 A JP62115899 A JP 62115899A JP 11589987 A JP11589987 A JP 11589987A JP S63281505 A JPS63281505 A JP S63281505A
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Kazuhiro Matsuda
和浩 松田
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、相補型絶縁ゲート電界効果トランジスタとバ
イポーラトランジスタを同一半導体基板上に搭載してな
る集積回路において、外部から与えられた入力直流電圧
に対し、小型、低消費電力にして安定な入力直流電圧よ
り低い定電圧を発生する複合型半導体定電圧発生回路装
置に関するものである。
(従来技術及び発明が解決しようとする問題点)従来こ
の種の装置は、第7図に示すような構成であった0図に
おいて、1はエミッタ接地増幅素子、2は帰還回路、3
はエミッタフォロア増幅器、Q、、 Qtはnpnバイ
ポーラトランジスタ、R+、Rz。
R8は抵抗素子、11は外部より印加される直流電圧の
入力端子、12は定電圧発生回路の出力端子、13はエ
ミッタ接地増幅素子lの入力接点、14はエミッタフォ
ロア増幅器3の入力接点である。このように構成されて
いたので、出力端子12に接続されている負荷の変動等
、何らかの要因で出力端子12の電位v1.がΔVll
だけ変動すると、帰還回路2によってこの変動は入力接
点13の電位vI3をb”7.j” R1+ kΔL1
だけ変動させる。エミッタ接地増幅素子1の電圧増幅率
^7tは八□−−gs R3であるから、入力接点13
の電位変動は増幅され、入力接h”7a  だけ変動せ
しめる。ここでg、はエミッタ接地トランジスタQ+の
相互コンダクタンスである。
エミッタフォロア増幅器の電圧増幅率Toeは^vc大
きな値であり、(β。+1)rm  1+ rlである
から^vc  1となる。ここでr・はエミッタ接地ト
ランジスタの出力インピーダンスr、はエミッタフォロ
ア増幅器のベース入力インピーダンスである。
すなわち、L4の変動はそのまま定電圧発生回路の出力
に伝わり、V、の変動量ΔVI*を補正すべ(負帰還が
働く、また入力電位Llの変動ΔV。
に対する出力電位Llの変動ΔvI!も同様に定性を増
すためには、エミッタ接地増幅器のゲインA□−8,R
3を大きくする、および帰還量r −は主としてnpn
バイポーラトランジスタQ、の性能および動作点で決ま
り、太さすることは容易でない、抵抗値は任意に設定可
能であるが、Raを増加させると、抵抗を構成する領域
の面積を増加させ、さらに、Q意に対するベース電流を
減少させるため、急激な負荷電流変動に対するトランジ
スタQ8の応答性を悪化させてしまうという欠点があっ
た。また、Tを1に近づけるためにはR,を0に近づけ
る、あるいはR8を大とすることが必要であるが、前者
は消費電力の増加、後者は抵抗構成部の占有面積増を招
くばかりでな(、さらにこの抵抗比は出力電圧の設定値
にも影響を与えるため大きな自由度はないという欠点が
あった。
第8図は帰還回路部に温度補償機能を持たそた従来構成
例を示す0図において、1はエミッタ接地増幅素子、2
は温度補償機能を具備した帰還回路、3はエミッタフォ
ロア増幅器、Q%s Qts QSsQ4はnpnバイ
ポーラトランジスタ、R+、 Rs、R4゜Rsは抵抗
素子、11は外部より印加される直流電圧の入力端子、
12は定電圧発生回路の出力端子、13はエミッタ接地
増幅素子の入力接点、14はエミッタフォロア増幅器の
入力接点である。このように構成されていたので、QS
s 94の電流密度比で決まるQs、(Imのベース・
エミッタ間電圧差ΔVatを用い、Qlのベース・エミ
ッタ間電圧Vlllの温度による変動を補正するように
働(、シかし直流的な入力電圧の変動、直流的な負荷電
流の変動等によるLxの変動に対する帰還作用は第7図
の例と全(同様である。この場合、抵抗R8のかわりと
してnpnバイポーラトランジスタ94m抵抗Rsが用
いられているが、帰還量TはR,のかわりとしてQ4の
コレクタから接地電位までの動作点における等価抵抗R
0を用いて議論すればよい、この場合、Roは比較的大
きな抵抗値となるためTはlに近づくが、目標の設定電
圧値を得るためにはR1を大とする必要がある。第7図
、第8図の構成において、vI!の変化に対する13の
電位v11の変化の代表的な例を第9図に示す、Aは帰
還量r−1の理想的な場合、Bは設定出力電圧値を実現
するために有限の抵抗分割比をもった帰還がかけられた
場合の例である。すなわち、設定電位を得るには帰還量
Tを1に近づけることはできず、また、大なるR1によ
る帰還回路部の占有面積が増加するという欠点があつた
(発明の目的) 本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので
、その目的は、小型、低消費電力にして?!!、黴な負
荷電流変化に対する史定性を高めると同時に、直流的な
出力電圧の安定性も確保する点を解決した定電圧発生回
路装置を提供することにあ(問題点を解決するための手
段) 上記の目的を達成するため、本発明は同一半導体基板上
に、それぞれ複数個のPチャネルエンハンスメント型M
OSFET、nチャネルエンハンスメント型MOSFE
T、npnバイポーラトランジスタ、pnpバイポーラ
トランジスタを搭載してなる集積回路装置(以下旧−C
MO3集積回路装置と呼ぶ)において、少(とも1つ以
上のnpnバイポーラトランジスタを具備したエミッタ
接地増幅素子と、出力電圧の変動を検出し、該エミッタ
接地増幅素子に伝える帰還回路部、出力接点が、その入
力接点に接続されるエミッタフォロア増幅器とを具備し
、該エミッタフォロア増幅器は第1のpMOSFETと
第1のnpnバイポーラトランジスタを含み、該第1の
pMOSFETのソース電極が該第1のnpnバイポー
ラトランジスタのコレクタ電極に接続され、該第1のp
MOSFETのドレイン電極は該第1のnpnバイポー
ラトランジスタのベース電極及び該エミッタ接地増幅素
子の出力接点と接続され、該第1のpMOSFETのゲ
ート電極は該第1のnpnバイポーラトランジスタのエ
ミッタに接続され、にの接続点が定電圧発生回路装置の
出力端子を形成することを特徴とする複合型半導体定電
圧発生回路装置を発明の要旨とするものである。
しかして本発明は、pMOSFETを使用することによ
り、小型、低消費電力にして、急激な負荷電流変動に対
するエミッタフォロア増、幅器の応答性を高め、かつ直
流的にもニーフタ接地増幅器のゲインを確保する、ある
いは帰還回路にpM。
5FETを使用することにより帰還量γを1に近づけて
安定性を高めることを最も主要な特徴とする。従来の技
術とは、エミッタフォロア増幅器の抵抗を出力電圧から
ゲートに帰還をかけたpMOSFETとすることにより
、急激な負荷電流変動に伴なう出力電圧の変動をすみや
かに該PMO3FETのゲートに帰還し、コレクタ接地
npnバイポーラトランジスタのベース電流を変化させ
ることによって該バイポーラトランジスタの応答性を高
め、かつ直流的には該pMO3FETの飽和電流領域の
特性を用いて等測的な抵抗を高め、エミッタ接地増幅器
のゲインを確保させる、あるいは帰還回路に用いたp 
MOS F ETの抵抗の非線形性を利用した構成とす
ることによって、エミッタ接地増幅器への帰還量を1に
近づけることによって安定性を高めた点が異なる。
次に本発明の実施例について説明する。
なお実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうること
は言うまでもない。
第1図は本発明の複合型半導体定電圧発生回路装置の第
1の実施例であって、図において、lはエミッタ接地増
幅素子、2は帰還回路、3はエミッタフォロア増幅器、
Q+、Qxはnpnバイポーラトランジスタ、R1,R
1は抵抗素子、1はpチャネルエンハンスメント型MO
SFET511は外部ヨり印加される直流電圧の入力端
子、12は定電圧発生回路の出力端子、13はエミッタ
接地増幅素子の入力接点、14はエミッタフォロア増幅
器の入力接点である。
しかして、エミッタフォロア増幅器3は第1のpMOs
FETM、と第1のnpnバイポーラトランジスタQ富
を備え、p M OS F E T M +のソース電
極がnpnバイポーラトランジスタQ宜のコレクタ電極
に接続され、pMOsFETM、のドレイン電極はnp
nバイポーラトランジスタQ8のベース電極及びエミッ
タ接地増幅素子1の入力接点14と接続され、p M 
OS F E TM+のゲート電極はnpnバイポーラ
トランジスタQRのエミッタに接続され、この接続点が
定電圧発生回路装置の出力端子12を形成し、エミッタ
接地増幅素子1内のバイポーラトランジスタQ、のエミ
ッタは接地され、ベースは帰還回路2を構成する直列抵
抗RI+ R1の接続点に接続され、抵抗R1の一端は
出力端子に接続され、抵抗R8の他端は接地されている
本発明の詳細な説明するに当って第2図に示すPMO3
FETの静特性に着目する。CはpM。
S F E TM、のlV*slを変化させた時(7)
 I*s−v。
特性群であり、pMO3FETM+のゲート・ソース間
電圧yesはV@s−Vat−Vat +  ドレイン
・ソース間電圧VMSはVss−V+x+ vll−L
lとなる。ココテV++は11の電位、vllは12の
電位、VatはトランジスタQ怠のベース・エミッタ間
電圧である。従って、pMOSFETの閾値電圧を−v
1とすると、l  Vss−Vt  I −Ll−Lt
−Vt テあり、 vi=VIKであるからpMOSF
ETの動作点は第2図Aに示したような点にある。第2
図Bは1vssl= l  V@5−Vv  lとなル
p MOS F ET(D!’51形S1Mと飽和領域
特性の境界を示す、このように動作点が設定されるから
直流的なドレイン抵抗は大に確保され、エミッタ接地増
幅器のゲインは高められる。急激な負荷電流の変化によ
って定電圧発生回路の出力電圧Vllが変動すると、過
渡的に動作点はA′あるいはにに移動する。Nはvex
が減少した場合、にはLmが増加した場合の過渡的な動
作点である。このように動作点が変化するから、Lmの
変化によってすみやかにpMOSFETのドレイン電流
を変化させ、これは6のベース電流を制御することにな
る0例えばVatが増加すると、ドレイン電流が減少し
、Q8のベース電流が小となり、vllが減少する。こ
のように動作するから、その効果としては、定電圧発生
回路の直流的安定性を確保すると同時に急激な負荷電流
変化による出力電圧値の安定性を小型、低消費電力な回
路にして高めることができる。
第3図は本発明の第2の実施例を示すものであって、図
において、lはエミッタ接地増幅素子、2は帰還回路、
3はエミッタフォロア増幅器、Ql+Qi、 Q3. 
Q、はnpnバイポーラトランジスタ、R4゜輩、は抵
抗素子、L、Hzはpチャネルエンハンスメント型MO
SFET、11は外部より印加される直流電圧の入力端
子、12は定電圧発生回路の出力端子、13はエミッタ
接地増幅素子の入力接点、14はエミッタフォロア増幅
器の入力接点である。この帰還回路2は、第2のPMO
3FET)hのソース電極が装置の出力端子12と接続
され、該FETのゲート電極及びドレイン電極が第2の
npnバイポーラトランジスタQ、のコレクタ電極と接
続され、該トランジスタのエミッタ′rs極は抵抗Rs
を介して接地され、ベース電極は、一端が出力端子に接
続されている第1の抵抗R4の他端及びカソード端子が
接地されている第1のダイオードQ3のアノード端子と
接続されて構成されている。このような構造になってい
るから、帰還回路として温度補償機能は、従来技術と同
様に、QS= 04のベース・エミッタ間電位差ΔV□
+ itsおよびhの等価的な抵抗値を用いてQlのベ
ース・エミッタ間を圧VIEIの温度による変動を補償
している0本発明の詳細な説明するに当って第4図に示
すQ4. ’Atの直流負荷特性に着目する。σはnp
nバイポーラトランジスタQ4のベース電流を変化させ
た時のコレクタ電流1cmコレクタ・エミッタ間電圧V
Ctの特性群であり、Fは出力電圧vtiを得る時の動
作点であり、この時のノード13の電位がVtSである
ePMOS F E TMtはゲー) −7−X間電圧
vis−vts−vl、ドレイ7・”/−7!、間電圧
Vm*−Vt*−V+xであり、l 4*5−Vt l
 < l Vss l テあるから、線形領域動作であ
る。その時のドレインコンダクタンスgIはl V41
ml > I Vt l テg**−β1v71で与え
られ、βはβ−1ctsxLで与えられる。ここで、p
はpMOSFETの正孔移動度、Cowはゲート容量、
Lはゲート長、Wはゲート幅である。
第4図りはp M OS F E T PIgを用いた
場合の負荷曲線であり、Eは従来技術による抵抗R,を
用いた場合の負荷直線である。従来技術の抵抗を用いる
場合、Q、の動作点Fに対し、Vlgの出力設定電位を
得るにはF点とLtを通る傾きをもった抵抗値が必要と
なるのに対し、pMO3FETM*を用いる場合は、F
点とVlg−1vtlを通る負荷にできるようゲート幅
Wを調整し低抵抗化を図ることができる。従って、入力
電圧V、の直流的な変化あるいは゛直流負荷電流の変化
等によりベース電流が変化し、これに伴ないvlmがΔ
v1.だけ変化してVt!’となると従来技術の抵抗を
用いていた場合は動作点がF#に移動し、Lmの変化量
はQ4+11sで構成される部分の等価的な抵抗R・と
R8の比で決まる分の変動量ΔLs’であるのに対し、
M書を用いれば動作点はF″に移動し、Vlgの変化量
ΔvImは低抵抗化された分ΔLm =ΔV+Sとする
ことができる。このように動作するから、その効果とし
て、vl、の直流的な変化ΔvI!に対する帰還量Tを
1に近づけることができ、直流的な安定性を増加させる
ことができると共に、帰還回路の小型化も図ることがで
きる。
第5図は本発明の第3の実施例であって、図において、
1はエミッタ接地増幅素子、2は帰還回路、3はエミッ
タフォロア増幅器、Q1+ u、、 Qs+Q4はnp
nバイポーラトランジスタ、8%は抵抗素子、Ml+ 
M*、 MSはpチャネルエンハンスメント型MOSF
ET、11は外部より印加される直流電圧の入力端子、
12は定電圧発生回路の出力端子、13はエミッタ接地
増幅素子の入力接点、14はエミッタフォロア増幅器の
入力接点である。この帰還回路2は、第2のp M O
S F E T?bのソース電極が装置の出力端子12
と接続され、FBTMIのドレイン電極はFETMtの
ゲート電極及び第2のnpnバイポーラトランジスタQ
4のコレクタ電極と接続され、トランジスタのエミッタ
電極は抵抗Rsを介して接地され、ベース電極は第3の
pMO3FE−のドレイン電極及びカソード端子が接地
されている第1のダイオードaSのアノード端子と接続
され、第3のpMO3FETMsのソース電極は装置の
出力端子12に接続され、ゲート電極は第2のpM O
S F E TMsのゲート電極と接続されて構成され
ている。このような第4図における抵抗R4をpチャネ
ルエンハンスメン)FETW、に代えた構造になってい
るから、出力電圧の安定性については第1.第2の実施
例と同様な安定性を具備し、npnバイポーラトランジ
スタQ3に供給する直流電流をp M OS F E 
TMsによって制御している。その効果上しては、動作
点における消費電力の削減を従来技術の抵抗素子R4を
月いて行なうとすると、抵抗値増加に伴なう帰還回路部
の占有面積増を招(のに対し、小型でかつ直流消費電力
の削減が可能となる点で改善があった。
第6図は本発明の第4の実施例であって、図において、
lはエミッタ接地増幅素子、2は帰還回路、3はエミッ
タフォロア増幅器s QI+ Qjはnpnバイポーラ
トランジスタ、R,、RRは抵抗素子、Hlはpチャネ
ルエンハンスメント型MO3FET。
11は外部より印加される直流電圧の入力端子、12は
定電圧発生回路の出力端子、13はエミッタ接地増幅素
子の入力接点、14はエミッタフォロア増幅器の入力接
点である− pMO3FETM+のゲートをノード14
に接続している。このような構造になっているから、M
、は線形領域の動作を行い、gos−β1 vl 1な
るコンダクタンスを有する抵抗として働(、抵抗値はn
、のゲート輻Wによって調整可能である。その効果とし
ては、直流的な消費電力削減、直流的な安定性増加に必
要となる高抵抗を小占有面積で実現できる。
尚、本発明の実施例においてエミッタフォロア増幅器、
エミッタ接地増幅器においてダーリントン接続、ダイオ
ードシリーズ接続等の構成をとっても同様な効果を有す
ることは廚らかである。
(発明の効果) 以上説明したように、本実施例の定電圧発生回路は、p
MOSFETの特性を利用することにより、npnバイ
ポーラトランジスタのバイアス電流を供給し、小型、低
消費電力にして直流的な安定性、急激な負荷電流の変化
に対する応答性を向上させているから、外部より供給さ
れた電源電圧をより低い電圧に変換し、CMOSで構成
された回路の電源電圧として利用すると、低電源電圧動
作による0M03回路の低消費電力性向上、耐圧上のマ
ージン緩和により0MO3微細化が可能となるため、0
M03回路の高速化が図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の複合型半導体定電圧発生回路装置の第
1の実施例回路図、第2図は本発明のエミッタフォロア
増幅器、エミッタ接地増幅素子に使用するpMOSFE
Tの動作を説明するための図、第3図は本発明の第2の
実施例回路図、第4図は本発明の帰還回路の動作を説明
するための図、第5図は本発明の第3の実施例回路図、
第6図は本発明の第4の実施例回路図、第7図はエミッ
タ接地増幅素子、エミッタフォロア増幅器、帰還回路を
備えた従来の定電圧発生回路装置、第8図は帰還回路に
温度補償機能を具備した従来の定電圧発生回路装置、第
9図は従来技術の定電圧発生回路装置の帰還量を説明す
るための図を示す。 1・・・エミッタ接地増幅素子 2・・・帰還回路 3・・・エミッタフォロア増幅器 11・・・外部より印加される直流電圧の入力端子12
・・・定電圧発生回路の出力端子 13・・・エミッタ接地増幅素子の入力接点14・・・
エミッタフォロア増幅器の入力接点Qll Q!、 Q
s+ Qa・・・・npnバイポーラトランジスタ R+、 Ra、 Rs、 Ra、 Rs・・抵抗素子M
+、 MilMs、 Pis・・・・Pチャネルエンハ
ンスメント型MO5FET

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)同一半導体基板上に、それぞれ複数個のpチャネ
    ルエンハンスメント型MOSFET、nチャネルエンハ
    ンスメント型MOSFET、npnバイポーラトランジ
    スタ、pnpバイポーラトランジスタを搭載してなる集
    積回路装置(以下Bi−CMOS集積回路装置と呼ぶ)
    において、少くとも1つ以上のnpnバイポーラトラン
    ジスタを具備したエミッタ接地増幅素子と、出力電圧の
    変動を検出し、該エミッタ接地増幅素子に伝える帰還回
    路と、出力接点が、その入力接点に接続されるエミッタ
    フォロア増幅器とを具備し、該エミッタフォロア増幅器
    は第1のpMOSFETと第1のnpnバイポーラトラ
    ンジスタを含み、該第1のpMOSFETのソース電極
    が該第1のnpnバイポーラトランジスタのコレクタ電
    極に接続され、該第1のpMOSFETのドレイン電極
    は該第1のnpnバイポーラトランジスタのベース電極
    及び該エミッタ接地増幅素子の出力接点と接続され、該
    第1のpMOSFETのゲート電極は該第1のnpnバ
    イポーラトランジスタのエミッタに接続され、この接続
    点が定電圧発生回路装置の出力端子を形成することを特
    徴とする複合型半導体定電圧発生回路装置。
  2. (2)エミッタフォロア増幅器内の第1のpMOSFE
    Tのソース電極は第1のnpnバイポーラトランジスタ
    のコレクタ電極に接続され、該第1のpMOSFETの
    ゲート電極及びドレイン電極は互に接続されて、該第1
    のnpnバイポーラトランジスタのベース電極に接続さ
    れ、該第1のnpnバイポーラトランジスタのエミッタ
    電極は装置の出力端子に接続され、かつ該第1のpMO
    SFETのゲート電極はエミッタ接地増幅素子を構成す
    るバイポーラトランジスタのコレクタ電極に接続され、
    該バイポーラトランジスタのエミッタ電極は接地され、
    ベース電極は、一端が接地され、他端が装置の出力端子
    に接続されている直列抵抗の接続点に接続されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の複合型半導
    体定電圧発生回路装置。
  3. (3)帰還回路は、第2のpMOSFETのソース電極
    が出力端子と接続され、該FETのゲート電極及びドレ
    イン電極が第2のnpnバイポーラトランジスタのコレ
    クタ電極と接続され、該トランジスタのエミッタ電極は
    抵抗を介して接地され、ベース電極は、一端が出力端子
    に接続されている第1の抵抗の他端及びカソード端子が
    接地されている第1のダイオードのアノード端子と接続
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の複合型半導体定電圧発生回路装置。
  4. (4)帰還回路は、第2のpMOSFETのソース電極
    が装置の出力端子と接続され、該FETのドレイン電極
    は該FETのゲート電極及び第2のnpnバイポーラト
    ランジスタのコレクタ電極と接続され、該トランジスタ
    のエミッタ電極は抵抗を介して接地され、ベース電極は
    第3のpMOSFETのドレイン電極及びカソード端子
    が接地されている第1のダイオードのアノード端子と接
    続され、該第3のpMOSFETのソース電極は装置の
    出力端子に接続され、ゲート電極は該第2のpMOSF
    ETのゲート電極と接続されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の複合型半導体定電圧発生回路
    装置。
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