JPS63294108A - Operational amplifier - Google Patents

Operational amplifier

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JPS63294108A
JPS63294108A JP62130741A JP13074187A JPS63294108A JP S63294108 A JPS63294108 A JP S63294108A JP 62130741 A JP62130741 A JP 62130741A JP 13074187 A JP13074187 A JP 13074187A JP S63294108 A JPS63294108 A JP S63294108A
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JP
Japan
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current
output
differential input
circuits
idling
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JP62130741A
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Japanese (ja)
Inventor
Teruo Inuzuka
犬塚 輝雄
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To drive a large load with a small idling current against a high differential input voltage, by providing bias circuits and current sources and supplying idling currents to differential input circuits. CONSTITUTION:Prescribed idling currents are supplied to 1st and 2nd current amplifier circuits by means of bias circuits 20-23 and 26-29 and constant- current sources 24 and 25. Then output current of prescribed magnifications are produced from the 1st and 2nd current amplifier circuits in accordance with differential input and the output currents are amplified by current mirror amplifiers 6 and 7 respectively connected with the current amplifier circuits and, as a result, output voltages corresponding to the amplification are produced across output terminals. Therefore, a large load driving capacity can be exerted with a small consuming current against large differential input.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はAB級増幅機能を有する演算増幅器に係り、特
に少ない消費電流によって、大差動入力に対して大きな
負荷駆動能力を出せるようにした演算増幅器に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an operational amplifier having a class AB amplification function, which is capable of producing a large load driving capacity for large differential inputs with particularly low current consumption. Regarding operational amplifiers.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の演算増幅器として、第3図に示すものがある。こ
の演算増幅器は入力端子1にPチャンネル絶縁ゲート型
FET2とNチャンネル絶縁ゲート型FET3の各ゲー
トが接続され、これらFETのソースに対しNチャンネ
ル絶縁ゲート型FET4及びPチャンネル絶縁ゲー1−
型FET5のソースがたすきがLJにされている。Nチ
ャンネル絶縁ゲート型FET4のドレインと電源VDD
との間にはカレントミラー増幅器6が接続され、Pチャ
ンネル絶縁ゲーI・型FET5と電源VSSとの間には
カレントミラー増幅器7が接続されている。
As a conventional operational amplifier, there is one shown in FIG. In this operational amplifier, the gates of a P-channel insulated gate FET 2 and an N-channel insulated gate FET 3 are connected to an input terminal 1, and the sources of these FETs are connected to an N-channel insulated gate FET 4 and a P-channel insulated gate FET 1-.
The source of type FET5 is sashed to LJ. Drain of N-channel insulated gate type FET4 and power supply VDD
A current mirror amplifier 6 is connected between the P-channel insulated gate I type FET 5 and the power supply VSS.

FET4及び5の各ゲートにはバイアス電圧V1,1及
びVB2が与えられている。
Bias voltages V1, 1 and VB2 are applied to the gates of FETs 4 and 5, respectively.

カレントミラー増幅器6は、Pチャンネル絶縁ゲート型
FET8.9及び10より成り、カレントミラー増幅器
7はNチャンネル絶縁ゲート型FETII、12及び1
3より成る。FETl0と12のドレインが共通さて出
力電圧VDを出力する出力端子15となり、この端子1
5とアース間にコンデンサ14(CL)が接続されてい
る。
The current mirror amplifier 6 consists of P-channel insulated gate FETs 8, 9 and 10, and the current mirror amplifier 7 consists of N-channel insulated gate FETs II, 12 and 1.
Consists of 3. The drains of FETs 10 and 12 are common and become the output terminal 15 that outputs the output voltage VD, and this terminal 1
A capacitor 14 (CL) is connected between 5 and ground.

以上の構成において、アイドリング電流は入力VINが
接地された状態で、バイアスVBIとFET4.3によ
ってこれらFETの電流が決まり、バイアスVB□、F
ET2.5によってこれらFETの電流が決まる。これ
らの電流はそれぞれカレントミラー増幅器6、及びカレ
ントミラー増幅器7によって増幅される。入力信号が入
ると、その入力信号の大きさに依存して出力には、吐き
出し又は吸い込みの大きな電流を流すことができる。例
えば正の入力信号が入力されたときFET2及び5には Vcsz  + l Vcss  l =V+N+l 
VB21−−−−−−−(1,1 (ただし、■6,2及びVGSSはFET2のゲート・
ソース間電圧)により、アイドリング電流よりも大きな
電流が流れる。また、FET4及び3には VCS4 +l VCS3  l =  VIN+ l
 VBI 1(ただし、V6,4及びVCS:+は、F
ET4及び3のゲート・ソース間電圧)によりアイドリ
ング電流よりも小さな電流が流れる。
In the above configuration, the idling current is determined by the bias VBI and FET4.3 when the input VIN is grounded, and the bias VB□, FET4.3 determines the idling current.
ET2.5 determines the current of these FETs. These currents are amplified by current mirror amplifier 6 and current mirror amplifier 7, respectively. When an input signal is input, a large current can be drawn or sourced at the output depending on the magnitude of the input signal. For example, when a positive input signal is input, FETs 2 and 5 have Vcsz + l Vcss l =V+N+l
VB21---(1,1 (However, ■6,2 and VGSS are the gate of FET2.
Source-to-source voltage) causes a current larger than the idling current to flow. Also, for FET4 and 3, VCS4 +l VCS3 l = VIN+ l
VBI 1 (V6, 4 and VCS:+ are F
A current smaller than the idling current flows due to the gate-source voltage of ET4 and ET3.

FET4より5に流れる電流はカレントミラー回路6及
び7によって増幅され、アイドリング電流以上の電流が
出力端子15より吸い込まれる。また、例えば、負の入
力信号■1Nが入力されたときは同様にアイドリング電
流以上の電流を出力より吐き出しうる。このようにして
第3図に示す回路は、いわゆるAB級増幅器を構成する
The current flowing from FET 4 to 5 is amplified by current mirror circuits 6 and 7, and a current greater than the idling current is sucked from output terminal 15. Further, for example, when a negative input signal 1N is input, a current higher than the idling current can be similarly discharged from the output. The circuit shown in FIG. 3 thus constitutes a so-called class AB amplifier.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、従来の演算増幅器によると、接地入力に対する
入力信号電圧の反転増幅器としてのみ動作し、演算増幅
器において広く用いられる差動入力の構成を取り得ない
という不具合がある。
However, conventional operational amplifiers have a problem in that they operate only as an inverting amplifier for an input signal voltage with respect to a grounded input, and cannot take the differential input configuration widely used in operational amplifiers.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、AB級増幅
機能の他に差動入力機能を持つことができるようにする
ため、入力段にバイアス回路を設けると共に、その出力
側の各々に電流源を設けて差動増幅回路のアイドリング
電流を規制するようにした演算増幅器を提供する。
The present invention has been made in view of the above, and in order to be able to have a differential input function in addition to the class AB amplification function, a bias circuit is provided in the input stage, and a current is applied to each of the output sides of the bias circuit. An operational amplifier is provided that regulates the idling current of a differential amplifier circuit by providing a source.

即ち、本発明の演算増幅器は以下の手段を備えている。That is, the operational amplifier of the present invention includes the following means.

(1)バイアス回路 ソース(またはエミッタ)に異極性増幅素子のソース(
またはエミッタ)を接続し、この増幅素子のゲート(ま
たはベース)とドレイン(またはエミッタ)を共通接続
し、これを電流源出力端としている。これら増幅素子は
絶縁ゲート型FETまたはバイポーラトランジスタを用
いることができる。
(1) The bias circuit source (or emitter) is connected to the source (or emitter) of the different polarity amplification element (
The gate (or base) and drain (or emitter) of this amplification element are commonly connected, and this serves as the current source output terminal. These amplifying elements can be insulated gate FETs or bipolar transistors.

(2)第1及び第2の電流源 バイアス回路のゲートとドレインを共通接続された増幅
素子の各々とアース間に接続され、Iい ■2の一定電
流を流す。
(2) The gates and drains of the first and second current source bias circuits are connected between each of the commonly connected amplifying elements and the ground, and a constant current of I12 is caused to flow.

(3)第1、第2の電流増幅回路 バイアス回路の出力端の各々に入力側の増幅素子の入力
端がたすきがけに接続さて所定のアイドリング電流が与
えられると共に、異なる入力電圧の差に応じた出力電流
を出力する。
(3) The input terminals of the input-side amplifying element are connected across each other to the output terminals of the bias circuit of the first and second current amplifier circuits.A predetermined idling current is applied to each of the output terminals of the bias circuit, and a predetermined idling current is applied. Outputs the output current.

(4)カレントミラー増幅器 第1、第2の電流増幅回路に接続されて、その出力電流
のn倍の電流を出力側に流すように構成されている。
(4) Current mirror amplifier Connected to the first and second current amplification circuits, the current mirror amplifier is configured to flow a current n times the output current to the output side.

〔作用〕[Effect]

以上の構成により、バイアス回路及び定電流源によって
第1、第2の電流増幅回路に所定のアイドリング電流が
!テえられる。差動入力に応じて第1、第2の電流増幅
回路は所定の倍率の出力電流を発生し、さらに各々の電
流増幅回路に接続されたカレントミラー増幅器によって
電流増幅され、この増幅に応じた出力電圧を出力端子に
発生する。
With the above configuration, a predetermined idling current is supplied to the first and second current amplification circuits by the bias circuit and constant current source! Can be tested. The first and second current amplification circuits generate output currents of a predetermined magnification according to the differential input, and the current is further amplified by a current mirror amplifier connected to each current amplification circuit, and an output according to this amplification is generated. Generates voltage at the output terminal.

〔実施例〕 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。〔Example〕 Examples of the present invention will be described in detail below.

第1図は演算増幅器を示す回路図であり、入力端子1に
はNチャンネル絶縁ゲート型FET20及び21の各ゲ
ー1−が接続され、各FETのドレインは電B V D
 11に接続されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an operational amplifier, in which each gate 1- of N-channel insulated gate type FETs 20 and 21 is connected to input terminal 1, and the drain of each FET is connected to a voltage B V D.
11.

FET20及び21のソースの各々には、Pチャンネル
絶縁ゲート型FET22及び23のソースが接続され、
F、ET22のドレインは第3図に示ずFETIIのド
レインに接続されている。
The sources of P-channel insulated gate FETs 22 and 23 are connected to the sources of FETs 20 and 21, respectively.
The drain of FET22 is not shown in FIG. 3 and is connected to the drain of FETII.

一方、FET23のゲートはそのドレインに接続される
と共に電流源24(I、)に接続される。更に、電流源
25(T2)が設けられ、この電流源25にはFET2
2のゲート及びFET26のゲート及びドレインが接続
れさている。
On the other hand, the gate of FET 23 is connected to its drain and also to a current source 24 (I,). Further, a current source 25 (T2) is provided, and this current source 25 has an FET2
The gate of FET 2 and the gate and drain of FET 26 are connected.

FET26のドレインと電源VDD間にはNチャンネル
絶縁ゲート型FET27のソースとドレインが接続され
、ゲートに電圧V Hが印加される。
The source and drain of an N-channel insulated gate type FET 27 are connected between the drain of the FET 26 and the power supply VDD, and a voltage VH is applied to the gate.

FET27のゲーI・にはNチャンネル絶縁ゲート型F
ET28のゲートが接続され、そのドレインばカレント
ミラー増幅器6に接続される。更に、FET28のソー
スにはPチャンネル絶縁ゲート型FET29のドレイン
が接続されそのドレインが接地されるとともにゲートば
FET23のゲートに接続されている。
N-channel insulated gate type F for gate I of FET27
The gate of ET28 is connected, and its drain is connected to current mirror amplifier 6. Further, the source of the FET 28 is connected to the drain of a P-channel insulated gate type FET 29, which is grounded and whose gate is connected to the gate of the FET 23.

以上の構成において、零差動入力電圧の状態におけるア
イドリング電流は次の様に決められる。まず、FET2
0及び22の技の電流であるが、電流源25の電流■2
がFET27及び26を流れることによりFET26及
び27のゲート・ソース電圧が発生ずる。FET20と
27、FET22と26のトランジスタの縦対横W/L
の比が同一で、その値がmであるとすると、下式に示す
ようにFET20と22を流れる電流■1は、 I +  = m I z     −−−−−−(3
)となる。同様に、FET28と21、I”ET29と
23のW/1.の比が同じくmであるとすると、FET
28と29に流れる電流INは I N ”−m I +      −−−一−−−(
4)である。今、I+=Izとし、カレントミラー回路
の入出力の電流比をnとする出力段のアンドリング電流
11−6は、 ■霞−n m I 、    −・−−−−(5)で表
される。
In the above configuration, the idling current in the state of zero differential input voltage is determined as follows. First, FET2
The current of technique 0 and 22 is the current of current source 25 ■2
flows through FETs 27 and 26, thereby generating gate-source voltages of FETs 26 and 27. Vertical versus horizontal W/L of transistors FET20 and 27, FET22 and 26
Assuming that the ratio of is the same and its value is m, the current ■1 flowing through FETs 20 and 22 as shown in the formula below is I + = m I z −−−−−−−(3
). Similarly, if the W/1 ratios of FETs 28 and 21 and I"ETs 29 and 23 are the same, m, then the FETs
The current IN flowing through 28 and 29 is I N ''-m I + ---1--(
4). Now, when I+=Iz and the input/output current ratio of the current mirror circuit is n, the output stage output stage output current 11-6 is expressed by ■Kasumi-n m I, -・----(5) Ru.

次に、差動入力電圧VIDに対する電流を説明する。Next, the current with respect to the differential input voltage VID will be explained.

V I D = V N  V I−−−−−−−−−
(6)とすると、FET28と29に流れる電流I′9
は、FET21.23の貯1を(匈+/b)、(Hz/
1z)  とすると、 でFET20と22に流れる電流11は(■1−■2に
対し)、 である。ここで、μ。、μ、は移動度、COXはゲート
酸化膜の容量である。カレントミラー出力にはそのn倍
が流れるFE′r20と22又はFET2Bと29がカ
ッ1ヘオフしない領域においては、出力電源I。は差し
引かれ、 Io =nm  (1,′−I+’) が出力端子から流れる。FET20と22又はFET2
Bと29の一方がカットオフする領域では出力電流I。
V ID = V N V I
(6), the current I'9 flowing through FETs 28 and 29
is the storage 1 of FET21.23 (匈+/b), (Hz/
1z) Then, the current 11 flowing through FETs 20 and 22 is (for ■1-■2). Here, μ. , μ, is the mobility, and COX is the capacitance of the gate oxide film. In the region where FE'r20 and 22 or FET2B and 29 do not turn off to 1, n times the amount flows to the current mirror output, the output power supply I. is subtracted, and Io = nm (1,'-I+') flows from the output terminal. FET20 and 22 or FET2
In the region where one of B and 29 is cut off, the output current I.

の値の最大値はアイドリング電流によって制限を受ける
事態<1vIDIを大−−−−−−−−aυ となってI。−n m T + となり、出力電流はア
イドリング電流と等しい値をとり得る。更に、IVID
Iを大きくすると1Iol>nmI、 となり、アイド
リング電流以上の電流を流すことができ、いわゆるAB
級動作をする。
The maximum value of the value of is limited by the idling current <1vIDI and becomes aυ. −n m T + , and the output current can take a value equal to the idling current. Furthermore, IVID
When I is increased, 1Iol>nmI, and a current higher than the idling current can flow, so-called AB
make class movements.

従って、大差動入力が入り、出力が大きく振れる必要が
あるときに大きな出力電流が得られるため、位相補正、
無負荷容量であるC1をA級の増幅器よりも早く充電す
ることができる。従って、全体としてのセントリング時
間が短くできる。又、この構成により演算増幅器におい
て広く用いられる差動入力の構成を取ることができる。
Therefore, when a large differential input is input and the output needs to swing greatly, a large output current can be obtained, so phase correction,
The no-load capacity C1 can be charged faster than a class A amplifier. Therefore, the overall centering time can be shortened. Furthermore, this configuration allows a differential input configuration widely used in operational amplifiers to be adopted.

第2図は本発明の他の実施例を示し、Pチャンネル絶縁
ゲート型FET及びNチャンネル絶縁ゲート型FETに
代えて、PNP )ランジスタ及びN P N l−ラ
ンジスタを用いるよ゛うにしたものであり、回路構成は
前記実施例と全く同一であり、従って、動作も同一であ
るので重複する説明は省略する。なお、トランジスタQ
、1−Q14は、第1図に示したFET1 T8〜13及び20〜29の各々に対し、次のように対
応している。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, in which a PNP transistor and an N P N l-transistor are used in place of the P-channel insulated gate FET and the N-channel insulated gate FET. , the circuit configuration is exactly the same as that of the previous embodiment, and therefore the operation is also the same, so redundant explanation will be omitted. In addition, the transistor Q
, 1-Q14 correspond to each of FET1 T8-13 and 20-29 shown in FIG. 1 as follows.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した通り、本発明によれば、バイアス回路と電
流源を設けて差動入力回路にアイドリング電流を与える
ようにしたため、小さなアイドリング電流によって、大
差動入力電圧に対しても大きな負荷駆動が可能で、かつ
、差動人力を備えた演算増幅器を提供することができる
As explained above, according to the present invention, a bias circuit and a current source are provided to give an idling current to the differential input circuit, so a small idling current can drive a large load even with a large differential input voltage. It is possible to provide an operational amplifier with differential power.

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

第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図は本発
明の他の実施例を回路図、第3図は従来の演算増幅器を
示す回路図である。 符号の説明 6.7−−−−−−−−カレントミラー増幅器20.2
1.27.28 一−−−−−−−−Nチャンネル絶縁ゲート型FET2
2.23.26.29
FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the invention, FIG. 2 is a circuit diagram of another embodiment of the invention, and FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional operational amplifier. Explanation of symbols 6.7---Current mirror amplifier 20.2
1.27.28 - N-channel insulated gate FET2
2.23.26.29

Claims (1)

【特許請求の範囲】 異なる入力信号が印加される一対の増幅素 子群を差動型に構成したバイアス回路と、前記増幅素子
群の各々に直列接続される第1、第2の電流源の各々と
前記増幅素子群の各々との接続点に対象形に接続されて
差動入力に応じた電流増幅を行う第1、第2の電流増幅
回路と、該増幅回路の各々の出力端に接続されると共に
入力信号のレベルに応じて出力端子の電流を増幅させる
一対のカレントミラー増幅器とを設けたことを特徴とす
る演算増幅器。
[Scope of Claims] A bias circuit having a differential configuration of a pair of amplification element groups to which different input signals are applied, and first and second current sources connected in series to each of the amplification element groups. first and second current amplification circuits that are symmetrically connected to the connection points of the amplifier element group and each of the amplification element groups and perform current amplification according to the differential input; and a pair of current mirror amplifiers that amplify the current at the output terminal according to the level of the input signal.
JP62130741A 1987-05-27 1987-05-27 Operational amplifier Pending JPS63294108A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005509929A (en) * 2001-11-22 2005-04-14 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Image display device and high-voltage driver circuit
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