KR900000103B1

KR900000103B1 - 차동 증폭기

Info

Publication number: KR900000103B1
Application number: KR1019850006533A
Authority: KR
Inventors: 다쯔오 다나까; 나나 시게마쯔; 가즈시게 고시가
Original assignee: 가부시기가이샤 도시바; 사바 쇼이찌; 토스백 콤퓨터 시스템 가부시기가이샤; 오노 히로지
Priority date: 1984-09-11
Filing date: 1985-09-06
Publication date: 1990-01-19
Also published as: JPS6167307A; JPH0620168B2; KR860002900A; US4626795A

Abstract

내용 없음.

Description

차동 증폭기

제1도 내지 제3도는 종래의 차동 증폭기의 각 회로도.

제4도는 본 발명에 관한 차동 증폭기의 각 회로도.

제5도 및 제6도는 본 발명에 관한 차동 증폭기의 각 회로도.

제7도는 본 발명의 응용예에 관한 가변저항회로와 회로도.

제8도는 본 발명의 타 응용예에 관한 가변 필터회로의 회로도.

제9도는 제8도의 가변 필터 회로의 턴 오버 주파수 W_c대 전달관수 G(W)특성 곡선을 표시한 도면.

제10도는 제7도의 가변저항회로에 있어서, 차동 증폭 회로부의 변형예시도이다.

본 발명은 차동 증폭기에 관한 것으로, 특히 차동 증폭 회로를 구성하는 한쌍의 트랜지스터의 부하로서 커렌트밀러 회로를 갖는 차동 증폭기에 관한 것이다.

부하로서 커렌트밀러 회로를 갖는 차동 증폭기의 종래예를 제1도, 2도 및 3도에 표시하고 있다. 제1도 내지 제3도에 있어서, Q1 및 Q2는 NPN트랜지스터(Q2 및 Q6 은 PNP트랜지스터) R1 및 R2는 저항, 81은 차동 증폭회로, 82는 정전류원, 83내지 88은 커렌트밀러 회로, Vcc는 고원위측의 전원전위, GND는 저 전위측의 전원전위(일반적으로는 집지전위), 89는 비 반전 입력단자, 90는 반전 입력단자, 91 및 92는 출력단자이다.

제1도의 증폭기에 있어서 커렌트밀러회로 83에 흐르는 입력전류(기준전류)와 출력전류 등이 지금 같다고 하자. 이때, 반전 입력단자 90의 입력신호 전압 V₁₂은 비 반전 입력단자 89의 입력신호 전압 V₁₁보다 클 때는, 트랜지스터 Q1의 콜렉터 전류의 일부로서 출력단자 91에서 트랜지스터 Q1의 콜렉터가 전류에 흘러 이것에 의하여 트랜지스터 Q2의 콜렉터 전류가 트랜지스터 Q1의 콜렉터 전류보다도 커진다. 한편 반대로, 입력신호 전압 V₁₁이 입력신호 전압 V₁₂보다도 클 경우에는 커렌트밀러 회로 83의 출력 전류로에서 출력단자 91에 전류가 흘러 나가고, 트랜지스터 Q2의 콜렉터 전류가 트랜지스터 Q1의 콜렉터 전류 보다도 적게 된다. 이상 동작은 커렌트밀러회로 ＂83＂을 ＂84＂ 읽는 것으로 제2도에 표시한 증폭기에도 같이 적용된다.

또 제3도의 증폭기에 있어서는 V₁₁〉V₁₂일 때는, 트랜지스터 Q1의 콜렉터의 신호 전류는 트랜지스터 Q2의 콜렉터의 신호 전류보다도 커진다. 따라서 커렌트밀러 회로 86,87의 동작으로 트랜지스터 Q6의 콜렉터의 신호 전류는 트랜지스터 Q5의 콜렉터의 신호 전류 보다도 커진다. 트랜지스터 Q5의 콜렉터의 신호는 그대로 커렌트밀러 회로 88의 기준 전류가 된다. 따라서 트랜지스터 Q8의 콜렉터의 신호 전류는 트랜지스터 Q5의 콜렉터의 신호 전류와 같아진다. 그럼으로 트랜지스터 Q6의 콜렉터의 신호 전류는 트랜지스터 Q8의 신호 전류보다 커지며, 그 차분은 출력단자 91에서 흘러 나온다.

한편 반대로 V₁₁〈V₁₂일때에는, 트랜지스터 Q1의 콜렉터 신호 전류가 트랜지스터 Q2의 콜렉터의 신호 전류보다 작아짐으로, 커렌트밀러회로 86, 87의 동작으로 트랜지스터 Q6의 콜렉터 신호 전류는 트랜지스터 Q5의 신호 전류로 된다. 트랜지스터 Q5의 콜렉터 신호 전류는, 그대로 커렌트밀러회로 88의 기준 전류가 된다. 따라서 트랜지스터 Q8의 콜렉터 신호 전류는 트랜지스터 Q5의 콜렉터 신호와 같아진다. 그럼으로, 트랜지스터 Q6의 콜렉터 신호 전류는 트랜지스터 Q8의 콜렉터의 신호 전류보다 작아지며 그 차분은 출력단자 91에서 흐르게 된다.

제1도의 증폭기에는 커렌트밀러 회로에 있어서의 전압강하는,

로 표현된다. 여기서 V_F는 다이오드 접속된 트랜지스터 Q3의 순방향 전압강하, I₀은 정전류원 82의 전류이고 R2는 저항 R2의 저항치이다(또 이후의 설명에 있어서, 저항과 그 저항치와는 이해용이란 관점에서 동일 표기로 한다).

상기 전압 강하는, 저항치 R2와 전류 I₀등을 적당히 설정함으로서 비교적 작게 할 수가 있다. 그 결과, 비교적 저전압 전원으로 동작시킬 수 있다.

그러나, 커렌트밀러회로 83의 트랜지스터 Q3, Q4의 전류 증폭율 β가 작을 경우에는 그들의 베이스 전류를 무시할 수가 없게 되며 커렌트밀러 회로 83의 전류 변환효율(커렌트밀러의 특성)이 저하하고, 출력단자 91의 출력 전류의 오프 셋트가 커진다. 또 Vcc전압의 변동으로 트랜지스터 Q4의 콜렉터, 에미터간 전압이 변화한 경우에는, 트랜지스터 Q4에 있어서의 초기 효과에 따라 트랜지스터 Q4의 콜렉터 전류는 변화하고 만다. 그럼으로 사용전원의 전압 범위는 광범위하게 미칠 경우, 증폭기의 설계에 있어서 상기 초기 효과를 고려에 넣을 필요가 있다. 제1도 도면에 표시한 증폭기에 있어서는 저항 R1,R2에 의하여는 대부분 무시할 정도로 작아지지 않는다.

한편, 제2도의 증폭기에 있어서는 커렌트밀러회로 85에 의한 베이스 전류분은 트랜지스터 Q2의 콜렉터에 흘러, 일방 커렌트밀러 회로 84에 의한 베이스 전류분은 트랜지스터 Q1의 콜렉터에 흐른다. 그럼으로 커렌트밀러 회로 84에 의한 베이스 전류분은 보정된다. 따라서 커렌트밀러 회로 84의 커렌트밀러비는 매우 향상하고, 출력전류의 오프셋트는 저감된다. 그러나 그것으로도 어느정도의 오프셋트는 발생한다. 또 커렌트밀러회로 84,85는 종속 접속되어 있어서 그 총전압 강하는 2V_F로 된다.

단, V_F는 다이오드 접속된 트랜지스터의 순방향 전압이다. 그럼으로 제2도의 증폭기는, 최저 동작 전원 전류 Vccmin으로서 0.9V 정도를 필요로 하는 회로에는 적용할 수가 없다.

또 제3도의 회로에서는, 커렌트밀러 회로 86, 87을 구성하고 있는 PNP형 트랜지스터 Q3-Q6의 전류 증폭율 β이 작은 경우에는 그들 트랜지스터 Q3-Q6의 베이스 전류를 무시할 수는 없다. 그럼으로 커렌트밀러회로 86, 87의 커렌트밀러 특성은 나쁘다. 또 트랜지스터 Q5, Q6의 콜렉터 베이스간 전압 V_CE은 틀리게 된다.

증폭기의 설계에 있어서는 , 이 V_CE가 상이함을 고려에 넣을 필요가 있다. 또 차동 대 트랜지스터 Q1,Q2의 콜렉터 전위는 V_CC-V_F(V_F는 다이오드 접속된 트랜지스터 Q4,Q3 각각의 순방향전압)에 억제된다. 그럼으로 제3도의 증폭기를, 최저 동작전원 전압 Vccmin으로서 0.9V 정도를 필요로하는 회로에 적용할수 있도록 하기 위하여는 트랜지스터 Q1,Q2의 콜렉터 에미터간 포화전압 V_CESAT는 작음이 요구된다.

또 트랜지스터 Q1,Q2의 콜렉터 전위는 V_CC-V_F임으로, V_CC가 변화하면 트랜지스터 Q1,Q2의 콜렉터 전위 및 콜렉터,에미터간 전위는 변화한다. 이 경우 트랜지스터 Q1,Q2의 초기 효과에 의하여 각 콜렉터 전류는 변화하고 말아 결과적으로 출력 오프셋트는 변화한다. 따라서 제3도의 증폭기는 저 전압 동작을 구하게 되고 또 사용전원의 전압 범위가 넓은 경우의 적용에는 적당치 않다. 또 제1도, 2도, 3도의 회로에 대하여 항목별로 정리하면 다음과 같이 된다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여진 것으로, 이가 목적으로 하는 것은, 최저 동작 전원 전압이 0.9V정도이며 또 사용전원의 전압범위가 넓은 것이어도 출력전류가 일정하며 커렌트밀러 회로로된 부하의 밀러가 양호하며, 출력전류의 오프셋트가 작은 미동 증폭회로를 제공함에 있다. 이하 실시예 및 도면에 따라 설명하면, 제4도에 있어서 제1의 차동 증폭 회로 1는 한쌍의 차동 증폭용 NPN형 트랜지스터 Q11 및 Q12는 제1차동 증폭회로 1를 구성하며, 트랜지스터 Q11 및 Q12의 에미터는 상호 접속되어 있다. 에미터 상호 접속점과 기준 전위인 접지전위와의 사이에는 정정류원2이 삽입되어 있다. 트랜지스터 Q11와 Vcc 전원과의 사이에는 제1커랜트미러 회로 3가 삽입되며, 트랜지스터 Q21와 Vcc전원 사이에는 제 2커렌트밀러 회로 4가 삽입되며, 제1커렌트밀러 회로 3는, 입력전류측 즉 기준 전류측의 다이오드 접속된 트랜지스터 Q13와 출력전류측의 2개 PNP형 트랜지스터 Q12, Q14(차동 증폭용 트랜지스터 Q15, Q16)과는 역극성) 와 저항 R11등을 갖는다.

트랜지스터 Q12, Q14의 에미터는 모드 Vcc전원에 접속되어 있다. 트랜지서터 Q12의 콜렉터는 트랜지스터 Q11의 콜렉터에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q14의 콜렉터는, 제1출력단자 Out 1에 접속되어있다. 한쌍의 차동 증폭용 트랜지스터 Q15, Q16은 제2차동 증폭회로 6를 구성하고 있다.

트랜지스터 Q15의 베이스는 제1의 기준전압 Vref 1이 인가될 비반전 입력단자 7에 접속되어 있으며, 또 콜렉터는 제1의 커렌트밀러회로 3의 기준 입력측의 트랜지스터 Q13의 출력단자에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q16의 콜렉터는 Vcc전원에 접속되어 있으며 또 베이스는 반전입력단자 8를 구성함과 동시에 출력측 트랜지스터 Q12의 콜렉터에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q15, Q16의 에미터는 모두 정전류 I₁를 흐르게 하는 정전류원 9를 통하여 접지전원 GND에 접속되어 있다.

제2의 커렌트밀러 회로 4는 상기 제1커렌트밀러 회로 3와 실질적으로 같은 구성이다. 즉 제2커렌트밀러 회로 4는 입력 전류측 즉 기준 전류측의 다이오드 접속된 트랜지스터 Q23와, 출력전류측의 2개의 PNP형 트랜지스터 Q22, Q24(차동 증폭용 트랜지스터 Q15, Q16과는 역극성)와 저항 R21등을 갖는 것이다. 트랜지스터 Q22, Q24의 에미터는 모두 Vcc전원에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q22의 콜렉터는, 트랜지스터 Q21의 콜렉터에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q24의 콜렉터는 제2출력단자 Out2에 접속되어 있다. 한쌍의 차동증폭용 트랜지스터 Q25, Q26는 제3차동증폭회로 10을 구성하고 있다. 트랜지스터 Q25의 베이스는 제1기준 전압 Vref2이 인가될 비반전 입력단자 12에 접속되어 있으며, 또 콜렉터는 제2커렌트밀러 회로 4의 기준 입력측의 트랜지스터 Q23의 출력단자에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q26의 콜렉터는 Vcc전원에 접속되어 있으며, 또 베이스는 반전 입력단자 13를 구성하고 있음과 동시에 출력측 트랜지스터 Q22의 콜렉터에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q25, Q26의 에미터는 모두 정전류 I₂를 흐르는 정전류원 14을 통하여 접지전위 GND에 접속되어 있다. 제4도의 차동 증폭기에 있어서는, 입력신호 전압 V₁₁, V₁₂가 각각 신호입력단자 15, 16에 입력된다. 이 입력신호 전압 V₁₁, V₁₂는 제1의 차동 증폭회로 1에 의하여 차동 증폭된다.

제1차동 증폭회로 1의 부하를 구성하고 있는 제1 및 제2의 커렌트밀러 회로 3,4는 상보적인 동작을 하는 것이다. 따라서 여기서는 커렌트밀러 회로 3의 동작만을 설명하고 커렌트밀러 회로 4의 동작 설명은 생략한다. 커렌트밀러 회로 3에 접속되어 있는 제2의 차동 증폭회로 6는, 트랜지스터 Q12에 의하여 부귀환(負歸還)이 걸어져 있으며, 차동 증폭회로 6의 입력단자 8의 전위는 제1기준 전위 Vref 1이 인가되어 있는 비반전 입력단자 7의 전위와 같아진다. 예, 트랜지스터 Q16의 베이스 전위는 저하하여 콜렉터 전류가 감소하면, 그 감소분만큼 트랜지스터 Q15의 콜렉터 전류는 증가한다. 이 증가분을 보정하도록 트랜지스터 Q12, Q13, Q14의 베이스 전류는 증가한다. 따라서 트랜지스터 Q12의 콜렉터 전류가 증가하고, 트랜지스터 Q16의 베이스 전위는 높아진다. 이와같이 하여 차동 증폭회로 6는 트랜지스터 Q12에 의하여 부귀환이 걸어진다.

이 제4도의 차동 증폭기에 있어서는 트랜지스터 Q12, Q13, Q14의 베이스 전류를 트랜지스터 Q15의 콜렉터 전류의 일부로서 트랜지스터 Q15의 콜렉터에 흐르게 함으로서 제1커렌트밀러 회로 3의 베이스 전류를 보정하고 있어서, 커렌트밀러 특성이 양호해 진다. 또 트랜지스터 Q15의 베이스 기준전위 Vref 1이 인가 되어 있으며, 그것에 의하여 트랜지스터 Q11의 콜렉터 전위는 기준전위 Vref 1에 억제하여진다. 그럼으로 Vcc전원 전위는 변동해도 기준전위 Vref 1가 변동하지 않는한 트랜지스터 Q11의 콜렉터 에미터간 전압 V_CE은 일정하다. 따라서 트랜지스터 Q11의 콜렉터 전류는 변화하지 않고, 트랜지스터 Q14의 콜렉터 전류인 출력단자 5의 출력전류는 변화하지 않는다. 따라서 Vcc전원 전위가 광범위하게 변동한 경우라해도, 출력전류의 변동을 억제하여 출력 오프셋트를 최소로 할 수 있다. 또 차동 증폭용 트랜지스터 Q15, Q16으로서 일반전으로 전류 증폭을 β가 큰것에 사용해도 가능하다. 이를 위하여 트랜지스터 Q15, Q16의 베이스 전류의 영향을 무시할 수가 있다.

또 트랜지스터 Q11의 콜렉터와 Vcc전원전위 Vcc와의 사이의 전위차는, 그 사이에 발생하는 전위강하게 부하용 트랜지스터 Q12의 콜렉터에미터간 전압 V_CE뿐임으로, 저전압전원을 사용할 수가 있다.

예를들면, 기준전압 Vref 1=0.7V, 상기 콜렉터에미터간 전압 V_CE의 포화전압 V_CESAT=0.2V라면, 전원전압 Vcc는 Vcc=0.9V이 된다. 따라서 제4도의 차동 증폭기는, 최전 동작 전압이 0.9V의 저전압 전원용 회로에 적용할 수가 있다.

제5도는 본 발명의 타 실시예에 관한 차동 증폭기를 표시하고 있다. 이 실시예에서는 제4도에 표시한 실시예와 비교하여, 저항 R11 및 다이오드 접속된 트랜지스터 Q13를 제거하고 제2차동 증폭 회로를 구성하는 차동 증폭용의 한쌍의 NPN트랜지스터 Q15, Q16의 각 콜렉터에 대응하여 커렌트밀러 회로 17를 구성하는 출력측 트랜지스터 Q13-2 및 기준 입력측 트랜지스터 Q13-1를 형성한 것, 및 같이 저항 21 및 다이오드 접속된 트랜지스터 Q23를 제거하고 제3의 차동 증폭회로 10를 구성하는 차동 증폭용의 한쌍의 NPN트랜지스터 Q25, Q26의 각 콜렉터에 대응하여 커렌트밀러 18를 구성하는 출력측 트랜지스터 Q23-2 및 기준입력측 트랜지스터 Q23-1을 형성한 것이 상이하며 기타는 제4도에 표시한 실시예와 실질적으로 동일함으로 동일 부분에는 동일 번호를 붙히고 설명을 생략한다.

또 트랜지스터 Q12, Q22의 각 콜렉터 베이스 사이에 발진 방지용 용량소자 C11, C21가 형성되어 있으나, 이것은 제4도의 실시예와 실질적으로 상이한 것은 아니고, 제4도의 실시예에 있어서도 당연히 같이 형성해도 무방하다.

이 실시예의 차동 진폭기의 동작은 제4도의 차동 증폭기의 그것과 대부분 같다. 즉, 예를들면 트랜지스터 Q16의 베이스 전위가 저하하여 그 콜렉터 전류가 감소하면, 그 감소분만 트랜지스터 Q15의 콜렉터 전류는 증대한다. 그러나, 커렌트밀러 회로 17에 의하여 트랜지스터 Q16의 콜렉터 전류는 트랜지스터 Q13-2의 콜렉터 전류에 같아진다. 그럼으로, 트랜지스터 Q15의 콜렉터 전류와 트랜지스터 Q13-2의 콜렉터 전류의 차분만, 트랜지스터 Q13, Q14의 베이스 전류가 증대하고, 트랜지스터 Q12의 콜렉터 전류는 증대하고 그 (트랜지스터 Q12, Q14)콜렉터에미터간 전위 V_CE가 작아진다.

따라서 트랜지스터 Q16의 베이스 전위가 높아지도록 트랜지스터 Q16의 베이스에 부귀환이 걸린다.

트랜지스터 Q15의 콜렉터에는 트랜지스터 Q14, Q12의 베이스 전류가 콜렉터 전류의 일부로서 흐르고, 또 트랜지스터 Q16의 콜렉터에는 트랜지스터 Q13-1, Q13-2의 베이스 전류는 콜렉터 전류의 일부로서 흐른다. 그럼으로 커렌트밀러 회로 17의 베이스 전류는 조정된다. 따라서 이(커렌트밀러 회로17)커렌트밀러 특성이 양호하며, 출력전류의 오프셋트는 발생하지 않는다.

또 트랜지스터 Q26의 베이스 전위는 저하하여 그 콜렉터 전류가 감소하면, 그 감소분만 트랜지스터 Q25의 콜렉터 전류는 증대한다. 그러나, 커렌트밀러 회로 18에 의하여, 트랜지스터 Q26의 콜렉터 전류는 트랜지스터 Q23-2의 콜렉터 전류에 같아진다. 여기서 트랜지스터 Q25의 콜렉터 전류와 트랜지스터 Q23-2의 콜렉터 전류의 차분만, 트랜지스터 Q22, Q24의 베이스 전류가 증대하고, 트랜지스터 Q22의 콜렉터 전류는 증대하고 그(트랜지스터 Q22, Q24)콜렉터에미터간 전위 V_CE는 작아진다. 따라서 트랜지스터 Q26의 베이스 전위가 높아지도록 트랜지스터 Q26의 베이스에 부귀환이 걸린다. 트랜지스터 Q25의 콜렉터에는 트랜지스터 Q24, Q22의 베이스 전류가 콜렉터 전류의 일부로서 흘러, 또 트랜지스터 Q26의 콜렉터에는 트랜지스터 Q23-1, Q23-2의 베이스 전류는 콜렉터 전류의 일부로서 흐른다.

그럼으로 커렌트밀러 회로 18의 베이스 전류는 보정된다. 따라서 이(커렌트밀러회로 18)커렌트밀러 특성이 양호해지며, 출력전류의 오프셋트를 발생하지 않는다.

따라서 이 실시예에 있어서의 증폭기도, 제4도 실시예에 있어서의 증폭기와 같이 트랜지스터 Q15의 베이스에 기준전위 Vref 1이 인가된다. 그것에 의하여 트랜지스터 Q11의 콜렉터 전위는 기준 전위 Vref 1에 억제된다. 그럼으로 Vcc전위는 변동해도 기준전위 Vref 1가 변화하지 않는한 트랜지스터 Q11의 콜렉터에미터간 전위 V_CE는 일정하다. 따라서 기준이 되는 트랜지스터 Q11의 콜렉터 전류는 변화하지 않고, 트랜지스터 Q14의 콜렉터 전류인 출력단자 5의 출력전류는 변화하지 않는다. 또 같이 트랜지스터 Q25의 베이스에 기준전위 Vref 2가 인가된다. 이것에 의하여 트랜지스터 Q21의의 콜렉터 전위는 기준전위 Vref 2에 억제된다. 그럼으로 Vcc전위가 변동해도 기준전위 Vref 2는 변화하지 않는한 트랜지스터 Q21의 콜렉터에미터간 전위 V_CE는 일정하다. 따라서 기준이 되는 트랜지스터 Q21의 콜렉터 전류가 변화하지 않고 트랜지스터 Q24의 콜렉터 전류인 출력단자 11의 출력전류는 변화하지 않는다. 따라서 Vcc전위가 광범위하게 변동해도 오프셋트가 없는 출력전류를 얻을 수 있다. 또 이 증폭기는 저전압 전원용 회로에도 적용할 수가 있다.

제6도에는 이 발명의 타 실시예에 관한 차동 증폭기가 표시되어 있으며, 이 실시예의 차동 증폭기는, 제4도의 실시예의 차동 증폭기에 비하여 제3의 커렌트밀러 회로 19, 저항 R12, R22, 발진 방지용 용량 C11, C21을 형성한 것이 상이하다. 제3의 커렌트밀러 회로 19의 기준 입력측 트랜지스터 Q17 및 출력측 트랜지스터 Q18는 각각 제1출력단자 11와 접지전위와의 사이 및 제2출력단자 12와 접지전위와의 사이에 삽입되어 있다. 저항 R12는 트랜지스터 Q16의 콜렉터 Vcc전위와의 사이에 삽입되어 있다. 저항 R22는 트랜지스터 Q26의 콜렉터와 Vcc전위와의 사이에 삽입되어 있다. 용량 C11는 트랜지스터 Q16의 베이스콜렉터 사이에 접속되어 있다. 용량 C21은 트랜지스터 Q26의 베이스 콜렉터 사이에 접속되어 있다. 기타는 제4실시예에 있어서와 실질적으로 같음으로 동일부분에는 동일번호를 붙혀서 설명을 생략한다.

이 실시예의 차동 증폭기에 있어서는 반전 입력단자 16의 입력신호 전압 V₁₂이 비반전 입력단자 15의 입력신호전압 V₁₁보다 높아지면 출력단자 5에서 전류가 흘러 들어간다. 또 반대로 V₁₂〈V₁₁가 되며, 트랜지스터 Q11의 콜렉터 전류는 커져서 출력단자 5에서 전류가 흘러 나온다.

이 실시예에 있어서는, Vcc전위의 변동에 따른 출력전류의 오프셋트의 발생을 저지할수 있다. 또 출력단자 5의 전위를 Vref 1(예를들면 0.7V)부근에 설정하면 저전압 전위에 의한 동작이 가능하다. 제7도는 이 발명의 차동 증폭기를 조합한 가변저항회로 40를 표시하며, 이 가변저항 회로 40에 조합된 본 발명의 제1차동 증폭기 20는 제4도에 표시한 차동 증폭기에 비하여 트랜지스터 Q11, Q21의 에미터 상호간에 저항 31이 삽입되어 있으며, 각 에미터는 정전류원 21, 22를 통하여 접지 전위에 접속되어 있으며, 트랜지스터 Q16의 베이스, 사이에 용량 C11이 접속되어 있으며, 트랜지스터 Q16의 콜렉터 Vcc전위와의 사이에 저항 R12를 삽입하며, 트랜지스터 Q26의 베이스 콜렉터 사이에 용량 C21이 삽입되어 있으며, 트랜지스터 C26의 콜렉터와 Vcc 전위와의 사이에 저항 R22가 삽입되며, 트랜지스터 Q11, Q15, Q25의 각 베이스에 공통하게 기준전압 Vref이 인가되어 있는 점이 상이하다. 기타는 실질적으로 제4도의 차동 증폭기와 같다. 트랜지스터 Q14, Q24의 콜렉터(제1,제3의 출력단자 5,11를 구성하고 있다)는 각각 다이오드 접속된 트랜지스터 Q31,Q32의 콜렉터에 접속되어 있다. 트랜지스터 Q31, Q32의 에미터는 상호 접속되어 있으며, 또 저항 32을 통하여 접지되어 있다.

제2의 차동 증폭기 23는, 에미터가 공통 접속된 차동 증폭용의 한쌍의 트랜지스터 Q33, Q34와 트랜지스터 Q33, Q34의 에미터와 접지 전위와의 사이에 접속된 가변 전류원 24와, 에미터는 상호 접속된 차동 증폭용의 한쌍의 트랜지스터 Q38, Q39와, 트랜지스터 Q38, Q39의 에미터와 접지전위 GND와의 사이에 접속된 정전류원 25과, 기준 입력측 트랜지스터 Q37 및 2개의 출력측 트랜지스터 Q37 및 2개의 출력측 트랜지스터 Q35, Q36을 갖는 커렌트밀러 회로 26과, 트랜지스터 Q38의 콜렉트 Vcc전위와의 사이에 접속된 저항 R33과, 트랜지스터 Q37의 에미터와 Vcc전위와의 사이에 접속된 저항 R34와 트랜지스터 Q38의 콜렉터, 베이스 사이에 접속된 발진 방지용 용량 C31등으로 되어 있다. 트랜지스터 Q33, Q34의 각 베이스에 제1차동 증폭기 20의 트랜지스터 Q31, Q32의 콜렉터가 접속되어 있으며, 트랜지스터 Q34의 콜렉터에 트랜지스터 Q38의 베이스에 접속하고 있으며, 트랜지스터 Q39의 베이스에 기준전압 Vref이 인가되어 있으며, 또 트랜지스터 Q33, Q34, Q39의 각 콜렉터에 커렌트밀러 회로 26의 트랜지스터 Q35, Q36, Q37이 각각 접속되어 있다. 트랜지스터 Q33의 콜렉터에 입출력단자 27가 접속되어 있다.

제2의 차동 증폭기 23에 있어서는 커렌트밀러 회로 26를 부하하는 증폭용 트랜지스터 Q33, Q34에 의한 차등 증폭이 이루어진다. 또 트랜지스터 Q38, Q39는 트랜지스터 Q36에 의하여 부귀환이 걸릴 볼페이지 폴로어회로를 구성하고 있으며, 트랜지스터 Q38의 베이스 전위는 Vref에 같아진다. 이 경우 커렌트밀러 회로 26의 트랜지스터 Q35, Q36, Q37의 베이스 전류는 트랜지스터 Q38의 콜렉터 전류의 일부로서 흘러, 트랜지스터 Q38, Q39의 콜렉터 전류는 같아진다. 따라서 커렌트밀러 회로의 커렌트밀러 특성도 양호해지며, 출력 전류에 오프셋트가 발생하지 않는다. 또 트랜지스터 Q33, Q34의 콜렉터 에미터간 전압 V_CE도 같아지며 트랜지스터 Q35, Q36의 콜렉터에미터간 전압 V_CE도 같아짐으로서 Vcc전원전위가 광범위하게 변동한다 할지라도 출력 전류에 오프셋트를 발생하지 않는다.

또 트랜지스터 Q33, Q34와 Vcc 전위와의 사이에는 부하로소의 트랜지스터 Q35, Q36만이 삽입된 것이고 또 이들 트랜지스터 Q35, Q36의 콜렉터 에미터간 전압은 작음으로 이 가변저항회로는 비교적 저 전압의 전원으로 동작 할 수가 있다.

다음에, 제7도의 가변저항회로의 인피던스를 계산한다. 입출력단 27에 신호전압 V_X을 인가한다. 이때, 출력단 27에 흐르는 신호 전류를 i_x라 하면, 입출력단 27의 저항 R_x는 일반적으로 다음식으로 나타난다.

단, Gx^-1는 상호 콘댁탠스.

한편, 에미터에 저항 R_E를 갖는 트랜지스터의 상호 콘댁탠스 g_m'는, 에미터에 저항 R_E을 갖지 않는 트랜지스터의 상호 콘댁탠스를 g_m라 하면,

로 표현됨으로, 상기 g_m', g_m에 대응한 교류 전압신호 V_x', V_x에 관하여는 트랜지스터의 에미터 저항을 r_e라 하면

이 된다. 따라서 제7도의 회로에 있어서는, 트랜지스터 Q21의 베이스에 인가될 V_x에 대하여 V_x'는,

로 표시된다.

상식(4)중의 r_e는, 트랜지스터 Q11, Q21이 동일 특성의 것이라 한다면, 각 에미터 저항 r_eQ11, r_eQ21은 서로 같으며, r_eQ11=r_eQ21=r_e이며,

로 된다.

단, V_T는 열 전압이다. 따라서 상식(5)을 앞서의 식(4)에 대입하면,

로 되며 트랜지스터 Q11, Q12의 신호 전류를 포함한 콜렉터 전류 i_Q11, i_Q21은

로 된다.

제7도의 회로에 있어서,

이며,

이다.

위식(15)을 앞서의 식(1)에 대입하여,

로 된다.

소신호시의 G_x(G_xo로 표시함)는 위식(16)에 있어서 V_x=0으로서

가 되며, 따라서 소 신호의 R_x(R_xo로 표시함)는,

로 된다.

상식(18)으로, 입출력단 27의 저항 R_xo는, 가변전류원 24의 전류 I_v의 크기에 비례함을 알수 있고, 제어 입력에 맞추어 상기 전류 I_v를 변화 시키는 것으로 입출력단 27의 저항을 변화 시킬수가 있다. 또 앞서의 식(18)에 있어서 R₃₁I₀〉2V_F로 하면, 가변 특성의 리니어 영역이 커진다.

제8도는, 상기 제7도의 가변저항회로 40을 사용한 가변 필터회로이며, 제7도의 입출력단 27을 입력단 41과 출력단 42등으로 분할하여 형성하여 입력 경로에 직렬로 용량 C을 삽입시킨 것이다. 이 가변 필터회로에 있어서, 입력단 41의 입력신호 전압 V_in과 출력단 42의 출력신호 전압 V_out와의 관계식을 구해보면,

로 된다.

전달관수 G_O(W)는,

G₂(W)=jwcR_x이며,

이며, 이들 관계를 그래프에 표현하면 제9도시와같이 된다. 제9도에서 이해됨과 같이 제8도의 가변 필터회로는 하이패스 필터의 동작을 하고 또 가변저항회로 40의 저항 R_x는 변화함으로서 필터의 턴 오버 주파수 W_c를 변화한다(예 : R_x가 커지면, W_c는 작아진다).

또 상기 제7도의 가변저항회로에 있어서, 차동 대 트랜지스터 Q11, Q12, 에미터 저항 R31, 정전류원 21, 22로 구성되어 있는 차동 증폭회로부 28를, 제10도에 표시한 바와 같이 2개의 에미터 저항 R31, R31을 형성하여, 그 상호 접속점에 정전류 21I0용의 1개 정전류원 29을 접속한 구성으로 해도 대부분 같은 동작을 얻게 된다. 그러나, 특히 저 전원 전압(예: Vcc_MIN=0.9V) 동작을 필요로 할 경우 에미터 저항 R31, R31의 양단의 전압 강하가 클때에는 그 전압 강하는 불필요한 전력낭비가 됨으로 이 경우에는 제7도에 표시한 구성으로 하는 것이 바람직하다.

또 제4도 내지 제6도의 실시예에 있어서, 차동 증폭용 트랜지스터 Q11, Q21에 에미터 저항을 접속해도 무방하다. 또 정전류원, 2, 9, 14에 대신하여 저항을 사용해도 좋다. 또 각 트랜지스터 극성을 NPN형의 것은 PNP형의 것에, 또 PNP형의 것은 NPN형의 것으로 바꾸어도 무방하며, 이 경우 명세서 중의 설명에 있어서 Vcc전위는 접지전위에, 또 접지전위는 Vcc전위에 다시 읽는 것으로 한다.

이상의 설명에서 명백산 바와 같이 이 발명에 따르면 저전압 전원으로 동작 가능하며, 또 사용전원 전압이 광범위해도 오프셋트의 없는 출력 전류를 제공할수 있는 차동 증폭기를 제공하게 된다.

Claims

증폭될 한쌍의 신호 전압이 입력된 한쌍의 제1 및 제2의 입력단자(15)(16)와, 각 베이스가 상기 제1 및 제2의 입력단자에 접속되어 있는 제1극성의 제1 및 제2의 트랜지스터(Q11), (Q21)로된 제1의 차동 증폭회로(1)와, 상기 제1극성의 비반전 입력측의 제3 및 반전 입력측의 제4의 트랜지스터(Q15), (Q16)로된 제2의 차동 증폭회로(6)와, 이 제2의 차동 증폭회로(6)의 제3, 제4의 트랜지스터(Q15), (Q16)중 반전 입력측의 상기 제4의 트랜지스터(Q16)의 베이스는 상기 제1의 차동 증폭회로(1)의 상기 한쌍의 트랜지스터(Q11), (Q21)의 일방의 트랜지스터(Q11)의 콜렉터에 접속되어 있으며, 비반전 입력측의 트랜지스터(Q15)의 베이스에는 제1바이어스 전위가 인가될 제2극성의 제5 및 제6의 출력측 트랜지스터(Q12), (Q14)를 포함한 제1의 커렌트밀러 회로와, 이 제5의 트랜지스터(Q12)의 콜렉터는 상기 제4의 트랜지스터(Q16)의 베이스 및 상기 제1의 트랜지스터(Q11)의 콜렉터에 접속되어 있으며, 상기 제6의 트랜지스터(Q14)의 콜렉터에 흐르는 전류는 제1출력단자(5)를 통하여 출력전류로서 취출되는 상기 제1극성의 비반전 입력측의 제7 및 반전 입력측의 제8의 트랜지스터(Q25), (Q26)로 된 제3의 차동 증폭회로(10)와, 제8의 트랜지스터(Q26)의 베이스는 상기 제1의 차동 회로의 제2의 트랜지스터(Q21)의 콜렉터에 접속되어 있으며, 상기 제7의 트랜지스터(Q25)의 베이스에는 제2의 바이어스 전위가 인가되어 있는 및 상기 제2의 극성의 제9 및 제10의 출력측 트랜지스터(Q22), (Q24)로된 제2의 커렌트밀러 회로와, 상기 제9의 트랜지스터(Q22)의 콜렉터는 상기 제8의 트랜지스터(Q26)의 베이스 및 상기 제2의 트랜지스터(Q21)의 콜렉터에 접속되어 있으며 상기 제10의 트랜지스터(Q24)의 콜렉터에 흐르는 전류는 제2의 출력단자(11)를 통하여 출력전류로서 취출됨을 특징으로 하는 차동 증폭기.
상기 제1항에 있어서, 상기 제3의 차동 증폭회로(10)의 상기 제7의 트랜지스터(Q26)의 콜렉터는 상기 소정전위(Vcc)에 접속되어 있음을 특징으로 하는 차동 증폭기.
상기 제1항에 있어서, 상기 제2의 차동 증폭회로(6)의 상기 제4의 트랜지스터(Q16)의 콜렉터 및 상기 제3의 트랜지스터(Q15)의 콜렉터에 각각 접속된 기준 입력측의 트랜지스터(Q13-1) 및 출력측 트랜지스터(Q13-2)로 된 제3의 커렌트밀러 회로(17)와, 상기 제3의 차동 증폭회로(10)의 상기 제8의 트랜지스터(Q26)의 콜렉터 및 상기 제7의 트랜지스터(Q25)의 콜렉터에 각각 접속된 기준 입력측의 트랜지스터(Q23-1) 및 출력측 트랜지스터(Q23-2)로된 제4의 커렌트밀러 회로(18)를 구비함을 특징으로 하는 차동 증폭기.
상기 제1항에 있어서, 상기 제1의 커렌트밀러 회로(6)의 제6의 트랜지스터(Q14)의 콜렉터 및 상기 제2의 커렌트밀러 회로(10)의 제10의 트랜지스터(Q24)의 콜렉터에 각각 접속된 제2극성의 제11 및 제12의 트랜지스터(Q18), (Q17)로 된 제3의 커렌트밀러 회로(19)를 구비함을 특징으로 하는 차동 증폭기.