JP3409053B2 - 複合差動増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複合差動増幅器に関
し、特に差動増幅器の出力ＤＣ電圧を一定にする複合差
動増幅器に関する。
し、特に差動増幅器の出力ＤＣ電圧を一定にする複合差
動増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の複合差動増幅器は、図２に示すよ
うに、入力信号源２１４，トランジスタ２０１，２０２
及び負荷２０５，２０６，定電流源２１２から構成され
る差動増幅器とトランジスタ２０３，２０４，定電流源
２１０，２１１から構成されるエミッタフォロア及び、
抵抗２０７，抵抗２０８，オペアンプ２１５から構成さ
れる。
うに、入力信号源２１４，トランジスタ２０１，２０２
及び負荷２０５，２０６，定電流源２１２から構成され
る差動増幅器とトランジスタ２０３，２０４，定電流源
２１０，２１１から構成されるエミッタフォロア及び、
抵抗２０７，抵抗２０８，オペアンプ２１５から構成さ
れる。
【０００３】次に動作について説明する。入力信号源２
１４の入力信号ｖiは、差動増幅器で増幅され、エミッ
タフォロアを介してトランジスタ２０３，２０４の各々
のエミッタから出力される。差動増幅器の利得をＡ，定
電流源２１２の電流を２ＩO ，負荷２０５，２０６をＲ
L ，オペアンプ２１５の出力電圧をＶOP，トランジスタ
２０３，２０４のベースエミッタ間電圧をＶBEとして、
トランジスタ２０３のエミッタ出力ＶO は、（１）式と
なる。
１４の入力信号ｖiは、差動増幅器で増幅され、エミッ
タフォロアを介してトランジスタ２０３，２０４の各々
のエミッタから出力される。差動増幅器の利得をＡ，定
電流源２１２の電流を２ＩO ，負荷２０５，２０６をＲ
L ，オペアンプ２１５の出力電圧をＶOP，トランジスタ
２０３，２０４のベースエミッタ間電圧をＶBEとして、
トランジスタ２０３のエミッタ出力ＶO は、（１）式と
なる。
【０００４】
【０００５】また、トランジスタ２０４のエミッタ出力
ＶO ′は、（２）式となる。
ＶO ′は、（２）式となる。
【０００６】
Ｖ０′＝ＶＯＰ−ＲＬＩＯ＋Ａｖｉ−ＶＢＥ …（２）
【０００７】従ってオペアンプ２１５の反転入力の入力
電圧Ｖi は、抵抗２０７，２０８を同一抵抗として
ＶO ，ＶO ′の中点電圧となる。従ってＶi は（３）式
となる
電圧Ｖi は、抵抗２０７，２０８を同一抵抗として
ＶO ，ＶO ′の中点電圧となる。従ってＶi は（３）式
となる
【０００８】
Ｖｉ＝ＶＯＰ−ＲＬＩＯ−ＶＢＥ …（３）
【０００９】すなわち（３）の式は、エミッタフォロア
後の差動増幅器の出力ＤＣ電圧である。オペアンプのオ
ープン利得をＡOP，外部制御電圧ＶC とすると（４）式
となる。
後の差動増幅器の出力ＤＣ電圧である。オペアンプのオ
ープン利得をＡOP，外部制御電圧ＶC とすると（４）式
となる。
【００１０】
【００１１】式（３）を代入して
【００１２】
【００１３】式（５）からＶi を求めると式（６）とな
る。
る。
【００１４】
【００１５】オペアンプの利得がＡが十分大きいと仮定
すると（７）式となる。
すると（７）式となる。
【００１６】
【００１７】従って差動増幅器の出力ＤＣ電圧は、
ＲL ，ＩO ，ＶBEの値によらず外部制御電圧ＶC とほぼ
等しくなる。従って、外部制御電圧ＶC をレギュレータ
等により一定とすることにより差動増幅器の出力ＤＣ電
圧を一定にすることができる。
ＲL ，ＩO ，ＶBEの値によらず外部制御電圧ＶC とほぼ
等しくなる。従って、外部制御電圧ＶC をレギュレータ
等により一定とすることにより差動増幅器の出力ＤＣ電
圧を一定にすることができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】この従来の複合差動増
幅器では、オペアンプの出力を差動増幅器の電源として
いるために、差動増幅器の出力ＤＣ電圧ＶDCを高く設定
すると必然的にオペアンプの出力電圧ＶOPも高くなる。
すなわちオペアンプ自身の電源電圧はＶOPよりさらに高
い電圧を必要とする。また、差動増幅器の回路電流は、
すべてオペアンプの出力から取るため、オペアンプの消
費電力は増大し、かつオペアンプの為に高い電圧が必要
となり、低電圧化が難しいという問題点があった。
幅器では、オペアンプの出力を差動増幅器の電源として
いるために、差動増幅器の出力ＤＣ電圧ＶDCを高く設定
すると必然的にオペアンプの出力電圧ＶOPも高くなる。
すなわちオペアンプ自身の電源電圧はＶOPよりさらに高
い電圧を必要とする。また、差動増幅器の回路電流は、
すべてオペアンプの出力から取るため、オペアンプの消
費電力は増大し、かつオペアンプの為に高い電圧が必要
となり、低電圧化が難しいという問題点があった。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の複合差動器は、
差動増幅器の差動出力を各々同一の抵抗を介して共通接
続し、前記、共通接続点をオペアンプの非反転入力に入
力し、前記オペアンプの反転入力には外部制御電圧を入
力し、前記、オペアンプの出力は、入力電圧に正比例し
た電流を発生する第一，第二の電圧制御電流源の各々の
入力に共通に入力され、前記、第一，第二の電圧制御電
流源の各々の電流吸い込み点が前記、差動増幅器の第
一，第二の負荷点に接続されている。
差動増幅器の差動出力を各々同一の抵抗を介して共通接
続し、前記、共通接続点をオペアンプの非反転入力に入
力し、前記オペアンプの反転入力には外部制御電圧を入
力し、前記、オペアンプの出力は、入力電圧に正比例し
た電流を発生する第一，第二の電圧制御電流源の各々の
入力に共通に入力され、前記、第一，第二の電圧制御電
流源の各々の電流吸い込み点が前記、差動増幅器の第
一，第二の負荷点に接続されている。
【００２０】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００２１】図１は、本発明の一実施例の複合差動増幅
器であり、入力信号源１１８，トランジスタ１０１，１
０２及び負荷１０７，１０８，定電流源１１５，入力バ
イアス電圧源１１７から構成される差動増幅器１２０
と、トランジスタ１０３，１０４，定電流源１１３，１
１４から構成されるエミッタフォロア１２１とオペアン
プ１１９，トランジスタ１０５，１０６，抵抗１１１，
１１２から構成される可変電流源１２２及びエミッタフ
ォロア１２１の差動出力電圧の中点電圧を与える抵抗１
０９，１１０，電源電圧１２３から構成されている。
器であり、入力信号源１１８，トランジスタ１０１，１
０２及び負荷１０７，１０８，定電流源１１５，入力バ
イアス電圧源１１７から構成される差動増幅器１２０
と、トランジスタ１０３，１０４，定電流源１１３，１
１４から構成されるエミッタフォロア１２１とオペアン
プ１１９，トランジスタ１０５，１０６，抵抗１１１，
１１２から構成される可変電流源１２２及びエミッタフ
ォロア１２１の差動出力電圧の中点電圧を与える抵抗１
０９，１１０，電源電圧１２３から構成されている。
【００２２】入力信号源１１８の入力信号Ｖ１′は、差
動増幅器１２０で増幅され、エミッタフォロア１２１を
介してトランジスタ１０３，１０４の各々のエミッタか
ら出力される。差動増幅器の利得をＡ′，定電流源１１
５の電流を２Ｉ０′，負荷１０７，１０８をＲ′Ｌ，オ
ペアンプ１１９の出力電圧をＶＯＰ′，トランジスタ１
０３，１０４のベースエミッタ間電圧をＶＢＥ，電源電
圧をＶＣＣ，可変電流源の電流（トランジスタ１０５，
１０６のコレクタ電流）をＩＣＸとして、トランジスタ
１０３のエミッタ出力Ｖ０″は、(８)式となる。
動増幅器１２０で増幅され、エミッタフォロア１２１を
介してトランジスタ１０３，１０４の各々のエミッタか
ら出力される。差動増幅器の利得をＡ′，定電流源１１
５の電流を２Ｉ０′，負荷１０７，１０８をＲ′Ｌ，オ
ペアンプ１１９の出力電圧をＶＯＰ′，トランジスタ１
０３，１０４のベースエミッタ間電圧をＶＢＥ，電源電
圧をＶＣＣ，可変電流源の電流（トランジスタ１０５，
１０６のコレクタ電流）をＩＣＸとして、トランジスタ
１０３のエミッタ出力Ｖ０″は、(８)式となる。
【００２３】
【００２４】トランジスタ１０４のエミッタ出力
ＶO ′″は、式（９）となる。
ＶO ′″は、式（９）となる。
【００２５】
【００２６】従ってオペアンプ１１９の非反転入力の入
力電圧Ｖ１′は抵抗１０９，１１０を同一抵抗としてＶ
０″，Ｖ ０ ′″の中点電圧となる。従ってＶ１′は（１
０）式となる。
力電圧Ｖ１′は抵抗１０９，１１０を同一抵抗としてＶ
０″，Ｖ ０ ′″の中点電圧となる。従ってＶ１′は（１
０）式となる。
【００２７】
【００２８】すなわち（１０）の式は、エミッタフォロ
ア１２１後の差動増幅器１２０の出力ＤＣ電圧である。
オペアンプ１１９のオープン利得をＡOP′，外部制御電
圧ＶC ′，トランジスタ１０５，１０６のベースエミッ
タ間電圧をＶBE″，抵抗１１１，１１２をＲE とすると
（１１）式となる。
ア１２１後の差動増幅器１２０の出力ＤＣ電圧である。
オペアンプ１１９のオープン利得をＡOP′，外部制御電
圧ＶC ′，トランジスタ１０５，１０６のベースエミッ
タ間電圧をＶBE″，抵抗１１１，１１２をＲE とすると
（１１）式となる。
【００２９】
【００３０】（１１）式より、トランジスタ１０５，１
０６のコレクタ電流ＩCXは、（１２）式となる。
０６のコレクタ電流ＩCXは、（１２）式となる。
【００３１】
【００３２】（１２）式に（１１）式を代入して（１
３）式を得る。
３）式を得る。
【００３３】
【００３４】さらに式（１３）を式（１０）に代入して
（１４）式を得る。
（１４）式を得る。
【００３５】
Ｖｉ′＝ＶＣＣ−ＲＬ′｛ＩＯ′＋（ＡＯＰ′（Ｖｉ′
−ＶＣ′）−ＶＢＥ″）／ＲＥ｝−ＶＢＥ′ …（１
４）
−ＶＣ′）−ＶＢＥ″）／ＲＥ｝−ＶＢＥ′ …（１
４）
【００３６】式（１４）をＶi ′について解くと（１
５）式となる。
５）式となる。
【００３７】
Ｖｉ′＝｛（ＶＣＣ−ＲＬ′ＩＯ′−ＶＢＥ′）／Ａ
ＯＰ′＋ＲＬ′ＶＢＥ″／ＡＯＰ′ＲＥ＋ＲＬ′ＶＣ′
／ＲＥ｝／（１／ＡＯＰ′＋ＲＬ′／ＲＥ） …（１
５）
ＯＰ′＋ＲＬ′ＶＢＥ″／ＡＯＰ′ＲＥ＋ＲＬ′ＶＣ′
／ＲＥ｝／（１／ＡＯＰ′＋ＲＬ′／ＲＥ） …（１
５）
【００３８】オペアンプＡOP′の利得は十分大きいとす
れば（１６）式となる。
れば（１６）式となる。
【００３９】
【００４０】となる。従って、差動増幅器の出力ＤＣ電
圧は、外部制御電圧Ｖc′とほぼ等しくなる。
圧は、外部制御電圧Ｖc′とほぼ等しくなる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、オペアン
プの出力を可変電流源を介して差動増幅器の負荷点に接
続したので、差動増幅器の出力ＤＣ電圧を高く設定して
も、オペアンプの出力電圧ＶOP′は高く設定する必要は
なく、オペアンプ自身も差動増幅器の電源電圧で動作す
る。差動増幅器の回路電流は、電源より取るため、オペ
アンプの出力電流の増大はなく、消費電力の増大もな
い。また、オペアンプの為に高い電圧は必要でないの
で、オペアンプを含む回路全体の低電圧化が容易とな
る。以上の効果を具体的数値で示すことにする。従来例
において、抵抗２０５，２０６を５ＫΩ，定電流源２１
０，２１１，２１２の電流値は４００μＡ，トランジス
タ２０３，２０４のベースエミッタ間電圧を０．７Ｖ，
オペアンプの消費電流を１ｍＡとすれば、エミッタフォ
ロア後の差動増幅器の出力ＤＣ電圧は、外部制御電圧Ｖ
C を２．８Ｖとすることで、ＶDCは２．８Ｖ一定に保持
される。このときのオペアンプの出力電圧ＶOPは４．５
Ｖとなっており、オペアンプ単体の電源電圧としては、
８Ｖは必要となる。このときの回路全体の消費電力を求
めると、オペアンプの出力電流は、差動増幅器及びエミ
ッタフォロアの電流そしてオペアンプ自身の電流の和と
なり、４００μＡ×３＋１ｍＡで２．２ｍＡとなる。従
って、回路全体の消費電力は、２．２ｍＡ×８Ｖ＝１
７．６ｍＷとなる。次に実施例において、電源１２３の
電圧を５Ｖ，抵抗１０７，１０８を５ＫΩ，定電流源１
１３，１１４，１１５の電流を４００μＡ，可変電流源
の電流を１００μＡ，トランジスタ１０５，１０６のベ
ースエミッタ間電圧を０．７Ｖ，抵抗１１１，１１２を
３ＫΩとすると、エミッタフォロア後の差動増幅器の出
力ＤＣ電圧は外部制御電圧ＶC ′を２．８Ｖとすること
で２．８Ｖ一定に保持される。このときのオペアンプの
出力電圧ＶOP′は１Ｖであり、オペアンプ単体の電源電
圧は、５Ｖとしても問題ない。従ってオペアンプを含む
回路全体の消費電流は、４００μＡ×３＋２００μＡ＋
１ｍＡで２．４ｍＡとなる。従って回路全体の消費電力
は、２．４ｍＡ×５＝１２．０ｍＷとなり、従来例に比
較して５．６ｍＷの電力が削減されたという効果を有す
る。
プの出力を可変電流源を介して差動増幅器の負荷点に接
続したので、差動増幅器の出力ＤＣ電圧を高く設定して
も、オペアンプの出力電圧ＶOP′は高く設定する必要は
なく、オペアンプ自身も差動増幅器の電源電圧で動作す
る。差動増幅器の回路電流は、電源より取るため、オペ
アンプの出力電流の増大はなく、消費電力の増大もな
い。また、オペアンプの為に高い電圧は必要でないの
で、オペアンプを含む回路全体の低電圧化が容易とな
る。以上の効果を具体的数値で示すことにする。従来例
において、抵抗２０５，２０６を５ＫΩ，定電流源２１
０，２１１，２１２の電流値は４００μＡ，トランジス
タ２０３，２０４のベースエミッタ間電圧を０．７Ｖ，
オペアンプの消費電流を１ｍＡとすれば、エミッタフォ
ロア後の差動増幅器の出力ＤＣ電圧は、外部制御電圧Ｖ
C を２．８Ｖとすることで、ＶDCは２．８Ｖ一定に保持
される。このときのオペアンプの出力電圧ＶOPは４．５
Ｖとなっており、オペアンプ単体の電源電圧としては、
８Ｖは必要となる。このときの回路全体の消費電力を求
めると、オペアンプの出力電流は、差動増幅器及びエミ
ッタフォロアの電流そしてオペアンプ自身の電流の和と
なり、４００μＡ×３＋１ｍＡで２．２ｍＡとなる。従
って、回路全体の消費電力は、２．２ｍＡ×８Ｖ＝１
７．６ｍＷとなる。次に実施例において、電源１２３の
電圧を５Ｖ，抵抗１０７，１０８を５ＫΩ，定電流源１
１３，１１４，１１５の電流を４００μＡ，可変電流源
の電流を１００μＡ，トランジスタ１０５，１０６のベ
ースエミッタ間電圧を０．７Ｖ，抵抗１１１，１１２を
３ＫΩとすると、エミッタフォロア後の差動増幅器の出
力ＤＣ電圧は外部制御電圧ＶC ′を２．８Ｖとすること
で２．８Ｖ一定に保持される。このときのオペアンプの
出力電圧ＶOP′は１Ｖであり、オペアンプ単体の電源電
圧は、５Ｖとしても問題ない。従ってオペアンプを含む
回路全体の消費電流は、４００μＡ×３＋２００μＡ＋
１ｍＡで２．４ｍＡとなる。従って回路全体の消費電力
は、２．４ｍＡ×５＝１２．０ｍＷとなり、従来例に比
較して５．６ｍＷの電力が削減されたという効果を有す
る。
【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２】従来の回路図である。
【図３】本発明の別の実施例を示す回路図
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，２
０１，２０２，２０３，２０４，３０１，３０２，３０
３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８，３０
９，３１０，３１０ トラジスタ １０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２，２
０５，２０６，２０７，２０８，３１２，３１３，３１
４，３１５，３１６，３１７，３１８，３１９，３２０
抵抗 １１３，１１４，１１５，２１０，２１１，２１２，３
２５，３２６，３２７，３２８ 定電流源 １１７，２１３，３２２ バイアス電圧源 １１６，２０９，３２１ 外部制御電源 １１８，２１４，３２９ 入力信号源 １１９，２１５，３３０ オペアンプ １２３，３２３ 電源 ３２４ コンデンサ １２０，３２８ 差動増幅器 １２１，３２９ エミッタフォロア １２２，３３１ 可変電流源
０１，２０２，２０３，２０４，３０１，３０２，３０
３，３０４，３０５，３０６，３０７，３０８，３０
９，３１０，３１０ トラジスタ １０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２，２
０５，２０６，２０７，２０８，３１２，３１３，３１
４，３１５，３１６，３１７，３１８，３１９，３２０
抵抗 １１３，１１４，１１５，２１０，２１１，２１２，３
２５，３２６，３２７，３２８ 定電流源 １１７，２１３，３２２ バイアス電圧源 １１６，２０９，３２１ 外部制御電源 １１８，２１４，３２９ 入力信号源 １１９，２１５，３３０ オペアンプ １２３，３２３ 電源 ３２４ コンデンサ １２０，３２８ 差動増幅器 １２１，３２９ エミッタフォロア １２２，３３１ 可変電流源
Claims (3)
- 【請求項１】入力信号が供給される入力端子と、前記入
力端子と第１のノード及び第２のノードに接続され、前
記入力信号に応答した第１の差動出力信号を前記第１の
ノードに、第２の差動出力信号を前記第２のノードに出
力する差動増幅器と、第１の電源ラインと第３のノード
との間に接続され、制御端子が前記第１のノードに接続
された第１のトランジスタと、前記第１の電源ラインと
第４のノードとの間に接続され、制御端子が前記第２の
ノードに接続された第２のトランジスタと、前記第３の
ノードと第５のノードとの間に接続された第１の抵抗素
子と、前記第４のノードと前記第５のノードとの間に接
続された第２の抵抗素子と、制御電圧が供給される制御
端子と、非反転入力端子が前記第５のノードに、反転入
力端子が前記制御端子に接続され出力端子が第６のノー
ドに接続されたオペアンプと、前記第１のノード、第２
の電源ライン及び前記第６のノードに接続され、前記出
力端子の電圧に基づいて前記第１のノードから電流を引
き抜く第１の可変電流源と、前記第２のノード、前記第
２の電源ライン及び前記第６のノードに接続され、前記
出力端子の電圧に基づいて前記第２のノードから電流を
引き抜く第２の可変電流源とを備えることを特徴とする
複合差動増幅器。 - 【請求項２】前記第３のノードと前記第２の電源ライン
との間に第１の電流源が接続され、前記第４のノードと
前記第２の電源ラインとの間に第２の電流源が接続され
ていることを特徴とする請求項１記載の複合差動増幅
器。 - 【請求項３】前記第１の可変電流源は、前記第１のノー
ドと第７のノードとの間に接続され制御端子が前記第６
のノードに接続された第３のトランジスタと、前記第７
のノードと前記第２の電源ラインとの間に接続された第
３の抵抗素子とを備え、前記第２の可変電流源は、前記
第２のノードと第８のノードとの間に接続され制御端子
が前記第６のノードに接続された第４のトランジスタ
と、前記第８のノードと前記第２の電源ラインとの間に
接続された第４の抵抗素子とを備えることを特徴とする
請求項１記載の複合差動増幅器。
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| JP12575291A JP3409053B2 (ja) | 1991-05-29 | 1991-05-29 | 複合差動増幅器 |
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