JP3141892B2 - 演算増幅器 - Google Patents

演算増幅器

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JP3141892B2 JP03124507A JP12450791A JP3141892B2 JP 3141892 B2 JP3141892 B2 JP 3141892B2 JP 03124507 A JP03124507 A JP 03124507A JP 12450791 A JP12450791 A JP 12450791A JP 3141892 B2 JP3141892 B2 JP 3141892B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、反転入力端子と非反転
入力端子に印加する電圧の差分を増幅して出力する演算
増幅器に係り、特に広い同相入力電圧範囲を実現した演
算増幅器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】演算増幅器として、図2に示すように、
反転入力端子1、非反転入力端子2に第1、第2の差動
入力回路3、4を共通接続し、それら差動入力回路3、
4の出力を出力回路5に各々独立して与えるものがあっ
た。6は出力端子である。
【0003】第1の差動入力回路3は、差動接続のNP
NトランジスタQ1、Q2、能動負荷としてカレントミ
ラー接続されたPNPトランジスタQ3、Q4、定電流
源7から構成される。また第2の差動入力回路4は、差
動接続のPNPトランジスタQ5、Q6、能動負荷とし
てカレントミラー接続されたNPNトランジスタQ7、
Q8、定電流源8から構成される。更に出力回路5は、
PNPトランジスタQ9〜Q11、NPNトランジスタ
Q12〜Q14、コンデンサC1〜C4、抵抗R1〜R
4から構成される。
【0004】この演算増幅器は、反転入力端子1の電圧
V1と非反転入力端子2の電圧V2が、V1<V2のと
きは、第1の差動入力回路3によってトランジスタQ9
のベース電位が低くなり、また第2の差動入力回路4に
よってトランジスタQ12のベース電位も低くなる。こ
の結果、出力端子6の電圧Voが高くなる。逆に、V1
>V2のときは、トランジスタQ9、トランジスタQ1
2のベース電位が高くなって、上記と逆に出力端子6の
電圧Voが低くなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この回路で
は、電源+VCCと−VEEとの間に、差動入力回路を構成
するトランジスタQ1、Q2、Q5、Q6と共にそれに
直列接続の定電流源7、8やカレントミラー接続トラン
ジスタQ3、Q4、Q7、Q8が介在するので、同相入
力範囲が狭くなる。
【0006】例えば、反転入力端子1の側では、トラン
ジスタQ7のコレクタ・エミッタ飽和電圧VCE(≒0.
3v)分だけ−VEEより高い電圧までしか入力できず、
またカレントミラー接続のトランジスタQ3の電圧VCE
分だけ+VCC分より低い電圧までしか入力できない。一
方、非反転入力端子2の側でも同様に、トランジスタQ
8、Q3で入力電圧範囲が制限を受ける。このように、
トランジスタの飽和電圧VCEによる吸収電圧が+V
CC側、−VEE側で発生するので、入力電圧範囲が狭くな
る。
【0007】また、第1の差動入力回路3の出力と第2
の差動入力回路4の出力が別々に出力回路5に入力する
ので、コンデンサC1〜C4を使用しても安定に位相補
償することが困難で、周波数帯域を広くすることも困難
であった。本発明の目的は、同相入力範囲が広く、しか
も位相補償も安定化できるようにした演算増幅器を提供
することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の演算増幅器は、
反転入力端子にベースが接続され第2電源にコレクタが
直接接続される第1極性の第1トランジスタ、該第1ト
ランジスタのエミッタにダーリントン接続される第1極
性の第2トランジスタ、非反転入力端子にベースが接続
され前記第2電源にコレクタが直接接続される第1極性
の第3トランジスタ、該第3トランジスタのエミッタに
ダーリントン接続される第1極性の第4トランジスタ、
前記第2,第4トランジスタの共通接続エミッタと第1
電源との間に接続される第1電流源からなる第1入力回
路と、前記反転入力端子にベースが接続され前記第1電
源にコレクタが直接接続される前記第1極性と反対の第
2極性の第5トランジスタ、前記非反転入力端子にベー
スが接続され前記第1電源にコレクタが直接接続される
第2極性の第6トランジスタ、前記第5トランジスタの
エミッタにエミッタが接続される第1極性のダイオード
接続の第7トランジスタ、前記第6トランジスタのエミ
ッタにエミッタが接続される第1極性のダイオード接続
の第8トランジスタ、前記第5トランジスタのエミッタ
にエミッタが接続される第1極性の第9トランジスタ、
前記第6トランジスタのエミッタにエミッタが接続され
る第1極性の第10トランジスタ、前記第7,第8トラ
ンジスタの共通接続ベースと前記第2電源と間に接続さ
れる第2電流源(14)からなる第2入力回路と、前記
第1入力回路の前記第2トランジスタのコレクタ出力と
前記第2入力回路の前記第10トランジスタのコレクタ
出力を基準側で加算し、前記第1入力回路の前記第4ト
ランジスタのコレクタ出力と前記第2入力回路の前記第
9トランジスタのコレクタ出力を出力側で加算するカレ
ントミラー回路と、該カレントミラー回路の出力側の出
力を受けるように接続される出力回路と、を具備するよ
う構成した。
【0009】
【作用】本発明では、第1、第2入力回路の入力側トラ
ンジスタのコレクタが電源に直接的に接続されるので、
同相入力電圧範囲がその電源電圧にまで拡大する。そし
て、第1、第2入力回路の出力をカレントミラー回路で
加算するで、ここで出力を共通の1個にまとめて出力回
路に送ることができ、通常の出力回路が利用できるの
で、安定した位相補償が行われる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1はその一実施例の演算増幅器の回路図である。11は
第1入力回路であって、反転入力端子1に対してダーリ
ントン接続される1組のトランジスタQ21、Q22、
同様に非反転入力端子2に対してダーリントン接続され
る1組のトランジスタQ23、Q24、および各組のダ
ーリントン接続のトランジスタQ22、Q24のエミッ
タと電源+VCCラインに接続される定電流源12からな
る。
【0011】13は第2入力回路であって、反転入力端
子1にベースが接続されるトランジスタQ25、非反転
入力端子2にベースが接続されるトランジスタQ26、
トランジスタQ25にエミッタが共通接続されるトラン
ジスタQ27、トランジスタQ26のエミッタにエミッ
タが接続されるトランジスタQ28、トランジスタQ2
7とベース・エミッタが共通接続されるトランジスタQ
29、トランジスタ28とベース・エミッタが共通接続
されるトランジスタQ30、トランジスタQ29、Q3
0のベース・コレクタと電源−VEEラインとの間に接続
される定電流源14からなる。上記トランジスタQ27
〜Q30はベース接地型であり、第2入力回路13の出
力(トランジスタQ25、Q26のエミッタ出力)をそ
のトランジスタQ27、Q28のコレクタ出力に変換し
ている。トランジスタQ29、Q30はトランジスタQ
25、Q26に充分なエミッタ電流を与えるように接続
されたトランジスタである。
【0012】15はトランジスタQ31、Q32からな
るカレントミラー回路であって、上記トランジスタQ2
2とQ24、及びトランジスタ27とQ28の両方の能
動負荷として働く。すなわち、第1入力回路11の出力
と第2入力回路13の出力がこのカレントミラー回路1
5で同相加算される。そしてこのカレントミラー回路1
5からは1個の出力が取り出される。R5、R6は抵抗
である。
【0013】16は上記カレントミラー15の出力を受
ける通常の出力回路であって、トランジスタQ33〜Q
35、定電流源17、18、位相補償用コンデンサC
5、抵抗R7からなっている。
【0014】この実施例の演算増幅器では、反転入力端
子1の電圧V1が非反転入力端子2の電圧V2に対し
て、V1<V2となれば、第1入力回路11において
は、トランジスタQ22のコレクタ電流がトランジスタ
Q24のそれよりも大きくなって、トランジスタQ31
のコレクタ電流が増大し、この結果トランジスタQ32
のコレクタに要求される電流が増大して、その分がトラ
ンジスタQ33のエミッタ電流として供給されるので、
そのエミッタ電流が増大して、トランジスタQ34のエ
ミッタ電流、トランジスタQ35のコレクタ電流が減少
し、出力端子6の出力電圧Voが高くなる。
【0015】このとき、第2入力回路13においては、
トランジスタ25のエミッタ電流よりもトランジスタQ
26のそれが大きくなり、よって、トランジスタQ28
のコレクタ電流がトランジスタQ27のそれよりも大き
くなって、トランジスタQ31のコレクタ電流をより増
大させる結果となる。よって、この第2入力回路13に
よっても、出力端子6がより高くなる。
【0016】以上のように、入力電圧がV1>V2のと
きは、第1入力回路11と第2入力回路13が同時に働
いて、その出力がカレントミラー回路15で加算され、
出力端子6の電圧Voを高める。
【0017】上記と逆に、入力電圧がV1>V2となれ
ば、第1、第2入力回路11、13が上記と逆に働いて
その出力がカレントミラー回路15で加算され、、出力
端子6の電圧Voが低下する。
【0018】ところで、この実施例の演算増幅器では、
例えば反転入力端子1の電圧が−VEE側に近づくと、あ
る時点(トランジスタQ25、Q29の合計ベース・エ
ミッタ電圧2VBEと定電流源14を構成するトランジス
タのコレクタ・エミッタ飽和電圧VCEの合計値未満の電
圧差の残す時点)でトランジスタQ25、トランジスタ
Q27、Q29が完全にカットオフとなる。しかし、ト
ランジスタQ21、Q22にはベース電流、コレタク電
流が流れるのでカレントミラー回路15が働き、反転入
力端子1が例え電源電圧−VEEと同一電位にまで低下し
ても、回路全体は動作を継続する。この点は、非反転入
力端子2の側においても同様である。
【0019】また、反転力端子1が+VCC側に近づく
と、ある時点(トランジスタQ21、Q22の合計ベー
ス・エミッタ電圧2VBEと定電流源12構成するトラン
ジスタのコレクタ・エミッタ飽和電圧VCEの合計未満の
電圧差を残す時点)でトランジスタQ21、Q22が完
全にカットオフとなる。しかし、トランジスタQ25に
はベース電流が流れるので、トランジスタQ27にはコ
レクタ電流が流れてカレントミラー回路15が働き、反
転入力端子1が例え電源電圧+VCCと同一電位にまで上
昇しても、回路全体は動作を継続する。この点は、非反
転入力端子2の側においても同様である。
【0020】以上のように本実施例の演算増幅器では、
入力端子1、2に印加する入力電圧が電源電圧の+VCC
〜−VEEの範囲の電圧まで正常に動作する。つまり、同
相入力範囲が広くなるのである。
【0021】また、第1入力回路11、第2入力回路1
3のコレクタをカレントミラー回路15において同相的
に加算しているので、その出力をシングルエンドとする
ことが可能となり、通常の回路構成の出力回路16を使
用でき、位相補償を安定して実現できる。
【0022】なお、上記実施例において、定電流源1
2、14、17、18は抵抗に置き換えることができ
る。また、PNPトランジスタとNPNトランジスタを
入れ換え、電源+VCC、−VEEを逆にして、同様に構成
することもできる。
【発明の効果】以上から本発明によれば、電源電圧範囲
いっぱいに入力電圧を印加して正常に動作させることが
できるのて、同相入力範囲が大幅に拡大される。また入
力回路の出力がシングルエンドとなるので出力回路に通
常の出力回路を使用することでき、これにより安定に位
相補償をかけることができて、帯域を狭めることなく、
安定動作する演算増幅器を実現できるという利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の演算増幅器の回路図で
ある。
【図2】 従来の演算増幅器の回路図である。
【符号の説明】
1:反転入力端子、2:非反転入力端子、6:出力端
子、11:第1入力回路、12:定電流回路、13:第
2入力回路、14:定電流回路、15:カレントミラー
回路、16:出力回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反転入力端子にベースが接続され第2電源
    にコレクタが直接接続される第1極性の第1トランジス
    タ、該第1トランジスタのエミッタにダーリントン接続
    される第1極性の第2トランジスタ、非反転入力端子に
    ベースが接続され前記第2電源にコレクタが直接接続さ
    れる第1極性の第3トランジスタ、該第3トランジスタ
    のエミッタにダーリントン接続される第1極性の第4ト
    ランジスタ、前記第2,第4トランジスタの共通接続エ
    ミッタと第1電源との間に接続される第1電流源からな
    る第1入力回路と、 前記反転入力端子にベースが接続され前記第1電源にコ
    レクタが直接接続される前記第1極性と反対の第2極性
    の第5トランジスタ、前記非反転入力端子にベースが接
    続され前記第1電源にコレクタが直接接続される第2極
    性の第6トランジスタ、前記第5トランジスタのエミッ
    タにエミッタが接続される第1極性のダイオード接続の
    第7トランジスタ、前記第6トランジスタのエミッタに
    エミッタが接続される第1極性のダイオード接続の第8
    トランジスタ、前記第5トランジスタのエミッタにエミ
    ッタが接続される第1極性の第9トランジスタ、前記第
    6トランジスタのエミッタにエミッタが接続される第1
    極性の第10トランジスタ、前記第7,第8トランジス
    タの共通接続ベースと前記第2電源と間に接続される第
    2電流源からなる第2入力回路と、 前記第1入力回路の前記第2トランジスタのコレクタ出
    力と前記第2入力回路の前記第10トランジスタのコレ
    クタ出力を基準側で加算し、前記第1入力回路の前記第
    4トランジスタのコレクタ出力と前記第2入力回路の前
    記第9トランジスタのコレクタ出力を出力側で加算する
    カレントミラー回路と、 該カレントミラー回路の出力側の出力を受けるように接
    続される出力回路と、 を具備すること を特徴とする演算増幅器。
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