JPH02142210A - 差動増幅回路 - Google Patents

差動増幅回路

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JPH02142210A
JPH02142210A JP63296555A JP29655588A JPH02142210A JP H02142210 A JPH02142210 A JP H02142210A JP 63296555 A JP63296555 A JP 63296555A JP 29655588 A JP29655588 A JP 29655588A JP H02142210 A JPH02142210 A JP H02142210A
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JP
Japan
Prior art keywords
circuit
differential pair
transistor
differential
transistors
Prior art date
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JP63296555A
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English (en)
Inventor
Noboru Ishihara
昇 石原
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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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、モノリシック集積化に適し、広帯域動作が可
能な帰還型差動増幅回路に関するものである。
〔従来の技術〕
第4図は、従来の広帯域帰還型差動増幅回路「ヒルブラ
ンド、グルバーおよびラッサー著、“IGHz帯域幅モ
ノリシフク集積増幅器のコンピュータ・エイデツド・デ
ザイン”、イー・ニス・ニス・シー・アイ・アール・シ
ー、1977.122頁〜124頁(H,Hillbr
and、J、Gruber and P。
Ru5ser、”Computer Aided De
sign of a IGHz Band−width
 Monolithic Integrated Am
plifier”、f!5SCI−RC,1977、p
p、122−124) Jを示す回路図である。
第4図において、la、lbは入力信号V i n *
■πが人力される入力端子、2a、2bは出力信号vo
urn Vouyが出力される出力端子、3はVCCの
電位が入力される高電位電源端子、4は電位V■が入力
される低電位電源端子、5は第1の差動対トランジスタ
としての入力差動対トランジスタ、6は第2の差動対ト
ランジスタとしての出力差動対トランジスタ、7.8は
抵抗値RLII Rtzの負荷抵抗、9は容量値C4の
負荷容量、10.11は電流値11.I!の第1.第2
の定電流源回路である。
第4図の回路はく負荷抵抗7,8を負荷とする入力差動
対トランジスタ5と、負荷抵抗8を負荷とする出力差動
対トランジスタ6とから構成され、トランジスタ6のコ
レクタを負荷抵抗7を介してトランジスタ6のベースに
接続していることを特徴とし、トランジスタ6のコレク
タ信号を負荷抵抗7を介して逆相でトランジスタ6のベ
ースに帰還することにより広帯域動作を実現している。
この従来回路の電圧利得AVは、トランジスタ5゜6の
相互コンダクタンスをgmt、gm2、ベース抵抗をr
bl、rb’l、入力容量をCπl、Cπ2とし、角周
波数をωとすると、次式で与えられる。
ここで、aはトランジスタ5のベースでの時定数、bは
トランジスタ6のベースでの時定数、Cはトランジスタ
6のコレクタでの時定数であり、次式により表わされる
a=Cπ1−rbl・・・・・(2) b=(Cπ2 ”  (Rt++Rtz+rb2)/(
1+go+2・RLり )  ・((1+jωCL −
RLz)/(1+jωC))  ・・・・・(3)’ 
=Ct  −RL*/ (1+gm2・RLz)  ・
・・・・(4)第4図の回路の低周波時の利得は(11
式よりgml・RLIで近似される。高周波動作時の利
得は、ab、cの時定数により周波数の増加とともに減
少していくが、(3)、 (41式から分かるように、
トランジスタ6のベースおよびコレクタの時定数が帰還
効果により1 +gs+2・R11分の1に低減できる
ことから、従来の差動型増幅回路に比べ、広帯域な動作
が可能である。また、(3)式で表わせる時定数すは虚
数成分をもち、この虚数成分は負荷容量9の容量値CL
の増加とともに大きくなり、周波数特性にピーキングを
生じるよう作用する。このため、負荷容量9の容量値C
Lを最適、化することにより、−層の広帯域化を図れる
第5図は、第4図の回路の周波数特性のシミュレーショ
ン結果を示すグラフである。同図において、横軸は周波
数、縦軸は利得を示し、複数の特性21,22.23.
24は、負荷容量の容量値Ctを0.2pF、0.1p
F、0.05pF、0と変化させた時の特性である。容
量値CLを増加させることによりピーキング特性を持た
せることができ、容量値Ctの最適化により広帯域な特
性を実現できることが分かる。このため、次段回路の入
力容量あるいは配線容量を利用して広帯域な特性を得る
ことが可能となる。なお、シミュレーションには、高域
しゃ断周波数60GHzのバイポーラトランジスタを想
定した。
より広帯域の差動増幅回路として第6図に示すものが提
案されている。同図において、1a、1bは入力信号V
、□■−が入力される入力端子、2a、2bは出力信号
”1lIItバー−が出力される出力端子、3はVCC
の電位が入力される高電位電源端子、4は■□の電位が
入力される低電位電源端子、5は第1の差動対トランジ
スタとしての入力差動対トランジスタ、6は第2の差動
対トランジスタとしての出力差動対トランジスタ、7,
8は抵抗値RLII Rtzの負荷抵抗、9は容量値C
5の負荷容量、10.11は電流値1..1.の第1、
第2の定電流源回路、12は帰還Wエミッタフォロワト
ランジスタである。
第6図の回路は、第4図の回路においてエミッタフォロ
ワトランジスタ12を付加し、そのバッファ効果により
第4図の回路よりも広帯域な動作を可能とするとともに
、DC的にはトランジスタ5を流れる電流が負荷抵抗8
に流れ込まないように構成し、回路定数設計を簡易化し
ている。
第6図の回路の電圧利得Ayは、トランジスタ5.6の
相互コンダクタンスをgml、gm2、ベース抵抗をr
bl、rb2、入力容量をCπICπ2とし、角周波数
をωとすると、次式で与えられる。
ここで、aはトランジスタ5のベースでの特定数、bは
トランジスタ6のベースでの時定数、Cはトランジスタ
6のコレクタでの時定数であり、次式により表わされる
a=Cπ1・rbl・・・・・(6) b=  (Cπ 2  ・  (RLl+  r  b
  2)  /(1+gm2  ・ RLz)  )(
(1+jωCL ” RLり/ (1+jωC))c=
CL−RL、/(1+gm2・R42)・・・・・(8
)第6図の回路の低周波時の利得は第4図の回路と同様
に(5)式よりgml・RLIであたえられる。高周波
動作時の利得は、a、b、cの時定数により周波数の増
加とともに減少していくが、(71,(81式から分か
るように、トランジスタ6のベースおよびコレクタの時
定数が帰還効果により1 +gm2・RL2分の1に低
減できることから、広帯域な動作が可能である。また、
第4図の回路の(3)式と(7)式の比較において、第
6図の回路では(7)式においてRL2が消去されるた
め、第4図の回路よりも原理的により広帯域な特性を実
現できる。これは、トランジスタ12のエミッタからの
インピーダンスが低いことを利用しているものである。
(発明が解決しようとする課題〕 このように、第6図の回路は第4図の回路よりも広帯域
な差動増幅回路を実現しているが、更に広帯域な差動増
幅回路の出現が要請されていた。
従って、本発明の目的は、従来回路よりも広帯域な差動
増幅回路を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
このような課題を解決するために本発明は、ベースが第
1の差動対トランジスタのコレクタに接続され、エミッ
タが第2の差動対トランジスタのベースに接続されると
ともに抵抗を介して低電位電源に接続され、コレクタが
高電位電源に接続された第3の差動対トランジスタから
成る帰還手段を設けるようにしたものである。
〔作用〕
本発明による差動増幅回路においては、帰還手段のバッ
ファ効果により、より広帯域な動作が可能となる。
〔実施例〕
まず、本発明の特徴と従来技術との差異について述べる
。本発明は、2つの差動対よりなる帰還型増幅回路にお
いて2つの差動対間にエミッタフォロワ回路が付加され
ていることを特徴とし、従来技術とは帰還回路内部での
インピーダンス条件、バイアス条件が異なる。
第1図は本発明による差動増幅回路の一実施例を示す回
路図である。同図において、la、lbは入力信号V 
ill+ Viaが入力される入力端子、2a、2bは
出力信号V。□、■=が出力される出力端子、3はVC
Cの電位が入力される高電位電源端子、4はvE!の電
位が入力される低電位電源端子、5は第1の差動対トラ
ンジスタとしての入力差動対トランジスタ、6は第2の
差動対トランジスタとしての出力差動対トランジスタ、
7,8は抵抗値RLI+ RLIの負荷抵抗、9は容量
値CLの負荷容量、10.11は電流値1.、Itの第
1゜第2の定電流源回路、13はエミッタフォロワトラ
ンジスタ、14は抵抗値R7のエミッタフォロワ回路用
抵抗である。
本実施例は、第4図の従来回路においてエミッタフォロ
ワトランジスタ13および抵抗14から成るエミッタフ
ォロワ回路を新たに付加し、そのバッファ効果により従
来回路よりも広帯域な動作を可能としている。
第1図の回路の電圧利得Avは、トランジスタ5.6の
相互コンダクタンスをgml、gm2、ベース抵抗をr
bl、rb2、入力容量をCπICπ2、トランジスタ
13の電流利得をβ、角周波数をωとすると、次式で与
えられる。
ここで、aはトランジスタ5のベースでの時定数、bは
トランジスタ6のベースでの時定数、Cはトランジスタ
6のコレクタでの時定数であり、次式により表わされる
aWCπ1・rbl・・・・・a〔 b−cπ2 ・(RL++Rtt+rb2) / (β
(1+gm2 ・Rtz)((1+jωCL  ’ R
t、z) / (1+jωc))・・・・・Ql) C” CL  −Rtt/ (1+gm2・Rtg) 
 ・ ・ ・ ・ ・(2)本回路の低周波時の利得は
従来回路と同様に(9)式よりgml・RLIであたえ
られる。高周波動作時の利得は、a、b、cの時定数に
より周波数の増加とともに減少していくが、(II)、
0式から分かるように、トランジスタ6のベースおよび
コレクタの時定数が帰還効果により1 +gm2・RL
I分の1に低減できることから、広帯域な動作が可能で
ある。
また、第4図の従来回路の(3)式と01)式の比較に
おいて、本回路では時定数がエミッタフォロワ回路の効
果により1/β倍されるため、第4図の従来回路よりも
原理的により広帯域な特性を実現できる。
第2図は、本回路の周波数特性のシミュジーシッン結果
を示すグラフである。横軸は周波数、縦軸は利得を示す
、特性は付加容量がゼロの場合を示している。従来回路
の周波数特性(第5図)との比較から、本回路では約2
倍帯域が改善されていることが分かる。
第3図は本発明の第2の実施例を示す回路図である。同
図において、la、lbは入力信号Via、■πが入力
される入力端子、2a、2bは出力信号■。1.−−が
出力される出力端子、3はVCの電位が入力される高電
位電源端子、4はVEtの電位が入力される低電位電源
端子、5は第1の差動対トランジスタとしての入力差動
対トランジスタ、6は第2の差動対トランジスタとして
の出力差動対トランジスタ、7,8は抵抗値RL1. 
RLtの負荷抵抗、9.9′は容量値CLo CLoの
負荷容量、10.11は電流値1+、Igの第1.第2
の定電流源回路、12は帰還用エミッタフォロワトラン
ジスタ、13はエミッタフォロワトランジスタ、14は
抵抗値R,のエミッタフォロワ回路用抵抗である。
第3図の回路は、第6図の回路においてトランジスタ1
3および抵抗14から成るエミッタフォロワ回路を新た
に付加し、そのバッファ効果により、従来回路よりも広
帯域な動作を可能としている。その動作原理は第1図の
第1の実施例と同様に説明できる。
本発明は、モノリシック増幅回路は勿論、広帯域な特性
を必要とするハイブリッド増幅回路等において、前述の
増幅回路の他に高周波増幅回路を始めとする様々な機能
を有する増幅回路への適用が考えられる。
なお、本発明による差動増幅回路では、トランジスタと
して、NPN型のバイポーラトランジスタの他、PNP
型あるいはFET系のトランジスタの適用が可能であり
、また、抵抗の代わりに容量あるいはインダクタンス等
のインピーダンスの使用も可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、エミッタフォロワ回路を
第1と第20差動対トランジスタ間に付加したことによ
り、エミッタフォロワ回路のバッファ効果により広帯域
な特性を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図、第3図は本発明による差動増幅回路の第1の実
施例、第2.の実施例を示す回路図、第2図は第1の実
施例の周波数特性を示すグラフ、第4図、第6図は従来
の差動増幅回路を示す回路図、第5図は第4図の従来回
路の周波数特性を示すグラフである。 la、lb・・・入力端子、2a、2b・・・出力端子
、3・・・高電位電源端子、4・・・低電位電源端子、
5・・・入力差動対トランジスタ、6・・・出力差動対
トランジスタ、7,8・・・負荷抵抗、9・・・負荷容
量、1011・・定電流源回路、13・・・エミッタフ
ォロワトランジスタ、14・・・エミッタフォロワ用抵
抗。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ベースが入力端子に接続され、エミッタが第1の定電流
    源回路に接続された第1の差動対トランジスタから成る
    第1の差動増幅器と、エミッタが第2の定電流源回路に
    接続され、コレクタが出力端子に接続された第2の差動
    対トランジスタから成る第2の差動増幅器とを有する差
    動増幅回路において、ベースが第1の差動対トランジス
    タのコレクタに接続され、エミッタが第2の差動対トラ
    ンジスタのベースに接続されるとともに抵抗を介して低
    電位電源に接続され、コレクタが高電位電源に接続され
    た第3の差動対トランジスタから成る帰還手段を備えた
    ことを特徴とする差動増幅回路。
JP63296555A 1988-11-24 1988-11-24 差動増幅回路 Pending JPH02142210A (ja)

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JP63296555A JPH02142210A (ja) 1988-11-24 1988-11-24 差動増幅回路

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JP63296555A JPH02142210A (ja) 1988-11-24 1988-11-24 差動増幅回路

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ID=17835055

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JP63296555A Pending JPH02142210A (ja) 1988-11-24 1988-11-24 差動増幅回路

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6114909A (en) * 1996-05-31 2000-09-05 Sanyo Electric Co., Ltd. Differential amplifier for correcting offsets at inputs using low capacitance capacitor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6114909A (en) * 1996-05-31 2000-09-05 Sanyo Electric Co., Ltd. Differential amplifier for correcting offsets at inputs using low capacitance capacitor

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