JPH0359604B2 - - Google Patents

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JPH0359604B2
JPH0359604B2 JP56175500A JP17550081A JPH0359604B2 JP H0359604 B2 JPH0359604 B2 JP H0359604B2 JP 56175500 A JP56175500 A JP 56175500A JP 17550081 A JP17550081 A JP 17550081A JP H0359604 B2 JPH0359604 B2 JP H0359604B2
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JP
Japan
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current
transistors
transistor
mirror
signal
Prior art date
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JP56175500A
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English (en)
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JPS5875910A (ja
Inventor
Yojiro Fukushima
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少ない消費電流で動作を行ないとと
もに、低い電源電圧でも動作をする増幅器に関す
るものである。
まず従来の増幅器を第1図に示して説明する。
1は同相入力端子、2は逆相入力端子、21は
出力端子、20は電源端子、22は接地端子、
3,5,7,8,9,10,13,14,15,
18,19はトランジスタ、16,17はダイオ
ード、4,6,11,12は抵抗である。この従
来例では初段増幅段を差動対トランジスタ7,
8,9,10で構成し、2段目増幅段をトランジ
スタ13,14のダーリントン接続で構成し、出
力段をトランジスタ18,19のSEPP接続で構
成している。そして出力端子21と逆相入力端子
2の間にフイードバツク抵抗を接続することによ
りフイードバツク量に応じた利得の増幅器として
動作する。
ここで各幅段をみると、初段増幅段と2段目増
幅段はいずれもA級で動作し、出力段のみがAB
級動作を行なつている。従つて初段差動増幅段お
よび2段目増幅段には無信号時にも各々バイアス
電流が流れている。
以下には特に電流値の大きい2段目増幅段につ
いて述べる。出力端子に接続する負荷インピーダ
ンスをRL、出力トランジスタ18,19の電流
増幅率をhFE、最大出力振幅をVpnとすると、2段
目増幅段を構成するトランジスタ14の動作に必
要なコレクタに流れるバイアス電流はVpn/RL・hFEで 決まり、十分に低い負荷抵抗と、十分に高い出力
電圧を得るには、相当大きなバイアス電流を必要
とするものである。また電源端子20からトラン
ジスタ15のエミツタ−コレクタ、トランジスタ
18のベース−エミツタ、トランジスタ19のエ
ミツタ−ベース、トランジスタ14のコレクタ−
エミツタを経て接地端子22へ流れる電流の経路
を考えると、電源端子20の電圧として少なくと
もベースエミツタ順方向電圧(以下VBEと示す。)
の2倍と、コレクタエミツタ飽和電圧(以下
VCESANTと示す。)の2倍の合計即る2VBE+2VCESAT
もの高い電圧が必要であるという欠点を有するも
のであつた。
本発明はかかる欠点を改善するものであり、2
段目増幅段以後の増幅段がすべてAB級動作が可
能であるような初段差動増幅段を構成して2段目
以後の増幅段のバイアス電流を減少させると同時
に、電源端子に必要である最低電圧を低下させた
優れた増幅器を提供するものである。以下に本発
明の一実施例を図面にもとづいて説明する。
第2図には本発明の第1の実施例を示して説明
する。31は同相入力端子、32は逆相入力端子
で差動対を構成する第1および第2のトランジス
タ33,34のそれぞれのベースに接続される。
35は第1の定電流源であり、第1および第2の
トランジスタ33,34より成る初段差動増幅段
の動作電流を与える。今第1の定電流源35の電
流源をI1とする。36,37は第2および第3の
定電流源で各々電流をI2,I3とし、前記I1との関
係を次式の通りとする。
I1=2・I2+a=2・I3+a ……(1) ここでaはアイドリング電流に相当する値を示
す。またトランジスタ33のコレクタをトランジ
スタ38のベースに接続し、トランジスタ38に
ベース電流が流れたとき出力端子39より信号電
流を吸収する様に構成する。さらにトランジスタ
34のコレクタをトランジスタ40のベースに接
続し、このトランジスタ40のコレクタをトラン
ジスタ41のベースに接続して、トランジスタ4
0および41にベースに電流が流れたとき出力端
子39に信号電流を流し出す様に構成する。なお
PNPトランジスタ41とNPNトランジスタ38
は各々互いに逆極性のトランジスタであつて、
各々のコレクタを互いに接続して出力端子39と
したものである。ここでは42は電源端子、43
は接地端子である。
上記第2図の実施例において無信号状態を考え
ると、(1)式よりトランジスタ33および34の各
コレクタ電流はほとんど低電流源36および37
に流れこみ、トランジスタ40およびトランジス
タ38のベース電流は電流値aだけ流れる。トラ
ンジスタ41および38は僅かなアイドリング電
流が流れる状態を保つ。
今同相入力端子31と逆相入力端子32の間に
信号電圧が入力され、同相入力端子31の電位が
逆相入力端子32の電位よりも大きいときを考え
る。この場合トランジスタ34のコレクタ電流が
IC3よりも大きくなるため、増加分がトランジス
タ40のベースへ流れ込み、トランジスタ40お
よびトランジスタ41のコレクタ電流が増加して
出力端子39に信号電流を流し出す。また同相入
力端子31の電位が逆相入力端子32の電位より
小さいときは、トランジスタ33のコレクタ電流
がIC2より大きくなるため、その増加分がトラン
ジスタ38のベース電流の増加となつて出力端子
39から信号電流を吸収する。この様に信号の正
の半周期でトランジスタ41がアイドリング状態
より信号電流分が増加し、負の半周期でトランジ
スタ38がアイドリング状態より信号電流分が増
加する。即ちAB級動作を行なうことになる。以
上のように初段を除いて2段目以降をAB級動作
の増幅段とすることができ、消費電力の減少と電
源電圧の低下を実現することが可能となつた。
次に第2の実施例を第3図に示して説明する。
本実施例は第2図の実施例に対して、第1の定
電流源としてトランジスタ44のカレントミラー
を用い、第2の定電流源としてトランジスタ4
8、抵抗49の直列回路を、第3の定電流源とし
てトランジスタ51、抵抗52の直列回路を用い
ている。またトランジスタ33,34より成る初
段差動増幅段の出力と出力コンプリメンタリート
ランジスタ41および38との結合として、ダイ
オード54、抵抗55、トランジスタ40とダイ
オード56からなるカレントミラー、およびダイ
オード58と抵抗59のカレントミラーを用いた
ものである。
第1の定電流源の電流値I1は、トランジスタ4
4とトランジスタ45のカレントミラーのミラー
係数を1としているので抵抗61に流れる電流IR
と一致する。次に第2の定電流源の電流値IC2を
考える。トランジスタ45とトランジスタ46よ
り成るカレントミラーのミラー係数は1である。
トランジスタ50とトランジスタ48より成るカ
レントミラーは面積比2:1を有するため、仮に
抵抗49の効果を無視すると、ミラー係数は1/2
である。従つてトランジスタ48のコレクタ電流
即ちIC2はIR/2である。また第3の定電流源の電 流値IC3は、IC2と同様の構成で、トランジスタ
45とトランジスタ47より成るカレントミラー
のミラー係数が1、トランジスタ53とトランジ
スタ51より成るカレントミラーのミラー係数が
抵抗52の効果を無視して1/2であるので、IR/2と なる。前述のごとくI1はIRに等しいので I1=2・IC2=2・IC3 ……(2) が成立し、アイドリング電流が無いB級動作とな
る。
更に第3図の例における抵抗49と52は、
IC2、IC3の電流をIR/2よりわずかに小さくする効
果をもち、この抵抗による電流分が初段増幅段の
出力アイドリング電流であり、2段目増幅段以後
の各増幅段の無信号時電流を決定するとともにB
級アンプ欠点であるスイツチングひずみ、クロス
オーバひずみの改善を行なうものである。
信号の増幅動作は以下の通りである。同相入力
端子31に逆相入力端子32に対して正極性の信
号が入力されると、初段増幅段がトランジスタ3
3とトランジスタ34の差動対の動作によりトラ
ンジスタ34のコレクタ電流が入力信号のgm倍
だけ増加する。gmはトランジスタ33とトラン
ジスタ34の差動対の相互コンダクタンスであ
る。相互コンダクタンクgmは次式で表わされ
る。
gm=I1・q/2・k・t ここで、q:電子電荷 1.6×10-19C k:ボルツマン定数1.38×10-23J・K-1 t:絶対温度 である。この信号の増加分はカレントミラー55
とカレントミラー51で各ミラー係数に対応して
増幅され、出力端子39から負荷へ出力信号電流
を流し出し出力信号の正極性の部分を成す。また
同相入力端子31に、逆相入力端子32に対して
負極性の信号が入力されると、前述の正極性の場
合と同様にトランジスタ33のコレクタ電流が増
加する。この信号の増加分がカレントミラー60
でミラー係数に対応して増幅され出力端子39を
経て負荷から出力信号電流を吸収して出力信号の
負極性の部分を成す。第3図においてカレントミ
ラー57はミラー係数1、カレントミラー55と
カレントミラー60のミラー係数は各々係数は
各々抵抗55と抵抗59で決まる値をもつ。
ここで入力信号がないときの消費電流について
述べる。この場合トランジスタ33とトランジス
タ34のコレクタ電流は等しく、各々のベース電
流を無視すると第1の定電流線の電流I1の半分に
等しくなる。これに対して第2および第3の定電
流源の電流は前述の様にI1/2よりわずかに小さな 値をもつ。差分の一方(I1/2−IC2)はカレント ミラー60に流れ込み、トランジスタ38の無信
号時電流はミラー係数に対応した値となる。差分
の他の一方(I1/2−IC3)はカレントミラー55 に流れ込み、トランジスタ40のコレクタ電流は
ミラー係数に対応した値をもつとともに同じ電流
がトランジスタ40とトランジスタ41に流れ
る。各カレントミラーに流れる電流がアイドリン
グ電流である。一般的にトランジスタは微小電流
時の電流増幅率が低下する特性をもつている。し
たがつて微小電流時のカレントミラー動作は電流
増幅率の低下にともなつて、ミラー係数が低くな
る。このミラー係数の変化は増幅器において増幅
率が信号レベルによつて変化することとなり波形
歪みを発生する。この歪みを防止するためアイド
リング電流が有効である。アイドリング電流より
大きい電流領域で信号を扱うことによりミラー係
数が低く増幅率を低い領域を使用することを避け
ることができるものである。したがつて各カレン
トミラーに流れる電流は微小信号時のミラー係数
の直線性を補償するのに十分な値で良く、従来例
に示した様に負荷抵抗の大きさに応じた値を必要
としない。更にカレントミラーが微小信号におい
てもミラー係数の直線性が保たれた理想的な場合
には無信号時の各カレントミラーの電流値は零で
あつても動作する完全なB級動作が可能であり、
より低消費電流化することも可能である。
一方本回路の最低動作電圧は電源端子42から
トランジスタ44のエミツタ−コレクタ、トラン
ジスタ33又は34のエミツタ−コレクタ、トラ
ンジスタ38又は40のベース−エミツタへ流れ
る電流の経路で決定され、1VBE+2VCESATとなり
電圧値として約1.1V程度である。これも従来の
ものに比べて小さくすることが可能となつた。
上記第3図の実施例では2段目以後の増幅段を
簡単な回路構成でAB級動作を行なわせることが
でき、B級方式の欠点であるスイツチングひず
み、クロスオーバーひずみの性能が要求される回
路にも適用でき、消費電流の低下に大きく寄与す
るものである。また最低動作電圧においても従来
の構成のものに比べて大きく下まわり、消費電流
の低下と合わせて、ポータブル機器の小型軽量化
を可能ならしめる。
さらに第3図の初段差動増幅段は、第4図、第
5図のように構成することもできる。すなわち第
4図ではトランジスタ33,34に代えて電界効
果型トランジスタ62,63を用いたものであ
る。また第5図ではトランジスタ33に代えてト
ランジスタ64,65のダーリントン接続、トラ
ンジスタ34に代えてトランジスタ66,67の
ダーリントン接続を用いた場合である。これらの
構成になる初段差動増幅段でも、2段目以降を
AB級で動作させることが可能である。また上記
では初段のトランジスタ33,34をPNP型と
したが、これはNPN型であつても同様に構成可
能である。
以上のように本発明によれば、初段を差動増幅
器で構成し以後の増幅段をAB級動作の構成とす
ることが可能であるため、消費電力を少なくする
こができ、また動作可能な電源電圧を低く設定す
ることができるので集積化にも有利であり、機器
の小型、軽量化にも大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の増幅器の構成図、第2図は本発
明の実施例を示す構成図、第3図は他の実施例の
構成図、第4図、第5図はさらに他の実施例の要
部を示す構成図である。 31……同相入力端子、32……逆相入力端
子、33,34……トランジスタ、35……第1
の電流源、36……第2の電流源、37……第3
の電流源、38,40,41……トランジスタ、
39……出力端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 差動対を構成する第1のトランジスタと第2
    のトランジスタとを有し、第1及び第2のトラン
    ジスタの共通エミツタと電源供給回路の一端との
    間に第1の定電流源を挿入接続し、第1及び第2
    のトランジスタの各コレクタと電源供給回路の他
    の一端との間にそれぞれ第2の定電流源と第3の
    定電流源を挿入接続し、第1及び第2のトランジ
    スタのベースを差動入力とし、この第1及び第2
    のトランジスタのコレクタを互いに逆極性の第3
    及び第4のトランジスタのベースにそれぞれ結合
    させ、第3及び第4のトランジスタのコレクタを
    たがいに接続して出力端子となし、第3及び第4
    のトランジスタのエミツタをそれぞれ電源の両端
    に接続した構成であつて、第2及び第3の定電流
    源の電流値を第1の定電流源の半分の電流値に対
    して一定値小さくし、この一定値の電流が第3及
    び第4のトランジスタのベースに流れ込むことに
    より第3及び第4のトランジスタのコレクタ電流
    を発生させるとともにこのコレクタ電流を、出力
    端子を駆動する第3及び第4のトランジスタに無
    信号時に流れるアイドリング電流となすことを特
    徴とする増幅器。 2 第1及び第2のトランジスタのコレクタをカ
    レントミラーを介して互いに逆極性の第3及び第
    4のトランジスタのベースにそれぞれ結合したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の増幅
    器。
JP56175500A 1981-10-30 1981-10-30 増幅器 Granted JPS5875910A (ja)

Priority Applications (1)

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JP56175500A JPS5875910A (ja) 1981-10-30 1981-10-30 増幅器

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JP56175500A JPS5875910A (ja) 1981-10-30 1981-10-30 増幅器

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Publication Number Publication Date
JPS5875910A JPS5875910A (ja) 1983-05-07
JPH0359604B2 true JPH0359604B2 (ja) 1991-09-11

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ID=15997121

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JP56175500A Granted JPS5875910A (ja) 1981-10-30 1981-10-30 増幅器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3979689A (en) * 1975-01-29 1976-09-07 Rca Corporation Differential amplifier circuit

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JPS5875910A (ja) 1983-05-07

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