JPH04219004A - バッファ及び利得1を与える方法 - Google Patents
バッファ及び利得1を与える方法Info
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- JPH04219004A JPH04219004A JP3059478A JP5947891A JPH04219004A JP H04219004 A JPH04219004 A JP H04219004A JP 3059478 A JP3059478 A JP 3059478A JP 5947891 A JP5947891 A JP 5947891A JP H04219004 A JPH04219004 A JP H04219004A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fet
- source
- buffer
- transistor
- drain
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/50—Amplifiers in which input is applied to, or output is derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower
- H03F3/505—Amplifiers in which input is applied to, or output is derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower with field-effect devices
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【発明の技術分野】本発明は電子バッファの分野に関し
、特に増幅器の能動素子として電界効果トランジスタ(
FET)を用いた利得1のバッファに関する。
、特に増幅器の能動素子として電界効果トランジスタ(
FET)を用いた利得1のバッファに関する。
【0002】
【従来技術とその問題点】電子回路設計において、信号
や回路の絶縁が必要な様々な状況でバッファ装置を利用
することが知られている。たとえは、低電流のマイクロ
プロセッサを高電流のバスシステムから絶縁するのにバ
ッファが利用されてきた。バッファを用いるいくつかの
場合においては信号レベルを比較的一定に維持すること
が望ましい。そのような状況において、利得1のバッフ
ァを用いることが知られている。典型的にはそのような
バッファはバイポーラトランジスタや電界効果トランジ
スタ(FET)などの能動素子を含み、与えられた信号
に利得1を供給する、すなわち増幅しない。集積回路と
して組み立てる様な電子設計において、これらの装置は
一般的に小さなチップ領域に組み立てられるので能動素
子はFETであることが望ましい。
や回路の絶縁が必要な様々な状況でバッファ装置を利用
することが知られている。たとえは、低電流のマイクロ
プロセッサを高電流のバスシステムから絶縁するのにバ
ッファが利用されてきた。バッファを用いるいくつかの
場合においては信号レベルを比較的一定に維持すること
が望ましい。そのような状況において、利得1のバッフ
ァを用いることが知られている。典型的にはそのような
バッファはバイポーラトランジスタや電界効果トランジ
スタ(FET)などの能動素子を含み、与えられた信号
に利得1を供給する、すなわち増幅しない。集積回路と
して組み立てる様な電子設計において、これらの装置は
一般的に小さなチップ領域に組み立てられるので能動素
子はFETであることが望ましい。
【0003】FETを能動素子として用いた理想的なバ
ッファにおいては、FETをいわゆるソースホロワ配置
で接続する。ここではバッファ入力はFETのゲートで
あり、バッファ出力はFETのソースである。FETの
ドレインは一般的には定電圧源に接続される。そのよう
な理想的なバッファにおいて、利得は1に等しい。残念
ながら実際にはFETのトランスコンダクタンスおよび
ドレイン抵抗が有限なので回路の利得は1以下になる。 FETのトランスコンダクタンスは無限大ではないので
、一般的に出力負荷抵抗と並列に見えるドレイン抵抗が
利得を制限する。そのような回路において、典型的には
FETソースを電流源でバイアスし負荷が最小になるよ
うにする。
ッファにおいては、FETをいわゆるソースホロワ配置
で接続する。ここではバッファ入力はFETのゲートで
あり、バッファ出力はFETのソースである。FETの
ドレインは一般的には定電圧源に接続される。そのよう
な理想的なバッファにおいて、利得は1に等しい。残念
ながら実際にはFETのトランスコンダクタンスおよび
ドレイン抵抗が有限なので回路の利得は1以下になる。 FETのトランスコンダクタンスは無限大ではないので
、一般的に出力負荷抵抗と並列に見えるドレイン抵抗が
利得を制限する。そのような回路において、典型的には
FETソースを電流源でバイアスし負荷が最小になるよ
うにする。
【0004】FETバッファの非理想的な状態を修正す
るために一般に用いられる技術はバッファの出力にトラ
ンジスタを追加することであり、ここではトランジスタ
はいわゆるエミッタホロワ配置で接続される。そのよう
な回路を図2に示す。図示のように、バッファ10はソ
ースホロワ配置で接続されたFET12を含んでいる。 電流源14を接続してFET12のソースをバイアスす
る。トランジスタ16をエミッタホロワ配置で追加し、
トランジスタ16のエミッタを電流源18でバイアスす
る。この配置では、トランジスタ16が出力負荷抵抗2
0からFET12のソースをバッファする。電流源18
を用いてトランジスタ16のベースを見込んだときの抵
抗を最大にし、FET12のソースの負荷を軽減する。 バッファ10の構造でほぼ利得0.98のバッファが得
られる。そのような利得1バッファは、もしFET12
のトランスコンダクタンスおよびドレイン抵抗が温度に
関係なく一定であり、FET毎に変化しなければ満足で
きるものである。実際にはしかし、バッファ10の利得
は温度によってドリフトし、FETパラメータのばらつ
きで変動する。New YorkのCambridg
e大学のPress Syndicateが発行する
The Art of Electronics
1983年版、229ページでP.Horowitzら
はFETの多くの特性が大きなプロセスによるばらつき
を示すことを指摘している。たとえば、FETが「オン
」の時のドレイン抵抗は1オームから10キロオームま
で変化し、さらに該トランスコンダクタンスは500マ
イクロSから3000マイクロSまで変化しうる。
るために一般に用いられる技術はバッファの出力にトラ
ンジスタを追加することであり、ここではトランジスタ
はいわゆるエミッタホロワ配置で接続される。そのよう
な回路を図2に示す。図示のように、バッファ10はソ
ースホロワ配置で接続されたFET12を含んでいる。 電流源14を接続してFET12のソースをバイアスす
る。トランジスタ16をエミッタホロワ配置で追加し、
トランジスタ16のエミッタを電流源18でバイアスす
る。この配置では、トランジスタ16が出力負荷抵抗2
0からFET12のソースをバッファする。電流源18
を用いてトランジスタ16のベースを見込んだときの抵
抗を最大にし、FET12のソースの負荷を軽減する。 バッファ10の構造でほぼ利得0.98のバッファが得
られる。そのような利得1バッファは、もしFET12
のトランスコンダクタンスおよびドレイン抵抗が温度に
関係なく一定であり、FET毎に変化しなければ満足で
きるものである。実際にはしかし、バッファ10の利得
は温度によってドリフトし、FETパラメータのばらつ
きで変動する。New YorkのCambridg
e大学のPress Syndicateが発行する
The Art of Electronics
1983年版、229ページでP.Horowitzら
はFETの多くの特性が大きなプロセスによるばらつき
を示すことを指摘している。たとえば、FETが「オン
」の時のドレイン抵抗は1オームから10キロオームま
で変化し、さらに該トランスコンダクタンスは500マ
イクロSから3000マイクロSまで変化しうる。
【0005】
【発明の目的】したがって、本発明の目的はFETを能
動素子として用い、製造上のばらつきと温度がバッファ
利得に重要な影響を及ぼさない様な利得1のバッファを
提供することにある。
動素子として用い、製造上のばらつきと温度がバッファ
利得に重要な影響を及ぼさない様な利得1のバッファを
提供することにある。
【0006】
【発明の概要】入力信号にほぼ1の利得を提供するバッ
ファのための本発明の長所は以下に示す方法と装置で達
成され、次の装置を含む。入力信号がそのゲートに印加
される電界効果トランジスタ、該電界効果トランジスタ
に接続された電流源のような第1バイアス値の第1バイ
アス源、電界効果トランジスタにベースを接続したトラ
ンジスタ、第1バイアス値より大きなバイアス値で電界
効果トランジスタに接続された電流源の様な第2バイア
ス源、および第2のバイアス源と該トランジスタ間に接
続され、電界効果トランジスタのドレインーソース間電
圧を入力電圧とは無関係に比較的一定な値に維持するた
めの抵抗を含む。ドレインーソース間電圧を本質的に一
定の値に維持することによってパッファの動作は比較的
温度の影響を受けない。すなわち、バッファ回路の利得
は比較的安定する。さらにFETの製造上のばらつきは
利得がほぼ1のバッファ回路にはあまり影響を及ぼさな
い。
ファのための本発明の長所は以下に示す方法と装置で達
成され、次の装置を含む。入力信号がそのゲートに印加
される電界効果トランジスタ、該電界効果トランジスタ
に接続された電流源のような第1バイアス値の第1バイ
アス源、電界効果トランジスタにベースを接続したトラ
ンジスタ、第1バイアス値より大きなバイアス値で電界
効果トランジスタに接続された電流源の様な第2バイア
ス源、および第2のバイアス源と該トランジスタ間に接
続され、電界効果トランジスタのドレインーソース間電
圧を入力電圧とは無関係に比較的一定な値に維持するた
めの抵抗を含む。ドレインーソース間電圧を本質的に一
定の値に維持することによってパッファの動作は比較的
温度の影響を受けない。すなわち、バッファ回路の利得
は比較的安定する。さらにFETの製造上のばらつきは
利得がほぼ1のバッファ回路にはあまり影響を及ぼさな
い。
【0007】
新しい利得1のバッファ回路30を図1に示す。回路3
0は能動素子としてFET32を含む。FET32のゲ
ートをバッファ30の入力として用いる。FET32の
ドレインは電流源34の出力に接続される。電流源34
はバッファ回路30のバイアス源として働く。電流源3
4の入力は供給電圧Vccに接続される。FET32の
ソースは電流源36の入力に接続される、電流源36は
バッファ回路30のバイアス源としても働く。バイアス
源36の出力は供給電圧Veeに接続される。好適実施
例において、供給電圧Vccは供給電圧Veeより正で
ある。また、好適実施例において、電流源34のバイア
ス値すなわち電流値は電流源36のバイアス値すなわち
電流値より大きい。トランジスタ38はエミツタホロワ
配置でバァファ30に接続される。 ここではトランジスタ38のベースはFET32のソー
スに接続され、トランジスタ38のコレクタは電流源3
6の出力に接続される。トランジスタ38のエミッタは
抵抗器40を通ってFET32のドレインに接続される
。抵抗器42はバッファ30の出力に接続されて示して
あるが、抵抗器42は負荷抵抗を表している。
0は能動素子としてFET32を含む。FET32のゲ
ートをバッファ30の入力として用いる。FET32の
ドレインは電流源34の出力に接続される。電流源34
はバッファ回路30のバイアス源として働く。電流源3
4の入力は供給電圧Vccに接続される。FET32の
ソースは電流源36の入力に接続される、電流源36は
バッファ回路30のバイアス源としても働く。バイアス
源36の出力は供給電圧Veeに接続される。好適実施
例において、供給電圧Vccは供給電圧Veeより正で
ある。また、好適実施例において、電流源34のバイア
ス値すなわち電流値は電流源36のバイアス値すなわち
電流値より大きい。トランジスタ38はエミツタホロワ
配置でバァファ30に接続される。 ここではトランジスタ38のベースはFET32のソー
スに接続され、トランジスタ38のコレクタは電流源3
6の出力に接続される。トランジスタ38のエミッタは
抵抗器40を通ってFET32のドレインに接続される
。抵抗器42はバッファ30の出力に接続されて示して
あるが、抵抗器42は負荷抵抗を表している。
【0008】図1に示した回路を用いてFET32のド
レインがソースに対して直流ブートストラツプされ、出
力負荷は増加しない。ドレイン電圧が一定のVccであ
るバッファ10(図2)に対して、ソース電圧およびド
レイン電圧はバッファ入力Vinの変化に応じて変化す
る。 換言すると、ソースおよびドレイン電圧が変化するので
その間の電圧差は一定である(直流ブートストラップさ
れている)。バッファ30はより正確にほぼ利得1とな
り、比較的に温度に依存しないことが分かった。電流源
34は電流源36より大きい電流を供給するので、FE
T32のドレイン電位とソース電位との電位差が一定に
なっている。すなわち、ドレインとソースの電位差はF
ET32のゲートに印加される信号電圧にかかわらず、
抵抗器40およびトランジスタ38の電圧降下に等しい
。ドレイン電圧はもはや一定ではないのでドレイン抵抗
がバッファ利得に与える影響は著しく小さい。トランジ
スタ38はコレクタベース接合部が温度に依存すること
に要注意である。特に本発明の好適実施例において、電
流源34および36の値および抵抗器40の値はトラン
ジスタ38が能動領域で動作するように選択される。 動作中、Vinが変化するとFET32のソース電圧も
変化する、すなわちそれに従う。ソース電圧が変化する
とトランジスタ38のバイアスが変化し、トランジスタ
38を通る電流も変化する。換言するとトランジスタ3
8のベースに印加された電圧が変化するとエミッタ電圧
はそれに従う。エミッタ電圧が変化すると同時にバッフ
ァ出力Vout およびドレイン電圧が変化する。
レインがソースに対して直流ブートストラツプされ、出
力負荷は増加しない。ドレイン電圧が一定のVccであ
るバッファ10(図2)に対して、ソース電圧およびド
レイン電圧はバッファ入力Vinの変化に応じて変化す
る。 換言すると、ソースおよびドレイン電圧が変化するので
その間の電圧差は一定である(直流ブートストラップさ
れている)。バッファ30はより正確にほぼ利得1とな
り、比較的に温度に依存しないことが分かった。電流源
34は電流源36より大きい電流を供給するので、FE
T32のドレイン電位とソース電位との電位差が一定に
なっている。すなわち、ドレインとソースの電位差はF
ET32のゲートに印加される信号電圧にかかわらず、
抵抗器40およびトランジスタ38の電圧降下に等しい
。ドレイン電圧はもはや一定ではないのでドレイン抵抗
がバッファ利得に与える影響は著しく小さい。トランジ
スタ38はコレクタベース接合部が温度に依存すること
に要注意である。特に本発明の好適実施例において、電
流源34および36の値および抵抗器40の値はトラン
ジスタ38が能動領域で動作するように選択される。 動作中、Vinが変化するとFET32のソース電圧も
変化する、すなわちそれに従う。ソース電圧が変化する
とトランジスタ38のバイアスが変化し、トランジスタ
38を通る電流も変化する。換言するとトランジスタ3
8のベースに印加された電圧が変化するとエミッタ電圧
はそれに従う。エミッタ電圧が変化すると同時にバッフ
ァ出力Vout およびドレイン電圧が変化する。
【0009】本発明の動作をよりよく理解するためにバ
ッファ30の以下のサンプルの値を検討する。電流源3
4が15mAの電流源であり、電流源36が5mAの電
流源であると仮定する。さらに抵抗器40が400オー
ムの抵抗器で、負荷抵抗42が1キロオームの負荷抵抗
を示すと仮定する。そのような回路において、5mAの
電流がFET32を通って流れ、10mAの電流がFE
T32のゲートのバイアスに従い、抵抗器40を通って
トランジスタ38のエミッタからコレクタに流れる。最
大バイアスで、トランジスタ38の両端は約0.7ボル
ト、抵抗器40の両端は約4ボルトになる。FET32
のドレインからソースまでの電圧は従って4.7ボルト
となる。換言すれば、ドレインとソース間の電圧差はト
ランジスタ38のベースからエミッタの電圧に電流源3
4の電流値から電流源36の電流値を引いたものに抵抗
器40の抵抗値を掛けた値を足したものに等しい。
ッファ30の以下のサンプルの値を検討する。電流源3
4が15mAの電流源であり、電流源36が5mAの電
流源であると仮定する。さらに抵抗器40が400オー
ムの抵抗器で、負荷抵抗42が1キロオームの負荷抵抗
を示すと仮定する。そのような回路において、5mAの
電流がFET32を通って流れ、10mAの電流がFE
T32のゲートのバイアスに従い、抵抗器40を通って
トランジスタ38のエミッタからコレクタに流れる。最
大バイアスで、トランジスタ38の両端は約0.7ボル
ト、抵抗器40の両端は約4ボルトになる。FET32
のドレインからソースまでの電圧は従って4.7ボルト
となる。換言すれば、ドレインとソース間の電圧差はト
ランジスタ38のベースからエミッタの電圧に電流源3
4の電流値から電流源36の電流値を引いたものに抵抗
器40の抵抗値を掛けた値を足したものに等しい。
【0010】この点まではバッファ30への入力電圧が
ゼロである状況を考慮しなかった。そのような状況では
、典型的にはバッファ30の出力に直流オフセット電圧
が存在する。この直流オフセット電圧を補償するための
回路を図3に示す。図示したように、バッファ30の出
力は差動増幅器44の負の入力に接続される。入力電圧
はコンデンサ46と同時に差動増幅器44の正の入力に
印加される。コンデンサ46はまたFET32のゲート
に接続される。差動増幅器44の出力は抵抗器48を通
ってFET32のゲートに接続される。差動増幅器44
の出力はバッファ出力から直流オフセット電圧を除去す
る役目をする。したがって、Vout は実質的にVi
nと同一である。すなわち、直流オフセットはほぼゼロ
である。
ゼロである状況を考慮しなかった。そのような状況では
、典型的にはバッファ30の出力に直流オフセット電圧
が存在する。この直流オフセット電圧を補償するための
回路を図3に示す。図示したように、バッファ30の出
力は差動増幅器44の負の入力に接続される。入力電圧
はコンデンサ46と同時に差動増幅器44の正の入力に
印加される。コンデンサ46はまたFET32のゲート
に接続される。差動増幅器44の出力は抵抗器48を通
ってFET32のゲートに接続される。差動増幅器44
の出力はバッファ出力から直流オフセット電圧を除去す
る役目をする。したがって、Vout は実質的にVi
nと同一である。すなわち、直流オフセットはほぼゼロ
である。
【0011】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の実施によ
り、入力FETのソース・ドレーン間電圧が略一定に保
たれ、バッファの利得とその温度特性が共に改善される
。
り、入力FETのソース・ドレーン間電圧が略一定に保
たれ、バッファの利得とその温度特性が共に改善される
。
【図1】本発明の一実施例による利得1バッファの概略
図である。
図である。
【図2】従来技術による利得1バッファの概略図である
。
。
【図3】図1のバッファの一応用例を示す概略図である
。
。
10:従来技術による利得1バッファ
12,32:FET
14,18,36,34:電流源
16,38:トランジスタ
Claims (5)
- 【請求項1】入力信号に略1の利得を与えるべく後記(
イ)及至(ホ)より成るバッファ。 (イ)前記入力信号が印加されるゲートを有し、ドレー
ン・ソース電圧を備えた電界効果トランジスタ(以下F
ETと呼称する)(32)。 (ロ)前記FET(32)に接続され、第1のバイアス
値を有する第1のバイアス源(36)。 (ハ)前記FET(32)に接続されたベースを有する
トランジスタ(38)。 (ニ)前記第1のバイアス値より大きなバイアス値を有
する、前記FET(32)に接続された第2のバイアス
源(34)。 (ホ)前記ドレーン・ソース電圧を比較的一定に保つた
め前記トランジスタ(38)と前記第2のバイアス源(
34)の間に接続された抵抗(40)。 - 【請求項2】前記バッファの直流オフセット電圧を補償
するため、補償装置(44)を追加した請求項1記載の
バッファ。 - 【請求項3】入力信号に略1の利得を与えるべく後記(
イ)及至(ロ)より成るバッファ。 (イ)前記入力信号を受信し、該入力信号の表現である
出力信号を与える能動素子(32)。 (ロ)前記能動素子(32)に印加される電圧を比較的
一定に保つために接続された電圧制御装置(40)。 - 【請求項4】入力信号に利得1を与えるための後記(イ
)及至(ホ)のステップより成る利得1を与える方法。 (イ)ドレーン・ソース電圧を備えた電界効果トランジ
スタ(以下FETと呼称する、(32)のゲートに前記
入力信号を印加するステップ。 (ロ)前記FET(32)のソースを第1のハイアス値
にバイアスするステップ。 (ハ)前記FET(32)のソースにトランジスタ(3
8)のベースを接続するステップ。 (ニ)前記FET(32)のドレーンと前記トランジス
タ(38)のエミッタ間に抵抗(40)を接続するステ
ップ。 (ホ)前記ドレーンと前記抵抗を第2のバイアス値にバ
イアスするステップ。前記第2のバイアス値は前記第1
のバイアス値より大きく、前記ドレーン・ソース電圧は
比較的一定値に保たれる。 - 【請求項5】前記入力信号を直流オフセット電圧に対し
て補償するステップを追加した請求項4記載の利得1を
与える方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/487,556 US5012134A (en) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | DC bootstrapped unity gain buffer |
| US487556 | 1990-03-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04219004A true JPH04219004A (ja) | 1992-08-10 |
| JP3160000B2 JP3160000B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=23936227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05947891A Expired - Fee Related JP3160000B2 (ja) | 1990-03-02 | 1991-03-01 | バッファ及び利得1を与える方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5012134A (ja) |
| JP (1) | JP3160000B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006325273A (ja) * | 2006-09-11 | 2006-11-30 | Texas Instr Japan Ltd | バッファ回路 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4132219A1 (de) * | 1991-09-27 | 1993-04-01 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Verstaerkerschaltung mit bipolar- und feldeffekt-transistoren |
| DE102004038551A1 (de) * | 2004-08-06 | 2006-02-23 | Atmel Germany Gmbh | Antennenverstärker |
| EP2945286B1 (en) * | 2014-05-12 | 2018-06-27 | ams AG | Amplifier arrangement and amplification method |
| CN106505979B (zh) * | 2016-11-09 | 2019-02-15 | 电子科技大学 | 一种栅压自举开关电路 |
| US10404222B2 (en) | 2017-08-25 | 2019-09-03 | Harman International Industries, Incorporated | Bootstrapped application arrangement and application to the unity gain follower |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2207569A1 (de) | 1972-02-18 | 1973-08-23 | Hartmann & Braun Ag | Impedanzwandler mit einem feldeffekttransistor |
| US4492932A (en) | 1982-09-20 | 1985-01-08 | Asulab S.A. | Amplifier circuit having a high-impedance input and a low-impedance output |
| DE3240778A1 (de) * | 1982-11-04 | 1984-05-10 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Elektronischer schalter |
| US4857772A (en) * | 1987-04-27 | 1989-08-15 | Fairchild Semiconductor Corporation | BIPMOS decoder circuit |
-
1990
- 1990-03-02 US US07/487,556 patent/US5012134A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-03-01 JP JP05947891A patent/JP3160000B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006325273A (ja) * | 2006-09-11 | 2006-11-30 | Texas Instr Japan Ltd | バッファ回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3160000B2 (ja) | 2001-04-23 |
| US5012134A (en) | 1991-04-30 |
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