JPH05121972A - 出力電流制限機能を有する差動増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直線信号伝送で出力電流の制限機能を有する
差動増幅器を提供する。 【構成】 第１，第２のトランジスタ(T₁,T₂) 、第１，
第２の出力端子(1,10)、第１，第２の電流端子(5,15)、
第１，第２のダイオード(D₁,D₂) 、第１，第２，第３，
第４の電流源(4,11,6,12) を有する差動増幅器に、参照
電圧を供給する手段(2,V_REF ) 、第５，第６の電流源
(7,13)、第３，第４のダイオード(D₃,D₄) 、第１，第２
の信号電流源(9,14)を付加して、電流端子(5,15)から出
力端子(1,10)への信号伝送が、第１，第２のトランジス
タ(T₁,T₂) および第１，第２のダイオード(D₁,D₂) の非
直線特性に影響されないように、電流端子(5,15)に流れ
る電流を信号電流に応じて制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、それぞれ制御電極、
第１および第２の主電極を有する第１および第２のトラ
ンジスタと、第１および第２のトランジスタのそれぞれ
の第１の主電極に結合された第１および第２の出力端子
と、第１の電流端子および該第１の電流端子に結合され
た第２の電流端子と、第１のトランジスタの第２の主電
極に結合されたアノードおよび第１の電流端子に結合さ
れたカソードを有する少なくとも一個の第１のダイオー
ドと、第２のトランジスタの第２の主電極に結合された
アノードおよび第２の電流端子に結合されたカソードを
有する少なくとも一個の第２のダイオードと、第１のト
ランジスタの第２の主電極に結合され、第１のトランジ
スタに第１の電流を供給する第１の電流源と、第２のト
ランジスタの第２の主電極に結合され、第２のトランジ
スタに第２の電流を供給する第２の電流源と、第１の電
流端子に結合され、第１の電流端子に第３の電流を供給
する第３の電流源と、第２の電流端子に結合され、第２
の電流端子に第４の電流を供給する第４の電流源とを具
える出力電流制限機能を有する差動増幅器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】この種の差動増幅器は、特開昭６３−８
０６０５号公報において知られている。電流制限機能を
有する差動増幅器は、一般に、過負荷を回避するために
ダイナミック信号範囲を一定範囲内に保持する電子増幅
回路に適用される。

【０００３】従来の差動増幅器において、第１および第
２の電流端子は、相互接続され、第３および第４の電流
源は一個の電流源として構成され、第１および第２のト
ランジスタの制御電極上の差動信号によって駆動され
る。差動信号が一定値を越えると、差動信号の符号に応
じて、第１または第２のダイオードは、もはや導通せず
遮断する。この場合には、それぞれのダイオードに結合
された第１または第２のトランジスタの出力電流は、第
１または第２の電流値に制限される。かかる従来の差動
増幅器の長所は、出力電流が第１または第２のトランジ
スタではなく、第１または第２のダイオードによるスイ
ッチング動作によって制限されることである。出力電流
の制限をダイオードのスイッチング動作のみによって決
定するので、第１および第２のトランジスタは導通を維
持する。これによって、高周波領域で適正な制限機能が
可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の差動増幅器においては、信号伝送が電流制限範
囲には入っていないが、非直線的な領域において行われ
るという欠点がある。このため、第１および第２のトラ
ンジスタの制御電極から第２の主電極において行われる
電圧−電流変換の非直線性が、第１および第２のダイオ
ードの非直線インピーダンスによってさらに歪んでしま
う。

【０００５】この発明の目的は、信号伝送の直線性をも
ち、出力電流の制限機能を有する差動増幅器を提供する
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、差動
増幅器は明細書前文に記載した出力電流制限機能を有す
る差動増幅器において、さらに、第１および第２のトラ
ンジスタの制御電極に参照電圧を印加する手段と、第１
の電流端子に結合され、第３の電流よりも小さく、かつ
第３の電流とは反対の向きに第５の電流を第１の電流端
子に供給する第５の電流源と、第２の電流端子に結合さ
れ、第４の電流よりも小さく、かつ第４の電流とは反対
の向きに第６の電流を第２の電流端子に供給する第６の
電流源と、アノードを第１の電流端子に結合し、カソー
ドを第２の電流端子に結合した少なくとも一個の第３の
ダイオードと、カソードを第１の電流端子に結合し、ア
ノードを第２の電流端子に結合した少なくとも一個の第
４のダイオードと、第１の電流端子に結合され、第１の
電流端子に第１の信号電流を供給する第１の信号電流源
と、第２の電流端子に結合され、第２の電流端子に第１
の信号電流とは反対向きの第２の信号電流を供給する第
２の信号電流源とを具えることを特徴とする。

【０００７】この発明では、従来のように第１および第
２のトランジスタの制御電極に対して電圧制御を行うの
ではなく、第１および第２の電流端子に対して電流制御
を行うものである。第１，第２のトランジスタおよび第
１，第２のダイオードの非直線性は、ここでは差動増幅
器の動作に何ら影響しない。第１または第２のダイオー
ドが遮断すると、第３および第４のダイオードは、第１
または第２の電流端子上に残っている電流を他方の電流
端子に放電する。

【０００８】この発明に係る差動増幅器の一実施例は、
第５の電流源の第５の電流および第６の電流源の第６の
電流を調整可能にすることを特徴とする。

【０００９】第５および第６の電流源を調整することに
よって、第１および第２の出力電流の制限レベルを調整
することができる。

【００１０】この発明に係る差動増幅器の他の実施例
は、第１，第２の電流、第３，第４の電流、第５，第６
の電流および第１，第２の信号電流をそれぞれほぼ等し
くすることを特徴とする。

【００１１】このようにすれば、ほぼ対称的な出力電流
の制限機能を有する差動増幅器を得ることができる。

【００１２】この発明に係る差動増幅器のさらに他の実
施例は、第１〜第４のダイオードをショットキーダイオ
ードとすることを特徴とする。

【００１３】ショットキーダイオードは、正孔蓄積効果
が殆どなく、非常に高速なスイッチングが可能である。
このようなショットキーダイオードを用いれば、通常の
ダイオードを用いる場合よりも広い帯域幅を得ることが
できる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明に係る出力電流制限機能を有
する差動増幅器の回路図を示す添付図面を参照して、こ
の発明を詳細に説明する。図１は、一例としてバイポー
ラｎｐｎトランジスタおよびショットキーダイオードで
構成したこの発明に係る差動増幅器の回路図を示すもの
である。なお、バイポーラトランジスタの代わりに、そ
れぞれエミッタ、ベースおよびコレクタに代わるソー
ス、ドレインおよびゲートを使用できる。また、ショッ
トキーダイオードの代わりに、一方向電導特性を有する
通常のバイポーラダイオードやその他の素子を用いるこ
とができる。

【００１５】トランジスタＴ₁ のコレクタは、第１の出
力電流Ｉ₀₁が流れる出力端子１に接続する。このトラン
ジスタＴ₁ のベースは、参照電圧Ｖ_REF が印加される参
照電圧端子２に接続し、エミッタは電流Ｉ₁ を供給する
電流源４を介して負電源端子３に接続する。また、トラ
ンジスタＴ₁ のエミッタは、ダイオードＤ₁ のアノード
に接続し、このダイオードＤ₁ を経て電流端子５に接続
する。さらに、電流端子５は、電流Ｉ₃ を該電流端子５
から引き出して、この電流を負電源端子３に放電する電
流源６、電流Ｉ₃ よりも小さい電流Ｉ₅ を正電源端子８
から電流端子５に供給する電流源７、および正信号電流
＋Ｉ_i を電流端子５に供給する信号電流源９に接続す
る。信号電流源９は、一例として、電流端子５と負電源
端子３との間に接続したが、正電源端子に接続してもよ
い。他の例としては、電流源６および信号電流源９を共
通電流源としてもよい。

【００１６】この差動増幅器は、さらに、第２のトラン
ジスタＴ₂ 、ダイオードＤ₂ 、出力電流Ｉ_O2を流す出力
端子１０、電流Ｉ₂ を供給するための電流源１１、電流
Ｉ₄ を供給するための電流源１２、電流Ｉ₆ を供給する
ための電流源１３、負信号電流−Ｉ_i を供給するための
信号電流源１４および電流端子１５を有し、それぞれト
ランジスタＴ₁ 、ダイオードＤ₁ 、出力端子１、電流源
４，６および７、信号電流源９および電流端子５と同様
に接続されている。電流端子５および１５間には、２個
の逆並列接続したダイオードＤ₃ およびＤ₄ を、ダイオ
ードＤ₃ のアノードおよびダイオードＤ₄ のカソードが
電流端子５に、ダイオードＤ₃ のカソードおよびダイオ
ードＤ₄ のアノードが電流端子１５に接続されるように
挿入して、これら電流端子間で双方向に電流が流れるよ
うにする。なお、この実施例では、対応する電流源は、
Ｉ₁ ＝Ｉ₂ ，Ｉ₃ ＝Ｉ₄ ，Ｉ₅ ＝Ｉ₆ のように、大きさ
の等しい電流を供給し、正信号電流＋Ｉ_i および負信号
電流−Ｉ_i は等しい大きさの絶対値をもつものとする。
これらの条件を満足しないときは、出力電流Ｉ_O1および
Ｉ_O2は対称に制限されないが、差動増幅器の基本動作か
ら外れるものではない。

【００１７】入力電流＋Ｉ_i および−Ｉ_i に起因する直
線制御範囲内で、ダイオードＤ₁ およびＤ₂ は導通し、
ダイオードＤ₃ およびＤ₄ は遮断する。この状態で、ダ
イオードＤ₁ を流れる電流Ｉ_D1およびダイオードＤ₂ を
流れる電流Ｉ_D2は、

【数１】 Ｉ_D1＝Ｉ₃ −Ｉ₅ ＋Ｉ_i Ｉ_D2＝Ｉ₃ −Ｉ₅ −Ｉ_i となる。

【００１８】入力電流Ｉ_i の絶対値が（Ｉ₃ −Ｉ₅ ）よ
りも小さい間は、ダイオードＤ₁ およびＤ₂ は導通し、
出力電流Ｉ_O1およびＩ_O2は入力電流に応じて変化する。
したがって、電流Ｉ₃ は電流Ｉ₅ を越えるようになる。
入力電流Ｉ_i の絶対値が（Ｉ ₃ −Ｉ₅ ）を越えると、ダ
イオードＤ₁ およびＤ₂ の何れか一方が遮断する。すな
わち、入力電流＋Ｉ_i が（Ｉ₃ −Ｉ₅ ）を越えると、ダ
イオードＤ₂ が遮断し、入力電流−Ｉ_i が（Ｉ₃ −
Ｉ₅ ）を越えると、ダイオードＤ₁ が遮断する。電流源
４および１１は、トランジスタＴ₁ およびＴ₂ に電流が
流れなくなるのを防止する。例えば、電流＋Ｉ_i が（Ｉ
₃ −Ｉ₅ ）を越えると、ダイオードＤ₂が遮断し、過度
の電流が電流端子１５に現れる。その結果、電流端子１
５の電圧が、他方の電流端子５の電圧に比べて上昇し、
ダイオードＤ₄ が導通を開始するスレッショルド電圧を
越える。それにより、余分な電流が電流端子１５から電
流端子５に流れて、他方の信号電流源９に流れ込む。ダ
イオードＤ₁ を流れる電流すなわち出力電流Ｉ_O1は、も
はや増加せず、その結果二つの出力電流は同時に制限さ
れる。電流端子５および１５に対する電流制御のため、
ダイオードＤ₁ ，Ｄ₂ の非直線電圧−電流特性および、
トランジスタＴ₁ ，Ｔ₂ のベース−エミッタ接合におけ
る非直線電圧−電流特性は、出力電流Ｉ_O1およびＩ_O2に
何らの影響を与えない。この制御中、順方向にバイアス
されたダイオードの電圧に等しい電圧ジャンプが電流端
子５および１５間に生じる。

【００１９】一個のダイオードの代わりに、電流端子５
および１５間に、複数のダイオードを直列抵抗ととも
に、または抵抗を用いることなく直列に接続することも
できる。電流端子間での電圧ジャンプは、例えば、ダイ
オードの個数、屈曲点電圧および直列抵抗で決定され
る。電圧ジャンプを小さくすることは、高周波特性に有
利である。その理由は、電流端子の寄生容量の充放電に
より信号電流に生じるノイズ電流を小さくできるからで
ある。

【００２０】好適には、電流源７および８は、電流制限
点を調整するために調整可能にすることもできる。入力
電流＋Ｉ_i および−Ｉ_i を不平衡としたい場合には、入
力電圧から公知の方法で導出できる。トランジスタ
Ｔ₁ ，Ｔ₂ のエミッタと電流端子５，１５間に二個以上
のダイオードを挿入する場合には、電流端子５，１５間
に直列結合するダイオードの個数を対応して増やし、電
流端子５，１５間に早期に電流通路が生じるのを回避す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す回路図である。

【符号の説明】

１ 出力端子 ２ 参照電圧端子 ３ 負電源端子 ４ 第１の電流源 ５ 第１の電流端子 ６ 第３の電流源 ７ 第５の電流源 ８ 正電源端子 ９ 第１の信号電流源 １０ 第２の出力端子 １１ 第２の電流源 １２ 第４の電流源 １３ 第６の電流源 １４ 第２の信号電流源 １５ 第２の電流端子 Ｔ₁ 第１のトランジスタ Ｔ₂ 第２のトランジスタ Ｄ₁ 第１のダイオード Ｄ₂ 第２のダイオード Ｄ₃ 第３のダイオード Ｄ₄ 第４のダイオード

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ制御電極、第１および第２の主
   電極を有する第１および第２のトランジスタ（Ｔ₁ ，Ｔ
   ₂ ）と、 第１および第２のトランジスタ（Ｔ₁ ，Ｔ₂ ）のそれぞ
   れの第１の主電極に結合された第１および第２の出力端
   子（１，１０）と、 第１の電流端子（５）および該第１の電流端子に結合さ
   れた第２の電流端子（１５）と、 第１のトランジスタ（Ｔ₁ ）の第２の主電極に結合され
   たアノードおよび第１の電流端子（５）に結合されたカ
   ソードを有する少なくとも一個の第１のダイオード（Ｄ
   ₁ ）と、 第２のトランジスタ（Ｔ₂ ）の第２の主電極に結合され
   たアノードおよび第２の電流端子（１５）に結合された
   カソードを有する少なくとも一個の第２のダイオード
   （Ｄ₂ ）と、 第１のトランジスタ（Ｔ₁ ）の第２の主電極に結合さ
   れ、第１のトランジスタに第１の電流（Ｉ₁ ）を供給す
   る第１の電流源（４）と、 第２のトランジスタ（Ｔ₂ ）の第２の主電極に結合さ
   れ、第２のトランジスタに第２の電流（Ｉ₂ ）を供給す
   る第２の電流源（１１）と、 第１の電流端子（５）に結合され、第１の電流端子に第
   ３の電流（Ｉ₃ ）を供給する第３の電流源（６）と、 第２の電流端子（１５）に結合され、第２の電流端子に
   第４の電流（Ｉ₄ ）を供給する第４の電流源（１２）と
   を具える出力電流制限機能を有する差動増幅器におい
   て、 第１および第２のトランジスタ（Ｔ₁ ，Ｔ₂ ）の制御電
   極に参照電圧を印加する手段（２，Ｖ_REF ）と、 第１の電流端子（５）に結合され、第３の電流（Ｉ₃ ）
   よりも小さく、かつ第３の電流（Ｉ₃ ）とは反対の向き
   に第５の電流（Ｉ₅ ）を第１の電流端子に供給する第５
   の電流源（７）と、 第２の電流端子（１５）に結合され、第４の電流
   （Ｉ₄ ）よりも小さく、かつ第４の電流（Ｉ₄ ）とは反
   対の向きに第６の電流（Ｉ₆）を第２の電流端子に供給
   する第６の電流源（１３）と、 アノードを第１の電流端子（５）に結合し、カソード第
   ２の電流端子（１５）に結合した少なくとも一個の第３
   のダイオードと、 カソードを第１の電流端子（５）に結合し、アノードを
   第２の電流端子（１５）に結合した少なくとも一個の第
   ４のダイオードと、 第１の電流端子（５）に結合され、第１の電流端子に第
   １の信号電流（＋Ｉ_i ）を供給する第１の信号電流源
   （９）と、 第２の電流端子（１５）に結合され、第２の電流端子に
   第１の信号電流（＋Ｉ _i ）とは反対向きの第２の信号電
   流（−Ｉ_i ）を供給する第２の信号電流源（１４）とを
   具えることを特徴とする出力電流制限機能を有する差動
   増幅器。
2. 【請求項２】 前記第５の電流源の第５の電流および前
   記第６の電流源の第６の電流を調整可能にしたことを特
   徴とする請求項１記載の差動増幅器。
3. 【請求項３】 前記第１，第２の電流、第３，第４の電
   流、第５，第６の電流および第１，第２の信号電流をそ
   れぞれほぼ等しくしたことを特徴とする請求項１または
   ２記載の差動増幅器。
4. 【請求項４】 前記第１〜第４のダイオードをショット
   キーダイオードとしたことを特徴とする請求項１，２ま
   たは３記載の差動増幅器。