JPH06244658A - エミッタホロワ回路および選択回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 入力端子INの入力電圧の変動によってトラン
ジスタQ1のコレクタ電流が変動し始めると、定電流源I1
の定電流Ｉの分流量が変化してトランジスタQ2のベース
電圧が変化し、トランジスタQ2,Q3,Q4による帰還ループ
によってトランジスタQ1のコレクタ電流がほぼ定電流Ｉ
に等しくなるように制御される。トランジスタQ3に与え
られるバイアス電圧は、電源Ｖccの電圧よりも、ベース
・エミッタ間電圧の２倍の電圧にトランジスタが飽和せ
ずに動作するのに必要なエミッタ・コレクタ間電圧を加
えた値だけ低い電圧に設定されている。 【効果】 トランジスタQ1のコレクタ電流がほぼ一定に
制御されるため入力端子INに加わる入力電圧の変動に対
してそのベース電流の変動が少なくなり、交流的な入力
インピーダンスが高い。またバイアス電圧を基準にトラ
ンジスタQ1のコレクタ電圧ひいてはそのベース電圧の上
限が定まるので、入力電圧の許容範囲の上限が拡大す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＩＣ化に適したアナログ
回路に関し、特に交流的に高い入力インピーダンスを有
するエミッタホロワ回路、およびその回路の応用として
の複数の入力電圧のうちの最小値または最大値に従った
出力値を得る選択回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にエミッタホロワ回路として通常良
く使用されている図３に示すような単一のトランジスタ
Ｑ１で構成されるエミッタホロワ回路では、入力端子Ｉ
Ｎに加わる入力電圧の変動や出力端子ＯＵＴに接続され
る負荷の変動によって出力端子ＯＵＴから引き出され、
或いは注入される電流量が変化すると、定電流源Ｉ０に
よる定電流にその変化分の電流を加味した電流がトラン
ジスタＱ１のコレクタに流れるため、トランジスタＱ１
のベース電流すなわち入力端子ＩＮの入力電流が大きく
変化する。即ち、図３に示したエミッタホロワ回路は交
流的な入力インピーダンスがそれほど高くない。

【０００３】そこで、回路の設計条件を満たし得るほど
高い入力インピーダンスが得られるようにした図４に示
すようなエミッタホロワ回路が報告されている。

【０００４】図４のエミッタホロワ回路では、トランジ
スタＱ２，Ｑ４によって、トランジスタＱ１のコレクタ
電流が定電流源Ｉ１で与えられる電流値にほぼ等しくな
るように帰還がかけられているため、出力端子ＯＵＴか
ら引き出され或いは注入される電流量に変化があった場
合でも、トランジスタＱ１のベース即ち入力端子ＩＮの
入力電流はほとんど変化しない。このため、交流的な入
力インピーダンスが非常に大きくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように図４に示し
たエミッタホロワ回路では、入力インピーダンスを非常
に大きくすることが可能であるが、その反面、入力電圧
の許容範囲が狭まるという問題点がある。

【０００６】即ち、図４のエミッタホロワ回路におい
て、トランジスタＱ１のコレクタ電圧は、トランジスタ
Ｑ４のエミッタ電圧に対してトランジスタＱ２，Ｑ４の
ベース・エミッタ間電圧だけ高い値となる。従って、ベ
ース・エミッタ間電圧を０.7Ｖとすると、トランジスタ
Ｑ１のコレクタ電圧はマイナス電源（または接地電位）
から１.4Ｖ高くなる。他方、トランジスタＱ１のエミッ
タ・コレクタ間電圧は０.2Ｖ以上必要であり、同様にト
ランジスタＱ４のエミッタ・コレクタ間の電圧も０.2Ｖ
以上でなければ正常に動作できない。この為、トランジ
スタＱ１のエミッタ電圧は０.2Ｖから１.2Ｖの範囲でな
ければならず、従って、トランジスタＱ１のベース電
圧、即ち入力端子ＩＮの電圧は、ベース・エミッタ間電
圧を０.7Ｖとすると、０.9Ｖ〜１.9Ｖの範囲に制限され
てしまう。

【０００７】本発明はこのような従来の問題点を解決し
たもので、その第１の目的は、交流的な入力インピーダ
ンスを高く保ったまま、入力電圧の許容範囲を拡大した
エミッタホロワ回路を提供することにある。

【０００８】また、本発明の第２の目的は、本発明のエ
ミッタホロワ回路を複数接続することにより、簡単な構
成にもかかわらず精度的にも問題がなく、回路規模も小
さい選択回路を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のエミッタホロワ
回路は上記の目的を達成するために、ベースが入力端子
に接続され、エミッタが出力端子に接続された第１のト
ランジスタと、該第１のトランジスタのコレクタに定電
流を供給する定電流源と、ベースが前記第１のトランジ
スタのコレクタと前記定電流源との接続点に接続された
第２のトランジスタと、ベースにバイアス電圧が印加さ
れ、エミッタが前記第２のトランジスタのエミッタに接
続された第３のトランジスタと、ベースが前記第３のト
ランジスタのコレクタに接続され、コレクタが前記第１
のトランジスタのエミッタに接続された第４のトランジ
スタとを有している。

【００１０】また、前記第３のトランジスタのベースに
印加されるバイアス電圧は、前記第２のトランジスタの
コレクタに接続される電源電圧よりも、ベース・エミッ
タ間電圧の２倍の電圧にトランジスタが飽和せずに動作
するのに必要なエミッタ・コレクタ間電圧を加えた値だ
け低い電圧に設定されている。

【００１１】更に、本発明の選択回路は、上述のような
エミッタホロワ回路を複数個備え、各エミッタホロワ回
路の前記第１のトランジスタのベースが各々異なる入力
端子に接続されると共にエミッタが共通の出力端子に接
続された構成を有している。

【００１２】

【作用】本発明のエミッタホロワ回路においては、ベー
スにバイアス電圧の印加された第３のトランジスタが、
第２のトランジスタと第４のトランジスタとの間に接続
されているため、第１のトランジスタのコレクタ電圧
は、上記のバイアス電圧を基準に定まる。従って、例え
ばバイアス電圧を、第２のトランジスタのコレクタに接
続される電源電圧よりも、ベース・エミッタ間電圧の２
倍の電圧にトランジスタが飽和せずに動作するのに必要
なエミッタ・コレクタ間電圧を加えた値だけ低い電圧に
設定しておくことにより、第１のトランジスタのコレク
タ電圧は電源電圧より、トランジスタが飽和せずに動作
するのに必要なエミッタ・コレクタ間電圧に相当する
０.2Ｖ程度低い値となり、このため、第１のトランジス
タのベース電圧すなわち入力電圧の範囲の上限は電源電
圧をやや超える程度の値まで拡大することができる。

【００１３】また本発明の選択回路は、各エミッタホロ
ワ回路の第１のトランジスタのベースに異なる入力電圧
が印加された場合に、そのうちの最小値または最大値の
ものに従った出力電圧が出力端子から出力される。な
お、最小値，最大値の何れに従うかは各エミッタホロワ
回路を構成するトランジスタの導電型で定まる。

【００１４】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。

【００１５】図１を参照すると、本発明のエミッタホロ
ワ回路の一実施例は、正の電源Ｖccに接続されて定電流
Ｉを生成する定電流源Ｉ１と、ベースが入力端子ＩＮ
に、コレクタが定電流源Ｉ１に、エミッタが出力端子Ｏ
ＵＴに接続された第１のトランジスタＱ１と、コレクタ
が電源Ｖccに、ベースが定電流源Ｉ１とトランジスタＱ
１のコレクタとの接続点に接続された第２のトランジス
タＱ２と、エミッタがトランジスタＱ２のエミッタに接
続され、ベースにバイアス電圧が印加される第３のトラ
ンジスタＱ３と、コレクタがトランジスタＱ１のエミッ
タに、ベースがトランジスタＱ３のコレクタに、エミッ
タがグランドＧＮＤに接続された第４のトランジスタＱ
４と、トランジスタＱ２のベースとトランジスタＱ４の
ベースとの間に接続された位相補償用のコンデンサＣと
で構成されている。

【００１６】ここで、トランジスタＱ３のベースに加わ
るバイアス電圧は以下のように設定されている。 バイアス電圧＝電源Ｖccの電圧値−（ベース・エミッタ
間電圧の２倍の電圧＋トランジスタが飽和せずに動作す
るのに必要なエミッタ・コレクタ間電圧）

【００１７】なお、定電流源Ｉ１は、例えば同図に図示
するようなトランジスタＱ５で構成することができる。

【００１８】図１のエミッタホロワ回路において、定電
流源Ｉ１の定電流ＩはトランジスタＱ１のコレクタとト
ランジスタＱ２のベースとに分流される。今、トランジ
スタＱ１のベース電圧すなわち入力端子ＩＮの入力電圧
が増加した為にトランジスタＱ１のコレクタ電流が或る
値から増加し始めると、その分だけトランジスタＱ２の
ベースへの電流が減少するため、トランジスタＱ２のエ
ミッタ電流が減少し、トランジスタＱ３を通じてトラン
ジスタＱ４のベース電圧が小さくなる。このため、トラ
ンジスタＱ４によってトランジスタＱ１のエミッタから
引き出される電流量が減少し、トランジスタＱ１のコレ
クタ電流が元の電流値に近づくように減少される。

【００１９】他方、入力端子ＩＮの入力電圧が減少した
為にトランジスタＱ１のコレクタ電流が或る値から減少
し始めると、その分だけトランジスタＱ２のベースへの
電流が増加するため、トランジスタＱ２のエミッタ電流
が増加し、トランジスタＱ３を通じてトランジスタＱ４
のベース電圧が大きくなる。このため、トランジスタＱ
４によってトランジスタＱ１のエミッタから引き出され
る電流量が増大し、トランジスタＱ１のコレクタ電流が
元の電流値に近づくように増大される。

【００２０】このようにトランジスタＱ２，Ｑ３，Ｑ４
は、入力端子ＩＮの入力電圧が変動してもトランジスタ
Ｑ１のコレクタ電流をほぼ一定に保つ帰還ループを形成
しており、従って、入力端子ＩＮの入力電圧が変動して
もトランジスタＱ１のベース電流すなわち入力端子ＩＮ
の入力電流の変動は極めて小さく、交流的な入力インピ
ーダンスが十分高くなる。なお、トランジスタＱ２のベ
ース電流はごく小さいので、トランジスタＱ１のコレク
タ電流は定電流Ｉにほぼ等しくなるように制御される。

【００２１】また、出力端子ＯＵＴに接続された負荷の
変動によって、トランジスタＱ１のエミッタに出力端子
ＯＵＴを通じて電流が注入し始めると、トランジスタＱ
４のコレクタ電流が一定であるとするとトランジスタＱ
１のコレクタ電流は注入された電流分だけ減少するが、
そうするとトランジスタＱ２のベース電流が増加して前
述したようにトランジスタＱ４のベース電流が増え、ト
ランジスタＱ４のコレクタ電流を増加させる。この結
果、トランジスタＱ１のコレクタ電流は再び一定値に戻
される。このとき注入された電流値をｉとすると、トラ
ンジスタＱ４のベース電流はｉ／ｈ_FEだけ増加し、トラ
ンジスタＱ３のベース接地の利得はほぼ１と見做せるの
で、トランジスタＱ２のベース電流の増加はｉ／ｈ_FEの
１／ｈ_FE、即ちｉ／（ｈ_FE）² となる。これはトランジ
スタＱ１のコレクタ電流の変化分に等しいので、負荷の
変動によって出力端子ＯＵＴからの電流注入量が変化し
ても、十分高い入力インピーダンスを示すものとなる。

【００２２】また、入力端子ＩＮの入力電圧の許容範囲
については、その下限の電圧値は図４の回路と同じであ
るが、その上限値は十分に高くなる。即ち、図４の回路
では電流源Ｉ１とトランジスタＱ１のコレクタ電流の差
を検出して帰還するトランジスタＱ２のベース電圧が回
路構成上ベース・エミッタ間電圧の２倍の値にほぼ決ま
ってしまうことから前述したように比較的低い値となる
が、本実施例では、ベースにバイアス電圧の印加された
トランジスタＱ３がトランジスタＱ２とトランジスタＱ
４の間に接続されているため、トランジスタＱ２のベー
ス電圧はバイアス電圧を基準に定まる。このため、バイ
アス電圧が上述した値に設定されている場合、トランジ
スタＱ２のベース電圧は電源Ｖccの電圧より、電流源Ｉ
１を構成しているトランジスタＱ５が飽和せずに動作す
るのに必要なエミッタ・コレクタ間電圧に相当する０.2
Ｖ程度低い値となり、従って、トランジスタＱ１のベー
ス電圧すなわち入力電圧の範囲の上限は電源Ｖccの電圧
をやや超える程度の値まで拡大される。

【００２３】なお、図１のエミッタホロワ回路は、シン
ク方向の出力電流については十分大きいが、ソース方向
の出力電流は、定電流源Ｉ１の定電流Ｉに相当する値を
超えることはできない。ソース方向の出力電流が必要な
場合は、出力端子ＯＵＴに別の電流源を接続する構成に
しておけば実質的なソース方向の出力電流を増大でき
る。この場合、出力電流を取り出さない時は、電流源の
電流は本エミッタホロワ回路の十分大きいシンク能力で
吸収できるので問題はない。

【００２４】また、図１のエミッタホロワ回路では、ト
ランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ４はＮＰＮ型を、トランジス
タＱ３，Ｑ５はＰＮＰ型を使用したが、前者のトランジ
スタをＰＮＰ型に、後者のトランジスタをＮＰＮ型に変
更しても、電源，グランドの極性を入れ替えれば図１と
等価なエミッタホロワ回路が得られることは言うまでも
ない。

【００２５】次に図１のエミッタホロワ回路を複数使用
して複数の入力電圧のうちの最小値に従った出力値を得
る選択回路、すなわち最小値回路について説明する。

【００２６】複数の入力のうちの最小のものの値に従っ
た出力電圧を得る最も構成が簡単な最小値回路として
は、例えば２入力の場合を例にとると、図５に示すよう
なＰＮＰ型のトランジスタＱ６，Ｑ７で構成されるエミ
ッタホロワ回路の出力同士を相互に接続した回路があ
る。

【００２７】しかし、この図５の最小値回路では、入力
間の電圧値が大きく離れているときは入力電圧の高い方
の回路がほとんどカットオフするため問題はないが、入
力間の電圧値が接近すると、ホロワの負荷となる電流源
Ｉ２は各々のトランジスタＱ６，Ｑ７に分流するため、
ベース・エミッタ間の電圧値は片側に全て流れたときに
比べ小さくなる。例えば２入力の値が等しいときは、電
流は１／２になるため、ベース・エミッタ間の電圧値は
ＫＴ／ｑ×Ｌｏｇ（２）（ここで、Ｋはボルツマン定
数，Ｔは絶対温度，ｑは電子の電荷）となり、常温（３
００°Ｋ）では約１８ｍＶ程度の電圧だけ低くなる。こ
のため出力端子ＯＵＴから得られる出力電圧に誤差が生
じる。また、交流的な入力インピーダンスもそれほど高
くない。

【００２８】このような問題点を解決した最小値回路と
して、図６に示すように、第１の演算増幅器ＯＰ１の出
力と第２の演算増幅器ＯＰ２の出力とをそれぞれダイオ
ードＤ１，Ｄ２を介して定電流源Ｉ３および出力端子Ｏ
ＵＴに接続すると共にそれぞれの反転入力端子に帰還
し、各々の演算増幅器ＯＰ１，ＯＰ２の非反転入力端子
を別個の入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に接続した最小値回路
がある。

【００２９】図６の最小値回路では、例えば入力端子Ｉ
Ｎ１の入力電圧が入力端子ＩＮ２より低いと、出力端子
ＯＵＴからは第１の演算増幅器ＯＰ１の入力電圧すなわ
ち入力端子ＩＮ１の入力電圧と等しい電圧の出力が取り
出され、最小値回路として動作する。そして、このとき
第２の演算増幅器ＯＰ２の出力電圧はこの演算増幅器が
取り得る最大の出力電圧値一杯に飽和するが、ダイオー
ドＤ２を介して出力端子ＯＵＴに接続されているため、
第２の演算増幅器ＯＰ２の出力電圧が出力端子ＯＵＴの
出力に影響を与えることはない。

【００３０】このように図６の回路は最小値回路として
理想的な特性を持っているが、入力数と同数の演算増幅
器およびダイオードを必要とするため、複雑な構成とな
り、回路規模の増大を招き、商業生産上好ましくない。

【００３１】そこで、本実施例では、図１に示したエミ
ッタホロワ回路を複数使用することで、簡単な構成にも
かかわらず精度的にも問題がなく、回路規模も小さい最
小値回路を実現している。

【００３２】図２はそのような最小値回路の一実施例の
回路図であり、入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に加わる入力電
圧のうちの最小のものに従った出力電圧を出力端子ＯＵ
Ｔから出力する２入力の最小値回路の例を示す。

【００３３】図２において、エミッタホロワ回路１，２
は図１に示したエミッタホロワ回路と同様のものであ
り、エミッタホロワ回路１は、トランジスタＱ１〜Ｑ４
と定電流源Ｉ１とコンデンサＣとで構成され、トランジ
スタＱ１のベースが入力端子ＩＮ１に、そのエミッタが
出力端子ＯＵＴに接続されている。また、エミッタホロ
ワ回路２は、トランジスタＱ１’〜Ｑ４’と定電流源Ｉ
１’とコンデンサＣ’とで構成され、トランジスタＱ
１’のベースが入力端子ＩＮ２に、そのエミッタが出力
端子ＯＵＴに接続されている。更に、トランジスタＱ
３，Ｑ３’のベースには同一のバイアス電圧が印加され
ている。

【００３４】図２の最小値回路において、入力端子ＩＮ
１の入力電圧が入力端子ＩＮ２の入力電圧より低い場
合、トランジスタＱ１’のベース・エミッタ間電圧はト
ランジスタＱ１のそれより大きいので、トランジスタＱ
２’のベース電圧が低くなり、トランジスタＱ２’はカ
ットオフ状態となってトランジスタＱ４’に電流が流れ
なくなる一方、トランジスタＱ４は十分なシンク能力を
発揮してトランジスタＱ１’のエミッタ電流を駆動する
結果、出力端子ＯＵＴの電圧は、ほぼ入力端子ＩＮ１の
入力電圧からベース・エミッタ間電圧を差し引いた値と
なる。即ち、出力端子ＯＵＴの出力電圧は入力端子ＩＮ
１に従ったものとなる。

【００３５】この場合、エミッタホロワ回路１から見て
トランジスタＱ１’は一種の負荷となるが、図１で説明
したように負荷変動があってもトランジスタＱ１のベー
ス電流の変化はごく小さいので、入力端子ＩＮ１の交流
的な入力インピーダンスは高く保たれる。他方、トラン
ジスタＱ１’のベースからは電流が流入して入力端子Ｉ
Ｎ２の入力電圧に変動を及ぼすが、今の場合、最小値側
の入力端子ＩＮ１の入力電圧が意味を持つので、入力端
子ＩＮ２から電流が引かれすぎて変動しても通常問題は
生じない。なお、入力端子と直列に抵抗を接続しておけ
ば、トランジスタＱ１’のエミッタに電流が流れ過ぎる
ことを防止できる。特にＩＣ化された回路では、トラン
ジスタＱ１’に寄生のＰＮＰトランジスタにより過剰な
ベース電流はサブスレートに流れ、エミッタに流れる成
分は少ないので、尚更エミッタ電流が過大になる恐れは
少ない。

【００３６】上記とは反対に、図２の最小値回路におい
て、入力端子ＩＮ２の入力電圧が入力端子ＩＮ１より低
いと、出力端子ＯＵＴの出力電圧は入力端子ＩＮ２の入
力電圧に従ったものとなる。

【００３７】なお、図２の実施例は２入力の場合である
が、エミッタホロワ回路を３個以上使用することによ
り、３入力以上の最小値回路が実現できる。また、各エ
ミッタホロワ回路を構成するトランジスタの型をＰＮ
Ｐ，ＮＰＮ入れ替えて構成することで、複数の入力電圧
のうちの最大値に従った出力値を得る選択回路、即ち最
大値回路が得られる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のエミッタ
ホロワ回路は、交流的な入力インピーダンスを高く保ち
つつ、入力電圧の許容範囲を拡大することができるとい
う効果がある。

【００３９】また本発明の選択回路は、簡単な構成によ
って精度的にも問題なく最小値また最大値に従った出力
値を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエミッタホロワ回路の一実施例の回路
図である。

【図２】本発明の選択回路の一実施例である最小値回路
の回路図である。

【図３】従来のエミッタホロワ回路の一例を示す回路図
である。

【図４】従来のエミッタホロワ回路の別の例を示す回路
図である。

【図５】従来の最小値回路の一例を示す回路図である。

【図６】従来の最小値回路の別の例を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

Ｑ１〜Ｑ７，Ｑ１’〜Ｑ４’…トランジスタ Ｃ，Ｃ’…コンデンサ Ｉ０〜Ｉ３，Ｉ１’…定電流源 ＩＮ，ＩＮ１，ＩＮ２…入力端子 ＯＵＴ…出力端子 １，２…エミッタホロワ回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースが入力端子に接続され、エミッタ
   が出力端子に接続された第１のトランジスタと、 該第１のトランジスタのコレクタに定電流を供給する定
   電流源と、 ベースが前記第１のトランジスタのコレクタと前記定電
   流源との接続点に接続された第２のトランジスタと、 ベースにバイアス電圧が印加され、エミッタが前記第２
   のトランジスタのエミッタに接続された第３のトランジ
   スタと、 ベースが前記第３のトランジスタのコレクタに接続さ
   れ、コレクタが前記第１のトランジスタのエミッタに接
   続された第４のトランジスタとを含むことを特徴とする
   エミッタホロワ回路。
2. 【請求項２】 前記第３のトランジスタのベースに印加
   されるバイアス電圧が、前記第２のトランジスタのコレ
   クタに接続される電源電圧よりも、ベース・エミッタ間
   電圧の２倍の電圧にトランジスタが飽和せずに動作する
   のに必要なエミッタ・コレクタ間電圧を加えた値だけ低
   い電圧に設定された構成を有する請求項１記載のエミッ
   タホロワ回路。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のエミッタホロワ
   回路を複数個備え、 各エミッタホロワ回路の前記第１のトランジスタのベー
   スが各々異なる入力端子に接続されると共にエミッタが
   共通の出力端子に接続された構成を有することを特徴と
   する選択回路。