JPH09130161A - 増幅回路 - Google Patents

増幅回路

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JPH09130161A
JPH09130161A JP7286223A JP28622395A JPH09130161A JP H09130161 A JPH09130161 A JP H09130161A JP 7286223 A JP7286223 A JP 7286223A JP 28622395 A JP28622395 A JP 28622395A JP H09130161 A JPH09130161 A JP H09130161A
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Misao Furuya
操 古谷
清司 ▲高▼松
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Mitsumi Electric Co Ltd
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    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3066Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the collectors of complementary power transistors being connected to the output
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3217Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in single ended push-pull amplifiers

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シングルエンドプッシュプル形式の出力を有
する増幅回路に関し、周囲の状況によらず動作を一定の
状態に保持できる増幅回路を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 第1のトランジスタQ28とともにシング
ルエンドプッシュプル形式の出力を構成する第2のトラ
ンジスタQ27と所定のカレントミラー比K1 で結合さ
れ、カレントミラー比K2 を有するカレントミラー回路
17の出力電流を第1のトランジスタQ28のベースに供
給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は増幅回路に係り、特
に、シングルエンドプッシュプル形式の出力を有する増
幅回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図6に従来の一例の増幅回路の回路構成
図を示す。従来の増幅回路1は、入力信号をバイアスす
るバイアス回路部2、入力信号を増幅する差動増幅回路
部3、増幅された信号を出力する出力回路部4、差動増
幅回路部3及び出力回路部4に駆動用定電流を供給する
定電流回路部5、帰還量を制限する帰還回路部6より構
成される。
【0003】バイアス回路部2は、抵抗R1 ,R2 ,R
3 、リプル除去用コンデンサC1 より構成される。バイ
アス回路部2には、信号源7から増幅しようとする信号
が直流除去用のコンデンサC2 を介して供給され、供給
された信号をバイアスして差動増幅回路部3に供給す
る。
【0004】差動増幅回路部3は、入力用トランジスタ
を構成するPNPトランジスタQ1,Q2 、駆動用電流
源を構成するNPNトランジスタQ3 ,Q4 、より構成
される。入力用トランジスタのPNPトランジスタQ1
のベースにはバイアス回路部2でバイアスされた入力信
号が供給され、入力用トランジスタのPNPトランジス
タQ2 のベースには帰還回路部6で制限された出力信号
が供給され、入力信号を非反転増幅して出力回路4に供
給する。
【0005】出力回路部4は、NPNトランジスタ
5 ,Q6 ,Q7 、PNPトランジスタQ8 ,Q9 、抵
抗R4 ,R5 、コンデンサC3 より構成される。出力回
路部4は、プッシュプル方式の出力回路を構成してお
り、差動増幅回路部3から供給された信号を電力増幅し
て負荷コンデンサCL 、負荷抵抗RL に出力する。この
とき、出力回路部4には、NPNトランジスタQ7 、P
NPトランジスタQ9 のカットオフレベル付近でのクロ
スオーバーひずみを避けるため定電流回路部5から常時
アイドリング電流を発生させるための電流が供給されて
いる。
【0006】帰還回路部6は、出力回路部4の出力ノー
ドと差動増幅回路部3の入力トランジスタを構成するP
NPトランジスタQ2 のベースとの間に接続された抵抗
f、及び、抵抗Rf とバイアス回路部2の抵抗R1
2 ,R3 の接続点との間に接続された抵抗Rinより構
成される。これにより差動増幅回路部3を非反転増幅回
路としている。
【0007】定電流回路部5は、定電流源8、PNPト
ランジスタQ10,Q11,Q12、抵抗R7 ,R8 より構成
される。定電流回路部5は、カレントミラー回路を構成
しており、電源9から電源電圧VCCが供給され、供給さ
れた電源電圧VCCから駆動電流を生成し、差動増幅回路
部3及び出力回路部4に供給する。
【0008】次に出力回路部4におけるアイドリング電
流の設定方法について説明する。ここで、出力回路部4
において、トランジスタQ5 とトランジスタQ7 、及
び、トランジスタQ8 とトランジスタQ9 のエミッタ面
積比をnとし、トランジスタQ 5 のベース−エミッタ間
電圧をVBE5 、トランジスタQ7 のベース−エミッタ間
電圧をVBE7 、トランジスタQ8 のベース−エミッタ間
電圧をVBE8 、トランジスタQ9 のベース−エミッタ間
電圧をVBE9 、トランジスタQ5 のエミッタ電流を
E5、トランジスタQ7 のエミッタ電流をIE7、トラン
ジスタQ8 のエミッタ電流をIE8、トランジスタQ9
エミッタ電流をIE9とし、増幅率hFEをhFE≫1、抵抗
3 、R4 をR3 =R4 、帰還電流if をif ≪IE7
する。
【0009】 VBE5 +VBE8 =VBE7 +R5 E7+R5 E9+VBE9 =VBE7 +VBE9 +(R5 +R6 )IE9 ・・・(1) となる。ここで、NPNトランジスタQ5 、Q7 とPN
PトランジスタQ8 、Q9 とは一般に対称となるため、
トランジスタQ7 のエミッタ電流IE7とトランジスタQ
9 のエミッタ電流IE9とは同一とみなすことができ、し
たがって、式(1)において一方のトランジスタQ5
トランジスタQ7 との関係のみを考慮すれば良いことに
なる。
【0010】したがって、式(1)おいては、 VBE5 =VBE7 +R5 E9 ・・・(2) について考慮すればよいことになる。また、トランジス
タのベースエミッタ間電圧VBEは、一般に VBE=VT ・ln[IC /{(1+VCE/VA )・IS }] ・・・(3) VT ;熱電圧(温度25℃でVT ≒26mV). IC ;コレクタ電流. IS ;逆方向コレクタ飽和電流(エミッタ面積に比例す
る). VCE;コレクタ−エミッタ間電圧. VA ;アリー電圧. で表される。
【0011】式(3)を用いて式(2)を書き換える
と、 VT ・ln[IC5/{(1+VCE5 /VA5)・IS5}] =VT ・ln[IC7/{(1+VCE7 /VA7)・IS7}]+R5 C7 ・・・(4) よって、 VT ・ln[IC7/{(1+VCE7 /VA7)・IS7}] −VT ・ln[IC5/{(1+VCE5 /VA5)・IS5}]=R5 C7 ・・・(5) したがって、式(5)は、 VT ・ln{IC7/IC5・(1+VCE7 /VA7)/(1+VCE5 /VA5) ・IS7/IS5}=R5 C7 ・・・(6) で表される。
【0012】IS7/IS5は、エミッタ面積比nに相当
し、また、トランジスタQ5 のコレクタ電流IC5とトラ
ンジスタQ5 に電流を供給するトランジスタQ12のコレ
クタ電流IC12 とはほぼ等しくなるため、式(6)は、 VT ・ln[{IC7/IC12 ・(1+VCE5 /VA5)/(1+VCE7 /VA7)} ・n]=R5 C7 ・・・(7) で表される。
【0013】ここで、一般にパワーアンプ等では出力電
流はアイドリング電流の100〜1000倍流れるよう
に設定されている。しかしながら、式(7)のR5 C7
は、半導体装置の設計上数10mV程度しかとれない構
成とされている。ここで、VT ・ln{IC7/IC12
(1+VCE5 /VA5)/(1+VCE7 /VA7)}がR5
C7より十分大きいとする。すなわち、 VT ・ln{IC7/IC12 ・(1+VCE5 /VA5)/(1+VCE7 /VA7)} ≫R5 C7 ・・・(8) IC7=IC12 ・{(1+VCE7 /VA7)/(1+VCE5 /VA5)} ・・・(9) と設定することができる。
【0014】ところで、トランジスタQ5 は、ダイオー
ド接続されており、VCE5 はVBE5と等しくなり、V
BE5 ≒0.7[V]で一定となり、電源電圧の依存性は
小さくなる。一方、VCE7 は、シングルエンドプッシュ
プル回路では一般に出力中心電圧V OUT が(1/2)V
CCに設定されることから、 VCE7 ≒(1/2)VCC ・・・(10) に設定される。
【0015】このため、式(9)のアイドリング電流に
相当するトランジスタQ7 のコレクタ電流IC7は、 IC7=K・IC12 (1+VCE7 /VA7) ・・・(11) K=1/(1+VCE5 /VA5) となる。
【0016】このように、従来の回路ではアイドリング
電流IC7は駆動電流を供給するトランジスタQ12のコレ
クタ電流、トランジスタQ5 とトランジスタQ7 のエミ
ッタ面積比、抵抗R5 、R6 の抵抗値より決定されてい
た。図7に従来の温度に対するアイドリング電流の特性
図を示す。
【0017】従来、アイドリング電流IC7は、図7に示
すように温度の上昇に伴い増加する傾向にあった。図8
に従来の電源電圧に対するアイドリング電流の特性図を
示す。式(10)で示されるようにVCEは電源電圧VCC
に依存しており、式(11)に示すようにアイドリング
電流IC7は電圧VCEに依存しているため、アイドリング
電流IC7は図8に示すように電源電圧VCCが大きくなる
にしたがって大きくなる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来のこの
種の増幅回路では図7、図8に示すように出力回路部の
出力トランジスタに供給されるアイドリング信号は電源
電圧VCC及び周囲の温度Tに応じて変化してしまうた
め、出力信号を一定に保つことができない等の問題点が
あった。
【0019】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、周囲の状況によらず動作を一定の状態に保持できる
増幅回路を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するため手段】本発明の請求項1は、第1
のトランジスタと、該第1のトランジスタとは逆の極性
の第2のトランジスタとを直列に接続し、入力信号を該
第1のトランジスタ及び該第2のトランジスタのベース
に供給し、該入力信号に応じて該第1のトランジスタ及
び該第2のトランジスタのコレクタ電流を制御し、該第
1のトランジスタと該第2のトランジスタとの接続点か
ら出力する増幅回路において、前記第2のトランジスタ
のベースに供給されるベース電流に応じて前記第1のト
ランジスタのベース電流を制御するカレントミラー回路
を有することを特徴とする。
【0021】請求項1によれば、カレントミラー回路を
用い第2のトランジスタのベースに供給されるベース電
流に応じて第1のトランジスタのベース電流を制御し、
アイドリング電流を制御することにより、アイドリング
電流を設定定電流と、カレントミラー比で設定すること
ができるため、アイドリング電流の安定性を向上させる
ことができる。
【0022】請求項2は、カレントミラー回路を第2の
トランジスタのコレクタ電流の1/K1 倍のコレクタ電
流を供給する第3のトランジスタと、コレクタとベース
が接続され、第3のトランジスタのコレクタ電流に応じ
た電流を供給する第4のトランジスタと、第4のトラン
ジスタのベース電流によりベース電流が制御され、第4
のトランジスタのコレクタ電流のK2 倍のコレクタ電流
を第1のトランジスタのベースに供給する第5のトラン
ジスタとより構成してなる。
【0023】請求項2によれば、第2のトランジスタに
流れるアイドリング電流をIC2、第3のトランジスタを
C3とすると、 IC2=K2 C3 で表すことができる。
【0024】また、第4のトランジスタのコレクタ電流
をIC4、第5のトランジスタのコレクタ電流をIC5とす
ると、 IC5=K1 C4 となる。ここで、IC3≒IC4であるので、IC2=K2
C3≒(K2 /K1 )IC5で表せる。
【0025】ここで、IC5は増幅器を駆動する駆動電流
により設定されるため、駆動電流が安定していれば、ア
イドル電流はK1 、K2 によって決定されることにな
り、K 1 、K2 は、第2のトランジスタと第3のトラン
ジスタ、及び、第4のトランジスタと第5のトランジス
タのエミッタ面積の比であるため、温度、電源電圧の影
響を受けにくく、したがって、温度や電源電圧によりア
イドル電流が変動することがなくなり、増幅回路を安定
に動作させ得る。
【0026】
【発明の実施の形態】図1に本発明の第1実施例の回路
構成図を示す。本実施例の増幅回路11は、入力信号を
バイアスするバイアス回路部12、入力信号を増幅する
差動増幅回路部13、本発明の増幅回路に相当し、供給
された信号を電力増幅する出力回路部14、差動増幅回
路部13及び出力回路部14に駆動用定電流を供給する
定電流回路部15、帰還量を制限する帰還回路部16、
出力回路部14のアイドリング電流を設定するカレント
ミラー回路17より構成される。
【0027】バイアス回路部2は、抵抗R11,R12,R
13、リプル除去用コンデンサC11より構成される。バイ
アス回路部12には、信号源18から増幅しようとする
信号が直流除去用のコンデンサC12を介して供給され、
供給された信号をバイアスして差動増幅回路部13に供
給する。
【0028】差動増幅回路部13は、入力用トランジス
タを構成するPNPトランジスタQ 21,Q22、駆動用電
流源を構成するNPNトランジスタQ23,Q24、抵抗R
14、R15より構成される。入力用トランジスタのPNP
トランジスタQ21のベースにはバイアス回路部12でバ
イアスされた入力信号が供給され、入力用トランジスタ
のPNPトランジスタQ22のベースには帰還回路部16
で制限された出力信号が供給され、入力信号を非反転増
幅して出力回路部14に供給する。
【0029】出力回路部14は、NPNトランジスタQ
25,Q26,Q27、PNPトランジスタQ28、抵抗R16
17より構成される。出力回路部14は、プッシュプル
方式の出力回路を構成しており、差動増幅回路部13か
ら供給された信号を電力増幅して負荷コンデンサCL
負荷抵抗RL に出力する。このとき、出力回路部14に
は、NPNトランジスタQ27、PNPトランジスタQ28
のカットオフレベル付近でのクロスオーバーひずみを避
けるためカレントミラー回路17から常時アイドリング
電流を発生させるための電流が供給されている。
【0030】帰還回路部16は、出力回路部14の出力
ノードと差動増幅回路部13の入力トランジスタを構成
するPNPトランジスタQ22のベースとの間に接続され
た抵抗Ri 、及び、抵抗Rf とバイアス回路部12の抵
抗R11,R12,R13の接続点との間に接続された抵抗R
i より構成される。これにより差動増幅回路部13を非
反転増幅回路としている。
【0031】定電流回路部15は、定電流源19、PN
PトランジスタQ29,Q30,Q31,Q32、抵抗R18,R
19,R20より構成される。定電流回路部15は、カレン
トミラー回路を構成しており、電源20から電源電圧V
CCが供給され、電源20から供給された電源電圧VCC
ら駆動電流を生成し、差動増幅回路部13、出力回路部
14、カレントミラー回路17に供給する。
【0032】カレントミラー回路17は、NPNトラン
ジスタQ33、PNPトランジスタQ 34、Q35より構成さ
れ、出力回路部14の請求項中の第2のトランジスタに
相当する出力トランジスタQ27のベース電流に応じて請
求項中の第1のトランジスタに相当する出力トランジス
タQ28のベース電流を制御することにより、出力トラン
ジスタQ27,Q28に流れるアイドリング電流を安定化す
る。
【0033】次に上記増幅回路11の出力回路部14で
のアイドリング電流の設定方法について説明する。ここ
で、トランジスタQn のコレクタ電流をIcnで表す。ま
ず、定電流回路部15から各部に供給される電流は、 Ic30 =2Ic31 =4Ic32 ・・・(12) に設定され、出力回路部14で各トランジスタに供給さ
れる電流は、 Ic22 =Ic25 =Ic26 =Ic30 /2 ・・・(13) Ic27 =K1 C33 ・・・(14) (K1 ;トランジスタQ27とトランジスタQ33とのカレ
ントミラー比) IC34 =K2 C35 ・・・(15) (K2 ;トランジスタQ34とトランジスタQ35とのカレ
ントミラー比)に設定されている。
【0034】一方、アイドリング電流IC27 、I
C28 は、式(14)よりIc27 =K1 C33 で表されて
おり、ここで、IC33 はIC35とほぼ等しいとみなすこ
とができるため、式(14)のIC33 はIC35 で置き換
えることができる。ここで、式(15)よりIC35 =I
C34 /K2 となるため、式(14)は Ic27 =(K1 /K2 )×IC34 で表される。
【0035】IC34 =(IC26 −IC32 ) であるので、アイドル電流Ic27 は、 IC27 =−IC28 =(IC26 −IC32 )×K1 /K2 ・・・(16) で表すことができる。このとき、トランジスタの電流増
幅率hFEは、1より十分大きいものとする。すなわち、
FE≫1とする。
【0036】式(16)は式(12)、式(13)より
次のように書き代えることができる。 IC27 =−IC28 =(IC30 /2−IC30 /4)×K1 /K2 =(K1 C30 )/4K2 ・・・(17) このように、アイドリング電流IC27 、IC28 は、式
(17)に示されるようにカレントミラー比K1
2 、及び、設定定電流IC30 により決定されることに
なる。カレントミラー比K1 、K2 は、温度や電源電圧
CCによらずほぼ一定になるため、設定定電流IC30
安定にさえすれば、温度、電源電圧VCCによらず安定し
たアイドリング電流IC27 、IC28 が得られる。
【0037】また、例えば、式(12)、式(13)の
設定を Ic30 =2Ic31 =2Ic32 ・・・(18) Ic22 =Ic25 =Ic26 /2=Ic30 /2 ・・・(19) した場合、アイドリング電流IC27 、IC28 は、 IC27 =−IC28 =(IC26 −IC32 )×K1 /K2 =(IC30 −IC30 /2)×K1 /K2 =(K1 C30 )/2K2 ・・・(20) とすることができる。
【0038】このように、本実施例では式(12)〜式
(15)の設定を変ることによりアイドリング電流の設
定の自由度を大きくできる。図2に本発明の第1実施例
の温度に対するアイドリング電流の特性図を示す。本実
施例によれば、アイドリング電流IC27 、IC28 は、カ
レントミラー比K1、K2 によって決定されるため、設
定定電流IC30 が安定していれば、式(17)、式(2
0)より温度の影響を受けにくいため、図2に示すよう
に温度によらず一定な特性を得ることができる。
【0039】図3に本発明の第1実施例の電源電圧に対
するアイドリング電流の特性図を示す。本実施例によれ
ば、アイドリング電流IC27 、IC28 は、カレントミラ
ー比K1 、K2 によって決定されるため、設定電流I
C30 が安定していれば、式(17)、式(20)より電
源電圧VCCの変動の影響を受けにくいため、図3に示す
ように電源電圧VCCによらず一定の特性を得ることがで
きる。
【0040】図4に本発明の第2実施例の回路構成図を
示す。同図中、図1と同一部分には同一符号を付し、そ
の説明は省略する。本実施例の増幅回路21は第1実施
例とはカレントミラー回路17の電流の供給先が異な
る。すなわち、本実施例ではカレントミラー回路17の
トランジスタQ34のコレクタが定電流回路部15で出力
回路部14に電流を供給するトランジスタQ32のエミッ
タと抵抗R20との接続点に接続される。本実施例によれ
ば、第1実施例と同様な効果を得ることができるととも
に、カレントミラー回路17でのカレントミラー比K2
を小さく設定できる。
【0041】図5に本発明の第3実施例の回路構成図を
示す。同図中、図1と同一部分には同一符号を付し、そ
の説明は省略する。本実施例の増幅回路31は第1実施
例の回路に出力信号の位相を調整するための位相制御回
路32を設けてなるとともに、出力回路部14及びカレ
ントミラー回路17に抵抗R23、R24を設け、半導体集
積回路に搭載する際の回路に近い回路に構成としてな
る。位相制御回路32は、PNPトランジスタQ36、N
PNトランジスタQ37、位相調整用コンデンサC21、C
22、抵抗R21、R22より構成したものである。
【0042】本実施例によれば、位相調整用コンデンサ
21、C22を入力信号周波数に応じた適当な値に設定す
ることにより出力信号の位相を発振等が発生しないよう
にできる。
【0043】
【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項1によれ
ば、カレントミラー回路を用い第2のトランジスタのベ
ースに供給されるベース電流に応じて第1のトランジス
タのベース電流を制御し、アイドリング電流を制御する
ことにより、アイドリング電流を設定定電流と、カレン
トミラー比で設定することができるため、アイドリング
電流の安定性を向上させることができる等の特長を有す
る。
【0044】請求項2によれば、第1及び第2のトラン
ジスタに供給されるアイドル電流はK1 、K2 によって
決定されることになり、K1 、K2 は、第2のトランジ
スタと第3のトランジスタ、及び、第4のトランジスタ
と第5のトランジスタのエミッタ面積の比で決定される
ため、温度、電源電圧の影響を受けず、したがって、温
度や電源電圧によりアイドル電流が変動することがなく
なり、増幅回路を安定に動作させ得る等の特長を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の回路構成図である。
【図2】本発明の第1実施例の温度に対するアイドリン
グ電流の特性図である。
【図3】本発明の第1実施例の電源電圧に対するアイド
リング電流の特性図である。
【図4】本発明の第2実施例の回路構成図である。
【図5】本発明の第3実施例の回路構成図である。
【図6】従来の一例の回路構成図である。
【図7】従来の温度に対するアイドリング電流の特性図
である。
【図8】従来の電源電圧に対するアイドリング電流の特
性図である。
【符号の説明】
11 増幅回路 12 バイアス回路部 13 差動増幅回路部 14 出力回路部 15 定電流回路部 16 帰還回路部 17 カレントミラー回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のトランジスタと、該第1のトラン
    ジスタとは逆の極性の第2のトランジスタとを直列に接
    続し、入力信号を該第1のトランジスタ及び該第2のト
    ランジスタのベースに供給し、該入力信号に応じて該第
    1のトランジスタ及び該第2のトランジスタのコレクタ
    電流を制御し、該第1のトランジスタと該第2のトラン
    ジスタとの接続点から出力する増幅回路において、 前記第2のトランジスタのベースに供給されるベース電
    流に応じて前記第1のトランジスタのベース電流を制御
    するカレントミラー回路を有することを特徴とする増幅
    回路。
  2. 【請求項2】 前記カレントミラー回路は、前記第2の
    トランジスタのコレクタ電流の1/K1 倍のコレクタ電
    流を供給する第3のトランジスタと、 コレクタとベースが接続され、前記第3のトランジスタ
    のコレクタ電流に応じた電流を供給する第4のトランジ
    スタと、 前記第4のトランジスタのベース電流によりベース電流
    が制御され、前記第4のトランジスタのコレクタ電流の
    2 倍のコレクタ電流を前記第1のトランジスタのベー
    スに供給する第5のトランジスタとよりなることを特徴
    とする請求項1記載の増幅回路。
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