JPH1041759A - オペアンプ用電力段 - Google Patents
オペアンプ用電力段Info
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- JPH1041759A JPH1041759A JP9108395A JP10839597A JPH1041759A JP H1041759 A JPH1041759 A JP H1041759A JP 9108395 A JP9108395 A JP 9108395A JP 10839597 A JP10839597 A JP 10839597A JP H1041759 A JPH1041759 A JP H1041759A
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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
- H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
- H03F3/3083—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type
- H03F3/3086—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type two power transistors being controlled by the input signal
- H03F3/3096—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the power transistors being of the same type two power transistors being controlled by the input signal using a single transistor with output on emitter and collector as phase splitter
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Abstract
易でありかつ正確に制御でき、信頼性があり、面積が小
さくてすむオペアンプ用電力段を提供する。 【解決手段】 オペアンプ1用の電力段3は、トーテム
ポール構成の第1および第2のNPN(出力)トランジ
スタ12,13により形成された出力段6を含んでお
り、それぞれのベース端子およびエミッタ端子の間にそ
れぞれ抵抗器16,17を有する。NPNトランジスタ
12,13は、電流源段8により供給される零入力電流
によってAB級にバイアスされており、ゲイン段5によ
り動的に制御されている。ゲイン段5は、NPN(ゲイ
ン)トランジスタ18を含んでおり、そのコレクタ端子
は第1のNPNトランジスタ12のベース端子に接続さ
れており、エミッタ端子は第2のNPNトランジスタ1
3のベース端子に接続されている。
Description
にオペアンプのための電力段に適用して有効な技術に関
する。
ランジスタを特徴とするオペアンプ用の広範な種類の電
力段が存在しており、それらは採用されているバイアス
方式によって分類されている。以下の説明においてはA
B級アンプについて言及するが、そのアンプでは、クロ
スオーバひずみを除去するために、零入力状態のときで
も弱い電流が供給される。
零入力電流の正確な制御は特に重要であり、通常、きわ
めて多くのNPNおよびPNP素子を含む複雑な回路網
を用いてなされるが、しかし、それらには幾つかの問題
がある。
されるが、それはオペアンプの帯域を損ない、オペアン
プの集積のために必要な面積の増大は無視できるもので
はなく、また、零入力電流を常に正確に制御し、再生で
きるわけではない。
出力に接続されている場合には不安定であるが、この不
安定性は、抵抗の非常に小さな(数Ω)抵抗器と、数百
nFオーダーの電気容量のキャパシタとの直列の接続を
有してなる、オペアンプとグランドとの間に配置される
回路網(ブシュロセル(Boucherot cell)として知られ
ている)を提供することにより除去される。しかし、そ
のようなセルは、アンプのコストを増大させるという欠
点がある。
うに設計されたアンプ段を提供することにある。
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
ペアンプ用電力段が提供される。すなわち、本発明のオ
ペアンプ用電力段は、出力端子(7)を備え、上側トラ
ンジスタ素子(12;12a,12b)と下側トランジ
スタ素子(13;13a,13b)とを有する、AB級
で動作する出力段(6;6’)を有し、前記上側トラン
ジスタ素子(12;12a,12b)が、前記出力端子
(7)に接続された第1の端子と、第1の基準電位線
(14)に接続された第2の端子と、制御端子とを有
し、前記下側トランジスタ素子(13;13a,13
b)が、第2の基準電位線(15)に接続された第1の
端子と、前記出力端子(7)に接続された第2の端子
と、制御端子とを有してなり、前記上側トランジスタ素
子(12;12a,12b)の前記制御端子と前記第1
の端子との間に接続された第1の抵抗素子(16;2
8,29)と、前記下側トランジスタ素子(13;13
a,13b)の前記制御端子と前記第1の端子との間に
接続された第2の抵抗素子(17;30,31)とを有
することを特徴としている。
に基づいて詳細に説明する。
のではない2つの実施の形態を、添付図面を参照しなが
ら例示のために説明する。
はオペアンプを示しており、オペアンプ1は、差動入力
段2(略図的にのみ示されており、詳細には示されてい
ない)と、差動入力段2の出力4に接続された電力段3
とからなっている。電力段3は、ゲイン段5と、ゲイン
段5に接続されて出力信号Vo を供給する出力端子7を
画定する電力出力段(出力段、以下、出力段と略す)6
と、出力段6をバイアスするための電流源段8とからな
っている。
Pole configuration)の2つのNPNトランジスタ(以
下、トランジスタと略す)12,13を有する。トラン
ジスタ12のエミッタ端子は出力端子7に接続されてお
り、ベース端子はノード35を画定しており、コレクタ
端子は(供給電圧VCCの)電源線14に接続されてい
る。トランジスタ13のエミッタ端子はグランド線15
に接続されており、ベース端子はノード36を画定して
おり、コレクタ端子は出力端子7に接続されている。ト
ランジスタ12,13の占める面積はA12, A13であ
り、それぞれ反転飽和電流がIS,12, IS,13であり、ベ
ースとエミッタ端子間の電圧はそれぞれVbe ,12,V
be,13 であり、また、それぞれに電流I12, I13が供給
されている。
12および13のベースとエミッタ端子の間に配置され
た、同じ抵抗Rの2つの抵抗器16および17を有して
いる。
下、トランジスタと略す)18と、トランジスタ18の
ベース端子とコレクタ端子との間に配置された安定キャ
パシタ19とを有しており、トランジスタ18のベース
端子は差動入力段2の出力4に接続されており、コレク
タ端子はトランジスタ12のベース端子(ノード35)
に接続されており、エミッタ端子はトランジスタ13の
ベース端子に接続されている。
下、基準トランジスタと略す)21を有しており、基準
トランジスタ21のエミッタ端子はグランド線15に接
続されており、コレクタ端子は等価電流源22を介して
電源線14に接続されており、ベース端子は抵抗R/2
の抵抗器23を介してグランド線15に接続されてい
る。上述のように、Rは抵抗器16,17の抵抗であ
る。基準トランジスタ21の面積はA21であり、ベース
とエミッタ端子間の電圧降下はVbe,21 である。等価電
流源22は基準トランジスタ21に電流Ir を供給す
る。
端子はそれぞれ基準トランジスタ21のコレクタ端子と
ベース端子に接続されており、コレクタ端子はノード3
8を画定している。
形成するような2つのPNPトランジスタ(以下、トラ
ンジスタと略す)25,26を有している。より具体的
に述べると、トランジスタ25,26はベース端子が互
いに接続されており、エミッタ端子は電源線14に接続
されている。トランジスタ25は、コレクタ端子とベー
ス端子が互いに、そしてノード38へと接続されてい
る。トランジスタ26は、コレクタ端子が出力段6のノ
ード35へと接続されており、等価電流源22により供
給される電流Ir に比例するバイアス電流Ip を供給す
る。
入力に信号が全く存在しない零入力状態について、まず
回路トランジスタのベース電流を無視して、説明する。
のすべては基準トランジスタ21へと流れて、電圧降下
Vbe,21 を生じさせ、それにより今度は、抵抗R/2の
抵抗器23に電流2Vbe,21 /Rを生じさせ、それが電
流ミラー回路(トランジスタ25,26を含む)により
鏡映されて、電流Ip としてノード35に供給される。
て、出力段6のトランジスタ12および13により供給
される電流I12およびI13は等しくなる。トランジスタ
12および13が同一(即ち、A12=A13でIs,12=I
s,13)の場合には、トランジスタ12および13に供給
される電流I1 およびI2 はVbe,21 /Rに等しい。
ベース端子およびエミッタ端子間の電圧Vbe,12 および
Vbe,13 は互いに、また、Vbe,21 に等しい。トランジ
スタ13の零入力時の性能は、トランジスタ12のそれ
と同一であるため、以下の説明では、単純化のため、ト
ランジスタ12に関する量についてだけ言及する。
零入力電流I12は次式により与えられる: I12=Is,12・exp (Vbe,12 /Vt ) =Is,12・exp ((R・(Ip /2))/Vt ) …(1) ここで、Vt は熱電圧である。
次式の通りである: Ir =Is,21 exp(Vbe,21 /Vt ) …(2) ここで、Is,21は基準トランジスタ21の飽和電流であ
る。従って: Vbe,21 =Vt ln(Ir /Is,21) …(3) また、上述のように、Ip =2Vbe,21 /Rであるた
め: Ip =2・(Vt /R)・ln(Ir /Is,21) …(4) (4)式を(1)式に代入することにより、次式が得ら
れる: I12=Is,12・(Ir /Is,21) また、トランジスタの飽和電流は占められている面積に
正比例するので、これから次式が得られる: I12=Ir ・(A12/A21) …(5) 次に、トランジスタ12が最大電流を供給しているもの
として、動的動作を説明する。
/Rはすべてトランジスタ12を含む分岐へと流れ、そ
こから一部が抵抗器16を経由して流れ、一部はベース
端子を介してトランジスタ12へと流れる。
2のベースとエミッタ間の電圧降下Vbe,12 は次式の分
だけ増加する: δVbe,12 =Vbe,12,max −Vbe,12 =Vt ・ln(I12,max/I12)…(6) ここで、Vbe,12,max は、最大電流状態におけるトラン
ジスタ12のベースおよびエミッタ間の電圧降下であ
り、I12,maxはトランジスタ12により供給される最大
電流である。
加させる電流成分は、次式の通りである: δIr =δVbe,12 /R=(Vt /R)・ln(I12,max/I12) …(7) 他方、トランジスタ12のベースにおける電流の増加は
次式に等しい: δIb,12=(I12,max−I12)/β …(8) ここで、βはトランジスタ12の電流ゲインである。
零入力状態に関して、トランジスタ12のベースとエミ
ッタ間の電圧の増加に起因するトランジスタのベースに
おける電流の増加および抵抗器16における電流の増加
を供給するのに十分な過電流を確保するように、抵抗器
16の抵抗Rはかなり低くなければならない。
であるとすれば、次式が適用されなければならない: (Vbe,21 /R)≧δIb,12+δIR …(9) (7)式および(8)式から得られるδIR およびδI
b,12を(9)式に代入して、次式が得られる: R≦b(Vbe,21 −Vt ・ln(I12,max/I12))/(I12,max−I12) …(10) 最大電流がトランジスタ13により供給される場合にも
同じことが当てはまる。
算するに当たって、トランジスタ12のベース電流I
b,12は全く考慮に入れられておらず、それは零入力電流
I12に誤差を導入するので、実際の電流は上に計算され
た理論的な電流より低くなる。ベース電流も考慮し、I
b,12=I12/β(ここで、Iはトランジスタ12のコレ
クタ電流)であることを留意すると、抵抗器16の電圧
降下(それがトランジスタ12のベース−エミッタ電圧
降下を決定する)は、基準電圧Vbe,21 に比べて次式の
分だけ低い: dV' be=−(I'12 /b)・R …(11) ここでI'12 は、トランジスタ12の(また、トランジ
スタ13の)公称零入力電流である。
を考慮に入れると、零入力電流I12 ,rはほぼ次式に等し
い: I12,r=Is,12 exp〔(Vbe,12 +δV' be,12 /Vt 〕 =Is,12 exp(Vbe,12 /Vt )・exp (δVbe,12 /Vt ) =I'12 ・exp (δV'bbe,12 /Vt ) =I'12 ・exp (I'12 ・R/β・Vt ) …(12) ここから分かるように、抵抗Rが、ベース電流を介して
零入力電流に影響し、実際の零入力電流と公称零入力電
流との比I12,r/I'12 によって最大許容誤差を確立す
ることにより、最小のRの値は次式のように計算され
る: R≦〔(β・Vt )/I'12 〕・ln(I12,r/I'12) …(13) (実施の形態2)図2の実施の形態2においては、電力
段(この場合、参照番号3’で示されている)はゲイン
段5’を含んでおり、このゲイン段5’がゲイン段5と
異なるのは、トランジスタ18とは異なり、ダーリント
ン構成(Darlington configuration)の第1の対のトラ
ンジスタ18a,18bが示されている点である。電力
段3’はまた、出力段6’を含んでおり、それが出力段
6と異なるのは、トランジスタ12および13の代わり
に、第2の対のトランジスタ12a,12b、および第
3の対のトランジスタ13a,13bが、やはりダーリ
ントン構成で示されている点である。
b,13a,13bは、それぞれベース−エミッタ電圧
がVbe,12a, Vbe,12b, Vbe,13a, Vbe,13bであり、飽
和電流がIs,12a , Is,12b , Is,13a , Is,13b であ
り、面積がA12a , A12b , A13a , A13b である。
抗器16および17の代わりに、それぞれのトランジス
タ12a,13aのベース端子とエミッタ端子との間に
配置された抵抗器28,29、および、それぞれのトラ
ンジスタ12b,13bのベース端子とエミッタ端子と
の間に介在された抵抗器30,31が示されている。抵
抗器28,29,30,31はすべて同じ抵抗値R1 を
有している。
このケースではR/4である)により供給されるバイア
ス電流IP1は次式に等しい: Ip1=(4・Vt /R)・ln(Ir /Is,21) …(14) トランジスタ12aおよび13aのベース電流を無視
し、また、零入力状態において、図1を参照して述べた
ように、バイアス電流がトランジスタ12a,12bお
よび13a,13bの間で等しく分割されるものとする
と、同一の抵抗器28,30の電圧降下は次式の通りで
ある: VR =2・Vt ・ln(Ir /Is,21) …(15) トランジスタ12b(あるいは、トランジスタ12bと
同一と仮定されているトランジスタ13b)のベース−
エミッタ電圧降下は次式に等しくなる: Vbe,12b=VR −Vbe,12a =2・Vt ・ln(Ir /Is,21)−Vt ・ln〔Vbe,12b/(Is,12a ・ R1)〕 =Vt ・ln〔(Ir /Is,21)2 ・((Is,12a ・R1)/Vbe,12a)〕 …(16) 従って、零入力電流は次式に等しい: I12b =〔(Is,12b ・Is,12a )/(Vbe,12b/R1)〕・(Ir 2 /Is,21 2) =〔(A12b ・A12a )/A21 2 〕・〔Ir 2 /(Vbe,12b/R1)〕 …(17) この場合にもまた、(17)式に明瞭に示されているよ
うに、零入力電流値は抵抗値を操作することにより規制
することができる。
である。
即ち、複雑な回路網を全く必要とせずに、零入力電流が
制御されるので、回路は設計が単純で、集積が容易であ
り、そのパラメータが正確に制御できるので信頼性があ
り、面積が小さくてすむ。
N電力トランジスタ(これは周波数応答およびサイズの
点でPNPトランジスタに勝っている)を有しており、
局所的なフィードバックループが全く設けられておら
ず、また、ブシュロセルを全く必要としないで、数十n
Fまでの容量性負荷に耐えることができ、加えて、広い
帯域を提供する。
TTL装置のものに類似しているが、トーテムポールT
TL装置はディジタルロジックによるC級で動作する。
逆に、本発明の電力段はAB級のバイアスに貢献し、歪
みの小さいことが求められるアナログ分野に用いること
ができる。
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
上記の数値を変更することができ、また、構成要素のい
ずれでもその技術的な等価物に置き換えることができ
る。
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
るだけで、複雑な回路網を全く必要とせずに零入力電流
を制御できる。従って、回路設計が単純となり、かつ集
積が容易となる。また、パラメータが正確に制御できる
ので信頼性があり、面積も小さくなる。
プ用電力段の回路図である。
プ用電力段の回路図である。
トランジスタ) 12b トランジスタ(上側トランジスタ素子, 第2の
トランジスタ) 13 NPNトランジスタ(下側トランジスタ素子) 13a トランジスタ(下側トランジスタ素子, 第3の
トランジスタ) 13b トランジスタ(下側トランジスタ素子, 第4の
トランジスタ) 14 電源線(第1の基準電位線) 15 グランド線(第2の基準電位線) 16 抵抗器(第1の抵抗素子) 17 抵抗器(第2の抵抗素子) 18 NPNトランジスタ(ゲイントランジスタ素
子) 18a トランジスタ(ゲイントランジスタ素子, 第5
のトランジスタ) 18b トランジスタ(ゲイントランジスタ素子, 第6
のトランジスタ) 19 安定キャパシタ 21 NPN基準トランジスタ 22 等価電流源 23 抵抗器 24 トランジスタ 25 PNPトランジスタ 26 PNPトランジスタ 28 抵抗器(第1の抵抗素子, 第1の抵抗器) 29 抵抗器(第1の抵抗素子, 第2の抵抗器) 30 抵抗器(第2の抵抗素子, 第3の抵抗器) 31 抵抗器(第2の抵抗素子, 第4の抵抗器) 35 ノード 36 ノード 38 ノード
Claims (8)
- 【請求項1】 オペアンプ(1)用電力段(3;3’)
であって、 出力端子(7)を備え、上側トランジスタ素子(12;
12a,12b)と下側トランジスタ素子(13;13
a,13b)とを有する、AB級で動作する出力段
(6;6’)を有し、 前記上側トランジスタ素子(12;12a,12b)
が、前記出力端子(7)に接続された第1の端子と、第
1の基準電位線(14)に接続された第2の端子と、制
御端子とを有し、 前記下側トランジスタ素子(13;13a,13b)
が、第2の基準電位線(15)に接続された第1の端子
と、前記出力端子(7)に接続された第2の端子と、制
御端子とを有してなり、 前記上側トランジスタ素子(12;12a,12b)の
前記制御端子と前記第1の端子との間に接続された第1
の抵抗素子(16;28,29)と、 前記下側トランジスタ素子(13;13a,13b)の
前記制御端子と前記第1の端子との間に接続された第2
の抵抗素子(17;30,31)とを有することを特徴
とするオペアンプ用電力段。 - 【請求項2】 請求項1記載のオペアンプ用電力段であ
って、 前記出力段(6;6’)の前記上側トランジスタ素子
(12;12a,12b)の前記制御端子と前記下側ト
ランジスタ素子(13;13a,13b)の前記制御端
子との間に接続されたゲイン段(5;5’)と、 前記出力段(6;6’)の前記上側トランジスタ素子
(12;12a,12b)の前記制御端子に接続された
電流源段(8)とを有することを特徴とするオペアンプ
用電力段。 - 【請求項3】 請求項2記載のオペアンプ用電力段であ
って、 前記ゲイン段(5;5’)が、前記上側トランジスタ素
子(12;12a,12b)の前記制御端子に接続され
た第1の端子と、前記下側トランジスタ素子(13;1
3a,13b)の前記制御端子に接続された第2の端子
とを備えたゲイントランジスタ素子(18;18a,1
8b)を有することを特徴とするオペアンプ用電力段。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載のオ
ペアンプ用電力段であって、前記上側トランジスタ素子
および前記下側トランジスタ素子がダーリントントラン
ジスタ(12a,13a,12b,13b)からなるこ
とを特徴とするオペアンプ用電力段。 - 【請求項5】 請求項4記載のオペアンプ用電力段であ
って、 前記上側トランジスタ素子が第1のトランジスタ(12
a)および第2のトランジスタ(12b)を有し、 前記下側トランジスタ素子が第3のトランジスタ(13
a)および第4のトランジスタ(13b)を有し、 前記トランジスタの各々は、第1の端子と、第2の端子
と、制御端子とを有し、 前記第1および第3のトランジスタ(12a,13a)
の前記制御端子はそれぞれ、前記上側および下側トラン
ジスタ素子の前記制御端子を画定し、 前記第2および第4のトランジスタ(12b,13b)
の前記第1の端子はそれぞれ、前記上側および下側トラ
ンジスタ素子の前記第1の端子を画定し、 前記第1の抵抗素子は、第1の抵抗器(28)および第
2の抵抗器(29)を有し、 前記第2の抵抗素子は、第3の抵抗器(30)および第
4の抵抗器(31)を有し、 前記第1の抵抗器(28)は、前記第1のトランジスタ
(12a)の前記制御端子と前記第2のトランジスタ
(12b)の前記第1の端子との間に接続されており、 前記第2の抵抗器(29)は、前記第2のトランジスタ
(12b)の前記制御端子と前記第1の端子との間に接
続されており、 前記第3の抵抗器(30)は、前記第3のトランジスタ
(13a)の前記制御端子と前記第4のトランジスタ
(13b)の前記第1の端子との間に接続されており、 前記第4の抵抗器(31)は、前記第4のトランジスタ
(13b)の前記制御端子と前記第1の端子との間に接
続されていることを特徴とするオペアンプ用電力段。 - 【請求項6】 請求項4または5記載のオペアンプ用電
力段であって、 前記ゲイン段(5’)の前記ゲイントランジスタ素子
は、ダーリントン構成の第5のトランジスタ(18a)
と第6のトランジスタ(18b)とを有することを特徴
とするオペアンプ用電力段。 - 【請求項7】 請求項3〜6のいずれか1項に記載のオ
ペアンプ用電力段であって、 前記出力段(6;6’)の前記上側トランジスタ素子
(12;12a,12b)と前記下側トランジスタ素子
(13;13a,13b)、および前記ゲイン段(5;
5’)の前記ゲイントランジスタ素子(18;18a,
18b)が、NPNトランジスタよりなることを特徴と
するオペアンプ用電力段。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか1項に記載のオ
ペアンプ用電力段であって、 前記上側トランジスタ素子(12;12a,12b)お
よび下側トランジスタ素子(13;13a,13b)の
前記第1の端子がエミッタ端子であり、前記第2の端子
がコレクタ端子であり、前記制御端子がベース端子であ
ることを特徴とするオペアンプ用電力段。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| EP96830235A EP0803975B1 (en) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Power stage, particularly for an operational amplifier |
| IT96830235.6 | 1996-04-26 |
Publications (1)
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|---|---|
| JPH1041759A true JPH1041759A (ja) | 1998-02-13 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9108395A Pending JPH1041759A (ja) | 1996-04-26 | 1997-04-25 | オペアンプ用電力段 |
Country Status (4)
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| EP (1) | EP0803975B1 (ja) |
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Families Citing this family (1)
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