JPS5829207A - 出力バッファ回路 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発−の技術分野］ 本尭明はＭ０８０８トランジスタの出力パッツアとして
適する出力７１７１回路に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般にＭｏ１ｌ）ランジスタは高インピーダンス素子で
あるため、Ｍｏ８）ランジスタを用いて回路を構威し九
場合、七の出力インピーダンスを低くするのは容鳥でな
い。このために通常とられる方法は、出力バッファとし
て使用されるＭ０８トランジスタのチャネル幅を広くし
たシ、チャネル長を短かくするものであるが、この方法
にも限度があシ、例えば演算増幅回路（オペアンプ）の
如く大きな出力電流を必要とする場合には、何らかの対
策が必要となる。これは、オペアンプをＭＯ８トランジ
スタによシ形成した場合、差動増幅段の後段に設けられ
る＋７　ニア増幅回路は、電圧利得を充分大吉〈とる必
要がある丸め、周波数特性が余シのびず、同時に出力電
流も大きくとることができないからである。

そこで上記対策として従来から、バイポーラトランジス
タを用いたエンツタフォロワ回路を上記オペアンプの出
力バッファ回路として使用するととがある〇 そこでまず、第１図、に示されたオペアンプの一例につ
いて説明する。この回路は、大きく分けて定電流源バイ
アス回路ｌ、差動増幅回路２．オフセット補償回路３、
閾値マツチング回路４．り二情 アシ路５からなる・ 上記定電流源バイアス回路１では、Ｐチャネル１１Ｍ０
Ｉ）ランジスタＴｒ１ｏｙ−２端は電位（＋ＶＤＤ）の
供給端子−に接続され、トランジスタＴｒ□のドレイン
端は抵抗８を介して他の電源電位（−Ｖ、、　）の供給
端子７に接続され、トランジスタＴｒ１はゲートとドレ
インを共通接続してこと泰ら一定電圧を得ている。

差動増幅回路２では、定電流源用Ｐチャネル型Ｍｏ１）
ランジスタＴｒ！のソース端が電源端子６ＫｍＭされ、
トランジスタＴｒ！のドレイン端は差動入力段素子用Ｐ
チャネルｆｉＭＯ１１）ランジスタテｒｓ、？ｆ４のソ
ース端に共通接続されている。トランジスタＴｒ＠、Ｔ
ｒ４のドレイン端はＮチャネル型負荷Ｍ０８トランジス
タ’Ｉ’ｒ＠、Ｔｒ＠をそれぞれ介して電源端子７に接
続されている。トランジスタＴｒ２のゲートはトランジ
スタＴｒ１のドレイン端に接続され、トランジスタＴｒ
３のゲートはオペアンプ入力電圧供給端子ｔｎｌ　Ｋ接
続され、トランジスタＴｒ４のゲートはオペアンプ入力
電圧供給端子ｔｎ２Ｋｍ続され、トランジスタＴｒ＠、
Ｔｒ・のゲートは賎共通接続されている。

オフセット調整回路３では、定電流源用Ｐチャネル１１
Ｍ０Ｉｉ）ランジスタＴＴｙのソース端が電源端子６に
接続され、トランジスタ〒ｒ、のドレイン端は一対のＰ
チャネル１１Ｍ０８）ランジスタＴｒ＠。

Ｔ「９のソース端に共通接続され、鋏トランジスタＴｒ
＠、Ｔｒ・のドレイン共通接続部つｔ６出力端ＯｇはＮ
チャネル置負荷Ｍ０８トランジスタＴｒいを介して電源
端子７に接続されている。トランジスタＴ　ｒ　ｙのゲ
ートはトランジスタＴｒ１のドレイン端に接続され、ト
ランジスタＴｒ魯のゲートは入力端子ｉｎ２に接続され
、トランジスタＴｒｓのゲートは入力端子ｉｎｌに接続
され、上記出力端ｏｇはトランジスタＴｒｌ、Ｔｒ・、
Ｔｒ論のゲートに共通接続される。

閾値マツチング回路４では、電源端子６がＰチャネル型
負荷Ｍ０８トランジスタＴｒＢ、Ｎチャネル盾部動用Ｍ
Ｏ８）ランジスタＴｒ１２を介して電源端子７に接続さ
れている。トランジスタＴｒｌｌのドレイン端つｔ！Ｉ
出力端０３は鋏トランジスタＴ【１１のゲートに接続さ
れ、トランジスタＴ「１２のゲートは差動増幅回路２の
トランジスタＴ’ｒｌのドレイン端つま）出力端０１に
接続されている。

リニア増幅回路５では、電源端子゛６がＰチャネル−負
荷Ｍ０ＢトランジスタＴｒ１３．　Ｎチャネル警部動用
ＭＯ８）ランジスタＴ　ｒ　１４を介して電源端子７Ｋ
ｍ！続されている。トランジスタ”ＩＳＯゲートは閾値
マツチング回路４の出力端０．に接続され、Ｆランジス
タテｒ１ｍのドレイン端はオペアンプ出力端子ｏｕｔＫ
ｍ！続され、トランジスタＴｒ１４のゲートは差動増幅
回路２のトランジスタＴ　ｒ　４のドレイン端つ★）出
力端０２に接続されている。

次に上記構成でなるオペアンプの動作を説明するｅｌｌ
ｉｌｌｌｈ増＠回路２では、定電流源トランジスタＴｒ
■がバイアス回路１からの直流バイアスで飽和動作し、
入力１ｎ２には例えば一定の直流電圧が、入力＆ｆｉｌ
ＫＨ一定の直流電圧に交流外がのった信号が、負荷トラ
ンジスタＴｒｇ、〒ｒ・のゲートにはオフセット補償回
路３の出力Ｏｇのバイアス電圧がそれでれ与えられて動
作する。こζでトランジスタＴＪが飽和領域で動作する
限）、膣トランジスタＴｒ２のドレイン電流は一定に保
九れている。またオフセット補償回路３の定電流源トラ
ンジスタＴ　ｒ　１が飽和領域で動作する範囲では、そ
のドレイン電流は一定であるから、入力１ｎｌ、ｉｎ２
の電圧に係わらず出力Ｏ８の電圧は略一定住され、従っ
て差動増幅段の負荷トランジスタＴｒｙ、Ｔｒ＠のゲー
トバイアスは変化しない。

丸だし、入力ｉｎｌ、ｉｎ２の直流電圧レベルが共に高
くなう丸場合には、差動増幅段の定電流トランジスタＴ
ｒ、は非飽和領域に入に、該トランジスタＴｒｙのドレ
イン電流が減少し、差動増幅段の出力０１．０．の直流
電圧レベルが低くなってしまう。このようなオフセット
電圧による差動増幅段の出力直流電圧レベルの変動を防
止するため、オフセット補償回路３には次のような機能
がそなわっだものとする。即ち差動増幅段の定電流源ト
ランジスタＴｒ２のドレイン電流が減少した場合には、
それに見合−九分だけ負荷トランジスタＴ　ｒ　＠　、
Ｔ　ｒ　＠のゲート電圧を低くすれば、差動増幅段の出
力直流電圧レベルを一定化することができ、その丸めに
上記各トランジスタ間のＷ／Ｌ比（ｇ０１比つまりコン
ダクタンス比と考えても同じ）を、 Ｋ鴫＠ｚＨｍ４　ｅ　ｉＥｍｉ”ｇｍｓ　＃　ｇｍＢ＝
ｇｎｎｌ　°＋＋−−−−−＋（１）Ｈａｓ　　：　　
厘ｍｓ　　”　　麿ｉｓ　＝ｋｎｖ　　：　　ｇｍｓ　
　”　　ｇｍｔｏ／２　　　　”・”’　（２）のよう
に設定する。九だし上記ＷはＭθＢトランジスタのチャ
ネル巾、Ｌは同じくチャネル長、ｇａｓはトランジスタ
Ｔｒ２のｇｍ　％同様にｊ１ｍ３〜ｇｍｌ。

はトランジスタＴｒ＠　ｙ　’ｒ’ｌ（１のＪｉｍとす
る。

上記（１）　、　（２）式の関係つまり定電流トランジ
スタ’ｉ’　ｒ　２　、Ｔ　ｒ　７間のも比と、入力段
トランジスタＴｒｓ。

７１１間のｇｍ比と、一対の負荷トランジスタＴｒ＠。

〒ｒ・のｆｆ１＝の和に対する負荷トランジスタＴｒｉ
ｏＯｇｍ比とが同じ関係に設定するととくより、オフセ
ット補償回路３の定電流トランジスタＴ　ｒ　７のドレ
イン電流も、上記トランジスタＴｒｙのドレイン電流と
同じように減少するから、その分だけ負荷トランジスタ
’ｒｒｔｏのドレイン電流も減少する。従って負荷トラ
ンジスタＴｒ６．Ｔｒ＠やゲート電位も、上記電流減少
に応じて減少し、これで差動増幅段の出力０１，０ｇの
直流レベルが一定化されるものである。

一方、閾値マツチング回路４は差動増幅段の出力０１．
Ｏ，の直流レベルに係わらず、リニア増幅回路５０入出
力特性と差動増幅段の出力電圧との間のずれを防止し、
常にオペアンプの出力Ｏｕｔの直流レベルを一定化しよ
うとする回路である。即ち上記のように入力ｉｎｌ　、
　ｉｎ２の直流電圧レベルが共に上った場合に、たとえ
差動増幅段の出力０１，０□の直流電圧レベルが下り九
としても、これに対応して閾値マツチング回路４の出力
Ｏｓの直流バイアスが上るので、オペアンプ出力Ｏｕｔ
の直流電圧が一定化されることになる。ただしこの場合
も、トランジスタＴｒ　１１−Ｔ”１４のｇ、比を調整
しなければならないが、これら各トランジスタ間の１１
ｍ比（Ｗ／Ｌ比）を、 ｇｍｏ　：　ｇｍｌｚ　＝　Ｉｌｍ、ｓ　：　ｇｍｔａ
　　・・・・・・・・・・・・・・・（３）のように設
定する。ただしＪｌｍｌｌ　　はトランジスタＴｒｌｌ
の１ｍ％　　同様にｇｍｔｓ〜ｇｍ　１４　　はトラン
ジスタ’Ｉ”１２〜Ｔ「１４のｊｉｍである。上記（３
）式の関係、つまシ負荷トランジスタＴｒ１１．Ｔｒ１
Ｂの間のｇｍ比と駆動用トランジスタ”ｌ１１ｍ”１４
間のｇｍ比とを同じにするととくより、オペアンプ出力
ｏｕｌの直流レベルを一定にすることができる。ただし
この場合、出力０．、Ｏ，が変動すると言っても、これ
ら出力電圧が等しいと言う条件が必要であるが、この０
１゜０３は差動増幅段の出力であるため、前記のように
差動増幅段が対称構成である限９、上記の条件は満され
る。このようにして入力ｉｎ１．ｉｎ２の直流電圧レベ
ルに係わらず、オペアンプ出力Ｏｕｔの直流レベルを一
定化できるものである。

とζろでこのようなオペアンプの出力電流を増大化する
丸めに、例えば特開昭５１−１２３０３８号公報にも見
られるような工ｔｙタフオー、卿ワ方式の出力バッファ
回路が従来から考えられて来ている。一方ではオペアン
プは前述したようにオフセット補償回路３を内ＩＲさせ
る程そのオフセットを小さくおさえる必要があり、温度
変化に対してもそのオフセットを小さくすることが望ま
れている。しかしながら上記従来の如自出力パッファ回
路はそのようなオフセットの問題を何ら考慮しておらず
、温度変化の影蕃を、除外することができない。しかも
そのこともあって従来の出力バッファ回路は熱暴走をも
生じるなどの問題点を生じている０［発明の目的］ 本発明は上記の問題点を解決できる簡単な回路構成の出
力バッファ回路を提供するものである。

［発明の概要］ 本発明の出力バッファ回路は電源の一方の電極と他方の
電極との間にバイポーラトランジスタとＭ０８トランジ
スタを直列接続してニオツタフォロワ方式をとり、その
ＭＯ８）ランジスタのゲート電極をその出力端子に接続
して構成したものであ夛、この回路構成によって本来の
出力電流増大化機能とと％に温度補償機能を同時に果せ
ることを特徴とする。

［発明の実施例］ 次に本発明の一実施例を［２図について説明する。出力
バッファ回路社は電源端子６，７間にバイポーラ臘のＮ
ＰＮ）ランジスタＱ２１ｓＮチャンネル型Ｍ０８トラン
ジスタＴｒ２１を直列接続して構成されそいる。このト
ランジスタＱｉｔｌのベースハ入力端子Ｉｎに接続され
、この入力端子は第１図のオペアンプ中のりエア増幅回
路５の出力端ｏｕ１に接続されるようになっている。Ｍ
０８トランジスタＴｒ２Ｈのゲートは出力端子０に接続
され、またとのる−ので、無視して考えてよい０ 第１図のオペアンプ回路では、リニア増幅回路８に充分
な電圧利得が必要であるため、周波数特性−あまりのび
ず、出力電流を大きくすることができない。即ちＱＢ積
一定によシ、電圧利得Ｇを大とすればバンド幅Ｂが狭く
なり、このバンド幅１が狭いということは、瞬時に大電
流を流せないことに対応するから、出力電流が小となる
０そζで第２図の実施例では、出力バッファ塁をエイツ
タフォロワ構成として出力電流を大幅に増加させるよう
にし、ニオツタ７オロワの負荷としてＭＯＩＳ）ランジ
スタＴｒ２１を用いている０ここで問題になるのが、ニ
オツタフォロワとして用いるバイポーラトランジスタＱ
２１の温度特性である。

即チパイボーラトランジスタの電流の温度係数は正であ
るのに対し、ＭＯＳ）ランジスタのそれは逆の特性であ
る。従って第２図の回路では、エミ、タフォロワの温度
特性（例えば温度ドリフト等）の改ｌｌを行なう丸めに
、ＭＯＳ）ランジスタＴｒ２１のゲートを接続点８に接
続し、力１つ出力端子０に接続している。その結果、温
度特性がどのように改咎されるかについて説明すると、
温度が上昇し九場合、トランジスタＱ２Ｍはベーン電流
が増加し、接続点゛８の電位を電源電位ＶＤＤの側へ高
めようとする。このように接続点８の電位（出力端子０
の電位）が上昇するとＮチャンネルＭＯ８）ランジスタ
Ｔｊ２１のゲート電位を高めるためＫこのトランジスタ
Ｔｒｙはそのインピーダンスを下げ接続点８の電位を下
げるように動作し、接続点８及び出力端子０の電圧を一
定化するようＫなる。すなわち第２図の実施例で示す出
力パラフッ回路はこのような簡単な構成により出力電流
の増大化を得ると共に温度特性を改善することかで自る
〇なお本発明は上記実施例のみに限定されるものではな
く、例えば第２図の使用素子の極性を反対化してＳ　Ｋ
　Ｓ図の如き構成とすることもできる。

また実施例では本発明をＭＯａｆｉオペアンプの出力パ
ラフッとして用いたが、用途はこれのみに限られない。

［発明の効果］ 以上説明した如く本発明によれば、エミッタフォロワ方
式にしてそのＭＯ８トランジスタのゲートを接続点８に
接続するという簡単な回路構成で出力電流の増大化、温
度補償及び周波数特性の改善が可能となる出力バッファ
回路が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はオペアンプの回路図、第２図及び第３図は本発
明の実施例の回路図である。 ２１・・・出力バッファ、 Ｑ２１・・・バイポーラトランジスタ、Ｔｒ２１・・・
ＭＯＳ）ランジスタ。 閂置人代場人　弁場士　　則　近　憲　佑（ｎｓ・ｌ、
る）電１０ ｓｓ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電源の一方の電極と他方の電極との間にバイポーラトラ
   ンジスタ及びＭＯ８トランジスタを直列接続し、前記バ
   イポーラトランジスタのベース電極を入力信号の供給端
   に接続し、上記両トランジスタ相互の接続点に出力端子
   を接続して工ｔｙタフオロワ回路を構成し、上記ＭＯ８
   ）ランジスタのゲートを上記出力端子に接続したことを
   特徴とすゐ出力バッファ回路。