JPS61296806A - 差動増幅器 - 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】 産業上の利用分野 本発明は例えば、音響機器や映像機器の駆動用として用
いられる小型直流モータを速度制御する際、速度検出信
号と基準信号との誤差を増幅するのに適用でき、特に、
きわめて低電圧で動作可能な差動増幅器に関するもので
ある。

従来の技術 近年、カセットテープレコーダなどの音響機器の小形軽
量化への指向はますます活発化し、電源電圧は乾電池個
数の減少により低電圧になり、取り扱う信号レベルが微
小化してきている。したがって、より低電源電圧で動作
し、より微小レベルの信号でも対応できる回路が必要と
なってきた。

以下、図面を参照しながら従来の差動増幅器について説
明する。

第２図は従来の差動増幅器の回路結線図を示すものであ
る。ＰＮＰトランジスタ６および７は互いにエミッタが
接続されると共にＰＮＰトランジスタ１０のコレクタに
接続されている。前記トランジスタ６のベースは非反転
入力端子３、同コレクタはＮＰＮ　トランジスタ８のコ
レクタにそれぞれ接続されている。また、前記トランジ
スタ７のベースは反転入力端子４、同コレクタはＮＰＮ
トランジスタ９のコレクタに接続されると共に出力端子
５に接続されている。前記トランジスタ８のベースは同
コレクタに接続されると共にトランジスタ９のベースに
接続されている。トランジスタ８および９のエミッタは
負債給電端子２に接続されている。前記トランジスタ１
０のエミッタは正側給電端子１に接続され、同ベースは
ＰＮＰ　トランジスタ１１のベースおよびコレクタに接
続されると共に定電流源１２を介して前記負債給電端子
２に接続されている。また、前記トランジスタ１１のエ
ミッタは前記正側給電端子１に接続されている。

以上のように構成された従来の差動増幅器について、以
下、その動作について説明する。

まず、非反転入力端子３の電位が反転入力端子４の電位
より、高（なったとするとトランジスタ６のコレクタ電
流は減少し、トランジスタ７のコレクタ電流が増加する
。前記トランジスタ６のコレクタ電流はトランジスタ８
および９により構成されるカレントミラー回路により、
前記トランジスタ９のコレクタ電流として出力される。

したがって、前記トランジスタ７のコレクタ電流の方が
前記トランジスタ９のコレクタ電流よりも太き（なり、
出力端子５の電位は上がる。逆に、前記非反転入力端子
３の電位が前記反転入力端子４の電位より低（なったと
すると、逆の過程を経て前記出力端子５の電位は下がる
。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような構成では両人カ端子３，４
に印加される電圧（負側給電端子２を基準電位とする）
が極めて微小な場合、トランジスタ６および７のエミッ
タ電位はほとんどトランジスタのベース・エミッタ間電
圧と等しくなる。一方、前記トランジスタ６のコレクタ
電位はトランジスタ８および９のベース・エミッタ間電
圧である。したがって、前記トランジスタ６が導通しよ
うとすると、同トランジスタは飽和してしまいコレクタ
電流を前記トランジスタ８および９に供給しきれなく、
出力端子５の電位は上昇したままとなり正常動作ができ
ないという問題点を有していた。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、入力
端子電圧がＯｖでも動作し、また、低電源電圧でも動作
可能な差動増幅器を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の差動増幅器は、互
いにエミッタが接続された第１および第２のトランジス
タからなる差動トランジスタ対と、一方の給電線路と前
記差動トランジスタ対のエミッタ共通接続点の間に接続
された給電手段と、前記差動トランジスタ対のそれぞれ
のコレクタと他方の給電線路間にそれぞれのコレクタ・
エミッタ間経路が接続されると共にベースが共通接続さ
れた第３および第４のトランジスタと、ベースとコレク
タが互いに接続されると共に前記第２および第４のトラ
ンジスタのコレクタ共通接続点に接続された第５のトラ
ンジスタと、ベースが前記第５のトランジスタのベース
に接続され、コレフタが前記第１および第３のトランジ
スタのコレクタ共通接続点に接続された第６のトランジ
スタと、ベースとコレクタが互いに接続されると共に前
記第１、第３および第６のトランジスタのコレクタ共通
接続点に接続された第７のトランジスタと、ベースが前
記第７のトランジスタのベースに接続され、コレクタが
出力端子に接続された第８のトランジスタと、前記第５
、第６、第７および第８のトランジスタのそれぞれのエ
ミッタを共に定電圧に保つ低電圧発生手段を備え、前記
第１および第２のトランジスタのベースを入力端子に接
続するという構成を備えたものである。

作用 本発明は上記した構成によって、第１および第２のトラ
ンジスタからなる差動トランジスタ対のそれぞれのコレ
クタと給電線路間に、第３および第４のトランジスタの
コレクタ・エミッタ間経路を接続し、そのコレクタ・エ
ミッタ間電圧を活性状態で動作するのに必要最小電圧（
たとえば約ｏ、　２Ｖ）程度にするようにすれば、前記
差動トランジスタ対の入力端子に入力される電圧がきわ
めて微小でも（たとえばＯｖでも）、差動増幅器として
十分動作することとなる。また、前記差動トランジスタ
対のそれぞれのコレクタに接続された第５、第６、第７
および第８のトランジスタから構成される電流減算手段
から出力を取り出すようにしており、前記第１および第
２のトランジスタの動作状態をほぼ同一にし、バランス
のとれた状態で動作させることができるため、前記差動
増幅器の入力オフセット電圧を極力少なくできる。

実施例 以下、本発明の一実施例の差動増幅器について、図面を
参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例における差動増幅器の回路結
線図を示すものである。第１図において、トランジスタ
１３のエミッタは定電流源１９を介して電源正側給電線
路２９に接続され、同コレクタは電源負側給電線路３０
に接続され、また、同ベースは抵抗１５を介して同エミ
ッタに接続されると共にトランジスタ１４のコレクタに
接続されている。前記トランジスタ１４のエミッタは前
記電源負債給電線路３０に接続され、同ベースは抵抗１
７を介して前記電源負側電線路３０に接続されると共に
抵抗１６を介して前記トランジスタ１３のエミッタに接
続されている。１８は定電圧発生手段を示している。ト
ランジスタ２１および２２はエミッタが共通接続されト
ランジスタ２０のコレクタに接続されている。前記トラ
ンジスタ２１のベースは非反転入力端子３５に接続され
、同コレクタはトランジスタ２３のコレクタに接続され
、一方、前記トランジスタ２２のベースは反転入力端子
３６に接続され、同コレクタはトランジスタ２４のコレ
クタに接続されている。前記トランジスタ２３．２４お
よびトランジスタ３４はベースが共通接続されると共に
、前記トランジスタ３４のコレクタおよびトランジスタ
３３のコレクタに接続されている。前記トランジスタ２
３．２４および３４のエミッタはいずれも前記電源負債
給電線路３０に接続されている。前記トランジスタ２０
．３３およびトランジスタ３２はベースが接続されると
共に、前記トランジスタ３２のコレクタに接続され、か
つ、定電流源３１を介して前記電源負側給電線路３０に
接続されている。前記トランジスタ２０１３２および３
３のエミッタはいずれも前記電源正側給電線路２９に接
続されている。トランジスタ２５および２６のベースは
共通接続されると共に前記トランジスタ２５のコレクタ
、また前記トランジスタ２２および２４のコレクタ共通
接続点に接続されている。トランジスタ２７および２８
のベースは共通接続されると共に前記トランジスタ２７
のコレクタ、前記トランジスタ２６のコレクタ、また前
記トランジスタ２１および２３のコレクタ共通接続点に
接続されている。前記トランジスタ２５．２６．２７お
よび２８のエミッタはいずれも前記トランジスタ１３の
エミッタに接続されている。前記トランジスタ２８のコ
レクタは出力端子３７に接続されている。

以上のように構成された本実施例の差動増幅器について
以下その動作について説明する。

まず、トランジスタ２１．２２．２３．２４および２６
のコレクタ電流をそれぞれ１２１．１２２．１２３、Ｉ
２４およびＴ２Ｂとし、出力電流であるトランジスタ２
８のコレクタ電流をＩ２８とすると次式が成立する。

１２ｅ＝　Ｉ２４−１２２　　　　　　　　　　　　　
・・・（１）■２６＋　１２８＝　１２３−１２１　　
　　　　　　　−、（２）第（１）式および第Ｃ）式よ
り １２Ｂ＝　（Ｉ２２−１２１）　＋　（１２３−Ｉ２４
）　　　・・・（３）となるが、トランジスタ２３と２
４はカレントミラー構成されており流れる電流が等しく
　Ｉ２３＝　１２４なので、 １２８＝　１２２−１２１　　　　　　　　　　　　　
・・・（４）となる。すなわち、差動トランジスタ対の
両コレクタ電流の減算を、第２図に示した従来例のよう
に差動トランジスタ対と相補形のトランジスタで構成さ
れたカレントミラー回路により直接行うのでなく、前記
差動トランジスタ対の両コレクタ電流１２１および１２
２から、それぞれ等しいバイアス電流１２３および１２
４を減じ、その結果をトランジスタ２５および２６から
なるカレントミラー回路により減算することにより、前
記バイアス電流（ｔｓおよび１２４は互いに相殺し、出
力電流１２８としては前記差動トランジスタ対の両コレ
クタ電流の差が出力される。

さて、定電圧発生手段１８の出力電圧すなわち定電圧出
力線路３８の電圧Ｖ３Ｂはトランジスタ１４のベース・
エミッタ間電圧をＶＢＩＩ■、抵抗１６および抵抗１７
の抵抗値をＲＩＢおよびＲ１７とすると次式で表される
。

いま、ＶＢＥ！４＝０．６８　（Ｖ）　、ＲＩ６＝３　
（ＫＱ）およびＲＩ７＝２０　＜ＫＱ）　とＴ６と、Ｖ
ｓｅ目ｇｉ約０．７８　（Ｖ）となる。

また、トランジスタ２５と２６のカレントミラー回路お
よびトランジスタ２　’７と２８のカレントミラー回路
において、前記トランジスタ２５と２６のエミッタ面積
は等しく、また、前記トランジスタ２７と２８のエミッ
タ面積は等しく、さらに、前記トランジスタ２５のエミ
ッタ面積は前記トランジスタ２７のエミッタ面積より大
きく構成することにより、所定の出力電流に対して前記
２つのトランジスタ２５および２７のエミッタ電流密度
をほぼ等しくなるようにし、その双方のエミッタ・ベー
ス間電圧Ｖ　ＢＥ２５およびＶ　ＢＥ２７がほぼ等しく
なるように設定できる。

イマ、ＶＢＥ２５＝ＶＢＥ２７＝０．５５　（Ｖ）とす
ると、トランジスタ２１および２３のコレクタ共通接続
点とトランジスタ２２および２４のコレクタ共通接続点
の電位はほぼ等しく０．２３　（Ｖ）となるが、前記ト
ランジスタ２３および２４はそのコレクタ電流が２０μ
Ａ程度であれば動作可能である。また、差動トランジス
タ対の両入力端子３５および３６の入力電圧がきわめて
微小であるとするとトランジスタ２１および２２のエミ
ッタ共通接続点の電位はほぼベース・エミッタ間電圧（
約０．６５　（Ｖ））に等しい。したがって、前記トラ
ンジスタ２１および２２のエミッタ・コレクタ間電圧は
０．４２　（Ｖ）となり、トランジスタ２０のコレクタ
電流が約２０μ八程度であれば十分動作する。すなわち
、両入力端子３５および３６の入力電圧が極めて微小で
あっても出力端子３７には正常な出力電流が出力される
。

また、所定の出力電流Ｉ２８に対して、トランジスタ２
１および２３のコレクタ共通接続点とトランジスタ２２
および２４のコレクタ共通接続点の電位がほぼ等しいの
で、差動トランジスタ対を構成するトランジスタ２１お
よび２２はエミッタ・コレクタ間電圧がほぼ等しく、前
記２つのトランジスタの動作状態が同一となり、また、
カレントミラー回路を構成する前記トランジスタ２３お
よび２４は双方のエミッタ・ベース間電圧はもちろんコ
レクタ・エミッタ間電圧がほぼ等しくなるため、差動増
幅器として入力オフセット電圧をきわめて小さくでき、
周囲温度の変化に対しても、また、電源電圧の変動に対
しても安定な動作ができる。

また、本実施例のような構成であれば電源電圧が１ｖで
も動作可能である。例えば、トランジスタが活性状態で
動作するのに必要最小なエミッタ・コレクタ間電圧を０
．１５　（Ｖ）　、定電圧発生手段の出力電圧を０．７
８　（Ｖ）とすると、電源電圧がＩＶになってもトラン
ジスタは正常動作する。電源電圧の低下に対する動作限
界電圧は定電圧発生手段の出力電圧Ｖ３８を０．７８　
（Ｖ）に設定し、定電流源１９にはトランジスタのエミ
ッタ・コレクタ間経路が接続され、その飽和電圧を０．
１５（Ｖ）とすると、動作限界電圧は０．９３（Ｖ）と
なりＩＶでも動作可能となる。さらに、各トランジスタ
のベース・エミッタ間電圧は約−２（ｍｖ／℃）の温度
係数を持っているので、その温度係数を補償する傾向に
前記定電圧発生手段３０に負の温度係数を持たせるよう
にすれば、常温だけでな（周囲温度の変化にかかわらず
十分な動作を確保できる。

なお、本実施例において、それぞれのトランジスタを相
補型トランジスタで構成してもよいことは言うまでもな
い。

発明の効果 以上のように本発明は互いにエミッタが接続された第１
および第２のトランジスタからなる差動トランジスタ対
と、一方の給電線路と前記差動トランジスタ対のエミッ
タ共通接続点の間に接続された給電手段と、前記差動ト
ランジスタ対のそれぞれのコレクタと他方の給電線路間
にそれぞれのコレクタ・エミッタ間経路が接続されると
共にベースが共通接続された第３および第４のトランジ
スタと、ベースとコレクタが互いに接続されると共に前
記第２および第４のトランジスタのコレクタ共通接続点
に接続された第５のトランジスタと、ベースが前記第５
のトランジスタのベースに接続され、コレクタが前記第
１および第３のトランジスタのコレクタ共通接続点に接
続された第６のトランジスタと、ベースとコレクタが互
いに接続されると共に前記第１、第３および第６のトラ
ンジスタのコレクタ共通接続点に接続さ机た第７のトラ
ンジスタと、ベースが前記第７のトランジスタのベース
に接続され、コレクタが出力端子に接続された第８のト
ランジスタと、前記第５、第６、第７および第８のトラ
ンジスタのそれぞれのエミッタを共に定電圧に保つ定電
圧発生手段を備え、前記第１および第２のトランジスタ
のベースを入力端子に接続することにより、電源電圧が
１（Ｖ）というきわめて低電圧でも動作し、また、入力
電圧がきわめて微小でも動作可能であり、しかも入力オ
フセット電圧がきわめて小さな差動増幅器を実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における差動増幅器の回路結
線図、第２図は従来の差動増幅器の回路結線図である。 １８・・・・・・定電圧発生手段、２０・・・・・・給
電手段、２１・・・・・・第１のトランジスタ、２２・
・・・・・第２のトランジスタ、２３・・・・・・第３
のトランジスタ、２４・・・・・・第４のトランジスタ
、２５・・・・・・第５のトランジスタ、２６・・・・
・・第６のトランジスタ、２７・・・・・・第７のトラ
ンジス′り、２８・・・・・・第８のトランジスタ、３
５．３６・・・・・・入力端子、３７・・・・・・出力
端子。 第２（！ｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いにエミッタが接続された第１および第２のト
   ランジスタからなる差動トランジスタ対と、一方の給電
   線路と前記差動トランジスタ対のエミッタ共通接続点の
   間に接続された給電手段と、前記差動トランジスタ対の
   それぞれのコレクタと他方の給電線路間にそれぞれのコ
   レクタ・エミッタ間経路が接続されると共にベースが共
   通接続された第３および第４のトランジスタと、ベース
   とコレクタが互いに接続されると共に前記第２および第
   ４のトランジスタのコレクタ共通接続点に接続された第
   ５のトランジスタと、ベースが前記第５のトランジスタ
   のベースに接続され、コレクタが前記第１および第３の
   トランジスタのコレクタ共通接続点に接続された第６の
   トランジスタと、ベースとコレクタが互いに接続される
   と共に前記第１、第３および第６のトランジスタのコレ
   クタ共通接続点に接続された第７のトランジスタと、ベ
   ースが前記第７のトランジスタのベースに接続され、コ
   レクタが出力端子に接続された第８のトランジスタと、
   前記第５、第６、第７および第８のトランジスタのそれ
   ぞれのエミッタを共に定電圧に保つ定電圧発生手段を備
   え、前記第１および第２のトランジスタのベースを入力
   端子に接続してなる差動増幅器。
2. （２）第５のトランジスタのエミッタ面積を第７のトラ
   ンジスタのエミッタ面積より大きくした特許請求の範囲
   第１項記載の差動増幅器。
3. （３）第５のトランジスタのエミッタ電流密度と第７の
   トランジスタのエミッタ電流密度をほぼ等しくし、前記
   第５および第７のトランジスタのエミッタ・ベース間電
   圧をほぼ等しくした特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の差動増幅器。