JPS6159902A - 増幅装置 - 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】 本発明は、同一導電型式の第１トランジスタおよび＠２
トランジスタを備え、これらの各トランジスタが入力信
号を供給される制御端子、第１主端子および第２主端子
を有し、第１主端子を共通端子に１４続し、 入力信号に依存するバイアス１流を共通端子に供給する
バイアス電流供給手段を備え、バイアス電流供給手段に
第３トランジスタおよび第４トランジスタを設け、これ
らの各トランジスタが制御端子並びに′ｆｙＪ１および
第２主端子を有し、第８トランジスタおよび第４トラン
ジスタにおける電流がそれぞれ第１トランジスタおよび
第２トランジ・スタにおける電流の目安となる増幅装置
に関する８本明細書においてｍｌ主端子および第２主端
子は、二二ボーラトランジスタの場合にはそれぞれソー
ス電極およびドレイン電極であり、バイポーラトランジ
スタの場合にはそれぞれエミッタおよびコレクタである
。

かかる回路配置は集積回路において汎用するのに好適で
あり、特にスイッチト・キャパシタ・フィルタ回路に好
適である。

集積回路においては、これにおいて使用される増幅回路
の電力消散を最小にすることが重要である。これは増幅
装置に対するバイアス電流を小さく選定することによっ
て達成できる。しかしバイアス電流を小さくすると増幅
装置のスルーレートが制限される。用語１スルーレート
２は、増幅装置の負荷が容量性の場合における出力信号
の最大変化レートを意味する。このスルーレートは”！
７幅装置のバイアス電流に比例する高いスルーレートと
共に低い電力消散を得るため、入力信号が増大する際増
幅装置ｔ゛のバイアス電流を増大させること、は既知で
ある。かかる解決東は特に、論文“セレ。

クチイブ・バイアシング・シーモス・アンプリファイヤ
ーズ（５ｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｂｉａｓｉｎｇ　０ＭＯ３
ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ）’アイ・イー・イー・イー・ジ
ャーナル・オブ・ソリ）１”　・ス？　−）　・ｆ−キ
ラ”）　（ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＳｏｌｉｄ
−３ｔａｔｅ　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ　）、　Ｖｏｌ、　Ｓ
　Ｃ−１７，７１Ｌ８１　Ｊｕｎｅ　１９８２１第５２
２〜５２８頁に記載されている。この論文においては、
小さい一定バイアス電流に、増幅トランジスタにおける
電流の差の絶対値に比例する信号依存電流を付加するこ
とが提案されている。この回路配置ではこれを達成する
のにバイアス電流の正帰還を行い、帰題量を増幅回路の
出力電流差に依存するようにしている。しかしバイアス
電流が正確には規定されず、その理由は正帰還によりバ
イアス電流が必要とされるより大きい範囲まで増大して
しまうからである。これによっても不必要に高い電力消
散が起る。従って本発明の目的は、信号依存バイアス′
ｉｌＥ流を使用しかつ電力消散を極めて小さくする増幅
装置を提供するにある。かかる目的を達成するため本発
明の増幅装置は、基準電流と、第３トランジスタおよび
第４トランジスタにおける電流のうち小さい方の’ｔｔ
流との差の目安となる制御信号を発生する制御信号発生
手段と、 共ｊ１１端子に供給されるバイアス電流を制御すること
により制御信号発生手段からの制御信号を最小にする負
帰還手段とを備えたことを特徴とする。

本発明による増幅装置は、入力電圧においてバイアス電
流を制御するため負帰還を使用して第３トランジスタお
よび第４トランジスタにおける電流のうち小さい方の電
流が基準電流にほぼ等しくなるようにする。従って、入
力信号が増大した場合、大きい方の電流が増大し続ける
ので、バイアス電流も増大し続ける。バイアス電流は必
要な範囲より大きい範囲へは最早や増大せず、その理由
は第３トランジスタおよび第４トランジスタにおける電
流のうち小さい方の電流を、極めて小さく選定できる基
準電流にほぼ等しくなるよう制御するからである。この
制御は負帰還ループにおける高いループ利得と共に極め
て迅速かつ正確に実現・することができる。

第３トランジスタおよび第４トランジスタを第１トラン
ジスタおよび＠２トランジスタの制御端子にそれぞれ接
続し、かつ第３トランジスタおよび第４トランジスタの
′！￥１主端子を共通端子に接続することができる。第
３トランジスタおよび第４トランジスタをかかる仰様で
配設することによりこれらトランジスタには第１トラン
ジスタおよび第２トランジスタと同じ入力信号が供給さ
れるので、第３および第４トランジスタにおける電流は
第１および第２トランジスタにおける電流に比例し、比
例係数はトランジスタの相対的幾何学的構造によって決
まる。第１トランジスタおよび第２トランジスタがそれ
ぞれ負荷トランジスタにより負荷された場合、他の実施
例において、第３トランジスタおよび第４トランジスタ
の入力端子をこれら負荷トランジスタとそれぞれ並列に
配設することができる。

制御信号発生手段がｉ３）ランジスタおよび第４トラン
ジスタにおける電流のうち小さい方の電・流を出力端子
に供給する選択回路と、前記出力端子に基準電流を供給
する電流源とを！１ｉｔｌえ、前記端子に供給される電
流の差を以って制御信号を形成するようにすることがで
きる。選択回路は種々の態様で構成することができる。

簡単かつ実用的な選択回路を備える本発明の実施例は、
選択回路が第５トランジスタ、第６トランジスタ、第７
トランジスタおよび第８トランジスタを備え、これらの
各トランジスタが制御端子、第１主嬬子および＠２主端
子を有し、第５トランジスタおよび第６トランジスタを
直列に配置し、かつこれらトランジスタの制御端子を第
７トランジスタの制一端子および第１主端子にそれぞれ
接続し、第７トランジスタの第１主端子を第３トランジ
スタの第２主端子にも結合し、第８トランジスタの制御
端子および第１主端子を第６トランジスタの第２主端子
および第１主端子にそれぞれ接続し、第６トランジスタ
の第１主端子を第４トランジスタの第２主端子にも結合
し、第８トランジスタの第２主端子を選択回路の出力端
子に接続するよう構成したこ・とを特徴とする。

負帰還手段が電流増＋＋ｇａ器を１１１１え、その入力
端子を選択回路の出力端子に１き続し、かつその出力端
子を共通端子に４′ｉ合するようにすることができる０
電流増幅器により負帰還ループにおいて高いループ利得
を付与することができ、その結果高速かつ効果的な負帰
臂が得られる。電流増幅器に対しては、Ｓ積回路におい
て使用するに好適な種々の形式の既知の電流増幅器の任
意のものを使用することができる。

電流増幅器が制御端子、第１主端子および第２主端子な
有する第９トランジスタを（Ｉｉｇえ、第９トランジス
タの制御端子を選択回路の出力端子に結合し、第９トラ
ンジスタの第２端子を共通端子に結合し、第９トランジ
スタの制御端子および第１主端子の間に電流源を配置す
ると、簡単かつ好適な電流増幅器を得ることができる。

次に図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の増幅装置の原理を示す。この増幅装置
は差動トランジスタ対として接続配置する２閏のトラン
ジスタでよおよびＴ２を（Ｑえ、これらトランジスタの
ソース電極は共通端子２に接続してバイアス電流工、を
供給されるようにする。

入力信号Ｖ・はトランジスタＴ　およびＴ２のゲート電
極３および４の間に供給することができる。

なお、増幅装置は対称駆動方式に代えて非対称駆動方式
とすることもできる。入力信号ｖｉによりトランジスタ
Ｔ　に電流工□が生じ、かつトランジスタＴ　に電流工
、が生じる。トランジスタテ工と並・列トにントー７４
ランジスタＴ３を配設し、かつトランジスタで　と並列
にトランジスタで、を配設する。従って入力電圧ｖｉは
これらトランジスタの制御電極間にも現われるので、ト
ランジスタＴ８およびＴ、における電流工、および工、
の間の比はトランジスタでよおよびＴ２における電流工
、および工２の間の比に等しくなる。゛亀流工、および
工、の間の比および電流工　および工、の間の比はトラ
ンジスタの相対的な幾何学的構造、即ちトランジスタの
チャンネルの長さ７幅の比によって決まる。一般に、電
流工　および工、が電流工、および工２より小ざく・な
るようにこの比を選定する。しかし代案としてこれらの
電流を等しくすることもできる。トランジスタＴ　およ
びＴ、は、入力信号ｖ１が増大して増幅装置により高い
スルーレートと極めて低い電力消散とが組合わされると
き、共通入力端子２に供給されるバイアス電流工ｔを増
大させる回路の一部を構成する。トランジスタＴ、およ
びＴ、からの電流工、および工、は選択回路５の入力端
子６および７に供給きれ、この選択回路は２つの電流工
　および工、のうち小さい方の電流をこの選択口路の出
力端子８に供給する。更に出力端子８には、電流源９に
よって供給する基準電流工。が供給される。この基準電
流工　と、２つの電流工、および工、のうち小さい方の
電流との間の差により制御信号を構成し、この制御信号
を電流増幅器１ｚＯの入力端子１１に供給し、電流増幅
器の出力端子１２には増幅装置に対するバイアス電流粍
が発生する。この制御信号を入力端子ｖ１の関数として
次に述べる態様で制御するようにする。制御端子３およ
び４の間に人力信号が発生していない場合、・バイアス
電流れは、トランジスタの幾何学的構造の間の比によっ
て決まる比でトランジスタでよ。

Ｔ２および４ａ　ｒ　Ｔ４の間に分配される。その場合
電流工、は電流工、に等しくなり、かつ電流工、は電流
工、に等しくなる。この状態では電流工、および工、の
一方が常に選択回路５の出力端子８に現われる。選択回
路の出力電流が、例えば、電流源９からの基準電流工。

より小さい場合、これら電流の間の差電流が制御電流と
して電流増幅器１゜の入力端子１１に供給され、バイア
ス電流工を従って電流工、および工、を増大させる。そ
の場合バイアス電流工ｔは、電流Ｉ８および工、が基準
電流工。に等しくなる平衡状態に到達するまで増大する
。この基準電流工。を極めて小さくして、入力信号が存
在しない場合電流工、および工、従って電流工、および
工２を極めて小さくすることができる。

人力信号■□が供給された場合、電流工、は、例えば、
増大し、かつ電流工、が減少する。その場合、選択回路
５の出力端子８に現われる電流工、は基帛電流工。より
小さくなるので、電流増幅器１ｏに制御電流が供給され
る。その結果、バイアス電流■、は電流工、が基準１Ｂ
流工。に等しくなるまで再び増大し、従って制御電流は
ゼロに減少する。入力信号ｖ１が増大した場合、かかる
態様において２つの電流工、及び工、のうち小さい方の
電流が基準電流工。に等しくなる。電流工、および工、
の間並びに電流工２および工、の間の比が一定であるた
め、電流工、および工２は同一態様で制御される。

２つの電流工、および工、のうち小さい方の電流を常に
一定電流に等しくするから、２つの電流のうちの大きい
方の゛電流も、高いスルーレートを得るために必要な電
流より増大しないよう制御される。

またこれにより、増幅装置の電力消散が最小になる。

次に本発明の第１実施例を第２図につき詳細に説明する
こととし、第２図において第１ＩｉＪにおけると同一要
素は同一参照数字で示す。本例の増幅装置は相互フンダ
クタンス増幅器として溝成し、トランジスタＴよのドレ
イン電極を、トランジスタＴ　およびＴ６を含む電流ミ
ラー回路を介してト°ランジスタテ２のドレイン電極に
結合し、トランジスタで２のドレイン電極により増幅装
置の出力端子１５を構成する。トランジスタＴ□および
Ｔｇの差電流がこの出力端子１５に現われる。選択回路
５はトランジスタＴ７を備え、そのソース電極をトラン
ジスタＴ、のドレイン電極に接続し、かつトランジスタ
Ｔ７のゲート電極およびドレイン電極を電源正端子に接
続する。またトランジスタＴ、のソース電極はトランジ
スタＴ、のゲート電極に接続し、トランジスタＴ９はト
ランジスタで８と直列に接続する。トランジスタＴ９の
ソース電極はトランジスタで、のドレイン電極に接続す
る。トランジスタＴ８のゲート電極およびドレイン電極
はトランジスタＴ７のゲート１！極およびドレインを極
にそれぞれ接続する。トランジスタテ工。のゲート電極
はトランジスタＴ、のドレイン電極およびトランジスタ
で８のソースミ電極の共通接続点に接続し、トランジス
タＴ□。のソース−ｇＬ極はトランジスタで、のドレイ
ン８極に接続する。トランジスタテ工。のドレイン電極
は選択回路°５の出力端子８に接続する。トランジスタ
テ工。はトランジスタＴ７と同一であり、トランジスタ
で８はトランジスタＴ、と同一である。選択回路５は次
の如く作動する。トランジスタＴ７　＋　Ｔｇ　ｒ　Ｔ
工。

およびＴ８のゲート・ソース共通接続部は閉ループを構
成するので、これらトランジスタのゲート、ソース電圧
の和はゼロになる。トランジスタＴ８およびＴ９には同
−電流工、が流れるから、これらトランジスタのゲート
・ソース電圧は互に等しくなる。従って、トランジスタ
Ｔ７およびＴ工。のゲート・ソース電圧も等しくなるの
で、トランジスタテ工。における電流は′ａＬ流工、に
等しくなる。電流工、は電流工、および工、の和に等し
く、従って電流工、より大きいから、２つの電流工、お
よび工。

のう、ち小さい方の電流が語釈回路の出力端子８に現わ
れる。電流工、に比べ亀流工、が減少した場合、電流工
、はゼロになるまで減少する。その場合電流工、および
工、は互に等しくなる。そして電流工。

全体がトランジスタテ工。を流れる。′ル流工、に対し
電流工、が一層減少した場合には選択回路の出・力電流
も減少する。その結果、電流工、が電流工。

より小さくなると、電流工　および工、のうち小さい方
の電流が選択回路５の出力端子８に現われる。

制御電流はホロワトランジスタでよ、を介して電流増幅
器に供給される。トランジスタテ工、のゲート電極は基
準電圧ＶＲにあり、従って選択回路の出力端子８におけ
る電圧を維持する。電流増幅器はトランジスター２を備
え、そのゲート電極およびソース電極の間に電流源１６
を配設する。この電流源に対する電流は、基準電流工。

を供給する電流源９によって供給する。トランジスタで
１２のドレイン８極は共通端子２に対するバイアス電流
工ｔを供給する。制御電流によりトランジスタＴ１２の
ゲート１！極における電圧が著しく増大するので、この
トランジスタを流れる電流が著しく増大する。

ここで述べた電流増幅器に代えて他のいずれかの電流増
幅器を使用できることに注意する必要がある。＠２図に
示した実施例においてすべてのｐ−ＭＯＳ　）ランジス
タをＮ−ＭＯＳ）ランジスタによって置換し、かつすべ
てのＮ−ＭＯＳ）ランジ、スタをＰ−ＭＯＳ　）ランジ
スタによって置換でき、そのｍ１合すべての電流源の極
性を逆にする必要があることは明らかである。

次に本発明の第２実施例を第３図について説明すること
とし、第３図において第２図におけると同一要素は同一
参照数字で示す。トランジスタＴ２における電流工　は
トランジスタＴ　およびＴ工、を含む電流ミラー回路を
介して出力端子１５に供給され、かつトランジスタＴ０
における電流工、はトランジスタＴ　およびＴ□、を含
む第１電流ミラー回路と、トランジスタで　およびＴ１
５を含む第２電流ミラー回路を介して出力端子１５に供
給されるので、トランジスタでよおよびＴ２における電
流の差が出力端子１５に現われる。トランジスタで１９
はトランジスタで、の入力端子と並列に配設した入力端
子を有し、かつトランジスタＴ、に対し、トランジスタ
テ工における電流工、に等しいか又は比例する電流工、
を流すような幾何学的構造を有する。同様に、トランジ
スタＴ２０はトランジスタで６の入力端子に並列に配設
した入力端子を有し、かつトランジスタで２における電
流工２に等・しいかまたは比例する電流工　を流す。電
流工。及び工、は電流選択回路の入力端子６および７に
供給し、この電流選択回路は２ｇ２図における選択回路
と同じ形式であるが、Ｐ−ＭＯＳ）ランジスタに代えＮ
−ＭＯＳトランジスタをｆｉｉｉｔえている。制御信号
は同じく電流増幅器の入力端子に供給し、７区流増幅器
の出力端子には増幅装置に対するバイアス電流工ｔが現
われる。電流増幅器はソース電極に基準電圧ｖＲを印加
されたトランジスタＴ２１および”２２で借成した電流
ミラー回路を備え、このミラー回路が制御電流を又映す
る。電流ミラー回路Ｔ　　、Ｔ　　の出力電流はトラン
ジスタテ工２のＦｌ　　　　　　２２ ゲート電極に供給し、そのドレイン電極から共通端子２
ヘバイアス電流工ｔが供給される。

この実施例においてもＰ−ＭＯＳ　トランジスタをＮ−
ＭＯＳ　）ランジスタによって置換し、かつＮ−ＭＯＳ
　）ランジスタをＰ−４０Ｓ）ランジスタによって置換
することができ、その場合電流源の極性を逆にする必要
がある。

本発明は上に述べた実施例に限定されるもので１はない
。当業者であれば本発明の範囲内で、例えば、選択回路
および電流増幅器につき種々の変形力可能である。図示
したすべての実施例にはＭＯＳトランジスタが配設され
ていが、代案としてバイポーラトランジスタを配設する
か又はＭＯＳ　）ランジスタおよびバイポーラトランジ
スタを組合せて配役することもできる。［０３）ランジ
スタの場合増幅装置は公称動作範囲において作動するＭ
ＯＳトランジスタと共に作動する（強い皮切だけ■・・
でなく、極めて小さい電流で作動するＭＯＳ　）ランジ
スタと共にも作動する（弱い反転）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による増幅装置の動作原理を示す回路図
、 第２図は本発明の第１実施例の回路図、第３図は本発明
の第２実施例の回路図である。 ２・・・共通端子　　　　３，４・・・制御入力端子５
・・・選択回路　　　　６，７・・・入力端子８・・・
出力Ａλ１子　　　　１ｏ・・・電流増幅器、１５・・
・増幅装置の出力端子 特許出願人　　　エヌ・ペー・フィリップス・フルーイ
ランベンファプリケン 蜘　　　　　。 吟　　　　　〉 ４； べ 七ヒ ；

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、・同一導電型式の第１トランジスタおよび第２トラ
   ンジスタを備え、これらの各トランジスタが入力信号を
   供給される制御端子、第１主端子および第２主端子を有
   し、 第１主端子を共通端子に接続し、 ・入力信号に依存するバイアス電流を共通端子に供給す
   るバイアス電流供給手段を備え、バイアス電流供給手段
   に第３トランジスタおよび第４トランジスタを設け、 これらの各トランジスタが制御端子並びに第１および第
   ２主端子を有し、 第３トランジスタおよび第４トランジスタにおける電流
   がそれぞれ第１トランジスタおよび第２トランジスタに
   おける電流の目安となる増幅装置において、 ・基準電流と、第３トランジスタおよび第４トランジス
   タにおける電流のうち小さい方の電流との差の目安とな
   る制御信号を発生する制御信号発生手段と、 共通端子に供給されるバイアス電流を制御することによ
   り制御信号発生手段からの制御信号を最小にする負帰還
   手段とを備えたことを特徴とする増幅装置。 ２、第３トランジスタおよび第４トランジスタを第１ト
   ランジスタおよび第２トランジスタの制御端子にそれぞ
   れ接続し、かつ第３トランジスタおよび第４トランジス
   タの第１主端子を共通端子に接続する特許請求の範囲第
   １項記載の増幅装置。 ３、第１トランジスタおよび第２トランジスタが、第１
   トランジスタおよび第２トランジスタとは反対導電型式
   の第１負荷トランジスタおよび第２負荷トランジスタに
   よつてそれぞれ負荷され、これら負荷トランジスタの各
   々が制御端子、第１主端子および第２主端子を有し、第
   １負荷トランジスタの制御端子をその第２主端子および
   第１トランジスタの第２主端子に結合し、第２負荷トラ
   ンジスタの制御端子をその第２主端子および第２トラン
   ジスタの第２主端子に結合し、第３トランジスタおよび
   第４トランジスタの制御端子を第１負荷トランジスタお
   よび第２負荷トランジスタの制御端子にそれぞれ結合し
   、第３トランジスタおよび第４トランジスタの第１主端
   子を第１負荷トランジスタおよび第２負荷トランジスタ
   の第１主端子にそれぞれ結合する特許請求の範囲第１項
   記載の増幅装置。 ４、制御信号発生手段が第３トランジスタおよび第４ト
   ランジスタにおける電流のうち小さい方の電流を出力端
   子に供給する選択回路と、前記出力端子に基準電流を供
   給する電流源とを備え、前記出力端子に供給された電流
   の差を以つて制御信号を形成する特許請求の範囲第１、
   ２または３項記載の増幅装置。 ５、選択回路が第５トランジスタ、第６トランジスタ、
   第７トランジスタおよび第８トランジスタを備え、これ
   らの各トランジスタが制御端子、第１主端子および第２
   主端子を有し、第５トランジスタおよび第６トランジス
   タを直列に配置し、かつこれらトランジスタの制御端子
   を第７トランジスタの制御端子および第１主端子にそれ
   ぞれ接続し、第７トランジスタの第１主端子を第３トラ
   ンジスタの第２主端子にも結合し、第８トランジスタの
   制御端子および第１主端子を第６トランジスタの第２主
   端子および第１主端子にそれぞれ接続し、第６トランジ
   スタの第１主端子を第４トランジスタの第２主端子にも
   結合し、第８トランジスタの第２主端子を選択回路の出
   力端子に接続する特許請求の範囲第４項記載の増幅装置
   。 ６、負帰還手段が電流増幅器を備え、その入力端子を選
   択回路の出力端子に接続し、かつその出力端子を共通端
   子に結合する特許請求の範囲第１、２、３、４または５
   項記載の増幅装置。 ７、電流増幅器が制御端子、第１主端子および第２主端
   子を有する第９トランジスタを備え、第９トランジスタ
   の制御端子を選択回路の出力端子に結合し、第９トラン
   ジスタの第２主端子を共通端子に結合し、第９トランジ
   スタの制御端子および第１主端子の間に電流源を配置す
   る特許請求の範囲第６項記載の増幅装置。