JPS62243408A - 差動増幅回路 - 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】 〔発明の産業上の利用分野〕 本発明は、低電圧（減電圧約０．９Ｖ）で作動する差動
増幅回路であって、入出力ダイナミックレンジが大きく
、且つ反転出力端子と非反転出力端子を具えた差動増幅
回路に関するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の差動増幅回路について第５図に基づき説明する。

斯かる差動増幅回路は、トランジスタＱ１、Ｑ２からな
る差動対を基本として、その能動負荷回路としてダイオ
ードＤ１とトランジスタＱ３、及びダイオードＤ２とト
ランジスタＱ５からなる二つのカレント・ミラー回路と
、抵抗Ｒ４が付加されている。トランジスタＱ１のベー
スに交流信号Ｓがバイアス電圧源１０の直流電圧Ｅｌに
重畳されて非反転入力端子３を介して印加され、カレン
ト・ミラー回路からは、負荷電流（ミラー電流）が夫々
トランジスタＱ７とダイオードＤ４からなるカレント・
ミラー回路に供給されるようになされ、トランジスタＱ
３とＱ７との接続点を非反転出力端子９とし、トランジ
スタＱ２のベースと接地端子２間に抵抗ＲＩＯとバイア
ス電圧源８が直列に接続され、トランジスタＱ２のベー
スと出力端子９間に帰還抵抗Ｒ２０が接続されている。

しかし、斯かる非反転型の差動増幅回路は、ＩＶ以下（
減電圧０．９Ｖ）の低い電源電圧ＶＣＣで作動させよう
とすると、入出力ダイナミックレンジが小さく大きい振
幅の交流入力信号に対しては動作しないか、或いは、歪
を生じる欠点があり、これについて第６図に基づき説明
する。トランジスタＱ１をバイアスする為には、トラン
ジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧Ｖｉａ（約０．６
８Ｖ）より高いバイアス電圧を印加しなければならない
。

従って、バイアス電圧Ｅｌを約０．７ｖの電圧に設定し
、トランジスタＱ１のベースに交流信号゛Ｓをバイアス
電圧Ｅ、に重畳させて印加させる。信号Ｓはバイアス電
圧Ｅｌの電位を基準として振幅し、その振幅電圧はトラ
ンジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧Ｖａｔ（約０．
６８Ｖ）で制約される。

即ち、入力ダイナミックレンジは、高々０．０４Ｖｐ−
ｐとなり、この値より大きな振幅の信号Ｓが入力された
場合は、歪を生じることになり好ましくない。

従って、低電圧に於いては、トランジスタＱ１のベース
に直接信号が印加される差動増幅回路では、入力ダイナ
ミックレンジを大きくすることは不可能である。

無給、斯かる差動増幅回路では、入力信号の位相に対し
て同相の出力と逆相の二種の出力を得ることは、困難で
ある。

〔発明の目的〕

本発明に係る差動増幅回路は、上述の如き問題点の改善
の為になされたもので、その主な目的は、１ｖ以下の低
電圧（減電圧０．９Ｖ）で安定した動作をする差動増幅
回路を提供するにある。

又、本発明の他の目的は、入出力ダイナミックレンジの
大きい負帰還型の差動増幅回路を提供するにある。

更に又、本発明の他の目的は、互いに位相め反転した二
種の出力を得ることのできる差動増幅回路を提供するに
ある。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明に係る差動増幅回路の一実施例を示す
回路図である。

図に於いて、１は電源端子、２は接地端子、３はバイア
ス電圧Ｅ、が供給される入力端子、４はバイアス電圧Ｅ
ｌに交流入力信号Ｓが重畳されて印加される入力端子、
５は非反転出力を得る出力端子、６は反転出力を得る出
力端子、１３乃至１６は第１乃至第４のカレント・ミラ
ー回路、８゜１０．１１はバイアス電圧源、１２．１８
は定電流源回路である。電源電圧ｖｃｃは約ＩＶ（減電
圧０．９Ｖ）に設定し、バイアス電圧Ｂ、を約０．７ｖ
に設定し、バイアス電圧ＥＳをＶｃｃ／２に設定する。

斯かる差動増幅回路は、交流入力信号Ｖ、がバイアス電
源Ｅｌに重畳されて入力端子４から印加され、夫々のカ
レント・ミラー回路１３．１４からミラー電流として夫
々（Ｉ−Δｌ）、（１＋Δｉ）の電流が過渡的に流れる
ものとする。！は直流電波成分を示し、その直流成分Ｉ
は、 Ｉ　＝　（Ｅ＋　　Ｖｍｉ）　／　Ｒ４・・・・・・ｉ
ｌｌで表される。又、Δｉは信号電流成分を示し、その
信号電流成分Δｉは、 Δｉ　−１／　２　・ｖ　ｏ　／　Ｒ１＝−（２１で表
される。更に、カレント・ミラー回Ｂ１４を介して、ダ
イオードＤ４には、順方向電流として（Ｉ十Δｉ）のミ
ラー電流が流れ込むので、カレント・ミラー回路１５の
出力段のトランジスタＱ７のコレクタ電流として（Ｉ＋
Δｉ）の電流が流れようとする。又、カレント・ミラー
回路１３の出力段のトランジスタＱ３から（■−Δｉ）
のミラー電流が供給されるので、非反転出方端子６側に
電流が流れ込まないとするならば、負帰還抵抗Ｒ２に２
Δｉの電流が流れる。従って、負帰還抵抗Ｒ２には、２
Δ５−Ｒ２の電圧降下が発生することになる。

一方、カレント・ミラー回路１３の出力段のトランジス
タＱ４を介して、ダイオードＤ３に順方向電流として（
Ｉ−Δｉ）のミラー電流が供給される。又、カレント・
ミラー回路１４の出力段のトランジスタＱ６を介して（
Ｉ＋Δｉ）のミラー電流が流れる。トランジスタＱ８は
ダイオードＤ３と共にカレント・ミラー回路１６を形成
しているので、トランジスタＱ８のコレクタ電流として
は、（Ｉ−Δｉ）の電流が流れようとする。従って、ト
ランジスタＱ８は、トランジスタＱ６から（Ｉ＋Δｉ）
のミラー電流が供給されるので、２２点では、抵抗Ｒ３
に２Δｉの電流を流し込むことになる。従って、抵抗Ｒ
３には２Δ１−Ｒ３の電圧降下を発生し、非反転出力端
子５からバイアス電圧Ｅ２に２Δ１−Ｒ３の電圧が重畳
された出力が出力される。バイアス電圧源Ｅ２は、Ｅｌ
／２の値に設定される。

次に、斯かる差動増幅回路の入出力ダイナミックレンジ
について第３図と共に説明する。

定電流源回路１７から定電流１．を負帰還抵抗Ｒ２に流
し込んでいるので、負帰還抵抗Ｒ２の端子間に′は、■
、・Ｒ２の電圧降下が生じる。従って、トランジスタＱ
３とＱ７との接続点Ｐ１の電位は、バイアス電圧Ｅ、よ
りＩｏ　・Ｒ２の値だけ電圧降下する。従って、反転出
力端子６では、基準電圧電位（イ）が、（Ｅ　Ｉ　　　
ｔ。・Ｒ２）の値となり、基準電位（イ）をＶｃｃ／２
に設定すれば、出力（ロ）の最大振幅電圧は、電源電圧
ＶＣＣがらトランジスタの飽和電圧ＶＣＨの２倍（２Ｖ
Ｃりの値を差し引いた値となり、即ち、入出力ダイナミ
ックレンジが（Ｖｃｃ　　２　ＶＣり　ＶＰ−Ｐの値と
なり、極めて太き（設定できる。

尚、斯かる差動増幅回路の交流入力電圧をｖｏとし、非
反転出力端子５からの出力をｖｌとすると、この差動増
幅回路の利得Ｇは、次式のように示される。

Ｇ　＝　Ｖ　ｔ　／　Ｖ　ｏ　＝　Ｒ３／　Ｒ１−−（
３）更に又、反転出力端子６からの出力をｖ２とすると
、その利得Ｇは、次式のように示される。

Ｇｘｖ、／ｖ６　＝Ｒ２／Ｒ１・・−・−ｒ４を従って
、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値を等しく設定すれば、反転出
力端子６と非反転出方端子５がら導出される出力は、入
力信号に対し同期しており、互いに位相の反転した振幅
電圧の等しい出力を導出することができる。

次に、本発明の他の実施例について第２図に基づき説明
する。第２図の実施例では、定電流源回路１９が、接続
点Ｐ２から定電流Ｉ０を引き込むようになされており、
他は第１図の実施例と同じ回路である。又、定電流源１
２からの定電流とエミッタ抵抗Ｒ４に流れる電流を１．
と設定した場合の例である。

入力端子４から交流入力信号ｖ０が、抵抗Ｒ１を介して
、トランジスタＱ２のベースに印加される。又、定電流
源回路１２から定電流Ｉ０が負帰還抵抗Ｒ２に供給され
ている。従って、カレント・ミラー回路１３．１４には
、夫々の出力段のトランジスタから−（Δｉ＋Ｉｅ／２
）、　　（Δｉ＋１０／２）のミラー電流が流れる。ト
ランジスタＱ３のコレクタ電流として−（Δｉ＋７゜／
２）のミラー電流が流れ、カレント・ミラー回路１４の
トランジスタＱ５から（Δｌ　＋　ｒｅ／　２　）のミ
ラー電流がダイオードＤ４に流れ込むので、トランジス
タＱ７のコレクタ電流として、（Δｉ＋ｌ。／２）の電
流が流れる。従って、（２Δｉ＋１０）の電流が負帰還
抵抗Ｒ２に流れることになり、負帰還抵抗Ｒ２の端子間
には、Ｒ２・　（２Δｉ＋ｌ。）の電圧降下を生じるこ
とになる。依って、反転入力端子６には、Ｅ＋Ｒ２・　
（２Δｉ’＋７０）の出力電圧が発生することになる。

一方、カレント・ミラー回路１４のトランジスタＱ６か
らは、（Δｉ十■。／２）のミラー電流が流れる。カレ
ント・ミラー回路１３のトランジスタＱ４からミラー電
流として−（Δｉ＋　ｔｏ／　２　）のミラー電流が、
ダイオードＤ３に流れるので、トランジスタＱ８のコレ
クタ電流として、−（Δ１＋１゜／２）の電流が流れよ
うとする。従って、２２点から非反転出力端子５に（２
Δｉ＋（。）の電流が流れる。又、定電流源回路１９に
よって定電流■。を引き込むようになされているので、
抵抗Ｒ３には２Δｌの電流が流れる。従って、非反転出
力端子５と接地間に（Ｅ！　　２Δ１−Ｒ３）の出力電
圧が発生することになる。

第４図は、本発明に係淋差動増幅回路の第２図の実施例
をより具体化した回路であり、定電流源回路１２．１９
をカレント・ミラー回路で示したものである。他の回路
は第２図と同じである。

尚、カレント・ミラー回路１３〜１６は、実施例に限定
することなく公知の種々の回路が適用され得る。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明の差動増幅回路は、入出力グイナミ
ソクレンジを極めて大きくすることができると共に、減
電圧０．９ｖまで作動する差動増幅回路を提供できる。

例えば、電源電圧ＶＣＣが０．９Ｖ電圧の場合、トラン
ジスタの飽和電圧ＶＣ！が約０．２ｖとすると二人出力
グイナミソクレンジは約０．５Ｖ−ｒに拡大できる。又
、従来のように差動増幅回路を二つ設けて、互いに反転
した二つの出力を得るより、一つの差動増幅回路で互い
に反転した二種の出力を得ることができる極めて効果的
なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る差動増幅回路の実施例を示す回
路図、第２図は、本発明に係る差動増幅回路の他の実施
例を示す回路図Ｊ第３図は、本発明に係る差動増幅回路
の入出力グイナミソクレンジを説明する為の図、第４図
は、第２図の実施例のより具体化された差動増幅回路を
示す回路図、第５図は、従来の差動増幅回路を示す回路
図であり、第６図はその入力ダイナミックレンジを説明
する為の波形図である。 １：電源端子、２：接地端子、３．４：入力端子５：非
反転出力端子、６：反転出力端子、８゜１０．１１：バ
イアス電圧源、　　１３乃至１６゜１９：カレント・ミ
ラー回路、　　１２．　１８．　１９：電流源回路、Ｓ
：入力信号源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）差動対をなす第１と第２のトランジスタの共通接
   続されたエミッタに抵抗が接続され、該第１と該第２の
   トランジスタの夫々のコレクタに第１と第２のカレント
   ・ミラー回路からなる能動負荷回路が接続され、該第１
   と該第２のカレント・ミラー回路の夫々の第１の出力段
   のトランジスタが、第３のカレント・ミラー回路に接続
   され、該第１と該第２のカレント・ミラー回路の夫々の
   第２の出力段のトランジスタが第４のカレント・ミラー
   回路に接続され、該第１のカレント・ミラー回路の第１
   の出力段のトランジスタと該第３のカレント・ミラー回
   路のトランジスタとの接続点Ｐ１を反転出力端子とし、
   該第２のカレント・ミラー回路の第２の出力段のトラン
   ジスタと該第４のカレント・ミラー回路のトランジスタ
   との接続点Ｐ２を非反転出力端子とし、信号入力端子と
   該第２のトランジスタのベースとの間に第１の抵抗が接
   続され、該第２のトランジスタのベースと該反転出力端
   子間に第２の抵抗が接続され、該非反転出力端子に第３
   の抵抗が接続され、その他端にバイアス電圧源が接続さ
   れ、該第１の抵抗と該第２の抵抗との接続点に定電流源
   回路が接続されており、該定電流源回路を介して該第２
   の抵抗に定電流を供給することにより、該反転入力端子
   から得られる出力の直流レベルを低減することによって
   、入出力ダイナミックレンジを拡大したことを特徴とす
   る差動増幅回路。
2. （２）前記差動増幅回路に於いて、該第２の抵抗の他端
   Ｐ１点から該第２の抵抗に供給される定電流と等しい電
   流を引き込むようになされた特許請求の範囲第１項記載
   の差動増幅回路。
3. （３）前記差動増幅回路に於いて、該第２と該第４のカ
   レント・ミラー回路の接続点に該定電流源回路から供給
   される電流と等しい電流を引き込む電流源を具えた特許
   請求の範囲第１項記載の差動増幅回路。