JPH06260854A - 増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 差動入力段を具えた増幅器を比較的小さな安
定化キャパシタンスで安定化することにある。 【構成】 入力段の一方のトランジスタＴ１の出力電流
通路内に第１電流ミラー１１の制御ブランチを配置す
る。入力段の他方のトランジスタＴ２の出力電流通路内
に第２電流ミラー２１の制御ブランチを配置し、その出
力電流を反対極性の第３電流ミラー３１の制御ブランチ
に供給する。第１および第３電流ミラーの出力端子を相
互接続して入力段の出力ノードを形成し、このノードを
周波数安定化キャパシタンスＣｃを経て第１電流ミラー
の制御ブランチに結合する。第１電流ミラーは１より大
きい入力対出力電流比を有するものとするのが好まし
い。この場合、安定化キャパシタンスの作用が（Ｎ＋
１）倍になり、このキャパシタンスを容易に集積でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基準電極が互いに結合
され、制御電極が入力信号を受信するように配置された
少なくとも一対の入力トランジスタを具える差動入力段
と、高周波数の入力信号時に出力信号を減衰するよう配
置された安定化キャパシタンスと、前記一対の入力トラ
ンジスタの少なくとも一方のトランジスタの出力電流通
路内に配置された制御ブランチを有する電流ミラーとを
具えた増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような増幅器はバイポーラトランジ
スタおよび電解効果トランジスタにより実現できる。こ
の場合、バイポーラトランジスタのエミッタまたは電解
効果トランジスタのソースが基準電極になり、バイポー
ラトランジスタのベースまたは電解効果トランジスタの
ゲートが制御電極になる。

【０００３】トランジスタの出力電流通路はコレクタか
ら、場合によってはドレインから回路の電源端子の一方
に至る接続路を意味する。上述のタイプの増幅器は公知
であり、広範囲に使用されている。この増幅器は、それ
だけで市販されている、または複雑な機能を有するアナ
ログ装置の一部を構成する演算増幅器、比較器などの種
々の装置の基部を構成している。

【０００４】既知の増幅器の一例はフィリップスセミコ
ンダクターズから市販されている回路ＬＭ１２４であ
る。この回路の回路図は同社から発行されているカタロ
グ「Ｄａｔａ Ｈａｎｄｂｏｏｋ−Ｖｏｌｕｍｅ ＩＣ
１１−Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｌｉｎｅａｒ
ｅ ＩＣｓ，１９９２」の第８頁に開示されている。

【０００５】実際上の理由から、増幅器と同一の半導体
本体に安定化キャパシタンスを集積するのが望ましい。
このキャパシタンスは、他の回路素子と比較して、一般
に大きな表面積を必要とするため、増幅器を安定化する
のに必要なキャパシタンスの値を最小にする試みが成さ
れている。しかし、この値は増幅器が高周波数で不安定
になる程度にまで減少させてはならない。

【０００６】増幅器が極めて高い利得を有する中間増幅
段を具える場合には、中間増幅段の出力から入力への帰
還路内に安定化キャパシタンスを配置するのが普通であ
る。この場合、ミラー効果の結果として、中間段の利得
によりキャパシタンスがその物理的に実現した値と比較
して増倍される。この場合には、物理的に実現すべきキ
ャパシタンスの表面積が、ミラー効果の結果による増倍
がない場合に必要とされる値と比較して著しく減少す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、製造公差の結
果として中間段の利得が一般に不精密であるため、安定
化キャパシタンスをきびしい仕様内に実現できても、ミ
ラー効果による増倍を考慮に入れると、高周波数におけ
る増幅器の安定化作用を制御するのが困難であり、かつ
増幅器の出力側の負荷の性質に影響されやすい。

【０００８】低い利得を有する他のタイプの増幅器は中
間増幅段を具えない。この場合の解決方法は、差動入力
段の出力を安定化キャパシタンスによりアースに対し減
結合するものである。この場合には、キャパシタンスは
ミラー効果により増倍されず、安定化キャパシタンスが
半導体本体の大きな面積を占める。

【０００９】本発明の目的は、特に中間の利得を有する
増幅器に関し、上述の欠点を緩和することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明は、基準電極が互いに結合され、制御電極が入力信号
を受信するように配置された少なくとも一対の入力トラ
ンジスタを具える差動入力段と、高周波数の入力信号時
に出力信号を減衰するよう配置された安定化キャパシタ
ンスと、前記一対の入力トランジスタの少なくとも一方
のトランジスタの出力電流通路内に配置された制御ブラ
ンチを有する電流ミラーとを具えた増幅器において、前
記電流ミラー（以後第１電流ミラーと言う）に加えて、
制御ブランチが前記入力トランジスタ対の他方のトラン
ジスタの出力電流通路内に配置された第２電流ミラーを
設け、この電流ミラーの出力電流を、前記第１および第
２電流ミラーの極性と反対極性の第３電流ミラーの制御
ブランチに供給し、第１および第３電流ミラーの出力ブ
ランチを相互接続して前記差動入力段の出力ノードを形
成し、このノードを前記安定化キャパシタンスを経て第
１電流ミラーの制御ブランチに結合したことを特徴とす
る。

【００１１】この構成によれば、安定化キャパシタンス
による帰還が差動入力段内に実現される。本発明の増幅
器は、高周波数におけるその動作特性を極めて精密に予
測でき、かつその安定性を前もって容易に保証すること
ができる利点を有する。更に、本発明により実現された
帰還は増幅器の出力側の負荷性質に殆ど影響されない。
使用する全ての電流ミラーが出力電流と制御電流との間
に１の公称比を有する場合には、安定化キャパシタンス
の作用が２倍になる。従ってこのキャパシタンスに必要
とされるスペースが半分になる。

【００１２】しかし、本発明増幅器の好適例では、第３
電流ミラーが１にほぼ等しい出力電流対制御電流比を有
し、第１および第２電流ミラーが１より大きいＮに等し
い出力電流対制御電流比を有するものとする。この場
合、安定化キャパシタンスの作用が（Ｎ＋１）倍に増倍
され、このキャパシタンスを極めて小さな半導体面積に
実現することができる。この面積は数Ｎを大きくするに
つれて小さくなるが、第１および第２電流ミラー自体も
Ｎの増大に伴い増大するスペースを必要とする。従っ
て、半導体本体への集積に必要とされるスペースが最小
になるようにこれらの兼ね合いをとる。

【００１３】例えば、第１および第２電流ミラーをｎｐ
ｎバイポーラトランジスタで実現する場合には、第３電
流ミラーをｐｎｐトランジスタで実現する。この場合に
は１に極めて近い電流比を特に容易に達成することがで
きる。しかし、これは安定化キャパシタンスの増倍率
（Ｎ＋１）の利点を得る唯一の方法ではない。

【００１４】本発明増幅器の他の例では、第２電流ミラ
ーが１にほぼ等しい出力電流対制御電流比を有し、第１
および第３電流ミラーが１より大きいＮに等しい出力電
流対制御電流比を有するものとする。この実施例は所定
の用途、例えば電解効果トランジスタを使用する場合に
有利である。

【００１５】

【実施例】図１は本発明増幅器の第１の実施例の回路図
を示し、この増幅器は、電流源Ｓと、エミッタが電流源
Ｓに直接結合されベースが入力信号ＩＮ１およびＩＮ２
を受信する一対のｐｎｐトランジスタＴ１およびＴ２と
を具える作動入力段を有する。トランジスタＴ１のコレ
クタ電流は第１電流ミラー１１の制御端子に供給する。
この電流ミラーはそのベースおよびエミッタがトランジ
スタＴ１１のベースおよびエミッタにそれぞれ接続され
たダイオード接続ｎｐｎトランジスタＴ１０を具え、ト
ランジスタＴ１１のコレクタが、端子１３に接続された
この電流ミラーの出力ブランチを構成する。トランジス
タＴ１０およびＴ１１のエミッタはこの電流ミラーの端
子１２を経て負電源端子に結合する。同様に、トランジ
スタＴ２のコレクタ電流はｎｐｎトランジスタＴ２０お
よびＴ２１を具える第２電流ミラー２１の制御端子２０
に供給する。トランジスタＴ２０はダイオード接続さ
れ、そのベースおよびエミッタがトランジスタＴ２１の
ベースおよびエミッタにそれぞれ接続され、トランジス
タＴ２１のコレクタが第２電流ミラー２１の出力ブラン
チを構成し、この出力ブランチを端子２３に接続する。
トランジスタＴ２０およびＴ２１のエミッタをこの電流
ミラー２１の端子２２を経て負電源ラインに結合する。

【００１６】第２電流ミラー２１の出力電流はｐｎｐト
ランジスタＴ３０およびＴ３１からなる第３電流ミラー
３１の制御端子３０に供給する。トランジスタＴ３０は
ダイオードとして接続され、そのベースおよびエミッタ
がトランジスタＴ３１のベースおよびエミッタにそれぞ
れ接続される。

【００１７】トランジスタＴ３０およびＴ３１のエミッ
タを第３電流ミラー３１の端子３２を経て正電源ライン
Ｖｃｃに結合する。トランジスタＴ３１のコレクタが第
３電流ミラー３１の出力ブランチを構成し、この出力ブ
ランチを端子３３に接続する。この端子を第１電流ミラ
ー１１の出力端子１３に接続し、差動入力段の出力ノー
ドと称す接続点３５を構成する。

【００１８】ｎｐｎ型の出力トランジスタＴ４０のコレ
クタを正電源ラインＶｃｃに結合し、そのエミッタをエ
ミッタ負荷抵抗４１を経て負電源ラインＭに結合する。
出力信号０はトランジスタＴ４０のエミッタに現れる。
トランジスタＴ４０のベースは差動入力段の出力ノード
３５により制御される。このノード３５を安定化キャパ
シタンスＣｃを経て第１電流ミラー１１の制御ブラン
チ、すなわちこの電流ミラーの制御端子１０への入力ラ
インにも結合する。

【００１９】この安定化キャパシタンスＣｃの作用につ
いて以下に説明する。時間隔ｄｔ中にトランジスタＴ４
０のベースに現れる差動入力段の出力電圧の変化をｄＶ
とし、安定化キャパシタンスＣｃの値をＣとする。第１
電流ミラー１１の制御端子１０の電圧の変化は小さいた
め無視できるものとする。その理由は、この電圧変化は
トランジスタＴ１０のエミッタ−ベース電圧に相当し、
この電圧はエミッタ電流に対し対数関数として変化する
ためである。

【００２０】従って、安定化キャパシタンスＣｃを流れ
る電流ｄｉは ｄｉ＝Ｃ・ｄＶ／ｄｔ で与えられる。この電流変化ｄｉは一方ではトランジス
タＴ１０のベース−コレクタダイオードを経てアースに
流れ、他方ではこの電流がトランジスタＴ１１により複
製されて第１電流ミラー１１の出力端子１３に電流吸収
ｄｉが生ずる。この結果、差動入力段の出力ノード３５
に−２ｄｉの電流変化が生ずる。従って、安定化キャパ
シタンスＣｃの作用が使用するキャパシタンスの物理的
値Ｃと比較して２倍になる。

【００２１】上述の解析においては、図１に示すトラン
ジスタＴ１０およびＴ１１が等しいエミッタ−ベース接
合面積を有するものとして、第１電流ミラー１１が１に
等しいまたは１に近似する出力電流対制御電流比を有す
るものとした。しかし、１より大きい出力電流対制御電
流比Ｎを用いるのが有利である。この場合には、トラン
ジスタＴ１０を流れる電流変化ｄｉがトランジスタＴ１
１によりＮ倍に複製され、このとき差動入力段の出力ノ
ード３５における安定化キャパシタンスＣｃによる電流
の吸収がｄｉ（１＋Ｎ）になる。

【００２２】この場合にはその物理的値に対する安定化
キャパシタンスの作用が１＋Ｎ倍になる。この場合この
キャパシタは小スペースで済むため容易に集積すること
が出来る。

【００２３】図２は、第１および第２電流ミラーが１よ
り大きな出力電流対制御電流比を有する本発明増幅器の
第２の実施例の回路図を示す。この図では図１の素子と
対応する素子に同一の符号を付してある。

【００２４】図１と比較すると、本例ではトランジスタ
Ｔ２のベースをベース抵抗２を経てアースに結合した点
を除いて入力トランジスタ対Ｔ１、Ｔ２を同一に配置す
る。本例では単一入力信号がトランジスタＴ１のベース
に供給される。第１および第２電流ミラー１１，１２は
それぞれの端子１０および２０に供給される制御電流の
Ｎ倍の出力電流を出力するように構成し、これをそれぞ
れ出力電流を供給する複数のトランジスタＴ１１，Ｔ１
２およびＴ２１，Ｔ２２で記号的に示してある。これは
記号的表示であって、それらの出力電流対制御電流比を
１に等しくしなければならないことを意味するものでは
なく、この比は１より大きい任意の所望の値Ｎに選択す
ることが出来る。

【００２５】第１電流ミラー１１では、トランジスタＴ
１０，Ｔ１１，Ｔ１２のベース電流は、ベースがこの電
流ミラーの制御端子１０から付勢され、コレクタが正電
源ラインＶｃｃに結合されたトランジスタＴ１３により
供給される。別の追加のトランジスタＴ１４のベースを
トランジスタＴ１３のベースに結合し、そのエミッタに
Ｔ１１，Ｔ１２のコレクタ電流の和を受信させ、そのコ
レクタをこの電流ミラーの出力端子１３に結合する。

【００２６】第２電流ミラー２１では、トランジスタＴ
２０，Ｔ２１，Ｔ２２のベース電流は、ベースがこの電
流ミラーの制御端子２０に結合され、コレクタが正電源
ラインＶｃｃに結合されたトランジスタＴ２３により供
給される。トランジスタＴ１４のコレクタ電圧は差動入
力段の出力電圧に相当し、この電圧がかなり大きく変化
しても、第２電流ミラー２１の出力端子２３の電圧はほ
ぼ一定である。従って、トランジスタＴ２１およびＴ２
２のコレクタは、第１電流ミラーにおけるように追加の
トランジスタ（Ｔ１４）を使用することなく出力端子２
３に直接結合することが出来る。

【００２７】第３電流ミラー３１は１に極めて近い出力
電流対制御電流比を有するように構成する。図１と比較
して、この電流ミラーは、そのエミッタがトランジスタ
Ｔ３０およびＴ３１のベース電流およびトランジスタＴ
３１のコレクタ電流を供給しする追加のトランジスタＴ
３２を具える。トランジスタＴ３２のベースをトランジ
スタＴ３０のコレクタに結合し、コレクタをこの第３電
流ミラーの出力端子３３に結合する。図２に示す増幅器
は、１より大きい出力電流対制御電流比を有する第１お
よび第２電流ミラーを用いるとともに全ての電流ミラー
を改良型のものにした点を除いて、図１のものと同一で
ある。

【００２８】本発明の他の実施例を示す図３につき説明
する。本例でも、差動入力段は一対のｎｐｎトランジス
タＴ１およびＴ２を具え、それらのコレクタ通路内にそ
れぞれ第１電流ミラー１１および第２電流ミラー２１を
含んでいる。しかし、入力信号ＩＮ１およびＩＮ２は、
エミッタがトランジスタＴ１およびＴ２のベースにそれ
ぞれ接続されるとともに追加の電流源Ｓ’およびＳ”に
接続され、コレクタが負電源ラインＭに結合された第２
対の入力トランジスタＴ’１およびＴ’２のベースに供
給する。上述した実施例と同様に、第２電流ミラー２１
の出力端子を第３電流ミラー３１の入力端子に結合して
入力段の出力電流の差をこの段の出力ノード３５に発生
させ、この出力ノードを出力信号Ｏを供給する増幅器４
０の入力端子に接続する。

【００２９】先に述べた実施例では出力段はエミッタ負
荷を有するトランジスタＴ４０に簡略化してある。図３
に図式的に示すように、本発明は、出力段４０が周波数
的に安定であり、従って中ぐらいの電圧利得を有するか
ぎり、電力増幅器用の他の任意のタイプの出力段にも関
連させることができる。

【００３０】上述したように、第１電流ミラー１１は安
定化キャパシタンスＣｃの作用を増幅するように１より
大きい出力電流対制御電流比Ｎを有するのが好ましい。
また、多くの場合、回路素子の対称配置のために、第２
電流ミラー２１は同一の出力電流対制御電流比Ｎを有す
るように実現し、その結果として１に等しい出力電流対
制御電流比を有する第３電流ミラー３１を構成しうる様
にするのが好ましい。しかし、本発明は、第２電流ミラ
ー２１の前記電流比が１であり、第３電流ミラー３１が
第１電流ミラー１１に対し選択した比に等しい１より大
きな前記電流比を有する場合にも適用することが出来
る。

【００３１】最後に、これらの実施例では本発明増幅器
を実現するのに使用したトランジスタはバイポーラ型の
トランジスタであるが、電解効果トランジスタを同様の
構成で使用し、それらのゲート、ソース、ドレインを前
記バイポーラトランジスタのベース、エミッタ、コレク
タと同一に配置することが出来る。

【００３２】第１電流ミラー１１のような電流ミラーの
一つを実現する場合には、図４に示すように、制御電流
と出力電流との比をトランジスタの異なる寸法比によっ
てのみならず、トランジスタＭ１０，Ｍ１１のソースと
負電源ラインＭに結合された端子１２との間に抵抗１６
および１７のような抵抗を配置することによって調整す
るのが有利である。これは、電解効果トランジスタを使
用する場合の出力電流対制御電流比Ｎの精度を改善す
る。第２電流ミラー２１も図４に示す第１電流ミラー１
１と同様に構成できるとともに、第３電流ミラー３１も
正電源ラインＶｃｃに結合されたソースを有する反対導
電型チャネルのトランジスタを用いて同様に構成するこ
ともできること明らかである。等業者であれば、他の細
部の種々の変更も明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明増幅器の第１実施例の回路図を示す。

【図２】本発明増幅器の第２実施例の回路図を示す。

【図３】差動入力段の変形例を示す本発明増幅器の概略
図である。

【図４】電解効果トランジスタで実現する増幅器に好適
な電流ミラーの回路図である。

【符号の説明】

Ｔ１，Ｔ２ 入力トランジスタ対 １１ 第１電流ミラー ２１ 第２電流ミラー ３１ 第３電流ミラー Ｔ４０ 出力トランジスタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準電極が互いに結合され、制御電極が
   入力信号を受信するように配置された少なくとも一対の
   入力トランジスタを具える差動入力段と、 高周波数の入力信号時に出力信号を減衰するよう配置さ
   れた安定化キャパシタンスと、 前記一対の入力トランジスタの少なくとも一方のトラン
   ジスタの出力電流通路内に配置された制御ブランチを有
   する電流ミラーとを具えた増幅器において、前記電流ミ
   ラー（以後第１電流ミラーと言う）に加えて、制御ブラ
   ンチが前記入力トランジスタ対の他方のトランジスタの
   出力電流通路内に配置された第２電流ミラーを設け、こ
   の電流ミラーの出力電流を、前記第１および第２電流ミ
   ラーの極性と反対極性の第３電流ミラーの制御ブランチ
   に供給し、第１および第３電流ミラーの出力ブランチを
   相互接続して前記差動入力段の出力ノードを形成し、こ
   のノードを前記安定化キャパシタンスを経て第１電流ミ
   ラーの制御ブランチに結合したことを特徴とする増幅
   器。
2. 【請求項２】 第３電流ミラーが１にほぼ等しい出力電
   流対制御電流比を有し、第１および第２電流ミラーが１
   より大きいＮに等しい出力電流対制御電流比を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の増幅器。
3. 【請求項３】 第２電流ミラーが１にほぼ等しい出力電
   流対制御電流比を有し、第１および第３電流ミラーが１
   より大きいＮに等しい出力電流対制御電流比を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の増幅器。