JPS6351721A - プツシユプル回路 - Google Patents

プツシユプル回路

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JPS6351721A
JPS6351721A JP61196145A JP19614586A JPS6351721A JP S6351721 A JPS6351721 A JP S6351721A JP 61196145 A JP61196145 A JP 61196145A JP 19614586 A JP19614586 A JP 19614586A JP S6351721 A JPS6351721 A JP S6351721A
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JP
Japan
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pull
push
potential
mosfet
gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP61196145A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeaki Okabe
岡部 健明
Mitsuzo Sakamoto
光造 坂本
Masatoshi Kimura
正利 木村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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】 〔&業主の利用分野〕 本発明は、プッシュプル回路に関し、特にLSI化が可
能で、かつ高速動作、大電流、低消費′z力のプッシュ
プル出力回路に関するものである。
〔従来の技術〕
特性の等しい2個のトランジスタを対称的に接続して出
力を増大させるための増幅器、つまりプッシュプル回路
は偶数次の高調波が打ち消されて出力側に現われないた
め、歪の少ない増幅が可能である。
高速動作のプッシュプル回路は、例えば、昭和57年度
電子通信学会総合全国大会予稿集No。
513、「プラズマディスプレイ用高電圧駆動回。
路の検討」河田他3名著、pp、2−279に記載され
ている。これは、2個のMOSFETと抵抗、ダイオー
ドから構成されている。
第8図は、上記文献に記載されたプッシュプル回路の構
成図である。この回路では、入力端子16にローレベル
電位(例えば、Ov)が加えられると、nチャネルMO
SFET−Qdはオフとなり、電源電圧V a (例え
ば、250V)のハイレベル電位がnチャネルMOSF
ET−Quのゲートに加えられるため、Quがオンとな
り、出力端子15にはハイレベルの電源電位Vaが出力
される。
次に、入力端子16にハイレベル電位が加えられると、
nチャネルMOSFET−Qc!はオンして。
電@ V aから抵抗RB、Qdを経由してアースに電
流が流れる。そして、Qdのドレイン・ソース間電圧つ
まりアース電位に近いローレベル電位が出力端子15に
出力される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第8図に示す回路は、ti成部品が少ないという利点は
あるが、出力がローレベルの時、電源Vaから抵抗Rs
、MOSFET−Qdを通して電流が流れる。すなわち
、ローレベルの期間が長い用途では、消費電力が増大す
るという問題がある。
さらに、高速動作を行わせるためには、プルアップFE
T−Quを大電流で駆動しなければならず、そのために
抵抗RBを小さな値にする必要がある。
抵抗RBの値が小さいと、RBを通して流れる電流は、
増大する。その結果、さらに消費電力が増大するという
問題がある。
本発明の目的は、このような従来の問題を改善し、高速
で、かつ低消費電力のプッシュプル回路を提供すること
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するため1本発明のプッシュプル回路は
、第1の電源に接続され、プルアップ駆動用MOSFE
Tにより駆動される第1の半導体素子と、第2の電源に
接続された相補型MOSFETにより駆動されるプルダ
ウン用の半導体素子とを有し、上記プルアップ駆動用M
OSFETのソースを上記相補型MOSFETの出力端
子に接続するとともに、該プルアップ駆動用MOSFE
Tのゲートを上記第2の電源電圧より接地電位に近いレ
ベルに保持することに特徴がある。
〔作  用〕
本発明においては、第8図における抵抗RBに直列にス
イッチ素子を挿入することにより、抵抗RBに流れる電
流を、必要な期間だけ流すように制限することができ、
本実施例では、このスイッチをMOSFETにより構成
する。また、スイッチ素子として挿入されるM OS 
F E Tをオン・オフする必要があるが、オン・オフ
のタイミングが適当でないと、不要な電流が流れてしま
う。そこで、本実施例では、スイッチとなる駆動用MO
SFETのゲート電位を、ある電位以下に保持すること
により、不要な貫通電流を防いでいる。
〔実施例〕    ゛ 以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。
第1図は、本発明の第1の実施例を示すプッシュプル回
路の構成図である。第1図において、QL 、Q2は各
々プルアップおよびプルダウンMOSFETであり、Q
3はQlを駆動するためのMOSFETで、Q4.05
はQ2駆動するための相補型MOSFETである。また
、3は第1の電源で約250v、4は第2の電源で約1
0Vである。5はゲート端子で、一定の電位1例えば1
.5〜3vに保持される。
いま、入力端子1がハイレベル電位の時には、相補型M
OSFETのうちnチャネルMOSFETのみがオンす
るため、出力部はローレベルとなる。従って、nチャネ
ルM OS F E T−02はオフとなる。この時、
Qlを駆動するためのQBがオンとなるように端子5の
ゲート電位を設定すれば、PチャネルN10SFET−
Qtはオンとなり、出力端子2はハイレにルとなる。こ
の場合、A点はローレベルのため、QBが万ンすると、
第1電源3からR1、QB、Q4を経由して電流が流れ
る。
一方、入力端子lがローレベルのときには、nチャネル
MOSFET−04はオフ、PチャネルMOSFET・
QBはオンとなるため、A点はハイレベルとなり、QB
はオフとなるが、QlのゲートはQBを通して充電され
るため、Qlはオンとなり、出力はローレベルとなる。
第2図は、第1図の動作を説明するための図であって、
第2図(a)は上から入力電圧波形、出力電圧波形、お
よびQ□+02を通して流れる貫通電流の波形であり、
第2図(b)(c)はA点の電位■sに対するQl、Q
lの電流を示す特性図である。但しQlの電流は+03
がオンすると同時に流れ始める。ここで、vccsはQ
Bのゲート電圧であり、V T H2+ V 丁H3は
各々Q 2 T Q 3のしきい電圧である。
第2図(bH:示すように、VTR2+VTH3<vc
csのときには、A点の電位Vsを種々の値に変化させ
た場合、トランジスタQ1.Q2とも同時に電流が流れ
る期間が存在する。すなわち、上式が成立するときには
、第2図(b)に示すように、Vsに対するQlおよび
Qlの電流特性曲線が交叉するので、Qlの電流0の点
とQlの電流0の点との間は、いずれもQl、Qlに貫
通電流が流れることになる。この貫通電流は、第2図(
、)に示すように、Q4.QBで構成されるCM○Sに
加えられる入力電圧がローレベル(Ov)からハイレベ
ル(IOV)になると、Qlがオフ、Qlがオンとなり
、約250vの出力電圧が出力端子2に与えられる。し
かし入出力電圧がローレベルからハイレベルに変化する
前後、およびハイレベルからローレベルに変化する前後
で、Q11Q2に貫通電流が流れる(斜線の10.11
)。
これに対して、第2図(c)のように、vTH2+VT
H3>VCC3に設定すると、A点の電位Vsの変化に
対してQl 、QBが同時にオンする期間は存在しない
。すなわち、第2図(c)に示すように、VTR2およ
びVTR3の範囲が必ず重複するため、QlとQlの電
流特性曲線が交叉することはなく、従ってQl、Qlを
同時に電流が流れることはない。このように、貫通電流
を流さないためには、トランジスタQ3のゲート電位を
、(VT R2+VT R3)以下に保持することが必
要である。
第1図の実施例では、QBのゲートに独立して一定電圧
を加えており、その電位をCM OSの印加電源電圧(
ここでは、l0V)よりも接地電位に近い電位(例えば
、1.5〜3v程度の電位)に保持することによって、
貫通電流をなくし、消費電力の小さい、高速動作のプッ
シュプル回路を実現できる。
第3図は1本発明の第2の実施例を示すプッシュプル回
路の構成図である。この実施例においては、駆動用N4
0SFET−QBのゲート電位を、さらに他のN(○5
FET−Qeを用いたカレントミラー回路で与えるよう
に構成している。したがって、第1の電源端子3には約
250V、第2の電源端子4には約10Vが印加されて
いるが、抵抗R1を流れる電流値と抵抗R2を流れる電
流値とが等しくなるように設定できる。すなわち、抵抗
R1を流れるバイアス電流値を、MOSFET・QBと
抵抗R2と端子4に供給される電源電圧により決定する
。端子4に与えられる第2の電源電圧をvcC2とする
と、QBを流れる電流は次式により与えられる。
ここで、VCSはQBのゲート・ソース間電位である。
従って、Q4がオンの時には、QBのソース側がほぼ接
地電位となるので、QB、QBはカレントミラーとなり
、その結果、QBを流れる電流値が決めら汎る。ただし
、QBのゲート電圧Vcsは、(VT R2+VT R
3)以下となるように設定されることが望ましい。
通常のIC工程では、Ql 、QB 、Q4とも同−プ
ロセスで製造されるため、しきい電圧は等しくなる。す
なわち、次式が成立する。
■o8く2vTH2・・・・・・・・・(2)従って、
C3はC2のしきい電圧の2倍以下で動作させることが
望ましい。
第4図は、本発明の第3の実施例を示すプッシュプル回
路の構成図である。この実施例では、カレントミラーを
構成するMOSFET”Qaを、第1のf!1g端子3
に接続している点が異なっている。
この場合、第1の電源電圧をVCClとすると、C6を
流れる電流は、上式(1)においてvc C2の代りに
VCCIと[き替えたものになる。
通常は、Veel>>V(zsであるから、第4図の第
3実施例の方が、第3図の第2実施例よりも、電源変動
のfBに対する影響は小さいことになる。なお、第4図
においても、第1の電源電圧VCC1=250V、第2
の電源電圧VCC2=10Vである。
第5図は、本発明の第4の実施例を示すプッシュプル回
路の構成図である。第5図のプッシュプル回路において
、駆動用MOSFET−Q3のゲート電位を与える方法
は、第3図に示した第2の実施例と同じであるが、さら
に出力部にMOSFET”QlyとダイオードD1を追
加して、トーテムポール構成としている。その結果、第
5図の回路では、PチャネルMOSFET−Qtはnチ
ャネルMO8F−ET”C7を駆動するために使用され
ており、出力素子はnチャネルMOSFET・C7およ
びC2で構成されている。従って、第5図のプッシュプ
ル回路は、大電流が簡単に得られるという利点を持って
いる。
第6図は1本発明の第5の実施例を示すプッシュプル回
路の構成図である。第6図の回路では、第5図の回路に
おけるPチャネルM OS F E T・Qlの代りに
、pnpバイポーラトランジスリス8を使用している。
すなわち、プルアップ回路の一部にpnp)’ランリス
タを用いても、動作原理は全く同じである。ここで、p
npl’ランジスタQリス用いる利点は、C8の電流駆
動能力が大きいため、大きな容量を有するの7を河単に
駆動できることである。従って、出力の立上り時間を短
縮することができる。
第7図は、本発明の第6の実施例を示すプッシュプル回
路の構成図である。第7図の回路では、第3図の回路の
カレントミラーを構成するC6のソース側にさらにM 
OS F E T−Q sを接続して、カレントミラー
回路によるバイアス電流をより精度よく決められるよう
にしている。すなわち、第3図において、C4がオン状
態のときC6,C3がカレントミラーを構成しているが
、C4のオン電圧が無視できない場合には、C3のゲー
ト・ソース間電圧がC6のゲート・ソース間電圧と等し
くならない。そこで、第7図では、トランジスタQ4と
等価なトランジスタQ8をC6に直列に接続することに
より、上記誤差電圧を補償している。
これによって、抵抗R1のバイアス電流の設定糖度が向
上する。
効   果 以上説明したように、本発明によれば、プルアップおよ
びプルダウン用トランジスタに流れる貫通電流が非常に
小さいので、低消費電力のプッシュプル回路を実現する
ことができ、また高速動作を行った場合でも、偲消費電
力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示すプッシュプル回路
の構成図、第2図は第1図の動作を説明するための図、
第3図、第4図、第5図、第6図および第7図は各々本
発明の第2、第3、Z4、第5、および第6の実施例を
示すプッシュプル回路の構成図、第8図は従来のプッシ
ュプル回路の構成図である。 1:入力端子、2:出力端子、3:第1のMl電源端子
4:第2の電源端子、5:ゲート端子、Ql ニブルア
ップMOSFET、02 ニブルダウンMOSFET、
Q3:駆動用MOSFET、C4、C5:相補型MOS
FET、Qs :カレントミラー回路を構成するMOS
FET、C7ニブルアップMOSFET、Qs :駆動
用バイボーラトランジスタ。 紀 、′ 第     1     図 第2図 (a+ (b)(c) 第     3     図 、ス 第     牛     図 第5図 と 第     6     図 第     7     図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1の電源に接続され、プルアップ駆動用MOSF
    ETにより駆動される第1の半導体素子と、第2の電源
    に接続された相補型MOSFETにより駆動されるプル
    ダウン用の半導体素子とを有し、上記プルアップ駆動用
    MOSFETのソースを上記相補型MOSFETの出力
    端子に接続するとともに、該プルアップ駆動用MOSF
    ETのゲートを上記第2の電源電圧より接地電位に近い
    レベルに保持することを特徴とするプッシュプル回路。 2、上記プルアップ駆動用MOSFETのゲートは、カ
    レントミラー回路により駆動されることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のプッシュプル回路。 3、上記プルアップ駆動用MOSFETのゲート電位は
    、プルダウンMOSFETのしきい電圧と、該プルアッ
    プ駆動用MOSFETのしきい電圧との和より小さい値
    に保持されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載のプッシュプル回路。 4、上記プルアップ駆動用MOSFETのゲート電位は
    、プルダウンMOSFETのしきい電圧の2倍より小さ
    い値に保持されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のプッシュプル回路。 5、上記第1の半導体素子および第2の半導体素子は、
    いずれもMOSFETで構成されることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のプッシュプル回路。 6、上記第1の半導体素子は、バイポーラトランジスタ
    で構成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のプッシュプル回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8101134B2 (en) 2004-06-30 2012-01-24 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Sterilization wrap with additional strength sheet
CN105227165A (zh) * 2014-06-27 2016-01-06 西门子公司 Igbt门极驱动电路、igbt装置以及电动汽车

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8101134B2 (en) 2004-06-30 2012-01-24 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Sterilization wrap with additional strength sheet
CN105227165A (zh) * 2014-06-27 2016-01-06 西门子公司 Igbt门极驱动电路、igbt装置以及电动汽车
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