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JPH051649B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH051649B2
JPH051649B2 JP59251849A JP25184984A JPH051649B2 JP H051649 B2 JPH051649 B2 JP H051649B2 JP 59251849 A JP59251849 A JP 59251849A JP 25184984 A JP25184984 A JP 25184984A JP H051649 B2 JPH051649 B2 JP H051649B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistors
differential
voltage
bias
amplifier circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP59251849A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61131606A (en
Inventor
Motohiro Kunyone
Toshiro Suzuki
Masashi Tamakoshi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59251849A priority Critical patent/JPS61131606A/en
Publication of JPS61131606A publication Critical patent/JPS61131606A/en
Publication of JPH051649B2 publication Critical patent/JPH051649B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は差動増幅回路に係り、特に絶縁ゲー
ト型電界効果トランジスタにより構成された集積
回路に適した差動増幅回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a differential amplifier circuit, and more particularly to a differential amplifier circuit suitable for an integrated circuit constructed of insulated gate field effect transistors.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

絶縁ゲート型電界効果トランジスタを用いた差
動増幅回路では、半導体加工精度の向上によりゲ
ート幅を細くする事で高速な動作を可能とすると
ともに集積度を向上する事が可能である。
In differential amplifier circuits using insulated gate field effect transistors, improvements in semiconductor processing precision have made it possible to reduce the gate width, thereby enabling high-speed operation and increasing the degree of integration.

ところが、ゲート幅を細くする程トランジスタ
とドレイン抵抗値が減少するアーリー効果が強ま
り、低い周波数での増幅率が減少する問題があ
る。増幅率の低下は差動増幅回路を演算増幅器と
して使用した場合、演算結果の誤差を発生させる
ため増幅率の高い差動増幅回路が要求される。
However, as the gate width becomes narrower, the Early effect in which the transistor and drain resistance values decrease becomes stronger, and there is a problem that the amplification factor at low frequencies decreases. When a differential amplifier circuit is used as an operational amplifier, a decrease in amplification factor causes an error in the calculation result, so a differential amplifier circuit with a high amplification factor is required.

個々のトランジスタのドレイン抵抗が小さくて
も増幅率を確保する方法として増幅回路を多段に
接続する方法がある。その一方法として差動増幅
段、カスコード段、バツフア段から成る差動増幅
回路を考えた。しかしカスコード段トランジスタ
のバイアス法が複雑になる問題があるので説明す
る。
One way to ensure an amplification factor even if the drain resistance of each transistor is small is to connect amplifier circuits in multiple stages. As one method, we considered a differential amplifier circuit consisting of a differential amplifier stage, a cascode stage, and a buffer stage. However, there is a problem in that the biasing method for the cascode stage transistors is complicated, so this will be explained.

絶縁ゲート型電界効果トランジスタを用いた従
来の差動増幅回路の一例を第1図に示す。同図に
おいて差動入力トランジスタ1,2は負荷トラン
ジスタ3,4に接続されている。トランジスタ
5,6はトランジスタ1,2とカスコード接続さ
れ、ゲート接地増幅回路として動作する。カスコ
ード段出力端子23はトランジスタ9,10から
成るバツフア段に接続される。このような従来回
路では、カスコード段トランジスタ5,6を安定
に動作させるため、ゲートバイアスは以下の様に
して決定された。即ち高抵抗を持つ様バイアスさ
れたトランジスタ11,12をカスコード段出力
端子22,23に接続して得られる同相信号成分
をトランジスタ13で検出し、基準電圧18と比
較する。カスコード段出力電圧の同相信号電圧が
高い場合は、トランジスタ13を流れる電流が減
り、トランジスタ14,15のカレントミラー回
路の出力電圧が上がり、この電圧でバイアスされ
るカスコード段出力電圧が下がる。この様に、カ
スコード段の同相信号電圧が所望の電圧となる様
に負帰還を用いたバイアス回路が設けられ、回路
自体によつて定まる安定性ができる様になつてい
る。
An example of a conventional differential amplifier circuit using insulated gate field effect transistors is shown in FIG. In the figure, differential input transistors 1 and 2 are connected to load transistors 3 and 4. Transistors 5 and 6 are connected in cascode with transistors 1 and 2, and operate as a common gate amplifier circuit. Cascode stage output terminal 23 is connected to a buffer stage consisting of transistors 9 and 10. In such a conventional circuit, in order to stably operate the cascode stage transistors 5 and 6, the gate bias is determined as follows. That is, transistors 11 and 12 biased to have high resistance are connected to cascode stage output terminals 22 and 23, and the obtained in-phase signal component is detected by transistor 13 and compared with reference voltage 18. When the common mode signal voltage of the cascode stage output voltage is high, the current flowing through transistor 13 decreases, the output voltage of the current mirror circuit of transistors 14 and 15 increases, and the cascode stage output voltage biased with this voltage decreases. In this way, a bias circuit using negative feedback is provided so that the common mode signal voltage of the cascode stage becomes a desired voltage, and stability determined by the circuit itself is achieved.

ところが、上記バイアス回路には極、零点が使
用周波数帯域内に発生する場合があり、この場合
には差動増幅回路の周波数特性、応答波形が劣化
する。またバイアス回路の素子数がこの例ではト
ランジスタ11〜16の6個、バイアス電圧1
7,18の2種を必要とし、上記の極、零点を発
生させない様に設計するためには多くの労力が必
要である。
However, in the bias circuit described above, poles and zero points may occur within the frequency band used, and in this case, the frequency characteristics and response waveform of the differential amplifier circuit deteriorate. In addition, the number of elements in the bias circuit is 6 transistors 11 to 16 in this example, and the bias voltage is 1.
Two types, 7 and 18, are required, and a lot of effort is required to design the above-mentioned poles and zeros so as not to occur.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、より簡単な回路構成によつて
カスコード段トランジスタのバイアス電圧を発生
させることのできる、良好な特性の差動増幅回路
を提供するにある。
An object of the present invention is to provide a differential amplifier circuit with good characteristics that can generate a bias voltage for a cascode stage transistor with a simpler circuit configuration.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、カスコード段出力の一方をカスコー
ドトランジスタのゲート電極に接続することによ
つて自己バイアスをかける方法を採用したことを
特徴とするものである。
The present invention is characterized in that it adopts a method of applying a self-bias by connecting one of the cascode stage outputs to the gate electrode of the cascode transistor.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を第2図により説明す
る。差動入力トランジスタ1,2は負荷トランジ
スタ3,4に接続されている。トランジスタ5,
6はトランジスタ1,2とカスコード接続され、
ゲート接地増幅回路として動作する。カスコード
段出力端子25はトランジスタ9,10から成る
バツフア段に接続される。本発明はカスコード段
出力端子24,25のうち、端子24をトランジ
スタ5,6のゲートバイアスとして用いることに
あり、トランジスタ5はドレインとゲートを接続
した自己バイアス回路となる。よつてドレイン、
ソース間を流れる電流が決定すればトランジスタ
5のゲート、ソース間電圧が決定される。従つて
カスコード段入力信号の差動信号電圧が十分小さ
い場合はトランジスタ5,6のソース電位はほぼ
等しく、同じバイアス条件が得られる。ところが
カスコード段、出力段の電圧増幅率は合わせて
40dB程度であるため、出力電圧を数ボルト変化
させる場合、トランジスタ5,6のゲート、ソー
ス間バイアス電圧は数10ミリボルト程度の差しか
なく十分に小さい。このためトランジスタ6のバ
イアス条件は自己バイアスされたトランジスタ5
とほぼ同じ条件となる。以上によりトランジスタ
5の自己バイアス電圧によりトランジスタ6がほ
ぼ同じ条件にバイアスされることがわかる。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Differential input transistors 1, 2 are connected to load transistors 3, 4. transistor 5,
6 is connected in cascode with transistors 1 and 2,
Operates as a gate-grounded amplifier circuit. Cascode stage output terminal 25 is connected to a buffer stage consisting of transistors 9 and 10. The present invention is to use the terminal 24 among the cascode stage output terminals 24 and 25 as a gate bias for the transistors 5 and 6, and the transistor 5 becomes a self-bias circuit with its drain and gate connected. Drain,
Once the current flowing between the sources is determined, the voltage between the gate and source of the transistor 5 is determined. Therefore, if the differential signal voltage of the cascode stage input signal is sufficiently small, the source potentials of transistors 5 and 6 are approximately equal, and the same bias conditions can be obtained. However, the voltage amplification factors of the cascode stage and output stage are
Since it is about 40 dB, when changing the output voltage by several volts, the bias voltage between the gates and sources of transistors 5 and 6 differs by only about several tens of millivolts, which is sufficiently small. Therefore, the bias condition of transistor 6 is that transistor 5 is self-biased.
The conditions are almost the same. From the above, it can be seen that the self-bias voltage of transistor 5 biases transistor 6 under substantially the same conditions.

入力信号が存在する場合はトランジスタ1,2
のゲート電圧差が増幅されトランジスタ5,6の
電流差を発生するためカスコード段出力24,2
5に電圧差を発生させる。出力段トランジスタ
9,10はカスコード段出力25の電圧変化を更
に増幅して出力する。以上、差動段トランジスタ
1,2とカスコード段トランジスタ5,6と出力
段トランジスタ9,10の計3段により増幅率の
高い差動増幅回路が得られる。
Transistors 1 and 2 if input signal is present
Since the gate voltage difference between the transistors 5 and 6 is amplified to generate a current difference between the transistors 5 and 6, the cascode stage outputs 24 and
5 to generate a voltage difference. The output stage transistors 9 and 10 further amplify the voltage change of the cascode stage output 25 and output it. As described above, a differential amplifier circuit with a high amplification factor can be obtained by a total of three stages: differential stage transistors 1 and 2, cascode stage transistors 5 and 6, and output stage transistors 9 and 10.

次にカスコード段自己バイアスの安定性につい
て説明する。
Next, the stability of the cascode stage self-bias will be explained.

差動増幅回路において、増幅すべき信号は差動
信号であるが、バイアス電圧は同相電圧であるた
め差動信号が無い場合について考えれば良い。バ
イアス電圧は電源電圧や温度変化があつてもカス
コード段トランジスタを能動状態にバイアスする
必要がある。何らかの原因によりカスコード段出
力電圧の同相成分電圧が上昇するとトランジスタ
5,6のゲートバイアス電圧が上昇し、カスコー
ド段出力電圧を下げる様に負帰還がかかつている
ため、機能的には従来の例と同じく回路自体で決
定される安定点が存在する。しかもこの負帰還は
トランジスタ5の自己バイアス回路の速度で動作
するため非常に高速であり、従来例に見られる不
要な極、零点の問題は起こらない。またバイアス
点はトランジスタ5,6,7,8のサイズ及び電
流源12,13は電流値で設定できるため、従来
例に比べて設計が極めて容易である。
In the differential amplifier circuit, the signal to be amplified is a differential signal, but since the bias voltage is a common mode voltage, it is sufficient to consider the case where there is no differential signal. The bias voltage needs to bias the cascode stage transistor to an active state even if the power supply voltage or temperature changes. When the common mode component voltage of the cascode stage output voltage increases for some reason, the gate bias voltage of transistors 5 and 6 increases, and negative feedback is applied to lower the cascode stage output voltage, so the function is not the same as the conventional example. There is also a point of stability determined by the circuit itself. Moreover, this negative feedback operates at the speed of the self-bias circuit of the transistor 5, so it is very fast, and the problem of unnecessary poles and zeros seen in the conventional example does not occur. Furthermore, since the bias point can be set by the sizes of the transistors 5, 6, 7, and 8 and the current values of the current sources 12 and 13, the design is extremely easy compared to the conventional example.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、カスコード段を安定に動作さ
せる為の複雑な負帰還型バイアス回路が不要にな
り、回路構成が簡単になるばかりでなく、不要な
極、零点の問題が解決され、差動増幅回路の設計
が容易になるという効果がある。
According to the present invention, a complicated negative feedback bias circuit for stable operation of the cascode stage is not required, and the circuit configuration is not only simplified, but also the problem of unnecessary poles and zeros is solved, and the differential This has the effect of facilitating the design of the amplifier circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の差動増幅回路の構成図、第2図
は本発明に係る差動増幅回路の一実施例を示す回
路構成図である。 1〜10……絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ、11〜13……バイアス電流源、24,25
……カスコード段出力。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional differential amplifier circuit, and FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the differential amplifier circuit according to the present invention. 1-10... Insulated gate field effect transistor, 11-13... Bias current source, 24, 25
...Cascode stage output.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 そのドレインにおのおのの負荷が接続された
一対の入力差動トランジスタから成る差動入力段
と、該差動入力段の差動出力をそのソース入力信
号としかつその出力の一つがそのゲートバイアス
電圧として与えられた一対のトランジスタより成
るカスコード段とを備えたことを特徴とする差動
増幅回路。 2 前記負荷をカレントミラーを構成するアクテ
イブ負荷トランジスタで構成したことを特徴とす
る特許請求範囲第1項記載の差動増幅回路。 3 前記各トランジスタを絶縁ゲート型電界効果
トランジスタで構成したことを特徴とする特許請
求の範囲第2項記載の差動増幅回路。
[Claims] 1. A differential input stage consisting of a pair of input differential transistors each having a load connected to its drain, and a differential output of the differential input stage as its source input signal, and its output as its source input signal. and a cascode stage consisting of a pair of transistors, one of which is applied as a gate bias voltage. 2. The differential amplifier circuit according to claim 1, wherein the load is constituted by an active load transistor forming a current mirror. 3. The differential amplifier circuit according to claim 2, wherein each of the transistors is constructed of an insulated gate field effect transistor.
JP59251849A 1984-11-30 1984-11-30 differential amplifier circuit Granted JPS61131606A (en)

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JP59251849A JPS61131606A (en) 1984-11-30 1984-11-30 differential amplifier circuit

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JPS61131606A JPS61131606A (en) 1986-06-19
JPH051649B2 true JPH051649B2 (en) 1993-01-08

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2621140B2 (en) * 1986-06-20 1997-06-18 三菱電機株式会社 Sense amplifier circuit
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