JPS6031124B2 - 演算増巾器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトランジスタを含んで構成された差動増幅器と
入力側及び出力側聞に位相補償用コンデンサが接続され
てなる増中器とが縦続接続されてなる演算増中器の改良
に関する。

斯種演算増中器の原理的構成は、第１図に示す如く、例
えば２つのＮＰＮ型のトランジスタＱＩ及びＱ２を有し
、之等トランジスタＱＩ及びＱ２のコレクタが夫々直流
電流を通し得る負荷例えば抵抗ＲＩ及びＲ２を通じて電
源接続端子ｌａに、ェミッタが互に接続されて電源接続
端子ｌａと対をなす電源接続端子ｌｂに夫々接続され、
而してトランジスタＱＩ及びＱ２のベースより夫々入力
端子２ａ及び２ｂが、又トランジスタＱＩ及びＱ２の何
れか一方例えばトランジスタＱ２のコレクタより出力端
子２ｃが夫々導出されてなる構成の差動増中器３と、例
えば１つのＰＮＰ型トランジスタＱ３を有し、そのェミ
ッタが直接的に電源後続端子４ａに、コレクタが直流を
通し得る負荷例えば抵抗Ｒ３を通じて電源端子４ｂに夫
々接続され、又ベース及びコレクタより夫々入力端子５
ａ及び出力端子５ｃが導出されてなる構成を有する増中
器６とを有し、而して差動増中器３の電源接続端子ｌａ
及び増中器６の電源接続端子４ａが電源７の正極性側の
端子８ａに、差動増中器３の電源接続端子ｌｂ及び増中
器６の電源接続端子４ｂが電源７の負極性側の端子８ｂ
に夫々接続され、又差動増中器３の出力端子２ｃが増中
器６の入力端子５ａに接続され、一方増中器６の入力側
及び出力側聞に位相補償用コンデンサ９が接続され、更
に差動増中器３の入力端子２ａ及び２ｂより夫々演算増
中器としての入力端子１０ａ及び１０ｂが、増中器６の
出力端子５ｃより同様に演算増中器としての出力端子１
０ｃが夫々導出せる構成を有するものである。

又斯る原理的構成を有する演算増中器は、ある周波数（
これをｆｃとする）以下の範囲に於ては、定電流駆動し
ている差動増幅器は差動入力電圧をコレクタ電流に変換
する伝達コンダクタンス増幅器として動作するので、差
動増幅器３の伝達コンダクタンスをｇｍ，差動増中器３
の電源接続端子ｌｂを流れる電流を１３、増中器６の電
流利得をａ６、出力端子１０ｃに接続される負荷の値を
ＲＬとするきＡ，＝ｇｍ・８６・ＲＬ・………”【１１
ｇｍ＝ｑ．１３／ｋ・Ｔ………………■ で表わされる（但しｑは電子の電荷、ｋはポルツマン定
数、Ｔは絶対温度で表わされる差動増中器３の外囲温度
を示す）比較的高い電圧利得の値Ａ，を有し、周波数ｆ
ｃ以上に於ては、周波数ｆｃ以上の周波数を一般にｆｍ
とし、又位相補償用コンデンサ９の容量をＣ９とすると
きふニｇｍ／２汀ｆｍＣ９……………【３ーで表わされ
る周波数ｆｍが高くなるに従い直線的に低下せる電圧利
得の値んを有する第２図に示す如き周波数ｆ−電圧利得
Ａ特性を呈するものである。

所で斯る演算増中器は種々の演算装置の回路素子として
利用されているが、その利用態様は第２図の周波数−電
圧利得特性でみて周波数ｆｃ以下の周波数範囲で利用さ
れる場合、周波数ｆｃ以上の周波数範囲で利用される場
合、周波数ｆｃ以下及び以上の両範囲に跨がつて利用さ
れる場合が存し、而して何れの周波数範囲で利用される
にせよ、電源７の電圧及び外囲温度の変化に依存せざる
電圧利得が得られることが望まれるものである。

然し乍ら、電源７の電圧が変動すれば之に応じて１３の
値が変化し、又差動増中器３の外囲温度が変化すれば之
に応じてＴの値が変化し、そして電圧利得Ａの値が‘１
｝及び‘３’式に示す如く、１３及びＴを含む■式で与
えられるｇｍに依存するので、電圧利得Ａの値は何等か
の手段を講じない限り電源７の電圧及び差動増中器３の
外園温度の変化に依存することとなるものである。

特に演算増中器を周波数ｆｃ以上の周波数範囲又はその
範囲を含む周波数範囲で利用する場合、‘３｝式で表わ
される電圧利得Ａの値Ａ２の変化が問題となるものであ
る。尚１｝式で表わされる電圧利得Ａの値Ａ，の電源７
の電圧及び差動増中器３の外囲温度に対する変動は、電
圧利得Ａの値Ａ，自体比較的大なる値を有し、一方一般
に演算増中器を回路素子として利用せる演算装置の演算
特性でみた電源電圧及び外囲温度の変化に影響される項
が、演算増中器の電圧利得Ａを分母とせる関係を有する
ので左程問題とはならないものである。この為即ち糊式
で表わされる電圧利得Ａの値んが電源７の電圧及び差動
増中器３の外圏温度の変化に依存せんとするを補償すべ
く従来種々の提案がなされているが未だ満足し得るもの
ではなかつた。

叙上に鑑み本発明は、特に上述せる電圧利得Ａの値Ａ２
が電源７の電圧及び差動増中器３の外囲温度の変化に依
存せんとするを有効に補償する様にした斯種演算増中器
を提案せんとするもので、差動増中器の相互コンダクタ
ンスｇｍの値が上述せる電流１３の値に比例し、一方上
述せる温度Ｔの値に逆比例するので、電流１３の値を電
源７の電圧変化に対しては無関係ならしめた状態でその
電流１３の値を温度Ｔの値が大なるに応じて相互コンダ
クタンスｇｍの値が減少する分増加せしめれば、相互コ
ンダクタンスｇｍの値が電源７の電圧及び差動増中器３
の外囲温度の変化せんとするを補償し得、そして斯くｇ
ｍの値が補償されれば、電圧利得Ａの値Ａ２が電源７の
電圧及び差動増中器３の外因温度の変化せんとするを補
償し得るということに着目せるものであり、第３図につ
いて本発明の実施例を詳述する所より明らかとなるであ
るつｏ第３図に於て第１図との対応部分には同一符号を
附して詳細説明はこれを省略するも、例えば１つのＰＮ
Ｐ型のトランジスタＱ４を有し、そのコレク夕及びェミ
ッ夕が夫々電源接続端子２１ａ及び２１ｂに接続され、
又ベースより制御端子２２が導出されてなる定電流回路
２３が設けられ、而し０てこの定電流回路２３がその電
源接続端子２１ａ及び２１ｂを夫々差動増中器３の電源
接続端子ｌｂ及び電源７の端子８ｂに懐続せる関係で葦
動増中器３の電源接続端子ｌｂ及び電源７の端子８ｂ間
に介挿されている。

又例えば２つのＰＮＰ型トランジスタＱ５及びＱ６と１
つのＮＰＮ型トランジスタＱ７とを有し、トランジスタ
Ｑ５のェミッタが直接的に電源接続端子２４ａに接続さ
れ、ベースが抵抗２５を通じて電源接続端子２４ａに接
続され且トランジスタＱ６のェミッタに直接的に接続さ
れ、コレク夕が直接的にトランジスタＱ６のベースに接
続され且直流負荷２６を通じて電源接続端子２４ａと対
をなす電源接続端子２４ｂに接続され、又トランジスタ
Ｑ６のコレク夕が直接的にトランジスタＱ７のベースに
接続され且抵抗２７を通じてトランジスタＱ７のコレク
タに接続され、更にトランジスタＱ７のェミッタが直接
的に電源端子２４ｂに接続され、コレククタより出力端
子２８が導出されてなる構成の制御回路２９が設けられ
、而してこの制御回路２９の電源端子２４ａ及び２４ｂ
が夫々電源７の端子８ａ及び８ｂに、出力端子２８が定
電流回路２３の制御端子２２に夫々接続されている。尚
この場合の直流負荷２６はソースより一方の接続端子を
、ゲート及びドレィンより之等互に接続されて他方の出
力端子を夫々導出せる鞍合型電界効果トランジスタ３０
を適用し得るものである。以上が本発明の一例構成であ
るが、斯る構成は、差動増中器３の電源接続端子ｌｂが
電源７の端子８ｂに直接的に接続されるに代え定電流回
路２３を通じて接続され、一方定電流回路２３が制御回
路２９にて制御される様になされていることを除いては
第１図の場合と同様であるので、斯る構成によっても第
２図にて上述せる周波数−電圧利得特性が得られること
明らかであるが、差動増中器３の電源接続端子ｌｂに流
れる電流１３‘ま、定電流回路２３で適用せるトランジ
スタＱ４の逆方向飽和電流をｌｓ４、トランジスタＱ４
のベース・ェミッタ間に与えられる電圧をＶ４とすると
き、ー３：ＩＳ４ｅＸｐ（ｋ台・Ｖ４）．・・．・・．
・・・…・で与えられる。

この場合Ｖ４は制御回路２９の出力端子２８従ってトラ
ンジスタＱ７のコレクタ及び電源接続端子８ｂ間で得ら
れる電圧に等しく、トランジスタＱ７のベース及びェミ
ッタ間に与えられる電圧をＶ７、トランジスタＱ６のコ
レクタ電流をＬ、抵抗２７の値をＲ７とし、トランジス
タＱ７のベース電流を無視すれば（このベース電流はｋ
‘こ比し十分小であるので無視し得る）、Ｖ４；Ｖ７−
Ｒ了・１６．．・．．・．．・・…．・【５｝式で与え
られ、一方１６は、トランジスタＱ７の逆方向飽和電流
をＩＳ？とすればにＩＳ７ｅＸｐ（ｋ古・Ｖ７）．・・
．・…．・・…・で与えられるが、トランジスタＱ５の
ベース・ェミッ夕間電圧をＶＢＥ５ 、抵抗２５の値を
Ｒ５とし、トランジスタＱ６のベース電流を無視すれば
（このベース電流もち‘こ比し十分小であるので無視し
得る）、Ｌ＝ＶＢＥ５／Ｒ５…・・…・・・・・・・｛
７）で与えられるので、（５）式に【７｝式を代入すれ
ばＶ４はＶ４＝Ｖ７−亀ＶＢ曲‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐
‐‐‐‐｛８’で与えられる。

依って｛４）式を（６ー式、【７｝式及び■式を用いて
１３について解けば（但しＩＳ４ ＝ｌｓ７とする）、
ｌｎ１３ｉｌｎＶＢＥ５−台‐ＶＢＥ５‐受−ｌｎＲ５
‐‐‐…．・・……‘９１（ここで、ｌｎは自然対数を
表している）が得られる。

従って差動増中器３の電源端子ｌｂに流れる電流１３‘
ま外囲温度Ｔには依存するも、電源７の電圧変化に対し
ては無関係となるものである。所で電流らの外園温度Ｔ
に対する依存性をみるに、【９｝式をＴに関して微分す
れば、÷．ｄ１３− ，３ｄＴ−点・ｄ等費−亨・溝十蔓・台 （寧等）肌側 なる関係が得られ、そして剛式右辺の第１項はトランジ
スタＱ５のベース・ェミッタ間電圧ＶＢＥ５の温度係数
に起因し従って一般に負の値を呈し、又第２項は抵抗２
５の温度係数に起因しそしてこの抵抗２５の温度係数は
この抵抗２５を半導体基板内への不純物の拡散により形
成する場合トランジスタＱ５のベース・ェミッタ間電圧
ＶＢ８５ の温度係数の絶対値より十分小なる絶対値を
有する正の値を呈し、従って皿式の右辺の第１及び第２
項による値は負となり、一方【１０｝式の第３項は常に
正の値となるので、Ｒ７／Ｒ５の比を適当に選べば、電
流１３‘ま外圏温度Ｔに対して正の温度係数を有する依
存性を有することとなる。

今斯る関係をＲ７／Ｒ５の比の値をパラメータとして温
度Ｔに対するもの関係を図示すれば第４図に示す如くに
なるものである。依って第４図の曲線でみて例えば符号
Ｍで示す如き曲線が得られるべくＲ７／Ｒ５の比の値を
適当に選べば、その曲線Ｍが直線性を有する外園温度Ｔ
の範囲Ｔａ〜Ｔｂに於て、電流１３の値は外囲温度Ｔが
大なるに応じて大となり、従って上述せる（２｝式に基
き外囲温度Ｔが大なるに応じて差動増中器３の相互コン
ダクタンスｇｍが小となるも、１３が大となってｇｍが
大となり、結局ｇｍはＴａ〜Ｔｂの外囲温度Ｔが変化し
てもその変化範囲で略々一定となるものである。

上述せる如く、上述せる本発明の一例構成に依れば、差
動増中器３の相互コンダクタンスｇｍの値が電源７の電
圧及び差動増中器３の外園温度の変化せんとするを補償
し得るので、特に上述せる‘３）式で表わされる電圧利
得Ａの値ふが電源７の電圧及び差動増中器３の外圏温度
の変化せんとするを補償し得る演算増中器が得られるこ
ととなる大なる特徴を有するものである。

尚上述に於ては本発明の一例を示したに過ぎず、差動増
中器３、増中器６、定電流回路２３及び制御回路２９の
構成も図示せる構成に限定されることなく図示せる構成
を基礎としてこれより種々の変型変更をなした構成とし
得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基礎となる演算増中器の一例を示す接
続図、第２図は本発明の説明に供する演算増中器の周波
数−電圧利得特性を示す図、第３図は本発明に依る演算
増中器の一例を示す接続図、第４図はその説明に供する
外圏温度に対する差動増中器の電源端子に流れる電流の
関係を示す曲線図である。 図中、ＱＩ〜Ｑ７はトランジスタ、ｌａ，ｌｂは電源接
続端子、２ａ及び２ｂは入力端子、３は差動増中器、６
は増中器、７は電源、９は位相補償用コンデンサ、２３
は定電流回路、２９は制御回路を夫々示す。 第２図 第４図 図 船 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ トランジスタを含んで構成された差動増幅器と入力
   側及び出力側間に位相補償用コンデンサが接続されてな
   る増幅器とが縦続接続され、かつ、前記差動増幅器のト
   ランジスタを定電流駆動するための定電流回路が電源に
   直列に挿入され、該定電流回路を通じて流れる電流が制
   御回路によつて制御される演算増幅器において、前記制
   御回路が前記電源に接続された抵抗及びトランジスタを
   含み、前記定電流回路の温度係数を正とする第１の回路
   と前記定電流回路の温度係数を負とする第２の回路の縦
   続接続から成り、第１の回路に含まれる抵抗の値と第２
   の回路に含まれる抵抗の値との比が前記差動増幅器の伝
   達コンダクタンスの温度係数が零となるように設定され
   たことを特徴とする演算増幅器。