JPH0337763B2 - - Google Patents
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- JPH0337763B2 JPH0337763B2 JP59076173A JP7617384A JPH0337763B2 JP H0337763 B2 JPH0337763 B2 JP H0337763B2 JP 59076173 A JP59076173 A JP 59076173A JP 7617384 A JP7617384 A JP 7617384A JP H0337763 B2 JPH0337763 B2 JP H0337763B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、高出力のモノリシツク集積回路化さ
れた演算増幅器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of the Invention] The present invention relates to a high-output, monolithically integrated circuit operational amplifier.
高出力演算器の構成としては第1図に示すもの
が知られている。すなわち電圧増幅段1と電流増
幅段2とからなり、入力端子3,4から入力され
る信号は電圧増幅段1で増幅され、ついで電流増
幅段2により増幅されることにより出力端子5か
ら高出力として取り出すことができる。出力は接
地電位との間に接続される負荷6に入力される。
このような構成において電圧増幅段1および電流
増幅段2はそれぞれ(+)電源端子11,21、
(−)電源端子12,22を備えている。電源端
子11,12に接続される電圧増幅段用電源に
は、演算増幅器の特性向上のため安定化電源が使
用されるが、電源端子21,22に接続される電
流増幅段用電源は容量が大きく、安定化すること
は原価高、損失増大による効率低下等の問題があ
り非安定電源を用いざるを得ない。一方、出力の
ダイナミツクレンジを狭めないため、一般には電
流増幅段2の電源電圧を電圧増幅段1の電源電圧
に比べ大きく選ぶ。従つてこの演算増幅器を一つ
の半導体チツプ内に集積回路化する場合、チツプ
基板は電流増幅段2の(−)電源端子22に接続
することになる。しかるに電流増幅段2の電源が
非安定電源であると、電源変動により(−)電源
端子22の電位が(−)電源端子12の電位に比
べ+側になることがあり、基板の電位が最低電位
でなくなるため集積回路の素子間分離ができなく
なり、集積回路として機能しなくなる。
As a configuration of a high-output arithmetic unit, the configuration shown in FIG. 1 is known. That is, it consists of a voltage amplification stage 1 and a current amplification stage 2, and a signal input from input terminals 3 and 4 is amplified by the voltage amplification stage 1, and then amplified by the current amplification stage 2, so that a high output is output from the output terminal 5. It can be extracted as The output is input to a load 6 connected between it and ground potential.
In such a configuration, the voltage amplification stage 1 and the current amplification stage 2 have (+) power supply terminals 11, 21,
(-) power terminals 12 and 22 are provided. A stabilized power supply is used for the power supply for the voltage amplification stage connected to the power supply terminals 11 and 12 in order to improve the characteristics of the operational amplifier, but the power supply for the current amplification stage connected to the power supply terminals 21 and 22 has a small capacity. However, stabilizing the power supply has problems such as high cost and reduced efficiency due to increased loss, which necessitates the use of an unstable power source. On the other hand, in order not to narrow the output dynamic range, the power supply voltage of the current amplification stage 2 is generally selected to be larger than the power supply voltage of the voltage amplification stage 1. Therefore, when this operational amplifier is integrated into one semiconductor chip, the chip substrate is connected to the (-) power supply terminal 22 of the current amplification stage 2. However, if the power supply for the current amplification stage 2 is an unstable power supply, the potential of the (-) power supply terminal 22 may become positive compared to the potential of the (-) power supply terminal 12 due to fluctuations in the power supply, and the potential of the substrate may become the lowest. Since the potential is lost, it is no longer possible to isolate the elements of the integrated circuit, and the integrated circuit no longer functions.
本発明は、容量の大きい電力出力段電源に非安
定化電源を使用することが可能な一つのチツプ内
に集積回路化された演算増幅器を提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an operational amplifier integrated into a single chip, which allows the use of an unregulated power supply for a large-capacity power output stage power supply.
本発明によれば、P形基板上にN層を有する半
導体素体中に、それぞれ電源端子を備えた電圧増
幅段および電流増幅段が集積され、入力端子から
入力される信号を電圧増幅する前記電圧増幅段は
第1の正電源端子と第1の負電源端子にそれぞれ
接続され、前記電圧増幅段の出力を受けて電流増
幅する前記電流増幅段はプツシユプル接続された
NPNトランジスタおよびPNPトランジスタから
構成され、出力端子を互いに接続される両トラン
ジスタのエミツタに、第2の正電源端子をNPN
トランジスタのコレクタに、第2の負電源端子を
PNPトランジスタのコレクタにそれぞれ接続し、
かつ前記基板に前記電圧増幅段の第1の負電源端
子を接続することにより上の目的が達成される。
According to the present invention, a voltage amplification stage and a current amplification stage each having a power supply terminal are integrated in a semiconductor body having an N layer on a P-type substrate, and the voltage amplification stage and the current amplification stage each having a power supply terminal are integrated, and the voltage amplification stage and the current amplification stage are integrated into a semiconductor body having an N layer on a P-type substrate. The voltage amplification stage is connected to a first positive power supply terminal and a first negative power supply terminal, and the current amplification stage that receives the output of the voltage amplification stage and amplifies the current is push-pull connected.
Consisting of an NPN transistor and a PNP transistor, the output terminals are connected to the emitters of both transistors, and the second positive power supply terminal is connected to the NPN transistor.
Connect the second negative power supply terminal to the collector of the transistor.
Connect each to the collector of the PNP transistor,
The above object is achieved by connecting the first negative power supply terminal of the voltage amplification stage to the substrate.
第2図は本発明の一実施例を示し、第1図と共
通の部分には同一の符号が付されている。電流増
幅段はNPNトランジスタ7により(+)出力段、
PNPトランジスタ8により(−)出力段が構成
されるプツシユプル回路で、両トランジスタの互
いに接続されたベースは電圧層幅段1の出力端子
9に接続されている。この電流増幅段および電圧
増幅段はP形シリコン基板上にN層を有する半導
体素体内に集積され、集積回路基板10には電圧
増幅段1の(−)電源端子12が接続されてい
る。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, and parts common to those in FIG. 1 are given the same reference numerals. The current amplification stage is a (+) output stage by NPN transistor 7,
This is a push-pull circuit in which a (-) output stage is formed by a PNP transistor 8, and the mutually connected bases of both transistors are connected to the output terminal 9 of the voltage layer width stage 1. The current amplification stage and the voltage amplification stage are integrated in a semiconductor body having an N layer on a P-type silicon substrate, and the (-) power supply terminal 12 of the voltage amplification stage 1 is connected to the integrated circuit board 10.
第4図は第2図における集積回路のP形シリコ
ン基板の断面の一例を示す模式図で、P形シリコ
ン基板10上にNPNトランジスタ7、PNPトラ
ンジスタ8及び電圧増幅段1などを形成し、電流
増幅段の(+)の電源端子21をNPNトランジ
スタ7のコレクタ層301に接続する。ここでは
コレクタ層内のコンタクト用のN+層の説明およ
び記述については省略する。電流増幅段の(−)
の電源端子22をPNPトランジスタ8のコレク
タ層202に接続する。NPNトランジスタ7の
ベース層302とPNPトランジスタ8のベース
層201を互いに接続して電圧増幅段1の出力端
子9に接続し、出力端子5をNPNトランジスタ
7とPNPトランジスタ8のそれぞれのエミツタ
層303と203に接続する。電圧増幅段1の
(−)の電源端子12は、ここでは電圧増幅段1
の出力段の一部としての、例えばNPNトランジ
スタ100のエミツタ層103に接続している。
そして、P形シリコン基板10を電圧増幅段1の
(−)の電源端子12に接続する。 FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the cross section of the P-type silicon substrate of the integrated circuit in FIG. The (+) power supply terminal 21 of the amplification stage is connected to the collector layer 301 of the NPN transistor 7. Here, explanation and description of the N + layer for contact in the collector layer will be omitted. Current amplification stage (-)
The power supply terminal 22 of the PNP transistor 8 is connected to the collector layer 202 of the PNP transistor 8. The base layer 302 of the NPN transistor 7 and the base layer 201 of the PNP transistor 8 are connected to each other and connected to the output terminal 9 of the voltage amplification stage 1, and the output terminal 5 is connected to the emitter layer 303 of each of the NPN transistor 7 and the PNP transistor 8. Connect to 203. The (-) power supply terminal 12 of the voltage amplification stage 1 is the voltage amplification stage 1 here.
For example, it is connected to the emitter layer 103 of an NPN transistor 100 as part of the output stage of the transistor.
Then, the P-type silicon substrate 10 is connected to the (-) power supply terminal 12 of the voltage amplification stage 1.
このように構成することにより、電流増幅段の
(−)電源端子22の電位が電圧増幅段1の(−)
電源端子12より下がつた場合にも基板上のN層
201をベースとするPNPトランジスタ8のベ
ース層201−コレクタ層202間接合が逆バイ
アスとなるため、PNPトランジスタ8のベース
層201−基板10間に入つている寄生ダイオー
ド15は導通せず、PNPトランジスタ8の電気
的分離が保たれるように作用する。したがつて集
積回路としての機能を損なうことがない。また電
圧増幅段1の出力振幅は電圧増幅段1の電源電圧
を越えることがないので、電圧増幅段1の出力端
子9の電位が下がつた時でも電圧増幅段1の
(−)電源端子12の電位よりも下がることはな
い。よつて寄生ダイオード15は常に非導通とな
り、基板10とN層201は電気的分離が保たれ
ている。以上のことから、PNPトランジスタ8
のコレクタ層201に接続される(−)電源端子
22の電位は、電圧増幅段1の(−)電源端子1
2の電位に関係なく任意の電位をとることができ
る。従つて、NPNトランジスタ7のコレクタ層
301に接続される(+)電源端子21と(−)
電源端子22との間に接続される電流増幅段用電
源には非安定電源を用いても支障を生じることが
ない。 With this configuration, the potential of the (-) power supply terminal 22 of the current amplification stage becomes the (-) potential of the voltage amplification stage 1.
Even when the voltage drops below the power supply terminal 12, the junction between the base layer 201 and the collector layer 202 of the PNP transistor 8, which is based on the N layer 201 on the substrate, becomes reverse biased. The parasitic diode 15 interposed therebetween is not conductive and acts to maintain electrical isolation of the PNP transistor 8. Therefore, the function as an integrated circuit is not impaired. Furthermore, since the output amplitude of the voltage amplification stage 1 does not exceed the power supply voltage of the voltage amplification stage 1, even when the potential of the output terminal 9 of the voltage amplification stage 1 drops, the (-) power supply terminal 12 of the voltage amplification stage 1 The potential will never drop below the potential of Therefore, the parasitic diode 15 is always non-conductive, and the substrate 10 and the N layer 201 are kept electrically isolated. From the above, PNP transistor 8
The potential of the (-) power supply terminal 22 connected to the collector layer 201 of the voltage amplification stage 1 is
Any potential can be taken regardless of the potential of 2. Therefore, the (+) power supply terminal 21 connected to the collector layer 301 of the NPN transistor 7 and the (-)
Even if an unstable power supply is used for the current amplification stage power supply connected between the power supply terminal 22 and the power supply terminal 22, no problem will occur.
第3図は別の実施例で、出力電流の増大をはか
るために電流増幅段をダーリントン接続した一実
施例であり、この場合は、第2図のNPNトラン
ジスタ7の代わりにダーリントン接続された二つ
のNPNトランジスタ71および72を、また第
2図のPNPトランジスタ8の代わりにPNPトラ
ンジスタとして働く逆ダーリントン接続された
PNPトランジスタ81およびNPNトランジスタ
82を用いたものである。 FIG. 3 shows another embodiment in which the current amplification stage is Darlington-connected in order to increase the output current; in this case, the NPN transistor 7 in FIG. two NPN transistors 71 and 72, also connected in reverse Darlington to serve as PNP transistors in place of PNP transistor 8 in FIG.
This uses a PNP transistor 81 and an NPN transistor 82.
第5図は第3図における集積回路のP形シリコ
ン基板の断面の一例を示す模式図で、第4図と共
通の部分には同一の符号が示されている。NPN
トランジスタ71および72を一つの分離用N層
401内に形成してダーリントン接続し、PNP
トランジスタ81とNPNトランジスタ82をそ
れぞれの分離用N層501,601内に形成して
逆ダーリントン接続をする。NPNトランジスタ
71のベース層404とPNPトランジスタ81
のベース層501を互いに接続すると共に電圧増
幅段1の出力端子9に接続する。NPNトランジ
スタ72のエミツタ層403とPNPトランジス
タ81のエミツタ層503およびNPNトランジ
スタ82のコレクタ層603とをそれぞれ互いに
接続すると共に出力端子5に接続する。電流増幅
段の(+)の電源端子21をNPNトランジスタ
71および72のコレクタ層401に接続し、電
流増幅段の(−)電源端子22をNPNトランジ
スタ82のエミツタ層603に接続する。電圧増
幅段1の(−)の電源端子12は、第4図と同様
に電圧増幅段1の出力部の一部としての、例えば
NPNトランジスタ100のエミツタ層103に
接続している。そして、P形シリコン基板10を
第4図と同様に電圧増幅段1の(−)の電源端子
12に接続する。 FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a cross section of the P-type silicon substrate of the integrated circuit in FIG. 3, and parts common to those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals. NPN
Transistors 71 and 72 are formed in one isolation N layer 401 and connected by Darlington to form a PNP
A transistor 81 and an NPN transistor 82 are formed in the respective isolation N layers 501 and 601 to form a reverse Darlington connection. Base layer 404 of NPN transistor 71 and PNP transistor 81
The base layers 501 of the two are connected to each other and to the output terminal 9 of the voltage amplification stage 1. The emitter layer 403 of the NPN transistor 72, the emitter layer 503 of the PNP transistor 81, and the collector layer 603 of the NPN transistor 82 are connected to each other and to the output terminal 5, respectively. The (+) power supply terminal 21 of the current amplification stage is connected to the collector layer 401 of the NPN transistors 71 and 72, and the (-) power supply terminal 22 of the current amplification stage is connected to the emitter layer 603 of the NPN transistor 82. The (-) power supply terminal 12 of the voltage amplification stage 1 serves as a part of the output section of the voltage amplification stage 1, for example, as in FIG.
It is connected to the emitter layer 103 of the NPN transistor 100. Then, the P-type silicon substrate 10 is connected to the (-) power supply terminal 12 of the voltage amplification stage 1 in the same manner as in FIG.
このように構成することにより、(−)電源端
子22の電位が(−)電源端子12より下がつた
場合でも、第4図の場合と同様にPNPトランジ
スタ81のベース層501−コレクタ層502間
接合で阻止されるので常に電気的分離が保たれる
ように作用する。従つて集積回路の機能を損なう
ことがない。 With this configuration, even if the potential of the (-) power supply terminal 22 is lower than that of the (-) power supply terminal 12, the base layer 501-collector layer 502 of the PNP transistor 81 is connected between the base layer 501 and the collector layer 502 as in the case of FIG. Since the current is prevented from occurring, electrical isolation is maintained at all times. Therefore, the function of the integrated circuit is not impaired.
本発明は、基板としてP形半導体基板を用いた
チツプ内に、電圧増幅段と、NPNおよびPNPト
ランジスタのプツシユプル出力段からなる電流増
幅段とを集積し、さらに電圧増幅段の(−)電源
端子をチツプ基板に接続したので、次の効果を奏
する。
The present invention integrates a voltage amplification stage and a current amplification stage consisting of a push-pull output stage of NPN and PNP transistors in a chip using a P-type semiconductor substrate as a substrate, and furthermore, a (-) power supply terminal of the voltage amplification stage. Since it is connected to the chip board, the following effects are achieved.
電流増幅段用の電源に電圧変動があつても集
積化された集積素子の電気的分離が常に保持さ
れるので、集積回路としての機能を維持するこ
とができる。 Even if there is a voltage fluctuation in the power supply for the current amplification stage, the electrical isolation of the integrated elements is always maintained, so that the function as an integrated circuit can be maintained.
電流増幅段用の電源に非安定化電源を使用す
ることができる。これにより集積化のために大
容量の安定化電源を使用する必要がなくなつ
た。 An unregulated power supply can be used as the power supply for the current amplification stage. This eliminates the need to use a large capacity stabilized power supply for integration.
以上のように、使用上有利な集積回路化され
た演算増幅器は原価および効率面においても得
られる効果は極めて大きい。 As described above, the integrated circuit operational amplifier, which is advantageous in use, has extremely large effects in terms of cost and efficiency.
第1図は演算増幅器の基本構成図、第2図は本
発明の一実施例の構成図、第3図は別の実施例の
構成図、第4図は第2図におけるP形シリコン基
板の断面の一例を示す模式図、第5図は第3図に
おけるP形シリコン基板の断面の一例を示す模式
図である。
1:電圧増幅段、3,4:入力端子、5:出力
端子、10:基板、11,21:(+)電源端子、
12,22:(−)電源端子、7,71,72,
82,100:NPNトランジスタ、8,81:
PNPトランジスタ、103,303,403,
603:N形エミツタ層、203,503:P形
エミツタ層、102,302,402,602:
P形ベース層、201,501:Nかたベース
層、101,301,401,601:N形コレ
クタ層、202,502:P形コレクタ層。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of an operational amplifier, FIG. 2 is a configuration diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 3 is a configuration diagram of another embodiment, and FIG. 4 is a diagram of the P-type silicon substrate in FIG. 2. FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a cross section of the P-type silicon substrate in FIG. 3. FIG. 1: Voltage amplification stage, 3, 4: Input terminal, 5: Output terminal, 10: Board, 11, 21: (+) power supply terminal,
12, 22: (-) power supply terminal, 7, 71, 72,
82,100: NPN transistor, 8,81:
PNP transistor, 103, 303, 403,
603: N type emitter layer, 203, 503: P type emitter layer, 102, 302, 402, 602:
P-type base layer, 201, 501: N-side base layer, 101, 301, 401, 601: N-type collector layer, 202, 502: P-type collector layer.
Claims (1)
れぞれ電源端子を備えた電圧増幅段および電流増
幅段が集積され、入力端子から入力される信号を
電圧増幅する前記電圧増幅段は第1の正電源端子
と第1の負電源端子にそれぞれ接続され、前記電
圧増幅段の出力を電流増幅する前記電流増幅段は
プツシユプル接続されたNPNトランジスタおよ
びPNPトランジスタからなり、互いに接続され
る前記両トランジスタのエミツタに出力端子が、
前記NPNトランジスタのコレクタに第2の正電
源端子が、前記PNPトランジスタのコレクタに
第2の負電源端子がそれぞれ接続され、かつ前記
基板に前記電圧増幅段の第1の負電源端子が接続
されたことを特徴とする演算増幅器。1 A voltage amplification stage and a current amplification stage each having a power supply terminal are integrated in a semiconductor body having an N layer on a P-type substrate, and the voltage amplification stage voltage amplifies a signal input from an input terminal. The current amplification stage is connected to the positive power supply terminal and the first negative power supply terminal of the voltage amplification stage, respectively, and current amplifies the output of the voltage amplification stage. The output terminal is on the emitter of
A second positive power supply terminal is connected to the collector of the NPN transistor, a second negative power supply terminal is connected to the collector of the PNP transistor, and a first negative power supply terminal of the voltage amplification stage is connected to the substrate. An operational amplifier characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59076173A JPS60219803A (en) | 1984-04-16 | 1984-04-16 | Operational amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59076173A JPS60219803A (en) | 1984-04-16 | 1984-04-16 | Operational amplifier |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60219803A JPS60219803A (en) | 1985-11-02 |
| JPH0337763B2 true JPH0337763B2 (en) | 1991-06-06 |
Family
ID=13597697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59076173A Granted JPS60219803A (en) | 1984-04-16 | 1984-04-16 | Operational amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60219803A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2594258B2 (en) * | 1986-01-23 | 1997-03-26 | 松下電器産業株式会社 | Hybrid power amplifier |
| JPH1141040A (en) * | 1997-07-23 | 1999-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | Differential amplifier circuit and load drive circuit |
-
1984
- 1984-04-16 JP JP59076173A patent/JPS60219803A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60219803A (en) | 1985-11-02 |
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