(57)【要約】フィードバック抵抗を有し、利得が温度に比例した特性を有する差動増幅器１と、その差動増幅器１の後段に接続され、フィードバック抵抗が無く、利得が温度に反比例した特性を有する差動増幅器２とを備え、差動増幅器１によって、差動増幅器２の利得と歪の温度補償を行う。
2004032319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードバック抵抗を有し、利得が温度に比例した特性を有する第１の差動増幅器と、
上記第１の差動増幅器の後段に接続され、フィードバック抵抗が無く、利得が温度に反比例した特性を有する第２の差動増幅器とを備えた温度補償機能付き差動増幅器。
【請求項２】
第１の差動増幅器は、外部電圧により利得が制御されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の温度補償機能付き差動増幅器。
【請求項３】
第１の差動増幅器は、
温度比例電流を生成する定電流回路と、
差動入力を上記定電流回路により生成された温度比例電流と同一の比率の電流に応じて増幅して差動出力する増幅回路とを備えたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の温度補償機能付き差動増幅器。
【請求項４】
第１の差動増幅器は、
温度一定電流を生成する第１の定電流回路と、
温度比例電流を生成する第２の定電流回路と、
差動入力を上記第１の定電流回路により生成された温度一定電流に応じた信号に変換する入力回路と、
上記入力回路により変換された信号を上記第２の定電流回路により生成された温度比例電流に応じた信号に変換して差動出力する出力回路とを備えたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の温度補償機能付き差動増幅器。
【請求項５】
第１の差動増幅器は、
温度一定電流で且つ外部電圧比例電流を生成する第１の定電流回路と、
温度比例電流で且つ外部電圧一定電流を生成する第２の定電流回路と、
上記第１および第２の定電流回路により生成された電流に応じて温度比例電流で且つ外部電圧比例電流を生成する電流生成回路と、
差動入力を上記電流生成回路により生成された温度比例電流で且つ外部電圧比例電流と同一の比率の電流に応じて増幅して差動出力する増幅回路とを備えたことを特徴とする請求の範囲第２項記載の温度補償機能付き差動増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、フィードバック抵抗が無い差動増幅器の利得および歪みの温度補償を行う温度補償機能付き差動増幅器に関するものである。
【背景技術】  第１図は従来のフィードバック抵抗が無い差動増幅器を示す回路図であり、図において、Ｖｃｃは電源、ＧＮＤはグランド、ＲＬは負荷抵抗、Ｑ１，Ｑ２はトランジスタ、Ｃ１は定電流源である。
次に動作について説明する。
差動入力電流ΔＩを次式（１）で表すことができる。
ΔＩ＝Ｉ０・ｔａｎｈ（ΔＶ／２ＶＴ）                              （１）
但し、Ｉ０は定電流源Ｃ１の電流、ΔＶは差動入力電圧、ＶＴ＝ｋＴ／ｑで、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電荷である。
上式（１）を級数展開すると、一次項は利得Ｇａｉｎとなり、二次項以降は全て歪成分となるが、その歪成分は三次項成分が最も支配的となる。そこで、上式（１）を級数展開して、一次項の利得Ｇａｉｎと、一次項と三次項との比である歪ＨＤ３とは、次式（２）（３）で表すことができる。
Ｇａｉｎ＝ａ１（ΔＶ／Ｔ）                                        （２）
ＨＤ３＝（ａ３／ａ１）・（ΔＶ／Ｔ）２                            （３）
但し、ａ１は一次項の定数、ａ３は三次項の定数である。
従来のフィードバック抵抗が無い差動増幅器は以上のように構成されているので、その利得および歪は上式（２）（３）に示したように、絶対温度Ｔに反比例しており、温度が高くなると利得は低下し、歪は小さくなる（良好になる）。
このように、フィードバック抵抗が無い差動増幅器では、利得および歪が絶対温度Ｔに依存して変化してしまう課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、フィードバック抵抗が無い差動増幅器の利得および歪みの温度補償を行う温度補償機能付き差動増幅器を得ることを目的とする。
【発明の開示】
請求の範囲第１項記載の発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、フィードバック抵抗を有し、利得が温度に比例した特性を有する第１の差動増幅器と、その第１の差動増幅器の後段に接続され、フィードバック抵抗が無く、利得が温度に反比例した特性を有する第２の差動増幅器とを備えたものである。
このことによって、第１の差動増幅器と第２の差動増幅器との利得の温度特性が相殺され、フィードバック抵抗が無い第２の差動増幅器の利得の温度補償を行うことができる。また、第２の差動増幅器の歪も、温度に反比例した特性を有するが、第１の差動増幅器から温度に比例した利得特性を有する入力を得ることで、フィードバック抵抗が無い第２の差動増幅器の歪の温度補償を行うことができる効果を奏する。
請求の範囲第２項記載の発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、第１の差動増幅器を、外部電圧により利得が制御されるようにしたものである。
このことによって、第１の差動増幅器の外部電圧により利得を制御することができ、高可変範囲を有する温度補償機能付き差動増幅器を得ることができる効果を奏する。
請求の範囲第３項記載の発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、第１の差動増幅器を、温度比例電流を生成する定電流回路と、差動入力を温度比例電流と同一の比率の電流に応じて増幅して差動出力する増幅回路とにより構成したものである。
このことによって、利得が温度に比例した特性を有する第１の差動増幅器を得ることができる効果を奏する。
請求の範囲第４項記載の発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、第１の差動増幅器を、温度一定電流を生成する第１の定電流回路と、温度比例電流を生成する第２の定電流回路と、差動入力を温度一定電流に応じた信号に変換する入力回路と、その変換された信号を温度比例電流に応じた信号に変換して差動出力する出力回路とにより構成したものである。
このことによって、利得が温度に比例した特性を有する第１の差動増幅器を得ることができる効果を奏する。
請求の範囲第５項記載の発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、第１の差動増幅器を、温度一定電流で且つ外部電圧比例電流を生成する第１の定電流回路と、温度比例電流で且つ外部電圧一定電流を生成する第２の定電流回路と、第１および第２の定電流回路により生成された電流に応じて温度比例電流で且つ外部電圧比例電流を生成する電流生成回路と、差動入力を温度比例電流で且つ外部電圧比例電流と同一の比率の電流に応じて増幅して差動出力する増幅回路とにより構成したものである。
このことによって、外部電圧により利得が制御される第１の差動増幅器を得ることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】  第１図は従来のフィードバック抵抗が無い差動増幅器を示す回路図である。
第２図はこの発明の実施の形態１による温度補償機能付き差動増幅器を示す構成図である。
第３図はこの発明の実施の形態２による第１の差動増幅器の詳細を示す回路図である。
第４図はこの発明の実施の形態２による第２の差動増幅器の詳細を示す回路図である。
第５図はこの発明の実施の形態３による第１の差動増幅器の詳細を示す回路図である。
第６図はこの発明の実施の形態４による温度補償機能付き差動増幅器を示す構成図である。
第７図はこの発明の実施の形態５による第１の差動増幅器の一部詳細を示す回路図である。
第８図は各部の温度および外部電圧に対応する電流を示す特性図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
第２図はこの発明の実施の形態１による温度補償機能付き差動増幅器を示す構成図であり、図において、１はフィードバック抵抗を有し、利得が絶対温度に比例した特性を有する差動増幅器（第１の差動増幅器）、Ｃ２は温度比例電流ＰＴＡＴ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｉｔｙ  Ｔｏ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を流す定電流源である。２はその差動増幅器１の後段に接続され、フィードバック抵抗が無く、利得が絶対温度に反比例した特性を有する差動増幅器（第２の差動増幅器）であり、例えば、第１図に示した従来の差動増幅器に相当するものである。
次に動作について説明する。
第１図に示したようなフィードバック抵抗が無い差動増幅器では、その利得および歪が絶対温度に反比例し、温度が高くなると利得は低下し、歪は小さくなってしまった。
そこで、この実施の形態１では、第２図に示したように、そのフィードバック抵抗が無い差動増幅器２の前段に、フィードバック抵抗を有し、利得が絶対温度に比例した特性を有する差動増幅器１を設けるものである。
ここで、一般にフィードバック抵抗を有する差動増幅器は、利得および歪が絶対温度にほとんど依存しない特性を有する。この実施の形態１では、そのような特性を有する差動増幅器に、例えば、絶対温度に比例した電流を流す定電流源等の回路構成を組み合せることで、利得が絶対温度に比例した特性を有する上記差動増幅器１の達成を容易にするものである。
差動増幅器１から出力される差動電圧ΔＶは、利得が絶対温度Ｔに比例した特性を有することから、ΔＶをＶ０・Ｔと置くことができる。上式（２）（３）において、ΔＶをＶ０・Ｔに置換すれば、次式（４）（５）で表すことができる。
Ｇａｉｎ＝ａ１（ΔＶ／Ｔ）＝ａ１（Ｖ０・Ｔ／Ｔ）＝ａ１・Ｖ０
（４）
ＨＤ３＝（ａ３／ａ１）・（ΔＶ／Ｔ）２
＝（ａ３／ａ１）・（Ｖ０・Ｔ／Ｔ）２
＝（ａ３／ａ１）・（Ｖ０）２                              （５）
このように、利得および歪は上式（４）（５）に示したように、絶対温度Ｔに依存することなく、フィードバック抵抗が無い差動増幅器２の歪の温度補償を行うことができる。
すなわち、差動増幅器１と差動増幅器２との利得の温度特性が相殺され、また、差動増幅器２の歪は、絶対温度Ｔに反比例した特性を有しているが、差動増幅器１から絶対温度Ｔに比例した利得特性を有する入力を得ることで、差動増幅器１および差動増幅器２を連動した歪を、絶対温度Ｔに対して一定にすることができる。
実施の形態２．
第３図はこの発明の実施の形態２による第１の差動増幅器の詳細を示す回路図であり、第２図の差動増幅器１の詳細を示したものである。図において、Ｖｃｃは電源、ＧＮＤはグランドである。
Ｃ１０は温度比例電流Ｉ１０を流す定電流源、Ｑ１０，Ｑ１１はトランジスタ、Ｃ１１は温度一定電流Ｉ１１を流す定電流源であり、以上により、定電流回路を構成する。
ＲＬは負荷抵抗、ＯＵＴ，ＯＵＴＸは差動出力端子、Ｑ１２〜Ｑ１５はトランジスタ、ＩＮ，ＩＮＸは差動入力端子、Ｑ１６，Ｑ１７はトランジスタ、ＲＥはフィードバック抵抗、Ｃ１２は温度一定電流Ｉ１２を流す定電流源であり、以上により、増幅回路を構成する。
なお、Ｄ１０はトランジスタＱ１０〜Ｑ１５のカレントミラー回路を動作させる電源である。
第４図はこの発明の実施の形態２による第２の差動増幅器の詳細を示す回路図であり、第２図の差動増幅器２の詳細を示したものである。図において、Ｑ２０〜Ｑ２５はトランジスタ、Ｃ２０〜Ｃ２２は温度一定電流を流す定電流源である。
次に動作について説明する。
第３図に示した差動増幅器１では、トランジスタＱ１１に定電流源Ｃ１０からの温度比例電流Ｉ１０が流れ、トランジスタＱ１０に温度一定電流Ｉ１１と温度比例電流Ｉ１０との差分の電流が流れる。
トランジスタＱ１０，Ｑ１１と、トランジスタＱ１２，Ｑ１３と、トランジスタＱ１４，Ｑ１５とは、それぞれカレントミラー回路を構成しており、それぞれ同一の比率の電流が流れる。また、定電流源Ｃ１２は温度一定電流Ｉ１２を流すので、例えば、トランジスタＱ１６には、Ｉ１２／２、トランジスタＱ１３には、Ｉ１２・Ｉ１０／２・Ｉ１１に応じた温度比例電流が流れる。
差動入力端子ＩＮ，ＩＮＸからの差動入力は、増幅されて差動出力端子ＯＵＴ，ＯＵＴＸから差動出力されるが、負荷抵抗をＲＬ、フィードバック抵抗をＲＥとして、この第３図の差動増幅器１の利得Ｇａｉｎを次式（６）で表すことができる。
Ｇａｉｎ＝（ＲＬ／ＲＥ）・（Ｉ１２・Ｉ１０／２・Ｉ１１）
（６）
このように、利得Ｇａｉｎが温度比例電流Ｉ１０を分子とする関数で表されることから、利得が絶対温度に比例した特性を有する差動増幅器１を得ることができる。
第４図に示した差動増幅器２では、差動増幅器１の差動出力を、差動入力端子ＩＮ，ＩＮＸから差動入力して、トランジスタＱ２０，Ｑ２１、トランジスタＱ２２，Ｑ２３、トランジスタＱ２４，Ｑ２５の３組みの差動対により増幅して、差動出力端子ＯＵＴ，ＯＵＴＸから差動出力する。なお、第４図では、３組みの差動対を示したが、２組みあるいは１組みの差動対であっても機能を満たすことができる。
上記実施の形態１でも示したが、この差動増幅器２は、利得が絶対温度に反比例した特性を有しているので、差動増幅器１と連動することにより、利得の温度特性が相殺され、また、歪の温度特性も相殺され、温度補償することができる。
実施の形態３．
第５図はこの発明の実施の形態３による第１の差動増幅器の詳細を示す回路図であり、第２図の差動増幅器１の詳細の他の例を示したものである。図において、Ｑ３０〜Ｑ３３はトランジスタ、ＩＮ，ＩＮＸは差動入力端子、ＲＥはフィードバック抵抗であり、以上により、入力回路を構成する。
Ｃ３０は温度一定電流Ｉ３０を流す定電流源、Ｑ３４，Ｑ３５はトランジスタであり、以上により、第１の定電流回路を構成する。
ＲＬは負荷抵抗、ＯＵＴ，ＯＵＴＸは差動出力端子、Ｑ３６，Ｑ３７はトランジスタであり、以上により、出力回路を構成する。
Ｃ３１は温度比例電流Ｉ３１を流す定電流源、Ｑ３８，Ｑ３９はトランジスタであり、以上により、第２の定電流回路を構成する。
次に動作について説明する。
第５図において、電圧ΔＶ１と、トランジスタＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３６，Ｑ３７のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ３０，ＶＢＥ３１，ＶＢＥ３６，ＶＢＥ３７との関係は、次式（７）で表すことができる。
ΔＶ１＝ＶＢＥ３６−ＶＢＥ３７＝ＶＢＥ３０−ＶＢＥ３１            （７）
∴ＶＴ・ｌｎ（Ｉ３６／Ｉｓ）−ＶＴ・ｌｎ（Ｉ３７／Ｉｓ）
＝ＶＴ・ｌｎ（Ｉ３０／Ｉｓ）−ＶＴ・ｌｎ（Ｉ３１／Ｉｓ）
∴Ｉ３６／Ｉ３７＝Ｉ３０／Ｉ３１                                    （８）
但し、Ｉｓは飽和電流である。
この上式（８）から分かるように、トランジスタＱ３０，Ｑ３１の差動対に流れる電流比とトランジスタＱ３６，Ｑ３７の差動対に流れる電流比とは同一となる。
定電流源Ｃ３０は温度一定電流Ｉ３０を流すので、トランジスタＱ３５にも温度一定電流が流れる。差動入力端子ＩＮ，ＩＮＸからの差動入力は、トランジスタＱ３２およびフィードバック抵抗ＲＥと、トランジスタＱ３３およびフィードバック抵抗ＲＥとによって、電流Ｉ３０，Ｉ３１に変換されるが、それら電流は温度に依存するものではない。
また、トランジスタＱ３０，Ｑ３１の差動対に電流Ｉ３０，Ｉ３１が流れることにより、トランジスタＱ３６，Ｑ３７の差動対にも同一の比率の電流Ｉ３６，Ｉ３７が流れる。定電流源Ｃ３１は温度比例電流Ｉ３１を流すので、トランジスタＱ３９にも温度比例電流が流れ、電流Ｉ３６，Ｉ３７は、温度比例電流となる。
差動入力端子ＩＮ，ＩＮＸからの差動入力は、増幅されて差動出力端子ＯＵＴ，ＯＵＴＸから差動出力されるが、負荷抵抗をＲＬ、フィードバック抵抗をＲＥとして、この第５図の差動増幅器１の利得Ｇａｉｎを次式（９）で表すことができる。
Ｇａｉｎ＝（ＲＬ／ＲＥ）・（Ｉ３１／Ｉ３０）                      （９）
このように、利得Ｇａｉｎが温度比例電流Ｉ３１を分子とする関数で表されることから、利得が絶対温度に比例した特性を有する差動増幅器１を得ることができる。
実施の形態４．
第６図はこの発明の実施の形態４による温度補償機能付き差動増幅器を示す構成図であり、図において、Ｃ３は温度比例電流ＰＴＡＴを流すと共に、外部電圧に応じた制御電流を流す定電流源である。その他の構成については、第２図に示した構成と同等である。
次に動作について説明する。
この実施の形態４では、第６図に示したように、差動増幅器１に温度比例電流ＰＴＡＴと、外部電圧に応じた制御電流とを合成して流すようにしたものである。
このように、差動増幅器１の外部電圧により利得を制御することができ、フィードバック抵抗が無い差動増幅器２と連動することにより、高可変範囲を有する温度補償機能付き差動増幅器を得ることができる。
実施の形態５．
第７図はこの発明の実施の形態５による第１の差動増幅器の一部詳細を示す回路図であり、第６図の定電流源Ｃ３の一部詳細を示したものである。さらに具体的には、この第７図に示す回路は、第３図における定電流源Ｃ１０の代わりに設けられるものであり、第７図における電源Ｖｃｃおよび電流出力端子ＩＯＵＴは、第３図における電源ＶｃｃおよびトランジスタＱ１１のコレクタに接続されるものである。
図において、Ｃ４０は温度一定電流で外部電圧比例電流Ｉ４０を流す定電流源であり、第１の定電流回路を構成する。
Ｑ４０，Ｑ４１はトランジスタ、Ｃ４２は温度一定電流で外部電圧一定電流Ｉ４２を流す定電流源である。
Ｔ４０，Ｔ４１はＦＥＴ、Ｑ４２，Ｑ４３はトランジスタであり、以上により、電流生成回路を構成する。
Ｃ４３は温度比例電流で外部電圧一定電流Ｉ４３を流す定電流源であり、第２の定電流回路を構成する。
なお、Ｄ４０はトランジスタＱ４０〜Ｑ４３のカレントミラー回路を動作させる電源である。
第８図は各部の温度および外部電圧に対応する電流を示す特性図であり、（ａ）は定電流源Ｃ４０、（ｂ）は定電流源Ｃ４２、（ｃ）は定電流源Ｃ４３、（ｄ）は電流出力端子ＩＯＵＴの特性を示したものである。
次に動作について説明する。
第７図において、定電流源Ｃ４０は、第８図（ａ）に示した温度に依存せず外部電圧に比例する電流Ｉ４０をトランジスタＱ４１に流し、定電流源Ｃ４２は、第８図（ｂ）に示した温度および外部電圧に依存しない電流Ｉ４２を流す。したがって、トランジスタＱ４０に電流Ｉ４２と電流Ｉ４０との差分の電流が流れる。
トランジスタＱ４０，Ｑ４３と、トランジスタＱ４１，Ｑ４２と、ＦＥＴＴ４０，Ｔ４１とは、それぞれカレントミラー回路を構成しており、それぞれ同一の比率の電流が流れる。また、定電流源Ｃ４３は、第８図（ｃ）に示した温度に比例し外部電圧に依存しない電流Ｉ４３を流すので、例えば、ＦＥＴＴ４１から電流出力端子ＩＯＵＴに、第８図（ｄ）に示すような、次式（１０）に応じた電流ＩＯＵＴが流れる。
ＩＯＵＴ＝Ｉ４０・Ｉ４３／Ｉ４２                                （１０）
この電流ＩＯＵＴは、温度比例で且つ外部電圧比例の電流である。
この電流ＩＯＵＴを、第３図における定電流源Ｃ１０の代わりにトランジスタＱ１１のコレクタに供給する。
上式（６）で示したように、第３図の差動増幅器１の利得Ｇａｉｎは、温度比例電流Ｉ１０に比例したが、この温度比例電流Ｉ１０に代えて、温度比例で且つ外部電圧比例の電流ＩＯＵＴを用いることから、第３図の差動増幅器１の利得Ｇａｉｎを、絶対温度に比例し、且つ外部電圧に比例して制御されるものにすることができる。
このように、外部電圧により利得が制御される差動増幅器１を得ることができる。
【産業上の利用可能性】  以上のように、この発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、差動増幅器１と差動増幅器２とを連動することにより、差動増幅器２の利得および歪の温度補償を行うのに適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年4月1日(2005.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【特許請求の範囲】
【請求項１】  フィードバック抵抗を有し、利得が温度に比例した特性を有する第１の差動増幅器と、
上記第１の差動増幅器に接続され、フィードバック抵抗が無く、利得が温度に反比例した特性を有する第２の差動増幅器とを備えた温度補償機能付き差動増幅器。
【請求項２】  第２の差動増幅器は、第１の差動増幅器の後段に接続されていることを特徴とする請求項１記載の差動増幅器。
【請求項３】  第１の差動増幅器は、外部電圧により利得が制御されることを特徴とする請求項１記載の温度補償機能付き差動増幅器。
【請求項４】  第１の差動増幅器は、
温度比例電流を生成する定電流回路と、
差動入力を上記定電流回路により生成された温度比例電流と同一の比率の電流に応じて増幅して差動出力する増幅回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の温度補償機能付き差動増幅器。
【請求項５】  第１の差動増幅器は、
温度一定電流を生成する第１の定電流回路と、
温度比例電流を生成する第２の定電流回路と、
差動入力を上記第１の定電流回路により生成された温度一定電流に応じた信号に変換する入力回路と、
上記入力回路により変換された信号を上記第２の定電流回路により生成された温度比例電流に応じた信号に変換して差動出力する出力回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の温度補償機能付き差動増幅器。
【請求項６】  第１の差動増幅器は、
温度一定電流で且つ外部電圧比例電流を生成する第１の定電流回路と、
温度比例電流で且つ外部電圧一定電流を生成する第２の定電流回路と、
上記第１および第２の定電流回路により生成された電流に応じて温度比例電流で且つ外部電圧比例電流を生成する電流生成回路と、
差動入力を上記電流生成回路により生成された温度比例電流で且つ外部電圧比例電流と同一の比率の電流に応じて増幅して差動出力する増幅回路とを備えたことを特徴とする請求項３記載の温度補償機能付き差動増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フィードバック抵抗が無い差動増幅器の利得および歪みの温度補償を行う温度補償機能付き差動増幅器に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
図１は従来のフィードバック抵抗が無い差動増幅器を示す回路図であり、図において、Ｖｃｃは電源、ＧＮＤはグランド、ＲＬは負荷抵抗、Ｑ１，Ｑ２はトランジスタ、Ｃ１は定電流源である。
次に動作について説明する。
差動入力電流ΔＩを次式（１）で表すことができる。
ΔＩ＝Ｉ０・ｔａｎｈ（ΔＶ／２ＶT）                    （１）
但し、Ｉ０は定電流源Ｃ１の電流、ΔＶは差動入力電圧、ＶT＝ｋＴ／ｑで、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電荷である。
上式（１）を級数展開すると、一次項は利得Ｇａｉｎとなり、二次項以降は全て歪成分となるが、その歪成分は三次項成分が最も支配的となる。そこで、上式（１）を級数展開して、一次項の利得Ｇａｉｎと、一次項と三次項との比である歪ＨＤ３とは、次式（２）（３）で表すことができる。
Ｇａｉｎ＝ａ１（ΔＶ／Ｔ）                             （２）
ＨＤ３＝（ａ３／ａ１）・（ΔＶ／Ｔ）2                  （３）
但し、ａ１は一次項の定数、ａ３は三次項の定数である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフィードバック抵抗が無い差動増幅器は以上のように構成されているので、その利得および歪は上式（２）（３）に示したように、絶対温度Ｔに反比例しており、温度が高くなると利得は低下し、歪は小さくなる（良好になる）。
このように、フィードバック抵抗が無い差動増幅器では、利得および歪が絶対温度Ｔに依存して変化してしまう課題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、フィードバック抵抗が無い差動増幅器の利得および歪みの温度補償を行う温度補償機能付き差動増幅器を得ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、フィードバック抵抗を有し、利得が温度に比例した特性を有する第１の差動増幅器と、その第１の差動増幅器に接続され、フィードバック抵抗が無く、利得が温度に反比例した特性を有する第２の差動増幅器とを備えたものである。
【０００５】
この発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、第１の差動増幅器の後段に接続されているようにしたものである。
【０００６】
この発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、第１の差動増幅器を、外部電圧により利得が制御されるようにしたものである。
【０００７】
この発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、第１の差動増幅器を、温度比例電流を生成する定電流回路と、差動入力を温度比例電流と同一の比率の電流に応じて増幅して差動出力する増幅回路とにより構成したものである。
【０００８】
この発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、第１の差動増幅器を、温度一定電流を生成する第１の定電流回路と、温度比例電流を生成する第２の定電流回路と、差動入力を温度一定電流に応じた信号に変換する入力回路と、その変換された信号を温度比例電流に応じた信号に変換して差動出力する出力回路とにより構成したものである。
【０００９】
この発明に係る温度補償機能付き差動増幅器は、第１の差動増幅器を、温度一定電流で且つ外部電圧比例電流を生成する第１の定電流回路と、温度比例電流で且つ外部電圧一定電流を生成する第２の定電流回路と、第１および第２の定電流回路により生成された電流に応じて温度比例電流で且つ外部電圧比例電流を生成する電流生成回路と、差動入力を温度比例電流で且つ外部電圧比例電流と同一の比率の電流に応じて増幅して差動出力する増幅回路とにより構成したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１による温度補償機能付き差動増幅器を示す構成図であり、図において、１はフィードバック抵抗を有し、利得が絶対温度に比例した特性を有する差動増幅器（第１の差動増幅器）、Ｃ２は温度比例電流ＰＴＡＴ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｉｔｙ  Ｔｏ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を流す定電流源である。２はその差動増幅器１の後段に接続され、フィードバック抵抗が無く、利得が絶対温度に反比例した特性を有する差動増幅器（第２の差動増幅器）であり、例えば、図１に示した従来の差動増幅器に相当するものである。
【００１１】
次に動作について説明する。
図１に示したようなフィードバック抵抗が無い差動増幅器では、その利得および歪が絶対温度に反比例し、温度が高くなると利得は低下し、歪は小さくなってしまった。
そこで、この実施の形態１では、図２に示したように、そのフィードバック抵抗が無い差動増幅器２の前段に、フィードバック抵抗を有し、利得が絶対温度に比例した特性を有する差動増幅器１を設けるものである。
ここで、一般にフィードバック抵抗を有する差動増幅器は、利得および歪が絶対温度にほとんど依存しない特性を有する。この実施の形態１では、そのような特性を有する差動増幅器に、例えば、絶対温度に比例した電流を流す定電流源等の回路構成を組み合せることで、利得が絶対温度に比例した特性を有する上記差動増幅器１の達成を容易にするものである。
差動増幅器１から出力される差動電圧ΔＶは、利得が絶対温度Ｔに比例した特性を有することから、ΔＶをＶ０・Ｔと置くことができる。上式（２）（３）において、ΔＶをＶ０・Ｔに置換すれば、次式（４）（５）で表すことができる。
Ｇａｉｎ＝ａ１（ΔＶ／Ｔ）＝ａ１（Ｖ０・Ｔ／Ｔ）＝ａ１・Ｖ０
（４）
ＨＤ３＝（ａ３／ａ１）・（ΔＶ／Ｔ）2
＝（ａ３／ａ１）・（Ｖ０・Ｔ／Ｔ）2
＝（ａ３／ａ１）・（Ｖ０）2                      （５）
このように、利得および歪は上式（４）（５）に示したように、絶対温度Ｔに依存することなく、フィードバック抵抗が無い差動増幅器２の歪の温度補償を行うことができる。
すなわち、差動増幅器１と差動増幅器２との利得の温度特性が相殺され、また、差動増幅器２の歪は、絶対温度Ｔに反比例した特性を有しているが、差動増幅器１から絶対温度Ｔに比例した利得特性を有する入力を得ることで、差動増幅器１および差動増幅器２を連動した歪を、絶対温度Ｔに対して一定にすることができる。
【００１２】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による第１の差動増幅器の詳細を示す回路図であり、図２の差動増幅器１の詳細を示したものである。図において、Ｖｃｃは電源、ＧＮＤはグランドである。
Ｃ１０は温度比例電流Ｉ１０を流す定電流源、Ｑ１０，Ｑ１１はトランジスタ、Ｃ１１は温度一定電流Ｉ１１を流す定電流源であり、以上により、定電流回路を構成する。
ＲＬは負荷抵抗、ＯＵＴ，ＯＵＴＸは差動出力端子、Ｑ１２〜Ｑ１５はトランジスタ、ＩＮ，ＩＮＸは差動入力端子、Ｑ１６，Ｑ１７はトランジスタ、ＲＥはフィードバック抵抗、Ｃ１２は温度一定電流Ｉ１２を流す定電流源であり、以上により、増幅回路を構成する。
なお、Ｄ１０はトランジスタＱ１０〜Ｑ１５のカレントミラー回路を動作させる電源である。
図４はこの発明の実施の形態２による第２の差動増幅器の詳細を示す回路図であり、図２の差動増幅器２の詳細を示したものである。図において、Ｑ２０〜Ｑ２５はトランジスタ、Ｃ２０〜Ｃ２２は温度一定電流を流す定電流源である。
【００１３】
次に動作について説明する。
図３に示した差動増幅器１では、トランジスタＱ１１に定電流源Ｃ１０からの温度比例電流Ｉ１０が流れ、トランジスタＱ１０に温度一定電流Ｉ１１と温度比例電流Ｉ１０との差分の電流が流れる。
トランジスタＱ１０，Ｑ１１と、トランジスタＱ１２，Ｑ１３と、トランジスタＱ１４，Ｑ１５とは、それぞれカレントミラー回路を構成しており、それぞれ同一の比率の電流が流れる。また、定電流源Ｃ１２は温度一定電流Ｉ１２を流すので、例えば、トランジスタＱ１６には、Ｉ１２／２、トランジスタＱ１３には、Ｉ１２・Ｉ１０／２・Ｉ１１に応じた温度比例電流が流れる。
差動入力端子ＩＮ，ＩＮＸからの差動入力は、増幅されて差動出力端子ＯＵＴ，ＯＵＴＸから差動出力されるが、負荷抵抗をＲＬ、フィードバック抵抗をＲＥとして、この図３の差動増幅器１の利得Ｇａｉｎを次式（６）で表すことができる。
Ｇａｉｎ＝（ＲＬ／ＲＥ）・（Ｉ１２・Ｉ１０／２・Ｉ１１）
（６）
このように、利得Ｇａｉｎが温度比例電流Ｉ１０を分子とする関数で表されることから、利得が絶対温度に比例した特性を有する差動増幅器１を得ることができる。
図４に示した差動増幅器２では、差動増幅器１の差動出力を、差動入力端子ＩＮ，ＩＮＸから差動入力して、トランジスタＱ２０，Ｑ２１、トランジスタＱ２２，Ｑ２３、トランジスタＱ２４，Ｑ２５の３組みの差動対により増幅して、差動出力端子ＯＵＴ，ＯＵＴＸから差動出力する。なお、図４では、３組みの差動対を示したが、２組みあるいは１組みの差動対であっても機能を満たすことができる。
上記実施の形態１でも示したが、この差動増幅器２は、利得が絶対温度に反比例した特性を有しているので、差動増幅器１と連動することにより、利得の温度特性が相殺され、また、歪の温度特性も相殺され、温度補償することができる。
【００１４】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による第１の差動増幅器の詳細を示す回路図であり、図２の差動増幅器１の詳細の他の例を示したものである。図において、Ｑ３０〜Ｑ３３はトランジスタ、ＩＮ，ＩＮＸは差動入力端子、ＲＥはフィードバック抵抗であり、以上により、入力回路を構成する。
Ｃ３０は温度一定電流Ｉ３０を流す定電流源、Ｑ３４，Ｑ３５はトランジスタであり、以上により、第１の定電流回路を構成する。
ＲＬは負荷抵抗、ＯＵＴ，ＯＵＴＸは差動出力端子、Ｑ３６，Ｑ３７はトランジスタであり、以上により、出力回路を構成する。
Ｃ３１は温度比例電流Ｉ３１を流す定電流源、Ｑ３８，Ｑ３９はトランジスタ  であり、以上により、第２の定電流回路を構成する。
【００１５】
次に動作について説明する。
図５において、電圧ΔＶ１と、トランジスタＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３６，Ｑ３７のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ３０，ＶＢＥ３１，ＶＢＥ３６，ＶＢＥ３７との関係は、次式（７）で表すことができる。
ΔＶ１＝ＶＢＥ３６−ＶＢＥ３７＝ＶＢＥ３０−ＶＢＥ３１  （７）
∴ＶT・ｌｎ（Ｉ３６／Ｉｓ）−ＶT・ｌｎ（Ｉ３７／Ｉｓ）
＝ＶT・ｌｎ（Ｉ３０／Ｉｓ）−ＶT・ｌｎ（Ｉ３１／Ｉｓ）
∴Ｉ３６／Ｉ３７＝Ｉ３０／Ｉ３１                          （８）
但し、Ｉｓは飽和電流である。
この上式（８）から分かるように、トランジスタＱ３０，Ｑ３１の差動対に流れる電流比とトランジスタＱ３６，Ｑ３７の差動対に流れる電流比とは同一となる。
定電流源Ｃ３０は温度一定電流Ｉ３０を流すので、トランジスタＱ３５にも温度一定電流が流れる。差動入力端子ＩＮ，ＩＮＸからの差動入力は、トランジスタＱ３２およびフィードバック抵抗ＲＥと、トランジスタＱ３３およびフィードバック抵抗ＲＥとによって、電流Ｉ３０，Ｉ３１に変換されるが、それら電流は温度に依存するものではない。
また、トランジスタＱ３０，Ｑ３１の差動対に電流Ｉ３０，Ｉ３１が流れることにより、トランジスタＱ３６，Ｑ３７の差動対にも同一の比率の電流Ｉ３６，Ｉ３７が流れる。定電流源Ｃ３１は温度比例電流Ｉ３１を流すので、トランジスタＱ３９にも温度比例電流が流れ、電流Ｉ３６，Ｉ３７は、温度比例電流となる。
差動入力端子ＩＮ，ＩＮＸからの差動入力は、増幅されて差動出力端子ＯＵＴ，ＯＵＴＸから差動出力されるが、負荷抵抗をＲＬ、フィードバック抵抗をＲＥとして、この図５の差動増幅器１の利得Ｇａｉｎを次式（９）で表すことができる。
Ｇａｉｎ＝（ＲＬ／ＲＥ）・（Ｉ３１／Ｉ３０）            （９）
このように、利得Ｇａｉｎが温度比例電流Ｉ３１を分子とする関数で表されることから、利得が絶対温度に比例した特性を有する差動増幅器１を得ることができる。
【００１６】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４による温度補償機能付き差動増幅器を示す構成図であり、図において、Ｃ３は温度比例電流ＰＴＡＴを流すと共に、外部電圧に応じた制御電流を流す定電流源である。その他の構成については、図２に示した構成と同等である。
【００１７】
次に動作について説明する。
この実施の形態４では、図６に示したように、差動増幅器１に温度比例電流ＰＴＡＴと、外部電圧に応じた制御電流とを合成して流すようにしたものである。
このように、差動増幅器１の外部電圧により利得を制御することができ、フィードバック抵抗が無い差動増幅器２と連動することにより、高可変範囲を有する温度補償機能付き差動増幅器を得ることができる。
【００１８】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５による第１の差動増幅器の一部詳細を示す回路図であり、図６の定電流源Ｃ３の一部詳細を示したものである。さらに具体的には、この図７に示す回路は、図３における定電流源Ｃ１０の代わりに設けられるものであり、図７における電源Ｖｃｃおよび電流出力端子ＩＯＵＴは、図３における電源ＶｃｃおよびトランジスタＱ１１のコレクタに接続されるものである。
図において、Ｃ４０は温度一定電流で外部電圧比例電流Ｉ４０を流す定電流源であり、第１の定電流回路を構成する。
Ｑ４０，Ｑ４１はトランジスタ、Ｃ４２は温度一定電流で外部電圧一定電流Ｉ４２を流す定電流源である。
Ｔ４０，Ｔ４１はＦＥＴ、Ｑ４２，Ｑ４３はトランジスタであり、以上により、電流生成回路を構成する。
Ｃ４３は温度比例電流で外部電圧一定電流Ｉ４３を流す定電流源であり、第２の定電流回路を構成する。
なお、Ｄ４０はトランジスタＱ４０〜Ｑ４３のカレントミラー回路を動作させる電源である。
図８は各部の温度および外部電圧に対応する電流を示す特性図であり、（ａ）は定電流源Ｃ４０、（ｂ）は定電流源Ｃ４２、（ｃ）は定電流源Ｃ４３、（ｄ）は電流出力端子ＩＯＵＴの特性を示したものである。
【００１９】
次に動作について説明する。
図７において、定電流源Ｃ４０は、図８（ａ）に示した温度に依存せず外部電圧に比例する電流Ｉ４０をトランジスタＱ４１に流し、定電流源Ｃ４２は、図８（ｂ）に示した温度および外部電圧に依存しない電流Ｉ４２を流す。したがって、トランジスタＱ４０に電流Ｉ４２と電流Ｉ４０との差分の電流が流れる。
トランジスタＱ４０，Ｑ４３と、トランジスタＱ４１，Ｑ４２と、ＦＥＴＴ４０，Ｔ４１とは、それぞれカレントミラー回路を構成しており、それぞれ同一の比率の電流が流れる。また、定電流源Ｃ４３は、図８（ｃ）に示した温度に比例し外部電圧に依存しない電流Ｉ４３を流すので、例えば、ＦＥＴＴ４１から電流出力端子ＩＯＵＴに、図８（ｄ）に示すような、次式（１０）に応じた電流ＩＯＵＴが流れる。
ＩＯＵＴ＝Ｉ４０・Ｉ４３／Ｉ４２                      （１０）
この電流ＩＯＵＴは、温度比例で且つ外部電圧比例の電流である。
この電流ＩＯＵＴを、図３における定電流源Ｃ１０の代わりにトランジスタＱ１１のコレクタに供給する。
上式（６）で示したように、図３の差動増幅器１の利得Ｇａｉｎは、温度比例電流Ｉ１０に比例したが、この温度比例電流Ｉ１０に代えて、温度比例で且つ外部電圧比例の電流ＩＯＵＴを用いることから、図３の差動増幅器１の利得Ｇａｉｎを、絶対温度に比例し、且つ外部電圧に比例して制御されるものにすることができる。
このように、外部電圧により利得が制御される差動増幅器１を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、この発明によれば、第１の差動増幅器と第２の差動増幅器との利得の温度特性が相殺され、フィードバック抵抗が無い第２の差動増幅器の利得の温度補償を行うことができる。また、第２の差動増幅器の歪も、温度に反比例した特性を有するが、第１の差動増幅器から温度に比例した利得特性を有する入力を得ることで、フィードバック抵抗が無い第２の差動増幅器の歪の温度補償を行うことができる効果を奏する。
【００２１】
また、第１の差動増幅器の外部電圧により利得を制御することができ、高可変範囲を有する温度補償機能付き差動増幅器を得ることができる効果を奏する。
【００２２】
また、利得が温度に比例した特性を有する第１の差動増幅器を得ることができる効果を奏する。
【００２３】
また、利得が温度に比例した特性を有する第１の差動増幅器を得ることができる効果を奏する。
【００２４】
また、外部電圧により利得が制御される第１の差動増幅器を得ることができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】  従来のフィードバック抵抗が無い差動増幅器を示す回路図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による温度補償機能付き差動増幅器を示す構成図である。
【図３】  この発明の実施の形態２による第１の差動増幅器の詳細を示す回路図である。
【図４】  この発明の実施の形態２による第２の差動増幅器の詳細を示す回路図である。
【図５】  この発明の実施の形態３による第１の差動増幅器の詳細を示す回路図である。
【図６】  この発明の実施の形態４による温度補償機能付き差動増幅器を示す構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態５による第１の差動増幅器の一部詳細を示す回路図である。
【図８】  各部の温度および外部電圧に対応する電流を示す特性図である。
【国際調査報告】
2004032319.tif 000011
2004032319.tif 000012
2004032319.tif 000013