JP2516546B2 - フロ―ティング増幅器 - Google Patents

フロ―ティング増幅器

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JP2516546B2
JP2516546B2 JP5069458A JP6945893A JP2516546B2 JP 2516546 B2 JP2516546 B2 JP 2516546B2 JP 5069458 A JP5069458 A JP 5069458A JP 6945893 A JP6945893 A JP 6945893A JP 2516546 B2 JP2516546 B2 JP 2516546B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フローティング増幅
器、特に、半導体素子等の負荷回路に所望の電圧及び電
流を供給する電圧電流供給回路の一部としての使用に好
適なフローティング増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、バイポーラ・トランジスタ、電
界効果トランジスタ等の半導体素子である負荷に所望の
電圧及び電流を供給して、負荷の特性を測定するための
従来の半導体素子測定装置を示す。マイクロコンピュー
タである制御器10は、負荷回路12に所望の電圧又は
電流を供給するための入力命令をホストコンピュータ又
はキーボードから受ける。デジタル・アナログ変換器
(DAC)14は、制御器10が入力命令に従って出力
したデジタル電圧値を受け取り、第1電位源Aを基準電
位源とするアナログ電圧Vinを生成して出力する。D
AC14からの出力アナログ電圧は、入力側増幅器16
及び出力側増幅器18を有する電力増幅器20に供給さ
れる。人力側増幅器16は、第1フローティング電位源
Aを基準電位源とする正及び負の電圧源に接続され、出
力側増幅器18は、第1フローティング電位源Aとは異
なる第2フローティング電位源Bを基準電位源とする正
及び負電圧源に接続される。電力増幅器20の出力電圧
Voutは、抵抗値が既知である電流検出抵抗器22を
介して、一端が第2フローティング電位源に接続された
負荷回路12の他端に供給される。負荷回路12の他端
の電圧は、電圧フォロア増幅器24を介して、電力増幅
器20の入力端子に帰還され、負荷回路12の他端の電
圧は、DAC24の出力電圧と等しく保たれる。電流検
出抵抗器22の両端電圧は、差動増幅器26により検出
されて、アナログ・デジタル変換器(ADC)28に供
給される。ADC28は、差動増幅器26のアナログ検
出電圧Vdをデジタル電圧値に変換し、制御器10に供
給する。制御器10は、ADC28からのデジタル電圧
値及び電流検出抵抗器22の抵抗値から、負荷回路12
を流れる電流を求める。以上の動作を負荷回路への異な
る電圧に関して行って各々電流値を求めて、負荷回路の
電圧−電流特性を例えばグラフにして、表示器30に表
示する。
【0003】ここで留意することは、差動増幅器26
は、負荷回路12の一端が接続された第2フローティン
グ電位源ではなく、第1フローティング電位源を基準電
位とする正及び負の電圧源に接続され、電力増幅器20
側の入力端子も第1フローティング電位源に接続されて
いることである。これにより、差動増幅器26は、第1
フローティング電位源を基準電位として動作し、仮え、
高電圧測定を行うために負荷回路12の他端に高電圧を
供給しても、差動増幅器26の入力電圧の同相分が増加
して、差動増幅器26が破壊されるという虞がない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図4は、図1の出力側
増幅器18及びそれに接続される他の構成要素を示す回
路図である。出力増幅器18は、NPN形及びPNP形
の2つのトランジスタ32及び34を含む相補形対称回
路であり、2つのトランジスタ32及び34のベースに
は、入力側増幅器16からの第1フローティング電位源
を基準電位源とする入力電圧Vin’が供給される。ト
ランジスタ32及び34のコレクタは、上述の様に第2
フローティング電位源Bを基準電位源とする正及び負の
電圧源に夫々接続されている。トランジスタ32及び3
4のエミッタ間には、抵抗器36及び38が直列接続さ
れ、これらの抵抗器の接続点は、増幅器18の出力端子
40となる。増幅器18の出力端子40は、図3に示す
様に、電流検出抵抗器22を介して負荷回路12に接続
される。図4の回路は対称回路であるので、NPN形ト
ランジスタ、抵抗器36、38、負荷回路12及び正電
圧源12から成る片方の回路について動作を考察する。
トランジスタ32のエミッタ電流をIe、抵抗器36の
抵抗値をReとし、ベース・エミッタ間電圧をVbeと
すると、Ieは次の式で表される。 Ie=(Vin’−Vbe)/Re
(1) 増幅器18の出力電圧をVout,抵抗器22の抵抗値
をRd及び負荷回路12のインピーダンスをZとする
と、次の式で表される。 Vout=Ie×(Rd+Z)=(Vin’−Vbe)
×(Rd+Z)/Re(2) この回路の利得Gは、次の式で表される。 利得=Vout/Vin’=(Vin’−Vbe)×
(Rd+Z)/Re×Vin’(3) ここで、Vbe、Rd,Reは一定であり、更に、入力
電圧Vin’も一定であるとすると、負荷回路12のイ
ンピーダンスZが変化すると、利得Aは変化する。した
がって、この増幅器は負荷回路12のインピーダンスに
応じて利得が変化して、特性が不安定であり、それによ
り歪率が増加するなどの問題が生じる。
【0005】したがって、本発明の目的は、負荷回路の
インピーダンスが変化しても、利得に影響を受けないフ
ローティング増幅器の提供にある。
【0006】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明のフロー
ティング増幅器は、電圧電流変換器により、特定のフロ
ーティング電位を基準とする入力電圧を電流に変換し、
その電流を負荷が基準とする他のフローティング電位を
基準とする電流に変換する。変換された電流は、電流電
圧変換器により、電流電圧変換器により電圧に変換され
て負荷に供給される。入力電圧は、負荷のフローティン
グ電位を基準とする電流に変換されているので、電流電
圧変換器は、エミッタ・フォロア増幅器の構成にするこ
とができ、常に利得を1にすることができる。従って、
本発明のフローティング増幅器は、負荷が変動変動して
も利得が一定に保たれ、高域特性が良好になる。
【0007】
【実施例】図1は、本発明のフローティング増幅器を示
す回路図である。この回路は、第1、第2及び第3電流
ミラー回路50、52及び54を含んでいる。電流ミラ
ー回路は、2つの出力端子から等しい電流を出力する回
路であり、例えば、特公昭49−98191号公報に記
載されている。但し、第1及び第2電流ミラー回路50
及び52では、電流が流出するが、第3電流ミラー回路
54では、電流が流入することで異なる。この回路で
は、第1電流ミラー回路50は、第1フローティング電
位源Aを基準電位源とする正電圧源に接続されて、第1
フローティング電位を基準にして動作し、第2及び第3
回路電流ミラー回路52、54は、第2フローティング
電位源Bを基準電位源とする負及び正電圧源に接続さ
れ、第2フローティング電位を基準にして動作する。
【0008】エミッタ結合された1対のトランジスタ5
6及び58の一方のトランジスタ56のベースには、図
1のDAC14の出力電圧の様な第1フローティング電
位源Aを基準電位源とする入力電圧Vinが入力端子6
0を介して供給される。他方のトランジスタ58のベー
スは、抵抗器62を介して第1フローティング電位源A
に接続されると共に、抵抗器64を介して第2フローテ
ィング電位源Bに接続される。全体の回路の利得は、抵
抗器62及び64の抵抗値により決まる。トランジスタ
56及び58は共に、電流値2Iの定電流源66を介し
て第1フローティング電位源Aを基準電位源とする負電
圧源に接続される。トランジスタ56及び58のコレク
タは、夫々電流ミラー回路50及び52の第1出力端子
に接続される。電流ミラー回路50の第2出力端子は、
電流ミラー回路54の第1出力端子に直接に接続され
る。また、電流ミラー回路52の第2出力端子は、クロ
スオーバ歪補償のためのバイアス用のダイオード68及
び70を介して電流ミラー回路54の第2出力端子に接
続される。電流ミラー回路52の第2出力端子及び第2
フローティング電位源B間には、出力段トランジスタ回
路の入力インピーダンス、漂遊容量、位相補償用コンデ
ンサを第2電流ミラー回路52の第2出力端子に接続し
た場合は、そのキャパシタンス等の影響により、インピ
ーダンス素子72が等価的に接続されていると考えられ
る。電流ミラー回路52及び54の第2出力端子は、こ
の増幅器の出力段トランジスタを構成するPNP形トラ
ンジスタ74及びNPN形トランジスタ76のベースに
接続される。トランジスタ74及び76のコレクタは、
夫々負及び正電圧源に接続され、エミッタは相互に接続
されると共に、出力端子78に接続される。出力端子7
8は、第1フローティング電位源Aに接続されると共
に、電流検出抵抗器22を介して負荷回路12の一端に
接続され、負荷回路12の他端は第2フローティング電
位源Bに接続される。
【0009】次に図1に示すフローティング増幅器の動
作を説明する。トランジスタ56のベースに供給される
入力電圧Vinの変化に応じて、そのコレクタには電流I
+Δiが流れる。トランジスタ56及び58のコレクタ
に流れる電流の和は、定電流源66の電流値2Iで一定
であるので、トランジスタ58のコレクタには、2I−
(I+Δi)=I−Δiの電流が流れる。トランジスタ
56のコレクタ電流は、電流ミラー回路50の第1出力
電流となるので、電流ミラー回路50の第2出力電流は
I+Δiとなる。電流ミラー回路50の第2出力電流
は、電流ミラー回路54の第1出力電流となり、電流ミ
ラー回路54の第2出力電流もI+Δiとなる。一方、
トランジスタ58のコレクタ電流は、電流ミラー回路5
2の第1出力電流となるので、その第2出力電流はI−
Δiとなる。この様に、トランジスタ56、58、電流
ミラー回路50、52、54及び関連する構成要素は、
電圧電流変換器80として動作、第1フローティング電
位源Aを基準とする入力電圧Vinを、それに応じた第2
フローティング電位源Bを基準とする電流に変換する。
電流ミラー回路52及び54の出力電流の差分2Δi
は、インピーダンス素子72に流れて、その両端に第2
フローティング電位源Bを基準とする電圧を生じさせ
る。
【0010】図2は、図1の本発明のフローティング増
幅器の出力段である電流電圧変換増幅器90の構成を分
かり易くするために示した回路図である。この図では、
インピーダンス素子72の両端電圧を信号源72’とし
て示している。この回路と図4に示す従来の出力増幅器
とを比較して、大きく異なることは、図4では信号源及
び負荷が、夫々第1及び第2フローティング電位源を基
準電位源としているのに対して、図2では信号源及び負
荷が共に第2フローティング電位源を基準電位源として
いることである。これにより、図2の回路は、エミッタ
・フォロア増幅器として動作し、出力端子78からは信
号電圧からトランジスタ74又は76のベース・エミッ
タ間電圧を引いた電圧、即ち利得が略1で増幅器され、
この利得は負荷のインピーダンスを変化させても変わら
ない。
【0011】
【発明の効果】本発明のフローティング増幅器は、第1
フローティング電位源の電位を基準とする電圧を第2フ
ローティング電位源の電位を基準とする電圧に変換する
際に、負荷の変動が補償され、利得が一定に維持されて
広帯域にわたって安定した特性が得られる。したがっ
て、負荷回路が半導体素子等の非直線素子であっても安
定した電圧供給が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフローティング増幅器を示す回路図。
【図2】図1のフローティング増幅器の一部を示す回路
図。
【図3】従来の半導体素子測定装置を示すブロック図。
【図4】図3の出力側増幅器を詳細に示す回路図。
【符号の説明】 12 負荷 50 第1電流ミラー回路 52 第2電流ミラー回路 54 第3電流ミラー回路 56 第1トランジスタ 58 第2トランジスタ 66 電流源 72 インピーダンス素子 74、76 出力増幅器

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1フローティング電位源を基準とし
    て、互いに逆極性の1対の出力電圧を発生する1対の出
    力端を有する第1電圧源と、 第2フローティング電位源を基準として、互いに逆極性
    の1対の出力電圧を発生する1対の出力端を有する第2
    電圧源と、 上記第1電圧源の一方の出力端に接続され、1対の電流
    出力端を有する第1電流ミラー回路と、 上記第2電圧源の一方の出力端に接続され、1対の電流
    出力端を有する第2電流ミラー回路と、 上記第2電圧源の他方の出力端に接続され、1対の電流
    出力端を有し、これらの一方の電流出力端が上記第1電
    流ミラー回路の一方の電流出力端に接続され、他方の電
    流出力端が上記第2電流ミラー回路の一方の電流出力端
    に接続された第3電流ミラー回路と、 上記第1電流ミラー回路の他方の出力端にコレクタが接
    続され、上記第1フローティング電位源を基準とする入
    力電圧信号をベースに受ける第1トランジスタと、上記
    第2電流ミラー回路の他方の出力端にコレクタが接続さ
    れ、抵抗器を介して上記第1フローティング電位源にベ
    ースが接続された第2トランジスタとを含み、上記第1
    及び第2トランジスタの共通エミッタが電流源を介して
    上記第1電圧源の他方の出力端に接続された差動トラン
    ジスタ対と、 上記第2電圧源の1対の出力端間で駆動され、上記第2
    及び第3電流ミラー回路の共通接続された上記一方の出
    力端の信号を入力信号として受ける出力増幅器とを具
    え、 該出力増幅器の出力端と上記第2フローティング電位源
    との間に負荷が接続されると共に、上記出力増幅器の入
    力端と上記第2フローティング電位源との間にインピー
    ダンス素子が形成されていることを特徴とするフローテ
    ィング増幅器。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5735403A (en) * 1980-08-11 1982-02-26 Mitsubishi Electric Corp Amplifier

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