JP2665735B2 - クランプ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、信号を基準電位レベルにクランプするた
めの装置に関するものである。 〔発明の背景〕 撮像装置、テレビジヨン・ビデオ・ゲーム、記録再生
装置、コンピュータのビデオ出力またはこれらと類似の
装置から取出される画像表示信号は、信号受信および画
像再生装置へ伝送するためには一般に或る種の処理を必
要とする。この様な処理は、通常、或る基準電位レベル
へ適切にクランプすることを含んでいる。たとえば、通
常のテレビジヨン信号では、一般に同期信号の振れのピ
ークまたはチツプを普通は同期チツプ・クランプ・レベ
ルと言われる或る基準電位レベルにクランプしている。 或る場合には、そのビデオ信号をキヤパシタを介して
結合すること等によりクランプせず、その後で新しいレ
ベルにクランプすることが望ましいこともある。たとえ
ば、供給されたビデオ信号が不適切なレベルに或いは変
動レベルにクランプされる様な場合に、これが必要にな
る。使用者は、時には、信号が供給される種々異なる信
号処理装置に対してクランプ・レベルを可調整にするこ
とを望むことがある。ビデオ信号を高周波（RF）変調器
に供給するような一般的な事例ではクランプ・レベルを
適正に設定することが重要である。このクランプ・レベ
ルの設定が低過ぎたり高過ぎたりすると、ビデオ信号が
変調器の動作範囲を超えたり零変調レベル以下に低下し
たりして、RF搬送波の振幅が実効的に零になることにな
る。同じ様な理由で、クランプ・レベルを正しく決定し
てその設定値に近く維持し続けることが重要である。 同期チツプを基準電位にクランプするには半導体ダイ
オードが通常使用される。直列キヤパシタを介して信号
をこのダイオードに供給すれば、同期チツプ・レベルが
基準電位を超えたときこのダイオードが導通してキヤパ
シタを充電する。しかし、一般に半導体ダイオードは非
導通状態から導通状態へ急峻な転移を行なわない。むし
ろ、順バイアス電圧を増加するにつれて導通電流が漸増
し、すなわちソフト（緩勾配）特性を呈する。クランプ
回路では、この特性のためのクランプ・レベルがはつき
りと決まらず変動することになる。 ダイオード特性は高電流域では余りソフトではないか
ら、たとえば、キヤパシタを緩やかに放電する抵抗によ
つて順バイアス電流を供給することができる。しかし、
その放電電流を増加させることによつて意図している改
良の度合が過大になると、キヤパシタの放電速度は信号
周期に比べてもはや遅くはない。そして、信号の１周期
内における顕著な信号の減衰または振幅の変化が発生し
はじめる。 〔発明の概要〕 この発明のクランプ回路の構成を、参考までに各構成
素子毎に後程説明する実施例中の参照番号を付して示す
と、この発明のクランプ回路は、クランプされるべき入
力信号の信号源（122）と、信号入力部（126）と、上記
信号源より上記入力信号を上記信号入力部に供給する、
キャパシタ（124）を含む信号路と、基準電位を発生す
る基準電位源（102:234）と、上記基準電位源と上記信
号入力部との間に結合されていて、該信号入力部に供給
される上記入力信号の極性に応答して導通状態が変化す
る第１の半導体装置（104:204）と、上記基準電位源に
結合されていて、導通状態にバイアスされた第２の半導
体装置（106:206）と、上記第１の半導体装置（104:20
4）と上記第２の半導体装置（106:206）に結合されてい
て、上記第１の半導体装置の導通レベルと上記第２の半
導体装置の導通レベルを比較し、上記両半導体装置の導
通レベルの差を表わす出力信号を発生する比較器手段
（120）と、上記信号入力部（126）に結合されており、
且つ上記比較器手段の出力信号に応答して、上記入力信
号が上記第１の半導体装置（104:204）を順バイアスす
る一方の極性にあるときは上記信号入力部（126）に上
記第１の半導体装置をさらに順バイアスする極性のバイ
アス電流を供給し、上記入力信号が上記第１の半導体装
置（104:204）を逆バイアスする他方の極性にあるとき
は上記信号入力部（126）に比較的小さいバイアス電流
を供給する可制御バイアス電流供給源（114）と、を具
備しており、これによって信号源（122）から信号入力
部（126）に供給される入力信号を上記信号入力部にお
いて所定の電位レベルにクランプする。 〔詳細な説明と実施例〕 この発明の、上記のおよびその他の特徴は、以下図示
の実施例を参照して詳細に説明する。 第１図に示すクランプ回路において、基準電位源102
は各半導体ダイオード104と106の陽極に基準電位を印加
する。この基準電位の値は、基準電位源102に端子110で
結合されるブロツク108で示されたクランプ・レベル調
整装置によつて、制御される。ダイオード104の陰極に
は可制御バイアス電流供給源114が接続され、またダイ
オード106の隠極には電流供給源112が接続されている。 基準電位源102、電流供給源112および可制御バイアス
電流供給源114は、端子116を介してこの例では大地118
として図示された共通電位点への各共通接続を持つてい
る。ダイオード104と106の双方の陰極間には比較器120
が結合されている。比較器120は、ダイオード104と106
の陰極相互間の電位差を検出して、この電位差を表わす
出力信号を生成する。 ダイオード104の順バイアス・ダイオード降下すなわ
ちオフセツト電圧の変動は、ダイオード106のオフセツ
トによつて上記オフセツトが補償されるので、上記の比
較動作に重大な影響を及ぼすことはない。この出力信号
は可制御バイアス電流供給源114の制御入力に供給され
る。クランプされるべき信号は、ビデオ信号源122から
結合キヤパシタ124によつて端子126に供給される。端子
126はダイオード104の陰極に結合されている。端子126
から得られるクランプされた信号はビデオ信号利用手段
128に供給される。 破線130は、一例として、１個の集積回路上に形成で
きる諸素子を囲んでいる。この装置中の他の部分を同じ
集積回路中に入れることもできる。 比較器120と可制御バイアス電流供給源114とは、回路
点132の電位が端子126の電位よりも正であるとき（入力
信号の極性がダイオード104を順方向バイアスするよう
なものであることを示す）に可制御バイアス電流供給源
114がダイオード104にそれを順バイアスする極性でバイ
アス電流を供給するように、構成されている。このバイ
アス電流の大きさは、このバイアス電流が無いときにビ
デオ信号源122から印加される信号によつて生ずるであ
ろう順バイアスの程度に比べて、このダイオード104を
その順方向導通範囲により深くバイアスするように選ば
れる。 入力信号の負方向の大きな振れによつてダイオード10
4は更に導通が深くなるが、上記のバイアス電流によつ
て既に導通状態になつているので、この負方向の信号の
振れはダイオードの順方向降下に大きな変化を生じさせ
得ない。従つて、信号の負方向の振れは端子126におけ
るその最も負の電位にクランプされ、そのためキヤパシ
タ124はこの負信号の振れのピーク値に充電される。 信号の正方向の大きな振れに対しては、信号端子126
が回路点132よりも正になり（入力信号がダイオードを
逆バイアスしようとする極性であることを表わす）、こ
の状態は比較器120によつて検出される。比較器120の出
力信号は、可制御バイアス電流電源114を制御して信号
端子126に相当に小さな電流を供給させるようにし、ダ
イオード104の電流を大幅に減少させる。信号のこの正
方向の大きな振れは、更にダイオード104の導通を遮断
し、信号端子126上の電位が正方向信号と共に自由に増
大できるようにする。 信号の正の振れの帰還中に可制御バイアス電流電源11
4によつて供給される電流は比較的小さなものである。
従つて、キヤパシタ124には目立つ程の放電は起らず、
また目立つ程の量の信号の減衰は発生しない。信号端子
126からビデオ信号利用手段128へ供給できる信号は、負
のピークが高い導通状態にあるダイオード104の陰極電
位に等しい電位にクランプされていることを除けば、ビ
デオ信号源122から供給される信号と実質的に同じであ
る。 次に第２図について説明するが、図中第１図の素子に
対応する素子には第１図と同一参照番号を付けてある。
両図中の互に等価的な素子は下２桁に同じ参照番号を付
けて示している。 第２図において、クランプ・レベル調整装置108は＋V
cc電位線234と接地端子116との間に結合された分圧器20
8で構成されている。分圧器208の可動腕上の可調整電位
は、抵抗236と端子110を介してPNPトランジスタ238のベ
ースに印加される。トランジスタ238は、負荷抵抗240を
電位線234の＋Vccに、コレクタを接地接続端子116に接
続してエミッタホロワとして働く。 トランジスタ238のエミツタは、また、２個のNPNトラ
ンジスタ204と206の双方のベース電極にも接続されてお
り、これらの両トランジスタはコレクタを＋Vcc線234に
結合され、トランジスタ238のエミツタ負荷として働
く。トランジスタ204と206は、機能上第１図のダイオー
ド104と106にそれぞれ相当するものである。 トランジスタ204と206が正常なエミツタ電流を流す
と、そのエミツタ電位は端子110の電位にほぼ同等にな
る。それは、その順方向ベース・エミツタ間電圧降下に
よるオフセツトがトランジスタ238のベース・エミツタ
間電圧降下をうまく補償するからである。 トランジスタ204と206のエミツタは、それぞれ抵抗24
2と244を介してNPNトランジスタ246と248の各ベースに
結合されている。このNPNトランジスタ246と248は、そ
の互に結合されたエミッタにNPNトランジスタ250から電
流が供給される差動対（第１図の比較器120に機能的に
対応する）を構成している。トランジスタ250は抵抗252
と共同してダイオード256および抵抗258と電流ミラー増
幅器を形成し、＋Vcc線234から抵抗254により入力電流
が供給される。上記のトランジスタ−抵抗接続112は、
この電流ミラー増幅器の別の出力を構成し、トランジス
タ206のエミツタに動作電流を供給する。 トランジスタ248のコレクタ出力電流は、PNPトランジ
スタ262、264、266および抵抗268を含む電流ミラー増幅
器中のトランジスタ260のベース電流と合成されて、ト
ランジスタ266のコレクタに電流出力を生成する。この
電流ミラー回路は、トランジスタ248のコレクタ電流が
非常に小さい０のときにはトランジスタ266のコレクタ
から比較的小さな電流が供給されるように構成されてい
る。これはトランジスタ260のベース電流によつて生ず
るのである。この電流は、トランジスタ246のコレクタ
電流をトランジスタ260の電流利得で除したものに等し
いから小さなもので、またトランジスタ260、262および
264より成る電流ミラー回路によつて複製される。トラ
ンジスタ266のコレクタ電流は更に別の電流ミラー増幅
器114（機能的には第１図の可制御バイアス電流供給源1
14に対応する）に供給される。この電流ミラー増幅器11
4はトランジスタ268、ダイオード270および抵抗272と27
4とで構成されている。トランジスタ268のコレクタ電流
は、トランジスタ204にエミツタに接続された端子126に
供給される。 ビデオ信号源122からキヤパシタ124を通して信号端子
126に供給されるビデオ信号が負方向振れを示すとき、
比較器120はトランジスタ204のエミツタがトランジスタ
206のエミツタよりも負の電位にあることを検出する。
これはトランジスタ204のベース−エミツタ接合順がバ
イアスされる傾向にあることを示している。これにより
トランジスタ248は、トランジスタ246よりも大きなコレ
クタ電流を流すようにされ、続いて、トランジスタ266
と268のコレクタ電流を増大させる。 トランジスタ268のコレクタ電流要求は、こうしてよ
り高い導通状態にバイアスされているトランジスタ204
のエミツタ電流の増大に適合する。トランジスタ204の
この高導通状態のために、そのベース−エミツタ順方向
電圧降下は、その信号の負方向の振れによる流通電流に
よつて大きな影響を受けることはない。従つて、信号端
子126上の信号は、比較的高導通状態にあるトランジス
タ204のエミツタ電位に確実にクランプされる。 入力信号端子126に正の振れが生ずると（トランジス
タ204のベース−エミツタ接合が逆バイアスされる傾向
にあることを示している）、トランジスタ246のベース
がトランジスタ248のベースよりも正になつて比較器120
は不平衡になる。これでトランジスタ268のコレクタ電
流が減少することになる。しかしこの図示例では、トラ
ンジスタ268のコレクタ電流はいつまでも低下し続ける
ことはなく比較的小さな或る値に止まる。それはトラン
ジスタ260のベース電流がこの不平衡条件で幾分か増大
することによる。このベース電流はトランジスタ266と2
64によつて複製されてトランジスタ268が比較的小さな
電流を導通し続けるようにする。しかし、この電流は充
分に小さく入力信号に目立つ程の低下を起こさせない。
それにもかかわらず、これは入力信号が存在しないとき
に信号接続端子126の電位をほぼ端子110の基準電位に相
当する静的値に維持するに充分なものである。 こうして、負方向の信号の振れは比較的高導通状態の
トランジスタ204によつてクランプされる。しかし、ト
ランジスタ204は正方向の振れに対しては比較的小電流
を導通するようにされる。上記の負の振れの時のトラン
ジスタ204の導通は、負の振れのピークが端子110の基準
電位で確定される電位にクランプされる点を除けば、端
子126で得られる信号がビデオ信号源122から供給される
信号の可成り忠実な複製であるように、キヤパシタ124
を充電する。 トランジスタ204のエミツタから引き出し得る電流の
大きさは、実用上の理由から制限することが望ましい。
そのために、トランジスタ204のベース−エミツタ接合
をまたいでダイオード276と抵抗278の直列体が接続され
ている。トランジスタ204のエミツタ電流が大きくなる
と、そのベース−エミツタ間電圧降下が大きくなり、ダ
イオード276を流れる電流がトランジスタ204のベース電
流に比べて無視し得ない値に近ずき始める。しかし利用
し得る電流は抵抗240により制限されている。従つて、
ダイオード276中の電流が更に大きくなると、トランジ
スタ204のベース電流の分流分が大きくなり、従つてそ
のエミツタ電流が制限されることになる。 上述した第１図および第２図に示したこの発明の構成
は何れも一実施例であつて、前述の説明に基くこの発明
の回路を種々改変し得ることは当該技術の専門家にとつ
ては自明であろう。たとえば、共通基準電位としての接
地電位の選択、第１図のダイオード104と106の図示の極
性、トランジスタ204と206の導電型などは応用形態に応
じて変えることができる。更に、これまではビデオ信号
の場合についてこの発明の動作を説明したが、その他の
形式の信号をクランプする場合にもこの発明を使用し得
ることは当然である。これらのおよびその他の変形は何
れもこの発明思想の範囲内にあるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の好ましい一実施例回路を含む信号処
理装置の構成を示すブロツク図、第２図は第１図に示す
信号処理装置を構成する回路の詳細を示す図である。 102……電源手段（基準電位源）、104……半導体接合手
段（ダイオード）、114……可制御バイアス電流供給手
段、120……比較手段（比較器）、126……信号接続（端
子）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭59−157363（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−26819（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−83917（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．クランプされるべき入力信号の信号源と、 信号入力部と、 上記信号源より上記入力信号を上記信号入力部に供給す
   る、キャパシタを含む信号路と、 基準電位を発生する基準電位源と、 上記基準電位源と上記信号入力部との間に結合されてい
   て、該信号入力部に供給される上記入力信号の極性に応
   答して導通レベルが変化する第１の半導体装置と、 上記基準電位源に結合されていて、導通状態にバイアス
   された第２の半導体装置と、 上記第１の半導体装置と上記第２の半導体装置に結合さ
   れていて、上記第１の半導体装置の導通レベルと上記第
   ２の半導体装置の導通レベルを比較し、上記両半導体装
   置の導通レベルの差を表わす出力信号を発生する比較器
   手段と、 上記信号入力部に結合されており、且つ上記比較器手段
   の出力信号に応答して、上記入力信号が上記第１の半導
   体装置を順バイアスする一方の極性にあるときは上記信
   号入力部に上記第１の半導体装置をさらに順バイアスす
   る極性のバイアス電流を供給し、上記入力信号が上記第
   １の半導体装置を逆バイアスする他方の極性にあるとき
   は上記信号入力部に比較的小さいバイアス電流を供給す
   る可制御バイアス電流供給源と、 を具備する、上記入力信号を上記信号入力部において所
   定の電位レベルにクランプするクランプ回路。