JP3971800B2 - ビデオ出力段のビーム電流の測定 - Google Patents

Description

米国特許出願第４６８０６４０号（ＰＨＮ１１５０５）は、画像表示装置を開示する。これは、ビデオ増幅器によって制御される、ビーム電流測定回路の入力に供給される電流から再び減算するバイアス電流または静的な（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ）電流を利用して、ビデオ増幅器の容量性負荷（画像表示管によって構成される）の充電速度を増加させることによって、ビデオ出力段におけるビーム電流測定で生ずるエラーを減少させる。さらに詳述すれば、画像表示管のカソードは、ビデオ増幅器によって駆動可能なエミッタフォロアのエミッタに結合される。ビデオ増幅器の負帰還入力は、このエミッタフォロアの入力に結合される。エミッタフォロアのコレクタは、ビーム電流測定回路の入力に結合される。ブロッキング防止回路が、画像表示管における漏洩電流によるビーム電流測定回路のブロッキングを予防するため、画像表示管のカソードに結合される。このブロッキング防止回路は、少なくともほぼ１００μＡオーダーの大きさのエミッタフォロア電流を生じさせる。電流源は、このブロッキング防止回路により生ずるエミッタフォロア電流を減らすために、ビーム電流測定回路の入力に結合される。一つの実施態様においては、このエミッタフォロアは、追加的なエミッタフォロアを有する相補型のエミッタフォロア回路の一部を形成し、この追加的なエミッタフォロアは最初に述べたエミッタフォロアと相補的なものであり、前記ブロッキング防止回路は、各エミッタフォロアのバイアス用のバイアス電圧を生成し、そして、前記電流源は電流ミラー回路であって、その入力が、さらに付加された電流ミラー回路の出力に結合され、この電流ミラー回路の入力が、前記追加的なエミッタフォロアのカソードに結合されている。
この実施態様において、以下のことが見いだされた。各電流ミラーの実際の伝達関数がそれらのそれぞれの通常の伝達関数のα及びβ倍であるように、各電流ミラーの実際の伝達関数がそれぞれの通常の伝達関数からはずれている場合、電流ミラーを通って流れる実際のカソード電流の一部は、これら偏差αとβとの比に影響されて、測定するカソード電流は、電流ミラーを通って流れずにこうした影響を受けない実際のカソード電流の一部と、電流ミラーを通って流れてこうした影響を受ける実際のカソード電流の一部と、α及びβに依存する要因により増大するエミッタフォロアトランジスタを通るバイアス電流との和によって形成される。エミッタフォロアを通るバイアス電流は、出力増幅器を制御する方法に依存し、大きく範囲が広がって変化し、零にさえなりうる。このことは、ある状況においては、伝達関数の偏差により生ずる、測定したカソード電流におけるひずみが、実際のビーム電流の大きさと同程度の値に達し、これにより、ビーム電流測定値に大きな影響を与える、ということ意味する。
本発明の目的は、特に、改良されたビーム電流測定を提供することにある。
この目的のため、本発明の第１の要点は、請求項１に記載の装置を提供する。本発明の第２の要点は、請求項５に記載の画像表示装置を提供する。従属請求項には好適例を記載する。
本発明の主要な要点によるビーム電流測定装置は、カソード電流を供給する出力トランジスタと、カソード電流を表わす測定電流を供給する測定出力と、第１電流を供給する出力トランジスタの第１主端子に結合した第１電流源と、第１電流にほぼ等しい第２電流を供給する出力トランジスタの第２主端子に結合した第２電流源とを具えて、第１カスコードト・ランジスタを、出力トランジスタの第１主端子と測定出力との間に結合する。
本発明の主要な要点は、実際のビーム電流の測定を達成するために、エミッタフォロア・トランジスタを通る静的な電流を、これらのエミッタフォロア・トランジスタを通る全体の電流から減算する新しい方法を提供する。２つの電流ミラーの代わりに、２つの折り返しカスコード回路を使用する。以下に説明するように、測定するビーム電流は、実際のビーム電流に、折り返しカスコードを用いる２つの電流源からの電流の間の差により生ずるオフセットを加算したものになる。この回路の利点は、これら電流源は、エミッタフォロアの静的な電流の影響を受けない一定のオフセットを生じさせる一定電流をもたらすことである。さらに、折り返しカスコードを具えた本発明の好適例の利点は、
・エミッタフォロア出力段の出力レンジが制限されない。
・測定回路入力は、エミッタフォロアに直接に接続せず、これにより、測定回路入力が出力段の出力レンジに影響を与えない。
・測定回路入力の最大電流は、折り返しカスコードの電流源からの電流までに制限されない。特に、高速の増幅器またはパワー増幅器では、出力段の電流は極めて高い値に達しうる。こうした場合には、従来技術のような測定回路の長いループを通すのに代わって、局所的に流れるこれらの電流を有することは望ましい。
・前記オフセット電流を以外のカソード電流は、ひずみをもたずに測定回路入力に供給される。
本発明は、１０μＡオーダーの大きさの小さな（暗（ｄａｒｋ））ビーム電流を、極めて正確な方法で、測定することを可能にする。
これら、及び本発明の他の要点は、以下に説明する実施例を参照すれば明らかになる。
図１の実施例では、バイアス電圧源Ｖbiasは、相補型の「エミッタフォロア」（ソースフォロア）の配置で接続した第１及び第２電界効果トランジスタＴ１、Ｔ２のゲート間に接続されている。バイアス電圧源Ｖbiasは、米国特許出願第４６８０６４０号（ＰＨＮ１１５０５）の図２に示すダイオード、あるいはそれぞれのコレクタにそれぞれのベースを接続した２つのバイポーラトランジスタ、あるいはそれぞれのドレインにそれぞれのゲートを接続した２つのＭＯＳＦＥＴで構成することができる。トランジスタＴ１、Ｔ２の各ソースは、表示管ＤのカソードＣに接続する。トランジスタＴ１のドレインは、バイアス電流源Ｉbias１を通して２００Ｖ電源ラインに接続するとともに、トランジスタＴａを通して測定出力ＯＵＴＭに接続する。バイアス電圧Ｖbias１は、トランジスタＴａのゲートに供給する。トランジスタＴ２のドレインは、バイアス電流源Ｉbias２を通して接地に接続するとともに、トランジスタＴｂを通して測定出力ＯＵＴＭに接続する。測定出力ＯＵＴＭは、ビーム電流測定回路（図示せず）に接続する。ツェナーダイオードＤ２１およびＤ２２はそれぞれ、バイアス電流源Ｉbias１及びＩbias２に並列に接続して、通常動作中には、ソースフォロア・トランジスタＴ１、Ｔ２を通して流れる大きな電流を取り扱う。本発明に関連する暗電流測定中には、ソースフォロア・トランジスタＴ１、Ｔ２を通る電流は、バイアス電流Ｉbias１及びＩbias２よりも小さい。画像表示装置の残りの部については、米国特許出願第４６８０６４０号（ＰＨＮ１１５０５）の図２に示され、この特許出願は参考文献として本明細書に含める。
カソード電流Ｉｃは、トランジスタＴ１を通る電流ＩｃａとトランジスタＴ２を通る電流Ｉｃｂとに分割される。ここに、電流Ｉｃａ、Ｉｃｂは、トランジスタＴ１、Ｔ２のゲートに供給されるバイアス電圧Ｖbiasによって生じる、トランジスタＴ１、Ｔ２を通るバイアス電流Ｉｂに重畳される。カソード電流Ｉｃの部分Ｉｃａ、Ｉｃｂの一方を２つの電流ミラーを通して測定出力に伝えて、他方を直接、測定出力に伝える従来技術とは対照的に、本実施例では、カソード電流Ｉｃの部分Ｉｃａ，Ｉｃｂの両方とも、折り返しカスコード段を通して測定出力ＯＵＴＭに伝える。
実際のカソード電流Ｉｃが零の際には、トランジスタＴａを通る電流ＩｄはＩbias１−Ｉｂに等しく、トランジスタＴｂを通る電流ＩｅはＩbias２−Ｉｂに等しく、測定出力ＯＵＴＭに供給される電流ＩｍはＩｄ−Ｉｅに等しい。ここに、Ｉｄ−Ｉｅは、Ｉbias１＝Ｉbias２という理想的な状態では零に等しい。理想的な状態から少し外れている場合には、Ｉbias１とＩbias２との間に、Ｉbias１＝α・Ｉbias２という少量の偏差があり、その結果、Ｉｍ＝（α−１）・Ｉbias２となる。従って、バイアス電流Ｉbias１、Ｉbias２が理想のように等しくなくても、測定電流Ｉｍは、エミッタフォロア・トランジスタＴ１，Ｔ２を通るバイアス電流Ｉｂには依存しない。
Ｉｃを考慮に入れれば、Ｉｄ＝Ｉbias１−（Ｉｂ−Ｉｃａ）、Ｉｅ＝Ｉbias２−（Ｉｂ＋Ｉｃｂ）、Ｉｍ＝Ｉｄ−Ｉｅ＝Ｉｃａ＋Ｉｃｂ＋Ｉbias１−Ｉbias２＝Ｉｃ＋（α−１）・Ｉbias２となる。
結局、測定されるカソード電流Ｉｍは、実際のカソード電流Ｉｃに、ほぼ一定で少量のオフセット電流を加算したものによって形成される。
図１の実施例は、第２カスコード・トランジスタＴｂを省略することによって簡略化でき、ここでは、測定出力ＯＵＴＭを第２バイアス電流源Ｉbias２に直接結合する。この変形例は簡単かつ安価であるが、第２バイアス電流Ｉbias２を一定に維持することが容易でなく、第２バイアス電流源Ｉbias２上の電圧はもはや一定ではない。
図１の実施例の他の変形例（図示せず）では、ソースフォロア・トランジスタＴ２及び第２カスコード・トランジスタＴｂの両方を省略し、ここでは、画像表示管Ｄのカソード及びトランジスタＴ１のソースは、第２バイアス電流源Ｉbias２に直接結合して、カスコード・トランジスタＴａのドレイン及び測定出力ＯＵＴＭは、さらなるバイアス電流源に結合する。この変形例では、Ｉbias１＝Ｉbias２＋前記さらなるバイアス電流源によって供給されるバイアス電流、が成り立つ。
電流源Ｉbias１、Ｉbias２の出力インピーダンスが零でない（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ）結果、これらのバイアス電流は、ある範囲ではエミッタフォロア・トランジスタを通るバイアス電流に依存する。カスコード・トランジスタＴａ、Ｔｂのソース電圧を能動的に一定に維持することによって、電流源Ｉbias１、Ｉbias２上の電圧が一定に維持され、ゲート電圧を変化させることによって、バイアス電流Ｉbias１、Ｉbias２の、エミッタフォロア・トランジスタを通るバイアス電流Ｉｂへの依存性をほぼ完全に抑制することが可能である。なお、ＩｍはＩbias１及びＩbias２によって制限され、Ｉbias１及びＩbias２の両者ともＩｂを上回る。
図２に、改良された、本発明による画像表示装置の第２実施例の一部を示す。図には回路の上部のみを示し、下部は、図に示す上部から容易に導出することができる。バイアス電流Ｉbias１は、電流ミラーＴ３、Ｔ４の出力によって供給される。電流源Ｉｂａは、カスコード・トランジスタＴ５のドレインに接続する。電流源Ｉｂｂは、トランジスタＴ５にバイアス電流を供給するため結合したトランジスタＴ６のドレインに接続する。トランジスタＴ６のソースは、電流ミラーＴ３、Ｔ４の入力に接続する。トランジスタＴ５のソースはトランジスタＴ７のドレインに接続し、トランジスタＴ７は、２００Ｖ電源ラインに接続したソース、及び電流ミラーＴ３、Ｔ４の出力に接続したゲートを有する。トランジスタＴ５のドレインは、トランジスタＴ８のゲートにも接続し、トランジスタＴ８は、電流ミラーＴ３の出力に接続したソース、及び電流Ｉｄを供給するドレインを有する。従って、図２中のトランジスタＴ８は、図１中のトランジスタＴａに相当する。
トランジスタＴ８は、トランジスタＴ５を介してトランジスタＴ７によって制御されるカスコード・トランジスタである。トランジスタＴ７は、トランジスタＴ３上の電圧を一定に保って、トランジスタＴ７のゲート−ソース電圧が、トランジスタＴ７を通るドレイン電流Ｉｂａを生じさせることを保証する。トランジスタＴ５はトランジスタＴ７用のカスコード・トランジスタであり、従って、たとえ電流Ｉｂが変化しても、結果的にトランジスタＴ８の制御電圧が変化しても、トランジスタＴ７上の電圧は一定に保たれる（トランジスタを通る電流は、このトランジスタの制御電圧を変化させた場合のみに、変化させることができる）。ここに、ＭＯＳ電界効果トランジスタＴｘのチャネルの幅をＷ（Ｔｘ）を表わすものとして定義する。比Ｉｂａ／Ｉｂｂを選定することによって、Ｗ（Ｔ７）／Ｗ（Ｔ４）及びＷ（Ｔ５）／Ｗ（Ｔ６）は互いに等しくなり、ここに、Ｔ７のチャネル長はＴ４のチャネル長に等しく、Ｔ５のチャネル長はＴ６のチャネル長に等しく、トランジスタＴ３上の電圧はトランジスタＴ４上の電圧と同一であり、従って、完全な電流ミラー機能が得られる。
上述した実施例は、次の利点を示す。
・エミッタフォロアの最小および最大出力電圧は、測定回路によって制限されない。
・非常に高い精度を可能にする。
・カソード電流Ｉｃは、ほぼ無ひずみで、測定される電流Ｉｍに現われる。
・測定は、静的な電流Ｉｂによって妨害されない。
・高いピーク電流が測定出力ＯＵＴＭに供給されることがない。
・非常に高い出力インピーダンスが測定出力ＯＵＴＭにおいて得られる。
図３に示す、さらに改良した実施例では、トランジスタＴ５とトランジスタＴ７のカスコード配置（ｃａｓｃｏｄｉｎｇ）も、能動的なものにすることができる。Ｉbias１の精度は、トランジスタＴ５のドレインの電圧変化のみに、従って、トランジスタＴ５の出力インピーダンスに依存する。トランジスタＴ５のゲートを能動的に制御することによって、トランジスタＴ５の出力インピーダンスを増加させることが可能である。図３は次の点で図２と異なる：（1）トランジスタＴ６はもはや存在しない。（2）電流ミラーＴ３、Ｔ４の入力は電流源Ｉｂｂに直接に接続する。（3）追加的なトランジスタＴｃを設ける。トランジスタＴｃは、２００Ｖ電源ラインに接続したソースと、トランジスタＴ７のドレインとトランジスタＴ５のソースとの連結点に接続したゲートと、電流源Ｉｂｃ及びトランジスタＴ５のゲートに接続したドレインとを有する、
図４に、トランジスタＴ６を、電流ミラーＴ３、Ｔ４の入力と電流源Ｉｂｂとの間に再び挿入した、さらに改良した実現を示す。トランジスタＴｄを挿入し、このトランジスタは、トランジスタＴｃのドレインに接続したソースと、トランジスタＴ６のゲート及びドレインに接続したゲートと、トランジスタＴ５のゲート及び電流源Ｉｂｃに接続したドレインとを有する。同種の変更が、例えば、Ｔ５を能動的にしたのと同様の方法で、Ｔｄを能動的にすることによって、同種の変更が達成されることは明らかである。これにより、トランジスタ数及び静的電流がさらに少なくなる。
図５に、本発明による画像表示装置の第５実施例の一部を示す。図５の実施例は、図２の実施例の代案である。単一の「エミッタフォロア」トランジスタＴ１１は、画像表示装置（図示せず）のカソードに接続したソースと、出力増幅段（図示せず）に接続したゲートとを有し、スピードアップ・キャパシタＣｓを、トランジスタＴ１１のゲートとソースとの間に接続する。トランジスタＴ１１のソースは、バイアス電流源Ｉbias１１を通して２００Ｖ電源ラインに結合する。トランジスタＴ１１のドレインは、電流ミラーＴ１３、Ｔ１４の出力に接続し、かつ、ツェナーダイオードＺ１を通して接地に接続する。電流ミラーＴ１３、Ｔ１４の入力は、トランジスタＴ１６のソースに接続する。トランジスタＴ１６のゲート及びドレインは、電流源Ｉｂ２を通して１２Ｖ電源ラインに接続する。トランジスタＴ１５のソースは、トランジスタＴ１７のドレインに接続する。トランジスタＴ１７のソースは接地に接続する。トランジスタＴ１７のゲートは、ツェナーダイオードＺ１と電流ミラーＴ１３、Ｔ１４の出力との連結点に接続する。トランジスタＴ１５はトランジスタＴ１７用のカスコードトランジスタであり、トランジスタＴ１６はトランジスタＴ１５にバイアス電流を供給する。トランジスタＴ１５のドレインは、電流源Ｉｂ１を通して１２Ｖ電源ラインに接続し、かつトランジスタＴ１８のゲートに接続する。トランジスタＴ１８のソースは、ツェナーダイオードＺ１と電流ミラーＴ１３、Ｔ１４の出力との連結点に接続する。トランジスタＴ１８のドレインは、測定出力ＯＵＴＭに接続し、かつ電流源Ｉbias１２を通して２００Ｖ電源ラインに接続する。出力トランジスタＴ１３を通る電流Ｉbias１３は、電流Ｉbias１１とＩbias１２の和と等しい。ツェナーダイオードＺ１は、カソード電流が電流Ｉbias１１及びＩbias１２を上回る過渡的な期間中に、電流Ｉbias１３をクランプする。同様なクランプはまた、他の実施例に追加することができる。
なお、以上説明した実施例は本発明を限定するものではなく例示であり、当業者は請求の範囲から逸脱することなく多くのこれらに代わる実施例を設計することができる。電界効果トランジスタについて例示したが、ゲート電流がない点で電界効果トランジスタが極めて高い精度を可能にさせる点を除いては、バイポーラトランジスタも可能である。
図１は、本発明による画像表示装置の第１実施例を示す。
図２は、本発明による画像表示装置の第２実施例の一部を示す。
図３は、本発明による画像表示装置の第３実施例の一部を示す。
図４は、本発明による画像表示装置の第４実施例の一部を示す。
図５は、本発明による画像表示装置の第５実施例の一部を示す。

Claims (5)

1. カソード電流を供給する出力段と、
   前記カソード電流を表現する測定電流を供給する測定出力と、
   前記出力段の第１主端子に結合した、第１電流を供給する手段と、
   前記出力段の第２主端子に結合した、前記第１電流にほぼ等しい第２電流を供給する手段と、
   前記出力段の第１主端子と前記測定出力との間に結合した第１カスコード・トランジスタと
   を具えていることを特徴とするビーム電流測定装置。
2. さらに、前記出力段の前記第２主端子と前記測定出力との間に結合した第２カスコード・トランジスタを具えていることを特徴とする請求項１に記載のビーム電流測定装置。
3. 前記第１電流の供給手段が、
   前記出力段の前記第１主端子に結合した出力を有する電流ミラーと、
   カスコード配置とを具えて、
   前記カスコード配置が、
   前記出力段の前記第１主端子の電圧を一定に保つためのカスコーデッド・トランジスタと、
   第１主端子及び第２主端子を有する第３カスコード・トランジスタと、
   第１主端子及び第２主端子を有する制御トランジスタとを具えて、
   前記第３カスコード・トランジスタの前記第１主端子は、前記カスコーデッド・トランジスタに結合して、
   前記第３カスコード・トランジスタの前記第２主端子は、第１補助電流源、及び前記第１カスコード・トランジスタの制御端子に結合して、
   前記制御トランジスタの前記第１主端子は、前記電流ミラーの入力に結合して、
   前記制御トランジスタの前記第２主端子は、第２補助電流源、前記第３カスコード・トランジスタの制御端子、及び前記制御トランジスタの制御端子に結合した
   ことを特徴とする請求項１に記載のビーム電流測定装置。
4. 前記第１電流の供給手段が、
   前記出力段の前記第１主端子に結合した出力を有する電流ミラーと、
   第１カスコード配置と、
   第２カスコード配置とを具えて、
   前記第１カスコード配置が、
   前記出力段の前記第１主端子の電圧を一定に保つための１次カスコーデッド・トランジスタと、
   第１主端子及び第２主端子を有する１次カスコード・トランジスタとを具えて、
   前記１次カスコード・トランジスタの前記第１主端子は、前記１次カスコーデッド・トランジスタに結合して、
   前記１次カスコード・トランジスタの前記第２主端子は、第１補助電流源、及び前記第１カスコード・トランジスタの制御端子に結合して、
   前記第２カスコード配置が、
   前記１次カスコード・トランジスタの前記第１主端子の電圧を一定に保つための２次カスコードデッド・トランジスタと、
   第１主端子及び第２主端子を有する２次カスコード・トランジスタと、
   第１主端子及び第２主端子を有する制御トランジスタとを具えて、
   前記２次カスコード・トランジスタの前記第１主端子は、前記２次カスコーデッド・トランジスタに結合して、
   前記２次カスコード・トランジスタの前記第２主端子は、第２補助電流源、及び前記１次カスコード・トランジスタの制御端子に結合して、
   前記制御トランジスタの前記第１主端子は、前記電流ミラーの入力に結合して、
   前記制御トランジスタの前記第２主端子は、第３補助電流源、前記２次カスコード・トランジスタの制御端子、及び前記制御トランジスタの制御端子に結合した
   ことを特徴とする請求項１に記載のビーム電流測定装置。
5. カソード電流が供給されるカソードを有する画像表示管と、
   前記カソードに結合したビデオ信号出力段とを具えて、
   前記ビデオ出力段が、前記カソード電流を測定するための、請求項１に記載のビーム電流測定装置を具えていることを画像表示装置。

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