JPH0141044B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、利得増幅器、特に演算増幅器を含み
利得が２以上の異なる値に切換可能な増幅器回路
に関する。

演算増幅器は、中間周波数例えば10MHz位まで
位定な所定利得特性を有するため、各種の電気及
び電子装置に広く使用されている。この増幅器の
電圧利得は、R_f及びR_iをそれぞれ帰還及び入力抵
抗器の抵抗値としたとき、−R_f／R_iによつて決定
される。この利得は、通常R_f又はR_iのいずれか一
方を変えることによつて切換られる。

従来の演算増幅器の一例を第１図に示す。演算
増幅器OPは、非反転入力端子が接地された差動
型で、その出力端子及び反転入力端子間に帰還抵
抗器R_f1及びR_f2がそれぞれスイツチS₃及びS₄を介
して並列に接続されている。第１の入力信号源e₁
は演算増幅器OPの反転入力端子に直列抵抗器R₁₁
及びR₁₂を介して結合され、同様に、第２の入力
信号源e₂は演算増幅器OPの反転入力端子に直列
抵抗器R₂₁及びR₂₂を介して結合される。抵抗器
R₁₂及びR₂₂の両端には、それぞれ短絡スイツチ
S₁及びS₂が接続される。

スイツチS₁〜S₄を選択的に閉じると、異なる利
得が得られる。通常、スイツチS₃をオン、スイツ
チS₁，S₂及びS₄をオフとする。このとき、第１入
力信号に対しては−R_f1（R₁₁＋R₁₂）の電圧利得が
あり、第２入力信号に対しては−R_f1／（R₂₁＋
R₂₂）の電圧利得がある。スイツチS₃の代わりに
スイツチS₄を閉じると、電圧利得は、第１及び第
２入力信号に対してそれぞれ−R_f2／（R₁₁＋R₁₂）
及び−R_f2／（R₂₁＋R₂₂）となる。例えばR_f2／
R_f1を10に選べば、上記利得を10倍に増加させる
ことができる。スイツチS₁及びS₂を閉じると、電
圧利得は更に−R_f2／R₁₁及び−R_f2／R₂₁に増加す
る。

かかる従来の増幅器には、次のような欠点があ
る。

スイツチS₁及びS₂は、オン時の抵抗値をほぼ
０にするため機械的スイツチ又はリレーを使用
しなければならない。FET（電界効果トランジ
スタ）のような電子スイツチでは、オン時にか
なりの抵抗が残るので使用できない。したがつ
て、回路全体がかさばり、長時間信頼性に欠
け、高周波動作や多様性ある回路設計に要求さ
れる遠隔制御に不便である。

複数の入力信号を選択的に増幅するのに、多
くのスイツチを必要とする。

複数の抵抗器を使用するため、高価な高精度
抵抗器を使用しないと、異なる信号に対して利
得が異なるという許容誤差問題を生じる。

よつて、本発明の目的は、かかる従来増幅器の
欠点を有しない可変利得増幅器を提供することで
ある。

本発明の他の目的は、電子スイツチを用いて利
得を切換えうる簡単な増幅器を提供することであ
る。

本発明の更に他の目的は、複数の入力信号の利
得を等しい率で切換えうる増幅器を提供すること
である。

本発明の別の目的は、電子スイツチの制御回路
を提供することである。

これら及び他の目的並びに回路の構成及び動作
は、以下の詳細な説明からよく理解されるであろ
う。

第２図は、本発明による可変利得増幅器の略式
回路図である。入力信号源e₁は、直列入力抵抗器
R₁₁及びR₁₂を介して、非反転入力端子が基準電
位源、例えばシヤーシ接地に接続された演算増幅
器OPの反転入力端子に結合される。演算増幅器
OPの出力端子及び反転入力端子間に、帰還抵抗
器R_fが接続される。入力抵抗器R₁₁及びR₁₂の共
通接続点及び接地間に、１個以上の利得設定用分
流抵抗器R_s1，……，R_soがスイツチS₁，……，S_o
を介して付加接続される。

スイツチS₁〜S_oをすべてオフとすると、信号源
e₁からの入力信号は、入力抵抗器R₁₁及びR₁₂を通
つて流れ、演算増幅器OPの反転入力端子の電位
を接地電位に維持しながら帰還抵抗器R_fを流れ
る。その結果−R_f／R₁₁＋R₁₂e₁に等しい出力信号を 生じる。したがつて、この増幅器の電圧利得は−
R_f／R₁₁＋R₁₂である。スイツチS₁〜S_oのうち１つ又 はいくつかを閉じると、入力抵抗器R₁₁を流れる
信号電流は、分流抵抗器R_s1〜R_soのうち選択され
た抵抗器を側路して接地へ流れる。分流抵抗器
R_sを側路する電流は、入力抵抗器R₁₁を流れる電
流をi₁₁とするとき、R₁₂／R_s＋R₁₂i₁₁で与えられる。

そして、この増幅器の電圧利得A_vは、次の式に
より与えられる。

A_v＝−R_sR_f／R₁₁（R_s＋R₁₂）＋R_sR₁₂ ＝−R_f／R₁₁＋R₁₂＋R₁₁R₁₂／R_s 上式は、電圧利得を分流抵抗器R_s〜R_soによつて
或る範囲にわたり変化しうることを示唆してい
る。すなわち、R_sをR₁₁及びR₁₂に比べて非常に
大とすれば、A_vはほぼ−R_f／R₁₁＋R₁₂となり、R_sを R₁₁及びR₁₂に比べて小とすれば、A_vはほぼ−
R_sR_f／R₁₁R₁₂で与えられる。この回路構成の最大の利 点は、スイツチS₁〜S_oは一端が接地されているた
めバイポーラ・トランジスタ・スイツチのような
電子スイツチでよいことである。かかる電子スイ
ツチは、遠隔制御手段で制御しうる。他の利点
は、信号源e₁に対する負荷変動が少ないこと及び
OPの反転入力端子から信号源e₁側を見込んだイ
ンピーダンス変化が少なくOPの動作が安定であ
ることである。なお、第２図には１個の信号源e₁
しか示していないが、２個以上の信号源を入力抵
抗器を介して並列に接続しうる。このような場合
でも、増幅器の利得を変えるのに同じ設定分流抵
抗器R_s1〜R_soを共用することが可能である。この
ことは、必要な抵抗器及びスイツチの数を分流抵
抗器R_s及び入力抵抗器R₁₂を共通に使用すること
で最少にしうるから、第１図に示す従来例に対し
大幅の改良となる。

第３図は、特にテレビジヨン関連信号を観測す
るための、本発明による可変利得増幅器を使用す
るオシロスコープ用の掃引発生器の略式電気回路
を示す。ランプ（傾斜波）信号発生器１４及び１
６は、掃引制御回路１２の制御の下に傾斜の異な
るランプ信号を発生する。掃引制御回路１２は、
入力端子１０に印加されるトリガ信号に同期して
動作するフリツプフロツプであつてもよい。各ラ
ンプ発生器１４（又は１６）は、反転増幅器４
２、反転増幅器４２の入力及び出力端子間に接続
されたタイミング・コンデンサC_T、反転増幅器
４２の入力端子及び後述する可変電圧源に接続さ
れたタイミング抵抗器R_T、タイミング・コンデ
ンサC_Tの両端に互いに逆方向に接続した１対の
ダイオードD₁，D₂を有する。制御回路１２から
の制御信号は、ダイオードD₁，D₂の共通接続点
に加えられ、ランプ発生器１４及び１６を交互に
作動させる。

ランプ発生器１４及び１６のいずれか一方から
のランプ信号は、演算増幅器２４の反転入力端子
に入力抵抗器１８（又は２０）及び２２を介して
結合される。分流抵抗器３０は、抵抗器１８，２
０及び２２の接続点と接地との間にスイツチン
グ・トランジスタ２８を介して接続される。帰還
抵抗器３２及び３４は、演算増幅器２４の反転入
力端子及び出力端子間にそれぞれスイツチング・
ダイオード３６及び３８を介して接続される。ス
イツチング・ダイオード３６（又は３８）のカソ
ードに制御電圧を加えるため、スイツチ４０が使
用される。スイツチング・トランジスタ２８は、
スイツチ制御回路４４によりそのベースにおいて
駆動される。スイツチ制御回路４４は、LED（発
光ダイオード）４６、フオト・トランジスタ４８
より成る光結合器、電源５２、LED４６に電流
を選択的に供給するためのスイツチ５０、抵抗器
５３，５８、ダイオード５４及びツエナー・ダイ
オード５６を有する。フオト・トランジスタ４８
のエミツタは、トランジスタ２８のベースに接続
される。

本例においては、端子６０に加えられる３又４
段の階段状信号をスイツチング・トランジスタ７
０を介して演算増幅器２４に加える前に増幅する
ため、階段増幅器５９が設けられる。増幅器５９
は、演算増幅器６６、抵抗器６２，６４及び６８
を有する。増幅器５９の機能は、後で述べる。ま
た、ランプ発生器１４及び１６のタイミング電流
を制御するため、電圧制御回路７２が設けられ
る。電圧制御回路７２は、一端が上述の両タイミ
ング抵抗器R_Tの共通接続点に接続されたダイオ
ード８２、中間点がダイオード８２の他端に接続
された分圧抵抗器７８−８０、スイツチング・ト
ランジスタ７６及びスイツチ駆動共通ベース・ト
ランジスタ７４を有する。トランジスタ７４のエ
ミツタとスイツチング・トランジスタ２８及び７
０のベースとは、それぞれ抵抗器を介してフオ
ト・トランジスタ４８のエミツタに接続される。

ランプ発生器１４又は１６のいずれか一方は、
制御回路１２から低い出力電圧を受けて付勢さ
れ、タイミング・コンデンサC_T及びタイミング
抵抗器R_Tによつて決まる掃引速度をもつ立上り
出力ランプ信号を生じる。非作動のランプ発生器
１４又は１６のダイオードD₁，D₂は、そのアノ
ードに正電圧を受けてオンとなり、タイミング・
コンデンサC_Tを放電させ、その出力電圧をほぼ
０に、すなわち接地電位に維持する。選択された
ランプ発生器からのランプ信号は、演算増幅器２
４によつて増幅され、前に第２図について述べた
電圧利得で出力端子２６に対応する立下がりラン
プ信号を生じる。

増幅器の電圧利得は、スイツチング・トランジ
スタ２８がオンかオフかにより、また帰還回路の
スイツチ４０の状態により決まる。図示の状態で
は、ダイオード３６のカソードは正でありこのダ
イオードは遮断されるので、帰還抵抗器３４が使
用される。逆に、スイツチ４０が左側に切換えら
れると、帰還抵抗器３２が使用されることにな
る。掃引制御回路１２は、ランプ発生器１４，１
６の一方を付勢する、すなわち択一的に作動する
ために、ランプ発生器１４又は１６に正負の電圧
を供給する。

スイツチ制御回路４４は、次のように動作す
る。スイツチ５０が開いているとき、LED４６
は発光せず、フオト・トランジスタ４８をオフに
維持する。ダイオード５４、トランジスタ２８，
７０，７４及び７６もオフである。したがつて、
分流抵抗器３０は増幅器から切離され、階段増幅
器５９からの階段状信号はこの状態では増幅され
ない。また、ダイオード８２のカソードには分圧
器７８−８０によつて所定掃引速度を得るための
最適電位が与えられる。スイツチ５０を閉じる
と、LED４６は発光してフオト・トランジスタ
４８をオンさせ、充分な電流をトランジスタ２
８，７０及び７４に供給せしめてこれらをオンさ
せる。そこで、分流抵抗器３０は抵抗器１８又は
２０からの信号電流を側路させることになる。ス
イツチング・トランジスタ７０もオンし、入力端
子６０に階段状信号が加えられると、これを増幅
して演算増幅器２４に供給する。階段状信号は、
テレビカメラからの切換信号に同期して階段状信
号を昇段させることにより、陰極線管スクリーン
の所望水平位置にテレビカメラからのRGB（又は
YRGB）信号を表示するのに使用される。

トランジスタ７４からのコレクタ電流は、トラ
ンジスタ７６をオンさせてタイミング抵抗器R_T
を流れるタイミング電流を増加させる。これによ
り、表示したい入力信号に応じて最適掃引速度を
得る。

スイツチ制御回路４４にダイオード５４及びツ
エナー・ダイオード５６を使用することにより、
供給電圧の変動及び温度変化のない理想的スイツ
チング作用を実現しうる。いいかえると、ダイオ
ード５４は、スイツチング・トランジスタ２８，
７０及び７４のV_BEを補償し、これらのトランジ
スタに所定のベース又はエミツタ・バイアス電流
を流すようにする。かような電流は、ツエナー・
ダイオード５６の一定ツエナー電圧をこれらのト
ランジスタに接続されたベース又はエミツタ抵抗
器で除した値によつて正確に与えられる。また、
スイツチ制御に光結合器を使用することにより制
御被制御回路間の隔離が良好である。

第４図は、一端が異なる基準電圧に接続された
２個以上の電子スイツチ２８及び７６を制御する
ための電子スイツチ制御回路の一例を示す。この
例では、第３図におけるLED及びフオト・トラ
ンジスタの代わりに、トランジスタ８４、抵抗器
８６，８８及び９０を含む切換可能な電流並びに
スイツチ９２を使用している。平常は、抵抗器５
８を介してツエナー・ダイオード５６に電流が供
給されツエナー・ダイオード５６の両端に一定電
圧（例えば５ボルト）を発生する。スイツチ９２
を閉じると、トランジスタ８４はオフとなりダイ
オード５４は逆バイアスされるので、接地されて
いる第１のスイツチング・トランジスタ２８はオ
フとなる。トランジスタ７４及び基準負電圧（例
えば−15ボルト）に接続されている第２のスイツ
チング・トランジスタ７６も、オフとなる。スイ
ツチ９２を開いて第１及び第２スイツチング・ト
ランジスタ２８，７６をオンさせると、電流源ト
ランジスタ８４はオンとなりダイオード５４及び
ツエナー・ダイオード５６に一定電流を供給す
る。この構成により、ダイオード５４がこれらの
各トランジスタのV_BEを補償し、トランジスタ２
８及び７４にはツエナー・ダイオード５６のツエ
ナー電圧を抵抗器２９及び７３で除した値によつ
て決定される適当なバイアス電流が供給されるこ
ととなる。トランジスタ７４のコレクタ電流は、
第２のスイツチング・トランジスタ９６に必要な
バイアス電流を供給する。なお、トランジスタ８
４のコレクタには、１個以上のNPN又はPNPト
ランジスタを追加接続してもよい。

上述より判るように、本発明によると、演算増
幅器の入力回路に分流抵抗器を用いることによ
り、電子スイツチによつてその増幅器の利得を簡
単かつ確実に切換えることができる。分流増幅器
は、１つ以上の入力信号源に対して共通に使用で
きる。また、電子スイツチとして用いるバイポー
ラ・トランジスタの導通時のベース・エミツタ間
の温度特性をスイツチ制御回路内の順バイアス・
ダイオードにより補償しているので、同整利得に
対する温度の影響を最少にすることができる。更
に、入力信号源に対する負荷及び演算増幅器の入
力インピーダンスの変動を少なくし、大きな利得
変化が得られる（特にR₁₁≫R₁₂の場合）。

これまで本発明の好適な実施例についてのみ説
明したが、本発明は、その要旨を逸脱することな
く当業者にとつて多くの変形が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来増幅器の略式回路図、第２図は本
発明による可変利得増幅器の略式回路図、第３図
はオシロスコープ用掃引回路に適用した本発明の
可変利得増幅器の一実施例を示す回路図、第４図
は第３図のスイツチ制御回路の他の例を示す回路
図である。 ２４……演算増幅器、３２，３４……帰還抵抗
器、２２……第１抵抗器、１８，２０……第２抵
抗器、３０……第３抵抗器、２８……スイツチ用
トランジスタ、５４……ダイオード、５６……ツ
エナー・ダイオード、４８，８４……スイツチ手
段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反転入力端及び出力端間に帰還抵抗器が接続
   され、非反転入力端に基準電位を受ける演算増幅
   器と、 該演算増幅器の反転入力端に一端が接続された
   第１抵抗器と、 該第１抵抗器の他端及び複数の入力信号源間に
   それぞれ接続された複数の第２抵抗器と、 上記第１抵抗器の他端に一端が接続された第３
   抵抗器と、 該第３抵抗器の他端及び基準電位源にコレクタ
   及びエミツタがそれぞれ接続されたスイツチ用バ
   イポーラ・トランジスタと、 一端が上記基準電位源に接続され、他端が上記
   スイツチ用トランジスタのベースに接続されたダ
   イオード及びツエナー・ダイオードの直列回路
   と、 該直列回路の他端及び所定電圧源間に接続され
   たスイツチ手段とを具えることを特徴とする可変
   利得増幅器。