JPH029727B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明はパルス発生回路に関する。更に詳述す
れば、繰り返し周期の早いパルス発生回路に関す
るものである。

〔従来技術およびその問題点〕

スペクトラム・アナライザ等の高周波測定装置
においては、サンプル・パルスを得るためにパル
ス発生回路が設けられている。この種の従来の回
路手段は大別してトランス形とエミツタホロワ形
に分けることができる。トランス形のパルス発生
回路は、トランスの１次側へ矩形波を加えて、ト
ランスの２次側の回路に接続されたステツプリカ
バリダイオード（以下単にSRDと記す）を駆動
している。この従来のトランス形のパルス発生回
路においては、トランスを用いているため、容易
にSRDへ大きな逆方向電圧を印加することがで
きる反面、トランスの使用により、広帯域の繰り
返しパルスを得ることが困難であつた。この点を
改善したのがエミツタホロワ形のパルス発生回路
である。この従来のエミツタホロワ形のパルス発
生回路において、SRD一方の端子はエミツタホ
ロワの出力端に接続されている。また、エミツタ
抵抗の他端にはSRDの順方向バイアス用の電源
が供給される。トランジスタのベースには矩形波
入力が与えられ、SRDに順方向バイアスと逆方
向バイアスを交互に与えるようになつている。こ
の構成において、矩形波入力がＬレベルの時に
は、SRDの順方向バイアスによる順方向電流は
エミツタ抵抗を介して電源側から供給される。入
力矩形波がＨレベルの時には、このエミツタホロ
ワの出力電圧がSRDの逆方向バイアス電圧とし
て与えられる。この場合、エミツタホロワ回路は
Ａ級動作をしているため、SRDから大振幅のパ
ルスを得ようとすると、トランジスタにおいて大
きな電力を消費する。例えば実験によると、7V
のパルスを得るのに２ワツト、15Vのパルスを得
るのに4.5ワツトの電力を消費する。このように
大きな消費電力は、スペクトラム・アナライザ等
の電源容量を大きくしなければならないだけでな
く、発熱量が増大し、装置の信頼性に悪影響を及
ぼす。また、矩形波入力がＨレベルでSRDに逆
方向バイアス電圧を供給している間に注目する
と、トランジスタにはエミツタ抵抗経由で比較的
大きな電流が流れるので、そこにかなりの電荷
（少数キヤリア）が蓄積される。従つて、矩形波
入力のレベルがＨからＬへ変化してSRDへの充
電を開始しようとしても、先ずトランジスタに蓄
積された少数キヤリアを電源側からの電流によつ
て放電する必要があるので、SRDへの充電の開
始が遅れる。つまり、SRDの実際の充電時間は
（矩形波入力がＬレベルである時間）−（トランジ
スタの少数キヤリアの放電時間）となる。トラン
ジスタの放電時間は入力矩形波の周波数には無関
係であるから、入力矩形波の周期をある程度以上
短くすると、SRDの実際の充電時間は急激に減
少する。その結果出力パルスの振幅は高周波側で
大きな周波数依存性を持つことになる。この問題
を緩和するためには、逆方向バイアスを与えてい
る間にエミツタ抵抗経由でトランジスタに流れる
電流を減らせばよい。しかしそのためにエミツタ
抵抗の値を大きくすると、SRDへの充電電流も
小さくなつてしまい、何ら問題の解決にはならな
い。

〔発明の目的〕

本発明はこれら従来技術の欠点を解消し、振幅
の周波数依存性が少ないパルス発生回路を提供す
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本願発明者は、エミツタホロワを用いた従来の
回路で上述した問題が発生するのは、夫々固有の
必要条件を有するSRDの充電と放電を同一の回
路で行おうとしたためであるという知見を得るに
到つた。この知見に基づき、本願発明ではSRD
の充電を担当する定電流源と放電を担当する定電
圧源を夫々設けた新規なパルス発生回路を提供
し、上記目的を達成した。

すなわち、このような構成を取ることにより、
定電圧源はSRDに対して逆方向バイアスを与え
るだけでよく、順方向電流については関与しな
い。従つてこの定電圧源はSRDの放電の終了後
は微小な電流を供給するだけであり、また定電流
源が動作を開始すると動作を休止する。その結
果、このようなオン／オフ動作をする定電圧源の
最終段はそれがオンになつている間であつても定
常的にはほとんど電流を出力する必要がないの
で、オン時にそこに蓄積される電荷を少なくする
ことは一般に容易である。これにより、逆方向バ
イアスから順方向電流への切換の遅れはほとんど
なくなるので、出力パルスの繰り返し周波数が高
くなつた場合の振幅の減少を抑えることができ
る。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明に係るパルス発生回路のブロツ
ク図である。第１図において１は定電圧源、３は
定電流源、５はSRD、７は微分回路である。入
力端子９には矩形波信号が加えられ、定電圧源１
と定電流源３に導入される。定電圧源１と定電流
源３の出力側は、SRD５を介してアース回路へ
接続されるとともに微分回路７を介して出力端子
１０へ接続される。

このように構成された第１図のパルス発生回路
の動作を以下に説明する。定電圧源１と定電流源
３とは相補的動作（コンプリメンタリ動作）をす
るものである。例えば入力端子９の信号レベルに
より定電流源３が動作している場合には、定電圧
源１は動作を停止している。この場合、定電流源
３には、第１図に示す如く、SRD５の順方向へ
充電電流icが流れる。SRD５の充電量は、充電電
流icと、その印加時間とにより一義的に定めるこ
とができる。従つて、定電流源３の動作時の電流
を規定すれば、充電時間の方はパルスの繰り返し
周波数から定まるから、SRD５の充電量つまり
SRD５内に蓄積される少数キヤリアの量を充分
な精度で規定できる。次に入力端子９の信号レベ
ルが変化すると、充電電流icはカツトオフとな
り、定電圧源１によりSRD５には逆方向の定電
圧が印加される。従つてSRD５には放電電流i_Dが
第１図に示す向きへ流れる。定電圧源１の内部抵
抗は小さいため、この抵抗とSRD５の容量とで
構成される放電時定数は非常に小さい。従つて
SRD５の放電は、定電圧源１を介して瞬時に行
なわれ、その後非常に早い立ち上り電圧を出力す
る。この時の立ち上りエツジを微分回路７におい
て微分して出力端子１０より所望のパルスを得る
ことができる。

このように第１図のパルス発生回路において
は、定電圧源１と定電流源３とは相補的に動作を
しており、SRDの充電電荷が放電した後は、放
電電流I_Dが流れないため、消費電力が少なくな
り、また定電圧源中への電荷の蓄積を少なくして
繰り返し周波数を高くした際のパルス電圧の急激
な減少を抑えることができる。更に、SRDの充
電電流を供給するために定電流源を用ることによ
り、上述の様にSRDの充電量を既知の値に容易
に設定することが容易にできる。これにより、定
電圧源がSRDに逆方向電圧を与えたときに発生
するパルス電圧の大きさを容易に規定することが
できる。また内部抵抗の小さい定電圧源１を介し
て放電させるので放電時定数が小さく、周波数特
性が向上するなどの効果を有する。

第２図は本発明に係るパルス発生回路の１実施
例を示す図であある。第２図において、U₁は反
転増幅器、Q₁〜Q₃はトランジスタ、R₁〜R₄は抵
抗、C₁，C₂はコンデンサ、SRDはステツプリカ
バリダイオードである。入力端子１１から加えら
れた矩形波信号は、反転増幅器U₁を介してトラ
ンジスタQ₁のベースに導入されるとともにトラ
ンジスタQ₂のベース・コレクタと抵抗R₃を介し
てトランジスタQ₃のエミツタに導入される。ト
ランジスタQ₁のエミツタとトランジスタQ₃のコ
レクタはそれぞれSRDを介してアース電位に接
続される。またトランジスタQ₁のエミツタは抵
抗R₁を介してアース電位に接続され、コレクタ
は電圧V_CCへ接続される。トランジスタQ₃のベー
スは電源により−V_Bの電位に保たれており、コ
ンデンサC₂を介してアース電位に接続されてい
る。Q₃のエミツタは抵抗R₂を介して−V_EEへ接続
される。SRDの出力はコンデンサC₁と抵抗R₄と
からなる微分回路を介して出力端子１２へ接続さ
れる。

このように構成接続された第２図のパルス発生
回路の動作を以下に説明する。なお第３図は第２
図に附した記号の箇所の波形を示す、タイムチヤ
ートである。

第２図の入力端子１１には第３図のａに示すよ
うな矩形波信号が加えられ反転増幅器U₁で極性
反転され第３図のｂに示す波形となる。ｂの波形
の振幅は反転増幅器U₁の電源電圧に近似した振
幅を有する。エミツタホロワのトランジスタQ₁
はベース信号が負側にまで振られているため、Ｂ
級動作を行なう。第３図のｃはトランジスタQ₁
のエミツタに抵抗R₁のみを接続した場合の波形
である。抵抗R₁のみを接続した時の波形を示し
た理由は、簡略した方が動作の理解が容易だから
である。この場合、エミツタの最低電圧は0Vで
ある。またSRDを接続した場合でも、この最低
電圧は−1V位のものである。従つてトランジス
タQ₁のベース電位が−V_EEに振れた時に、トラン
ジスタQ₁は電荷の蓄積作用により遅れ波形をと
もなつてオフとなる。トランジスタQ₁のベース
電位がV_CCとなつた時、Q₁はオンとなり、この場
合には充分早くｃ点の電圧は立ち上る。なおトラ
ンジスタQ₁は、エミツタホロワとして駆動され、
等価的に定電圧源として動作している。トランジ
スタQ₂は矩形波信号ａによつてスイツチング動
作を行ない、抵抗R₂，R₃を介してベース接地形
トランジスタQ₃を駆動する。第３図の波形ａが
ローレベルの時、トランジスタQ₂はオンになる。
ｄ点の電位はトランジスタQ₂の飽和電圧−V_Sま
で上昇する。一方トランジスタQ₃のベース電位
は−V_Bに固定されている。今、−V_B−V_BE＜−V_S
の関係となるように−V_Bを定めれば、トランジ
スタQ₂かオンの時にトランジスタQ₃はオフとな
る。なおV_BEはトランジスタQ₃のベース・エミツ
タ間電圧である。波形ａがハイレベルの時、トラ
ンジスタQ₂はオフとなる。従つてｄ点電位は−
V_B−V_BEとなる。その結果抵抗R₂には〔−V_EE−
（−V_B−V_BE）〕／R₂の電流が流れる。この電流
は、トランジスタQ₃を流れSRDに対する順方向
電流となる。波形ｅはエミツタホロワのトランジ
スタQ₁を外した場合の第２図ｅ点の波形である。
波形ｆはトランジスタQ₁〜Q₃とSRDを接続した
場合の第２図ｆ点の波形である。波形ｃとｅで示
した立ち下り、立ち上りの遅れ部分は、Q₁とQ₃
の相補的動作によつて、シヤープになる。またト
ランジスタQ₁の立ち上り時間（通常約50ns）は
SRDにより300〜500ps程度に鋭くなる。波形ｇ
は、コンデンサC₁と抵抗R₄からなる微分回路に
より波形ｆを微分した結果のサンプルパルスを示
すものである。

このような第２図のパルス発生回路においては
以下のような効果を有する。

(1) トランジスタQ₁とQ₃は相補的な動作を行な
つている。従つてSRDの充電電荷を約10nsで
放電させた後は、トランジスタQ₁の出力電流
としては、微小な電流が抵抗R₁に流れるのみ
である。それは、抵抗R₁はトランジスタQ₁に
アース電位を与えるために用いられており、
SRDの充電のための順方向電流を通す必要が
ないので比較的高抵抗であるためである。従つ
て、定電圧源のオン／オフを行つているトラン
ジスタQ₁中の電荷の蓄積は、単一のエミツタ
ホロワをSRDの充電と放電に兼用した従来例
に比べて大幅に低減されるとともに、ここでの
消費電力も少なくなる。

一方、トランジスタQ₃がオンの時（トラン
ジスタQ₁はオフ）、Q₃の負荷はSRDの順方向電
流である。実測例においては、17Vのパルス出
力を得るための消費電力は約1.6Wであつた。
すなわち従来のパルス発生回路と比較して約1/
３の消費電力に低減することができる。

(2) トランジスタQ₁とQ₃は相補的動作を行なつ
ているため、SRDを駆動する波形は、トラン
ジスタQ₁とQ₃のオフ時の電荷の蓄積作用によ
る遅れを受けることがない。すなわち、、ここ
で言う相補的動作による作用とは具体的には、
定電圧源（エミツタホロワとして動作するトラ
ンジスタQ₁）が動作を停止すると、定電流源
（ベース接地回路として動作するトランジスタ
Q₃）が代わつて動作を開始することにより定
電圧源（トランジスタQ₁）の蓄積電荷を能動
的に急速に放電すること、逆に定電流源が動作
を停止すると、今度は定電圧源が動作を開始し
て、定電流源（トランジスタQ₃）の蓄積電荷
を能動的に急速に放電することを指している。
なお、このように、一方が動作を停止したとき
他方が動作を開始することにより、動作を停止
した回路の蓄積電荷を能動的に急速放電する動
作は、第２図に示した特定の回路（エミツタホ
ロワおよびベース接地回路）に固有の特性では
なく、第１図に一般的に示した構成について共
通する特徴であることに注意されたい。上で説
明したように、充電／放電の切り換え時に動作
を停止した側の回路に蓄積されている電荷を強
制的に放電させる結果、SRDの充電から放電
への急峻な切り換えが可能になる。また、
SRDの放電から充電への切り換えが遅れを伴
わずに急峻になされることにより、出力パルス
の繰り返し周波数を上げていつても、この充電
開始の遅れによつて充電時間が短縮されて
SRDの充電量が不十分になり、その結果出力
パルスの電圧が大きく低下するという周波数特
性の悪化が防止される。

(3) トランジスタQ₁はエミツタホロワとして使
用されているため定電圧源として作用し、トラ
ンジスタQ₃はベース接地として使用されてい
るため定電流源として作用している。従つて第
１図の説明において述べた効果を有する。

(4) SRDの順方向電流を調整することにより、
パルス高さを調整できることは、良く知られて
いることであるが、第２図の構成によれば、そ
れが容易に達成できる。すなわち、−V_Bを調整
するのみでパルスの高さを変えることができる
からである。−V_Bは直流の電圧であり、スイツ
チング動作を行つている回路中に調整機構を設
ける必要はなく、周波数特性に悪影響を及ぼさ
ない。

またSRDは温度特性を有するが第２Ａ図に示
す回路を用いることにより補償することができ
る。すなわちアース電位と−V_EEの間に抵抗R₅と
R₆及びシリコンダイオードD₁の直列回路を設け、
抵抗R₅とR₆の接続点から電圧−V_Bを取り出し、
第２図に示すトランジスタQ₃のベースへ導入す
れば良い。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本願発明によれば
SRDに逆方向電圧を供給する定電圧源と順方向
電流を供給する定電流源を分離したことにより、
定電圧源は大きな順方向電流をSRDに対して供
給する必要がないから、動作中の電荷の蓄積を少
なくすることが簡単にでき、その結果、出力パル
スの振幅の高い周波数での減少が抑えられる。ま
た、SRDの順方向電流を定電流源から供給する
ので、出力パルスの振幅を充分な精度で規定する
ことが簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るパルス発生回路のブロツ
ク図、第２図は本発明に係るパルス発生回路の１
実施例を示す図、第２Ａ図は温度補償回路、第３
図は第２図の各部の波形を示すタイムチヤートで
ある。 １：定電圧源、３：定電流源、５：SRD、
７：微分回路、U₁：反転増幅器、Q₁，Q₂，Q₃：
トランジスタ、R₁〜R₆：抵抗、C₁，C₂：コンデ
ンサ、D₁：ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに相補的に交互に動作する定電流源及び
   定電圧源と、 前記定電流源と前記定電圧源に接続されたステ
   ツプ・リカバリ・ダイオードと、 前記ステツプ・リカバリ・ダイオードの出力信
   号を微分する微分回路と を備え、 前記定電流源はその動作期間中に前記ステツ
   プ・リカバリ・ダイオードに対して順方向電流を
   供給し、 前記定電圧源はその動作期間中に前記ステツ
   プ・リカバリ・ダイオードに対して逆方向電圧を
   供給するとともに、その動作期間中の電荷の蓄積
   が小さいように構成された ことを特徴とするパルス発生回路。 ２ 前記定電圧源としてエミツタホロワ回路を使
   用したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のパルス発生回路。 ３ 前記定電流源としてベース接地回路を使用し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載のパルス発生回路。