JPH0474891B2 - - Google Patents

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JPH0474891B2
JPH0474891B2 JP10385282A JP10385282A JPH0474891B2 JP H0474891 B2 JPH0474891 B2 JP H0474891B2 JP 10385282 A JP10385282 A JP 10385282A JP 10385282 A JP10385282 A JP 10385282A JP H0474891 B2 JPH0474891 B2 JP H0474891B2
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thyristor
current
transistor
control signal
gate
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JP10385282A
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/57Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパルス電圧発生回路に係り、特に立上
りが速く、集積化に適したパルス電圧発生回路に
関する。
一般に容量性負荷、例えば圧電素子や放電フア
ツクス用マルチスタイラス等はパルス状の電圧を
印加することにより駆動される。
これらの容量性負荷を駆動する場合には、立上
りの速いパルス電圧を印加することが好ましく、
また高出力を得るためにはその振幅が大なるほど
よい。このため、高速応答性を持つ電圧(数十V
〜数百V)のパルス発生回路が要求される。高性
能の単体素子と高抵抗値からなる該回路は高価で
消費電力が大きく、構成面積も大きくなるという
欠点を有する。
これを解消するため、基本回路構成が第1図と
なるような定電流形式によるパルス発生回路が提
案されている。
同図において、スイツチ回路2,3は入力端子
1からの制御信号により交互に作動する。これに
伴つて低電流源4,5は定電流I4,I5を発生し、
出力段6のバツフア用トランジスタ7,8を動作
させ、圧電素子等の容量性負荷12の両端10,
11間にほぼ電源電圧Vccの振幅を持つパルス電
圧を発生する。このとき出力段トランジスタ7の
電流増幅率をh7とすれば、出力パルス電圧の立上
り時間trは近似的に次式で表わされる。
tr≒CVcc/I4(1+h7) …(1) 但し、I4はトランジスタ7のベース電流、ま
た、Cは容量性負荷12の静電容量値である。
式(1)からより高速な立上りを得るにはI4または
h7を増加すればよいことがわかる。しかしバツフ
ア用として用いられる電力用トランジスタ、7や
8は一般に電流増幅率が低く特に高電圧用のトラ
ンジスタにおいて、これを増加させることは難か
しい。また電流を増加させることは消費電力の増
大につながり、集積化する場合に大きな障害とな
る。このため立上り時間trを短縮することは困難
で、特に集積回路化する場合には限度があつた。
本発明の目的は前記した問題点を解消し、低消
費電力で高速のパルス発生回路を提供するにあ
る。
本発明は駆動される負荷が、容量性であり、ス
イツチング時にのみ電流が流れ得ることに着目し
バツフア部をサイリスタを含んだ回路構成とし、
小電流によつて立上りの速い電圧パルスを得るよ
うにしたものである。
上記目的を達成するために本発明は、アノー
ド・カソード電流路が第1の電位レベル部と容量
性負荷の一方に接続される出力端子との間に接続
されるサイリスタと、上記サイリスタのゲートに
接続され、入力される制御信号に応答して上記サ
イリスタに電流信号を供給する電流源回路と、入
力される制御信号に応答して、上記出力端子と上
記容量性負荷の他方に制御される第2の電位レベ
ル部との間に電流路を形成する手段とを有するこ
とを特徴とする。
以下実施例によつて本発明を詳細に説明する。
第2図は本発明の電圧パルス発生回路の基本を
示す第1の実施例である。
第2図に於いて、1は制御信号を入力する入力
端子、2はスイツチ回路、13は電源電圧(第1
の電位レベル)Vccが印加されるアノード端子1
4を有するP形エミツタ層PEと、n形ベース層nB
と、ゲート端子16を有するP形ベース層と、カ
ソード端子15を有するn形エミツタ層とからな
るサイリスタ、4は制御信号によつてサイリスタ
13のゲート端子16に定電流I4を供給する定電
流源、17はサイリスタ13のカソード端子15
に接続されるP形層とサイリスタ13のゲート端
子16に接続されるn形層とからなるPn接合で
あるダイオード、18は一方がダイオード17の
n形層に、他方が負荷12に接続される抵抗であ
る。ここでいうサイリスタは、PE,nB,PB,nE
4層構造に限定されずに、これに類するものも含
まれる。
いま入力端子1から制御信号が入力されると、
スイツチ2がON状態となり定電流源4が作動
し、定電流I4が発生する。この電流I4によりサイ
リスタ13は導通状態となり、負荷端子(負荷の
一方に接続された出力端子)10の電位は急激に
電源電圧Vcc近くまで上昇する。電位が安定する
と負荷12に流れる電流は零となり、サイリスタ
13はOFF状態となる。このとき定電流源4は
まだ動作状態にあり、ゲート端子16とカソード
端子15間は逆バイアス状態にあるのでダイオー
ド17は不導通となつている。次に制御信号がオ
フとなつた場合、スイツチ回路2がOFF状態に
なり定電流源4が動作を停止する。ゲート端子1
6は抵抗18を介して負荷端子(負荷の他方に接
続される第2の電位レベル部11に接続されてい
るので、ダイオード17は導通状態となり、負荷
12に蓄えられていた電荷はダイオード17と抵
抗18を介して放電され、端子10の電位は時定
数CRを持つて減少する。このとき、出力信号と
して任意電位から電源電位のパルスを得ようとす
る場合、負荷端子11を任意電位となるように構
成すれば良く、第2図では、好ましい実施例とし
て任意電位は接地電位となつている。
本実施例に於いて、サイリスタ13は従来例の
トランジスタ7とは異なり、少ないゲート電流で
駆動し、一旦導通領域に突入すると急激に(短か
い時間で)負荷電圧が上昇する。このことを(1)式
と対応させて考えるならば、I4は小さいが電流増
幅率が極端に大きいことに相当し、立上り時間tr
は短縮され、高速で効果的にパルスを発生するこ
とができる。
第3図は本発明の第2の実施例を示す。
第3図に於いて、40は電源電圧−VEEが印加
されるカソード端子41を有するn形エミツタ層
nEと、P形ベース層PBと、ゲート端子43を有す
るn形ベース層と、アノード端子42を有するP
形エミツタ層とからなるnゲートサイリスタ、4
は制御信号によつてサイリスタ40のゲート端子
43に定電源I4を供給する定電流源、170はサ
イリスタ40のアノード端子42に接続されるn
形層とサイリスタ40のゲート端子43に接続さ
れるP形層とからなるPn接合であるダイオード
である。第3図に於いて第2図と同一符号は同一
物及び相当物を示す。
第3図は第2図のPゲートサイリスタ13の代
わりにnゲートサイリスタ40を使用して、負の
パルス電圧を発生する場合の実施例を示してお
り、第2図の第1の実施例と同様な動作によつて
同様な効果がある。
第4図は本発明の第3の実施例を示すものであ
り、第2図の第1の実施例に於ける抵抗18を定
電流源5で置き換え、ダイオード170に代え新
たにPNPトランジスタ8を設けたものである。
第4図において、PNPトランジスタ8のPエ
ミツタ層PEはサイリスタ13のカソード端子1
5に、nベース層nBはサイリスタ13のゲート端
子16に、Pコレクタ層PCは負荷12にそれぞ
れ接続されており、19はインバータである。ま
た、サイリスタ13とPNPトランジスタ8とに
よつて出力バツフアを構成している。
第4図において入力端子1から制御信号が加え
られスイツチ2がON状態、スイツチ3がOFF状
態となつたとき、定電流源4は動作状態、5は停
止状態となる。定電流源4で発生した電流I4はサ
イリスタ13のゲート電流となりサイリスタ13
は導通し、負荷12に電圧Vccが加わる。制御信
号がOFFとなつたときにはスイツチ2がOFF状
態、スイツチ3がON状態となり逆に電流源4は
停止、5は動作状態となり電流I5はPNPトランジ
スタ8のベース電流となり、PNPトランジスタ
8を駆動する。負荷12に蓄えられた電荷は
PNPトランジスタ8のコレクタ電流となり急速
に放電する。このときの立下り時間tfはPNPトラ
ンジスタ8の電流増幅率をh8とすれば近似的に次
式で表わされる。
tf=C・Vcc/I5(1+h8) …(2) (2)式からわかるように立下り時間tfはI5,h8
大なるほど短縮できる。また立下り時間とh8を一
定とするならば電流値は少なくて良いことにな
る。
以上述べた回路構成により、第2図に示したと
同様、制御信号に対応した高速のパルス電圧を得
ることができる。
本実施例に於いてはさらにパルス電圧の立下り
時間をも速くすることができ、しかもスイツチン
グ時のみに急速に大電流を流すことができるた
め、総消費電力を低くすることができ、集積回路
化に有利という効果を有する。
第5図は本発明の第4の実施例を示すものであ
り、第3図の第2の実施例に於ける抵抗18を定
電流源5で置き換え、ダイオード170に代え新
たにNPNトランジスタ80を設けたものである。
第5図に於いて、NPNトランジスタ80のn
エミツタ層nEはサイリスタ40のアノード端子4
2に、Pベース層PBはサイリスタ40のゲート
端子43に、nコレクタ層nCは負荷12にそれぞ
れ接続されており、サイリスタ40とNPNトラ
ンジスタ80とによつて出力バツフアを構成して
いる。
第5図は第4図のPゲートサイリスタ13の代
わりにnゲートサイリスタ40を使用して、負の
パルス電圧を発生する場合の実施例を示してお
り、第4図の第3の実施例と同様な動作によつて
同様な効果がある。
第6図に本発明の第5の実施例を示す。同図に
おいて第2図から第4図に示したと同符号の部分
は夫々同じ部分に相当するものとする。
本実施例ではまた第4図に示した第3の実施例
に於けるインバータ19とスイツチ3を省略した
より簡素な回路となつている。
第6図に於いて、20,22はNPNトランジ
スタ、21はPNPトランジスタ、23,24,
25,26,27,28,29,30は抵抗であ
る。
第6図において第1の定電流回路4はNPNト
ランジスタ20,21で構成され、定電流回路5
はNPNトランジスタ22で構成されている。ま
たNPNトランジスタ20は入力スイツチ2も兼
ねている。サイリスタ13のアノードと電源の間
に設けられた抵抗30はピーク電流の値を押えサ
イリスタ13の破壊を防止するためのものであ
る。
いま入力端子1に制御信号となる振幅がVP
一定の入力パルスが加わつた場合、NPNトラン
ジスタ20のコレクタには次式で表わされる一定
電流ICが流れる。
C=R2/R1+R2VP−VBE/RE …(3) ここに R1は分割抵抗23の抵抗値 R2は分割抵抗24の抵抗値 REはエミツタ抵抗25の抵抗値 VBEはトランジスタ20のベースエミツタ間電
圧 である。
この電流ICは抵抗26の値が比較的大きく選ぶ
ことによつてほとんどPNPトランジスタ21の
ベース電流となり、PNPトランジスタ21の電
流増幅率をhPとすれば、コレクタにはI4=IC・hP
の定電流が流れる。NPNトランジスタ22のコ
レクタにはバイアス電圧VBにより、NPNトラン
ジスタ20と同様の理屈で定電流I5が流れ得る状
態にあり、I4>I5のごとく設定されている。この
ためI4−I5の電流はサイリスタ13のゲート電流
となり、サイリスタを導通状態とする。
次に入力パルスCが低レベルとなつたとき
NPNトランジスタ20はOFF状態となり、従つ
てPNPトランジスタ21もOFF状態となる。こ
のときPNPトランジスタ8のエミツタ電位はほ
ぼ電源電圧に近い電位となつているため、PNP
トランジスタ8のエミツタ・ベース間は順方向に
バイアスされる。このためPNPトランジスタ8
は導通状態となり、ベースからは一定電流I5がト
ランジスタ22に流れ、負荷12に蓄わえられた
電荷はトランジスタ8のコレクタ電流I5(1+h8
となつて急速に放電する。
以上述べたように本実施例の構成によつても高
速な電圧パルスを発生させることができる。
また、本実施例はインバータやスイツチ部を省
くことができるので、回路を簡略化できる。さら
にVBを変えることによつて立下り時間tfを制御で
きる。抵抗30によつてサイリスタの破壊を防止
できる等の効果を有する。
第7図は本発明の第6の実施例で制御信号であ
る入力パルスに対応し、負の電圧パルスが発生す
る回路の場合を示してある。
同図においても第2図から第6図に示したと同
符号の部分は夫々同じ部分に相当するものであ
る。
第7図に於いて31,32はPNPトランジス
タ、33はNPNトランジスタである。
第2の定電流回路5はPNPトランジスタ32
で構成され、バイアス電圧VBが印加された時点
でON状態にある。バツフア回路6はNPNトラ
ンジスタ80とnゲートを有するサイリスタ40
とで構成されている。該サイリスタ40はゲート
端子43から電流を引き抜くと導通状態となるサ
イリスタである。カソード端子41は前述した保
護抵抗30を介し、負電源−VEEに接続される。
動作は前述したと同様、入力端子に制御信号が
加わると第1の定電流回路4を構成している
PNPトランジスタ31がON状態になり、NPN
トランジスタ33を導通させる。NPNトランジ
スタ33のコレクタは負電位となり、サイリスタ
40のゲート端子43から電流I4を引き抜くこと
によりサイリスタ40を導通させる。このとき
NPNトランジスタ80は逆バイアスされている
ので、負荷12には負電圧−VEEが印加される。
制御信号がOFFされるとNPNトランジスタ33
は不導通となり、第2の定電流回路5からの電流
I5はNPNトランジスタ80のベース電流となり、
NPNトランジスタ80はONとなるため負荷1
2の電荷は放電される。
以上述べたように本実施例に示したnゲートサ
イリスタ40を用いたバツフアによつても高速電
圧パルスを発生させることができる。
本実施例は接地電位から正電位に変化する入力
に対して接地電位から負電位へのパルスを発生さ
せ得る効果のほか、回復時にはNPNトランジス
タ80が動作するので、PNPトランジスタ使用
のものより回復が速いなどの効果を有する。
以上述べてきたように本発明においては高速で
電圧パルスを発生でき、さらに、回路の消費電流
を少なくすることができるので集積回路とする場
合、集積密度を向上できる。
なお本発明の実施応用例として、インクジエツ
トプリンタ、超音波断層撮像装置、感熱あるいは
放電プリンタ、また、高速、高電圧パルス信号を
必要とするフアクシミリ等の高圧パルス信号とし
て応用でき、この工業的効果は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例を示す回路図、第2図は本発明
の第1の実施例を示す回路図、第3図は本発明の
第2の実施例を示す回路図、第4図は本発明の第
3の実施例を示す回路図、第5図は本発明の第4
の実施例を示す回路図、第6図は本発明の第5の
実施例を示す回路図、第7図は本発明の第6の実
施例を示す回路図である。 4,5……定電流回路、6……出力バツフア
部、8……PNPトランジスタ、80……NPNト
ランジスタ、13,40……サイリスタ、12…
…負荷。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 容量性負荷にパルス電圧を印加するパルス電
    圧発生回路において、 アノード・カソード電流路が第1の電位レベル
    部と上記容量性負荷の一方に接続される出力端子
    との間に接続されるサイリスタと、 上記サイリスタのゲートに接続され、入力され
    る制御信号の一方のレベルに応答して上記サイリ
    スタに電流信号を供給する電流源回路と、 上記サイリスタがオフ後、入力される上記制御
    信号の他方のレベルに応答して、上記出力端子と
    上記容量性負荷の他方に接続される第2の電位レ
    ベル部との間に電流路を形成するダイオードと抵
    抗からなる電流路形成手段と、を有することを特
    徴とするパルス電圧発生回路。 2 容量性負荷にパルス電圧を印加するパルス電
    圧発生回路において、 アノード・カソード電流路が第1の電位レベル
    部と上記容量性負荷の一方に接続される出力端子
    との間に接続されるサイリスタと、 前記出力端子と前記容量性負荷の他方に接続さ
    れ第2の電位レベル部との間に電流路を形成する
    トランジスタからなる電流路形成手段と、 前記サイリスタのゲートに及び前記トランジス
    タのゲートに接続され、入力される第1の制御信
    号で前記サイリスタにオン電流信号、前記トラン
    ジスタにオフ電流信号を供給し、入力される第2
    の制御信号で前記電流信号とは逆方向の電流信号
    を供給する電流源回路と、を有することを特徴と
    するパルス電圧発生回路。
JP10385282A 1982-06-18 1982-06-18 パルス電圧発生回路 Granted JPS58221517A (ja)

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JPS60208119A (ja) * 1984-03-30 1985-10-19 Hitachi Ltd 容量性負荷の駆動回路

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