JPH0533061Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案は、広帯域の周波数範囲にわたつて、高
電圧を出力することのできる高耐圧広帯域増幅器
に関する。

〔考案の技術的背景及びその問題点〕

従来、高耐圧かつ広帯域の増幅器を得るのに、
図５に示すようなエミツタ接地トランジスタＱ１
とベース接地トランジスタＱ２とのカスコード接
続が用いられている。トランジスタＱ１は主に電
流増幅に寄与している。トランジスタＱ２に高耐
圧のトランジスタを用いることにより、出力電圧
V_OUTとして高電圧出力を得ることができる。Z_L
は増幅器の負荷インピーダンスであり、V_INは入
力信号、V_BはトランジスタＱ２のバイアス電源、
V_Cは該増幅器の電源である。

しかしながら、一般に高耐圧特性を有するトラ
ンジスタは、カツトオフ周波数が低く、該増幅器
の高周波伝達特性は、トランジスタＱ２のカツト
オフ周波数特性により生ずる遅れ要素によつて制
限され、広帯域化が容易でない。

〔考案の目的〕

本考案は、前記カツトオフ周波数特性により生
ずる遅れ要素を簡単な回路構成で補正し、高耐圧
かつ広帯域な増幅器を提供することを目的とす
る。

〔考案の概要〕

本考案の一実施例によれば、前記第５図に示さ
れた従来の高耐圧広帯域増幅器に用いられるベー
ス接地トランジスタに於いて、該トランジスタの
ベースとグランド間に Z_B20／2π_T・C_BC ……(1) を満足する抵抗性ベースインピーダンスZ_Bが挿入
される。ここで_Tは該トランジスタのカツトオフ
周波数であり、C_BCはコレクターベース間の静電
容量である。Z_Bは_T近辺で抵抗性となるインピー
ダンスである。

該抵抗性インピーダンスの存在により、周波数
伝達特性に於ける、進み要素が形成され、これ
が、トランジスタＱ２のカツトオフ周波数で形成
される遅れ要素を相殺する。したがつて、これま
での広帯域化の制限要素であつた前述の遅れ要素
が取り除かれたことになり、より高耐圧、広帯域
の増幅器が構成できる。以下に(1)の式の導出過程
を詳細に述べる。

第６図に該ベース接地トランジスタ回路のπ型
概略等価回路を示す。同図に於いて、Rπはベー
ス−エミツタ間抵抗、Cπはベース−エミツタ間
静電容量、Cμはベース−コレクタ間静電容量、
gmは相互コンダクタンス、R_Lは負荷抵抗であ
る。

入力電流Ｉと出力電圧V_OUTとの比で表わされ
る伝達関数は、 V_OUT／Ｉ＝R_L／SCπ・１／gm＋１×１＋SCμ・R_b＋
s²Cπ・CμR_b／gm／sCμ（R_b＋R_L）＋１……(2) となり、これは２つのポールと２つのゼロを含
む。

ここで、 Cμ・R_b≫Cπ／gmすなわちR_b≫１／2π_T・Cμ……(3) に選べば(2)式は近似的に V_OUT／ＩSCμ・R_b＋１／SCμ（R_b＋R_L）＋１×R_L
……(4) となる。したがつて(3)式を満たすようにベース抵
抗R_bを選ぶことによつてボールをゼロによつて
打ち消すことができ、広帯域化を実現することが
できる。なお、(1)式は(3)式に余裕を持たせたもの
であり、またCπはC_BCと同様と考えて良い。Ｓは
ラプラス演算子である。

〔考案の実施例〕

第１図に本考案の一実施例を示す。第５図に示
す従来例との差異は該実施例では、トランジスタ
Ｑ２のベースは抵抗性ベースインピーダンスZ_B及
びバイアス電源V_Bを介して接地されている。な
お、第５図と同じ素子には同じ参照記号を用いて
いる。トランジスタＱ２は実際には高耐圧用トラ
ンジスタ2SC3061（V_CBO＝1200V，V_CEO＝850V，
P_C200W）が用いられ、出力電圧V_OUTとして±
200Vの出力を得ている。

またコレクタ電流I_C＝10mAの時、実測及び計
算から Rπ＝104Ω，Cπ＝65.7nF，Cμ＝364pF，gm＝
0.376S であり、 Cπ／gm・１／Cμ≒480Ω となるのでR_b＝10kΩとしている。

本考案の効果を実証するためまずR_b＝10Ωと
R_b＝10kΩとで該トランジスタの伝達特性を理論
計算で比較した。

R_b＝10Ωの時 ₁＝１／2πCμ（R_b＋R_L）437kHz ₂＝１／2πCμ・１／gm＝911kHz での２つのポールと での共振点を持つ。この共振点は伝達関数の分子
の２次式において複素数の根を持つために生じる
ものである。

またR_b＝10kΩの場合 ₄＝１／2π・Cπ（R_b＋R_L）≒40kHz ₅＝１／2π・Cμ・１／gm＝911kHz でのポールと ₆＝１／2π・Cμ・１／gm＝911kHz ₇＝１／2π・Cμ・R_b≒43.7kHz でのゼロができる。

以上をまとめて図に表わすと第４図のようにな
る。R_b＝10kΩとした方が明らかに帯域が伸びて
いることがわかる。

実際の実施例の高耐圧広帯域増幅器に於ける実
測ではゲイン＝30dB、±200V出力の増幅器を得
るのに、本考案未実施の場合は、増幅器のカツト
オフ周波数は約300kHzであるが、実施した場合
は、約3MHzという結果が得られた。なお、Z_Bは
第２図に示すように、インダクタンスＬ、キヤパ
シタＣ、抵抗Ｒの並列共振回路で構成しても良
い。この時抵抗Ｒは(3)式を用いて決定され、Ｌと
Ｃとの共振周波数は該トランジスタのカツトオフ
周波数_T近辺に設定する。Z_Bを抵抗のみとする
か、共振回路で構成するかの選択は該トランジス
タのエミツタ電流の大きさによつて使い分けると
良い。本考案の別の実施例を第３図に示す。これ
はいわゆるブートストラツプ回路に応用したもの
で(3)式を用いて同様にベースインピーダンスZ_Bを
決定する。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案を用いることによ
り、簡単な回路構成で高耐圧用トランジスタの周
波数伝達特性を補正でき、したがつて容易に安価
な、高耐圧、広帯域の増幅器を構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す図、第２図は
本考案に用いられるベースインピーダンスZ_Bの別
の構成法を示す図、第３図は本考案の別の実施例
を示す図、第４図は本考案の一実施例の効果を示
す図、第５図は従来の回路を示す図、第６図はベ
ース接地トランジスタのπ型等価回路を示す図で
ある。 Q₁，Q₂……トランジスタ、Z_B……ベースイン
ピーダンス、Z_L……負荷インピーダンス、V_IN…
…入力信号、V_OUT……出力電圧、V_B……バイア
ス電源、V_C……増幅器電源。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 入力信号がベースに印加されたエミツタ接地の
   第１トランジスタと前記第１トランジスタのコレ
   クタとエミツタとが接続され、ベースはバイアス
   電源を介し接地され、コレクタは負荷インピーダ
   ンスと電源との直列回路を介し接地されたベース
   接地形第２トランジスタとのカスコード接続から
   なる増幅器に於いて、前記第２トランジスタのベ
   ースと前記バイアス電源との間に以下の式を満足
   するインピーダンスZ_Bを挿入したことを特徴とす
   る高耐圧広帯域増幅器。 Z_B20／2π_T・C_BC ここで、_Tは前記第２トランジスタのカツトオ
   フ周波数、C_BCはベース−コレクタ間静電容量、
   Z_Bは_T近辺で抵抗性となるインピーダンスであ
   る。