JPH0693575B2 - バツフアアンプ - Google Patents

バツフアアンプ

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JPH0693575B2
JPH0693575B2 JP28393186A JP28393186A JPH0693575B2 JP H0693575 B2 JPH0693575 B2 JP H0693575B2 JP 28393186 A JP28393186 A JP 28393186A JP 28393186 A JP28393186 A JP 28393186A JP H0693575 B2 JPH0693575 B2 JP H0693575B2
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JP
Japan
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amplifier
gain
feedback
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祐二 関野
英穂 山村
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、バッファアンプに関し、さらに詳しくは、
ICなどの電子デバイスの検査システムに用いられている
ドライブ回路等に好適なバッファアンプに関する。
[従来の技術] 従来のICなどの電子デバイスの検査システムに用いられ
ているドライブ回路にあっては、多くのピンを駆動する
関係からピンに対応する多くのドライブ回路が設けられ
ている。このようなドライブ回路は、高速動作が要求さ
れ、かつできるだけ簡単なものであることが好ましい。
そのため、最近のICテスタのドライブ回路では、ドライ
ブ信号を発生する機能と負荷を駆動する機能とを分離し
た構成のものが使用されている。
ドライブ信号を発生する回路としては、例えば、ドライ
ブに必要な電圧をプログラマブル電源により設定し、こ
れをアナログスイッチ等に供給して、アナログスイッチ
を所定のタイミングパルスで駆動して波形整形し、ドラ
イブ信号を発生させるものである。一方、負荷を駆動す
る回路としては、バッファアンプが使用され、この波形
整形した出力信号を受ける。
[解決しようとする問題点] このようなドライブ回路のバッファアンプは、ICをテス
トする関係からスルーレートが高いものが必要とされ、
一般に、エミッタフォロアによるオープンループバッフ
ァが用いられるが、利得精度が低いため、パルスの出力
電圧振幅が小さくなる。また、出力電圧精度の高いバッ
ファアンプには、直結多段増幅器(オペアンプ)に全帰
還を施した負帰還回路が適しているが、発振を避けるた
めに位相補償が必要である。その結果、高速動作の増幅
器が得にくい欠点がある。
第3図は、このような直結形の2段のオペアンプの開ル
ープ周波数特性を示すものであって、G1が入力段の開ル
ープ周波数特性を、G2が後段(増幅段)の開ループ周波
数特性を示している。この場合、特性Gcに見るように、
第2ポールを0dBライン以下に沈めて開ループゲインの
総合特性とし、これにより発振しない回路にしておき、
この特性の増幅回路にさらに全帰還をかけることで閉ル
ープの総合特性のゲインが“1"(ユニティゲイン)のバ
ッファアンプを得て、ユニティゲイン時にも発振しない
特性としている。第2ポールを0dBライン以下に沈める
ためには位相補償を施す必要がある。したがって、スル
ーレートの悪化が避けられず、高速な動作は望めない。
なお、ft1は、入力段の0dBラインとのクロス点の周波数
であり、ft2は、後段の増幅段における0dBラインとのク
ロス点の周波数である。また、Gは、この直結型2段オ
ペアンプの位相補償をしないときの総合開ループ周波数
特性であり、Gcは、位相補償をしたときのそれである。
[発明の目的] この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決
するものであって、前記のようなオペアンプ等の差動増
幅器の位相補償が不要で高速動作が可能なバッファアン
プを提供することにある。
[問題点を解決するための手段] ところで、オペアンプを使用したバッファアンプにあっ
て高速動作が得にくいのは、開ループ周波数特性が多極
ロールオフを持ち、それをバッファアンプに必要な一次
系のロールオフとするためにコンデンサによる位相補償
を行うからである。そこで、この発明の特徴は、通常の
オペアンプのようにコンデンサを帰還ループに挿入して
位相補償をし、ゲインを落として閉ループ特性の帯域を
延ばし、発振を防止するような位相補償をすることな
く、一次系のロールオフを得るようにしたものであっ
て、そのために、複数段の増幅器を使用し、各段の利得
を独立に調整することで、総合開ループ周波数特性上の
第2のポールの位置をコントロールしている。
そこで、前記の目的を達成するこの発明のバッファアン
プの特徴は、第1及び第2の増幅器と、これら第1及び
第2の増幅器の出力が入力される第3の増幅器と、この
第3の増幅器の出力を直流成分を含めて第1の増幅器に
負帰還する第1の帰還路と、第3の増幅器の出力の交流
成分を第2の増幅器に負帰還する第2の帰還路とを有し
ていて、第1の増幅器が、入力信号を受けてこれを増幅
する差動増幅器で構成された直流増幅器であり、第2の
増幅器が、前記入力信号のうち交流成分を増幅する利得
減衰形の増幅器であり、第3の増幅器が、第2の増幅器
の減衰利得を打消して増幅する高利得増幅器であって、
第2及び第3の増幅器の総合利得の周波数特性における
第2ポールが0dB以下になるように設定されていて、第
1の帰還路に位相補償のコンデンサを有していないもの
である。
[作用] このように構成することで、直流特性の増幅器と交流特
性の増幅器とにより両特性を両立させて全体的に十分な
GB積が得られ、直流から低周波領域にあっては、第1の
直流増幅器により十分な開ループゲインを得て、かつ高
周波領域にあっては、第2,第3の増幅器により0dBライ
ンより上に第2ポールが存在させないで済む。開ループ
ゲインをこのような状態の増幅器とし、差動増幅器に位
相補償要のコンデンサを介すことなく、出力の信号側を
帰還させることで、閉ループ特性における増幅回路は、
発振しないで済む。その結果、負帰還を施した際には、
高い利得精度と発振のない動作が得られ、全帰還を施せ
ば、ユニティゲイン1のバッファアンプとして最適な回
路が実現できる。
そこで、このようなバッファアンプをICテスタのドライ
バ回路等に適用すれば、直流増幅を行う差動増幅器(オ
ペアンプ等)によって入力信号を増幅(ゲイン“1"も含
め)することで、出力側の電圧レベルと入力側の電圧レ
ベルの精度を高精度に保つことができ、かつ、所定の電
圧レベルまで達成する信号の立上がりのスルーレートを
主として交流増幅器側で受け持たせ、これによる立上が
り波形部分の増幅(ゲイン“1"以下も含む)で立上がり
までの時間を短縮し、スルーレートを向上させることが
できる。しかも、第2の増幅器と第3の増幅器の開ルー
プ特性における第2ポールが0dB以下であるので、回路
は発振し難く、全体として高速動作をさせることができ
る。したがって、位相補償が不要な差動増幅器を有する
バッファアンプを提供でき、スルーレートを飛躍的に高
めることができる。また、負帰還回路で高速バッファア
ンプが実現できるため、利得精度が高まり、温度変化や
部品のばらつきによる影響を抑制することができる。
[実施例] 以下、この発明の一実施例について図面を参照して詳細
に説明する。
第1図は、この発明のバッファアンプの一実施例のブロ
ック図、第2図(a)及び(b)は、交流増幅器の開ル
ープ周波数特性及び直流増幅器と合わせた総合開ループ
周波数特性の説明図である。
第1図において、1は、バッファアンプであって、その
入力端子2に入力信号として、例えばICテスタのドライ
ブ信号発生回路から波形整形されたパルス信号が供給さ
れる。この入力信号は、オペアンプ3及び交流増幅器4
へと入力される。オペアンプ3は、その−相入力側(負
相側)にこの入力信号を受けて、その出力を交流増幅器
4の出力端である負荷RLの端子4bに出力する。なお、バ
ッファアンプ1の出力側6bとその+相入力側(正相側)
とが直接接続されていて、オペアンプ3は、直流成分を
含めて直流負帰還増幅器となっている。
なお、第1図に示されるように、オペアンプ3の帰還路
には、コンデンサ等の位相補償をする回路が挿入されて
いない。その開ループ特性を示すと、第2図(b)のD
のように、比較的低い周波数で減衰し、その帯域は、一
般的に最大でも10MHzから50MHz程度までである。
交流増幅器4は、PNP形のバイポーラトランジスタQ1
らなる利得減衰形の増幅器であって、そのベースは、コ
ンデンサCを介して入力信号を受け、そのコレクタに挿
入された負荷抵抗RLを介して−側電源(負側電源)に接
続され、負荷抵抗RLの端子4bに出力を発生する。そのエ
ミッタ側は、定電流回路4aが挿入されていてこれを介し
て+側電源(正側電源)に接続され、バッファアンプ1
の出力側6bから負帰還コンデンサCf,負帰還抵抗Rfの直
列回路を介して交流成分が負帰還されている。ここで負
荷抵抗RL<負帰還抵抗Rfとしてその利得を0dB以下に抑
えて利得減衰形の負帰還増幅器となっている。
なお、負帰還コンデンサCfは、交流増幅の高域側の位相
補償用のコンデンサになるが、通常、ICテスタなどの検
査システムにおいては、数ピコオーダのものであり、特
別に外付けされるものではなく、配線等で対応できる。
また、その増幅特性は、第2図(b)のオペアンプの開
ループ特性から分かるように、最大では、500MHzからギ
ガオーダまで延ばすことができる。
高利得広帯域増幅器5は、オペアンプ3の出力及び交流
増幅器4の出力をもとに端子4bを介して受けるものであ
って、エミッタ接地形の回路を構成するNPN形のバイポ
ーラトランジスタQ2のコレクタ側に、ベース接地形の回
路を構成するNPN形のバイポーラトランジスタQ3のエミ
ッタを接続して高出力インピーダンスとし、エミッタホ
ロアの増幅器6のベース側にその出力を入力する。な
お、バイポーラトランジスタQ2のベースは負荷抵抗RLの
端子4bに接続され、そのエミッタ側は−側電源に接続さ
れている。また、バイポーラトランジスタQ3のコレクタ
は、バイアス用の抵抗Rbと定電流回路5aの直列回路を介
して+側電源に接続されている。
エミッタホロアの増幅器6は、PNP形のバイポーラトラ
ンジスタQ4,NPN形のバイポーラトランジスタQ5のそれぞ
れのエミッタ同士を接続し、積み上げた回路であって、
このエミッタの接続点が出力側6bであって、これが出力
端子7に接続され、低出力インピーダンスの回路となっ
ている。そしてこの出力側6bは、先に説明したように、
オペアンプ3の+側位相入力に直結されていて、それが
第1の帰還路となり、さらに負帰還コンデンサCf,負帰
還抵抗Rfを介して交流増幅器4のエミッタに結合されて
いて、それが第2の帰還路となっている。
なお、バイポーラトランジスタQ5のベース側は、バイア
ス用の抵抗Rbと定電流回路5aとの接続点に接続され、そ
のコレクタは+側電源に接続されている。また、バイポ
ーラトランジスタQ4のベースは、バイポーラトランジス
タQ3のコレクタに接続され、そのコレクタは−側電源に
接続されている。
さて、従来のバッファアンプのように2つの増幅器に利
得を持たせ、これらのft1,ft2(第3図参照)が近いと
きには、総合特性Gに見るように、必ず、0dBラインよ
り上に第2ポールPaが発生し、位相補償が不可欠とな
る。
そこで、この実施例では、高利得広帯域増幅器5と利得
減衰形の交流増幅器4とを結合して第2図(a)の開ル
ープ周波数特性Aに見るように、前段の交流増幅器4の
利得を0dB以下の減衰器として動作させる。すなわち、
負荷抵抗RL<帰還抵抗Rfとする。
高利得広帯域増幅器5の開ループ周波数特性Bに見るよ
うに、その第2のポールPbは、前段が利得減衰形となる
ため、交流増幅器4と高利得広帯域増幅器5とからなる
2段の増幅器の総合開ループ周波数特性Cに見るよう
に、その第2ポールPcが0dB以下となっている。その結
果、位相補償が不要となる。なお、各特性のP1は、第1
ポールを示す。
このように交流増幅器4と高利得広帯域増幅器5との2
つの増幅器で構成して、その利得を調整し、前段である
交流増幅器4の減衰量を変化させることにより、これら
2段の増幅器で構成される増幅器の総合開ループ周波数
特性Cの第2ポールの位置を自由に設定できる。
そこで、これらの開ループ周波数特性を初段のオペアン
プ3とエミッタホロア増幅器6とを含めて考えると、第
2図(b)に見るように第2のポールPkが0dB以下とな
る総合開ループ周波数特性K(オペアンプ3に全帰還を
かける前の特性)が得られる。なお、点線で示す特性D
がオペアンプ3の開ループ周波数特性である。
なお、第1図に示す回路は、この開ループ周波数特性の
回路にさらに全帰還をかけた、ユニティゲイン1の増幅
器になっているので、閉ループ特性としては実線Kaとな
り、オペアンプ3の全帰還をかけた単独の閉ループ特性
は、点線のKbとなる。
ここで、実際に問題になるのは、従来技術でも述べたよ
うに、全帰還を施す前の増幅器の開ループ周波数特性に
おいて第2のポールが0dB以下になっていることが発振
対策には必要である。なぜなら、第2のポールは、高い
周波数領域にあって、その点で位相が変化してピーキン
グが発生し易く、これが発振につながるからである。
この開ループ周波数特性Kに見るように、バッファアン
プ1は、直流から低周波領域にあっては、オペアンプ3
が十分な開ループゲインを与えるために、全体としては
十分なゲインが得られ、かつ0dBラインより上に第2ポ
ールが存在していない。したがって、全帰還を施した際
には、高い利得精度と発振のない動作が得られ、ユニテ
ィゲイン1のバッファアンプとして最適な回路を実現で
きる。
以上説明してきたが、実施例におけるオペアンプは、直
流増幅器一般を使用でき、必ずしも2端子入力でなくて
もよい。また、2端子入力のときには、差動アンプを使
用してもよい。
高利得広帯域増幅器5とエミッタホロアの増幅器6とが
この発明の第3の増幅器の具体例の1つであり、この場
合、エミッタホロアの増幅器は必ずしも必要ではない。
また、これら増幅器と交流増幅器とを合わせた段数は、
多段であればよく、2段又は3段に限定されるものでは
ない。
さらに、実施例では、ICテスタ等のドライブ回路におけ
るバッファアンプを中心に説明しているが、これは、一
般のバッファアンプに適用できることはもちろんであ
り、その増幅率もユニティゲインに限定されるものでは
ない。
[発明の効果] 以上の説明から理解できるように、この発明にあって
は、位相補償が不要な差動増幅器を有するバッファアン
プを提供でき、スルーレートを飛躍的に高めることがで
きる。また、負帰還回路で高速バッファアンプが実現で
きるため、利得精度が高まり、温度変化や部品のばらつ
きによる影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明のバッファアンプの一実施例のブロ
ック図、第2図(a)及び(b)は、交流増幅器の開ル
ープ周波数特性及び直流増幅器と合わせた総合開ループ
周波数特性の説明図、第3図は、従来の多段バッファア
ンプの総合開ループ周波数特性の説明図である。 1…バッファアンプ、2…その入力端子、 3…オペアンプ、4…交流増幅器、 4a,5a…定電流回路、 5…高利得広帯域増幅器、6…エミッタホロア増幅器、
Rf…負帰還抵抗、Cf…負帰還コンデンサ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1及び第2の増幅器と、これら第1及び
    第2の増幅器の出力が入力される第3の増幅器と、この
    第3の増幅器の出力を直流成分を含めて第1の増幅器に
    負帰還する第1の帰還路と、前記第3の増幅器の出力の
    交流成分を第2の増幅器に負帰還する第2の帰還路とを
    有し、第1の増幅器は入力信号を受けてこれを増幅する
    差動増幅器で構成された直流増幅器であり、第2の増幅
    器は前記入力信号のうち交流成分を増幅する利得減衰形
    の増幅器であり、第3の増幅器は第2の増幅器の減衰利
    得を打消して増幅する高利得増幅器であって、第2及び
    第3の増幅器の総合利得の開ループ周波数特性における
    第2ポールが0dB以下になるように設定されていて、前
    記第1の帰還路に位相補償のコンデンサを有していない
    ことを特徴とするバッファアンプ。
  2. 【請求項2】第1の増幅器はその一方の入力側に入力信
    号を受け、他方の入力側に帰還信号を受けるオペアンプ
    であり、第3の増幅器は少なくとも2段で構成される広
    帯域増幅器であって、その最終段がエミッタフォロア回
    路で構成され、第1及び第2の帰還路は、前記エミッタ
    フォロア回路の出力に結合されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載のバッファアンプ。
JP28393186A 1986-11-28 1986-11-28 バツフアアンプ Expired - Lifetime JPH0693575B2 (ja)

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JPS63136803A JPS63136803A (ja) 1988-06-09
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