JPH0758559A - スルーレート制御増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波で安定にスルーレートを制御できるス
ルーレート制御増幅器を提供すること。 【構成】 トランジスタＱ１のエミッタに第１定電流源
（Ｑ３，Ｑ５，Ｒ１〜Ｒ３）を接続し、それらの接続点
とアース間にコンデンサＣ１を接続して第１スルーレー
ト回路を形成し、同様にしてＱ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｒ４〜
Ｒ６及びＣ２で第２スルーレート回路を形成し、これら
を従属接続して演算増幅器１０６の入力に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオ信号の処理回路
等に用いて好適なスルーレート（slue rate)制御非線形
回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば演算増幅器の場合を例にとって考
えると、その増幅回路に大振幅のステップ電圧が印加さ
れた場合、出力電圧が有限時間で立ち上がるため、小振
幅動作の場合に比べて帯域が制限される。

【０００３】ここで、出力電圧の上昇速度は、微小時間
Δｔの電圧変化分をΔＶとするとΔＶ／Δｔで与えら
れ、スルーレート又はスルーイング速度と呼ばれてい
る。

【０００４】スルーレートを越えて増幅器を駆動する
と、正弦波入力は三角波出力となってしまう。また周波
数が高くなると振幅が小さくなってしまう。

【０００５】従来、記録しようとするビデオ信号が主と
してビデオカメラからの信号であり、記録装置の入力規
格レベルとして正弦波を考えていたときには、ビデオ記
録帯域を越えた広帯域ビデオ信号が入力すると、過変調
を起こすことについて、対策を考えていた。

【０００６】近年、記録装置の記録帯域に比べて遙かに
広帯域のＣＧ（コンピュータ・グラフィック）やＳＣＡ
ＮＥＲ等のビデオ信号が入力信号として使われるように
なって来たが、そのような場合、入力信号は記録装置か
ら見るとほとんど矩形波となり、帯域制限のため、入力
レベルが変化するという問題が生じている。

【０００７】図４は従来の差動帰還増幅器を示してい
る。同図において、トランジスタＱ１とＱ２は増幅器を
構成するトランジスタで、トランジスタＱ１のベースに
端子４０１から入力信号が入力され、その出力はトラン
ジスタＱ２のコレクタから取り出され、エミッタフォロ
ワ増幅器を形成するトランジスタＱ７のベースに印加さ
れる。図４の増幅器の出力はトランジスタＱ７のエミッ
タ回路から端子４０２へ出力される。

【０００８】トランジスタＱ３とそれに対するバイアス
抵抗Ｒ１〜Ｒ３は第１の定電流源を形成し、トランジス
タＱ１とＱ２にそれぞれ流れる電流Ｉ１とＩ２の合計の
電流Ｉ３が流れる。

【０００９】トランジスタＱ４とそれに対するバイアス
抵抗Ｒ４〜Ｒ６は第２の定電流源を形成し、トランジス
タＱ２に電流Ｉ２を供給するとともにコンデンサＣ１に
充電電流Ｉ４を供給する。

【００１０】トランジスタＱ７のコレクタは正電源＋Ｂ
に接続され、同トランジスタのエミッタはダイオードＤ
１と抵抗Ｒ９の直列接続を介して負電源−Ｂに接続され
ている。

【００１１】ダイオードＤ１と抵抗Ｒ９の接続点４０３
は出力端子４０２に接続されている。この接続点４０３
は抵抗Ｒ７とＲ８の直列接続を介して接地されており、
抵抗Ｒ７とＲ８の接続点４０４がトランジスタＱ２のベ
ースに接続されている。従って、出力側の接続点４０３
の電圧が抵抗Ｒ７とＲ８によって抵抗分割されてトラン
ジスタＱ２のベースに印加されている。即ち、トランジ
スタＱ２には出力側から帰還がかかっており、トランジ
スタＱ１とＱ２のベース電位が同じになり各トランジス
タのコレクタ・エミッタ間に同じ値Ｉの電流が流れるよ
うに制御される。

【００１２】トランジスタＱ２のコレクタは、前述した
ように、トランジスタＱ７のベースに接続されていると
ともに、コンデンサＣ２を介して接地されている。

【００１３】次にこの増幅器の動作を簡単に説明する。
入力端子４０１に入力信号Ｖ１が入力すると、トランジ
スタＱ１にはその信号のレベルに応じたコレクタ・エミ
ッタ間電流Ｉ１が流れる。このときトランジスタＱ２に
は或る値のコレクタ・エミッタ間電流Ｉ２が流れるとと
もに、コンデンサＣ２に充電電流Ｉ４が流れる。この充
電によりトランジスタＱ７のベース電位が変わり、接続
点４０３の電位が変わる。従って、トランジスタＱ２の
ベース電位も変わる。

【００１４】この動作は、トランジスタＱ２のベース電
圧がトランジスタＱ１のベース電圧と同じ値Ｖ１になる
まで続き、その間コンデンサＣ２が充電される。

【００１５】図４の増幅器のスルーレートＳＲはトラン
ジスタＱ３に流れる電流Ｉ３とコンデンサＣ２の容量に
よって決まり、ＳＲ＝Ｉ３／Ｃ２で与えられる。従って
Ｉ３の値を変えることによってスルーレートを変えるこ
とができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】図４を参照して上述し
たとおり、従来の回路におけるスルーレートの制御は、
演算増幅器に代表されるように、電流負荷の電流増幅器
に容量Ｃ２を接続することにより実現しているため、利
得や周波数特性を一定に保つために大きな帰還（Ｒ７，
Ｒ８）がかかっている。

【００１７】このため従来の回路には次のような欠点が
あった。 １．高周波で安定にスルーレートを制御することは困難
である。 ２．帰還利得が周波数で変化するので、線形低域通過濾
波器を使った場合とは異なった歪を発生する。 ３．帰還が線形動作なので、高周波が入力したときは低
域通過フィルタと同じ平均振幅に近づく。

【００１８】また、従来のスルーレート制御増幅器をＶ
ＴＲやディスク等のアナログＦＭ記録装置に使う場合
は、過大信号や広帯域ビデオ信号を入力すると、過変調
を発生しやすく、その防止策として種々試みられている
が満足の得られるものはない。

【００１９】例えば、オーバーシュートの小さな低域通
過フィルタを使って帯域制限をする方法があるが、これ
によると伝送帯域内の振幅特性の劣化をもたらすことが
ある。

【００２０】また、白レベル及び黒レベルをクリップす
ることによって高周波帯域の拡大を防止すると、多少改
善されるが、その効果の割りにはビデオ波形の歪が大き
い。

【００２１】そこで過変調を発生するビデオ信号はレベ
ルを下げて記録することが考えられるが、このようにす
るとＳ／Ｎが劣化する。またどの程度レベルを下げたら
よいかは、実際に記録してみないとわからないので、そ
の都度調整する必要がある。

【００２２】また、記録するビデオ信号の帯域を狭くす
ることが考えられるが、このようにすると解像度が低下
する。

【００２３】本発明は、従来装置の上述の欠点を克服す
るためになされたものであって、高周波入力信号に対し
て安定にスルーレート（SLEW RATE)を制御することがで
きるスルーレート回路及びそれを備えた増幅器等の回路
を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明のスルーレート制
御増幅器は、正負バイアス電源端子±Ｂ間に直列接続さ
れた第１のトランジスタＱ１と第１の定電流源Ｑ３，Ｑ
５、及び該第１のトランジスタＱ１と第１の定電流源Ｑ
３の接続点とアース間に接続された第１のコンデンサＣ
１から成り、前記第１のトランジスタＱ１のベースに入
力を印加し、前記第１のコンデンサＣ１の接地されてい
ない方の端子から出力を取り出すようにした第１のスル
ーレート回路と、前記正負バイアス電源端子±Ｂ間に直
列接続された第２のトランジスタＱ２と第２の定電流源
Ｑ４，Ｑ６、及び該第２のトランジスタＱ２と第２の定
電流源Ｑ４の接続点とアース間に接続された第２のコン
デンサＣ２から成り、前記第２のトランジスタＱ２のベ
ースに入力を印加し、前記第２のコンデンサＣ２の接地
されていない方の端子から出力を取り出すようにした第
２のスルーレート回路との従属接続を備えた増幅器であ
る。

【００２５】このスルーレート制御増幅器は、前記第１
のトランジスタをＮＰＮ形のトランジスタで形成し、前
記第２のトランジスタをＰＮＰ形のトランジスタで形成
するのが好ましい。さらに、このスルーレート制御増幅
器には、該増幅器への入力信号に含まれる減衰させたい
周波数の信号をプリエンファシスするピーキング回路
と、該増幅器からの出力に含まれる上記周波数の信号を
ディエンファシスするトラップ回路を設けるのが好まし
い。

【００２６】

【作用】本発明のスルーレート回路は、基本的には、エ
ミッタホロワ接続されたトランジスタの定電流負荷に保
持容量を接続した高入力インピーダンスでかつ広帯域な
検波回路で形成されているので安定したスルーレート制
御ができる。

【００２７】また、上述のスルーレート回路を２段従属
接続しＮＰＮトランジスタ回路とＰＮＰトランジスタ回
路で構成することによって正負の検波ができる。即ち、
入力信号の立ち上がり、立ち下がりのスルーレートを独
立して変えることができる。

【００２８】このようなスルーレート回路を備えたスル
ーレート制御増幅器は伝送周波数特性として減衰がなだ
らかであるが、この増幅器の入出力に特定周波数を増強
し、減衰する回路網を付加することによって矩形波ビデ
オ信号に対する過変調を防止でき、通常ビデオ（正弦波
１００％）入力に対する周波数特性の劣化を防ぐことが
できる。

【００２９】

【実施例】図１〜３を参照して本発明の実施例の説明を
する。

【００３０】図１は本発明の第１実施例のスルーレート
増幅器の回路図である。この回路の特徴の１つは、帰還
ループを省いたことである。

【００３１】同図において、トランジスタＱ３及びＱ５
とそのバイアス抵抗Ｒ１〜Ｒ３は第１の定電流源を形成
し、トランジスタＱ４及びＱ６とそのバイアス抵抗Ｒ４
〜Ｒ６は第２の定電流源を形成している。

【００３２】トランジスタＱ１はエミッタホロワ接続さ
れたＮＰＮトランジスタで、ベースが入力端子１に接続
され、コレクタが第１の電源＋Ｂに接続され、エミッタ
が前記第１の定電流源、トランジスタＱ２のベース及び
コンデンサＣ１の一端に接続されている。なおコンデン
サＣ１の他端は接地されている。

【００３３】トランジスタＱ２はエミッタホロワ接続さ
れたＰＮＰトランジスタで、ベースが前記トランジスタ
Ｑ１のエミッタに接続され、コレクタが第２の電源−Ｂ
に接続され、エミッタが前記第２の定電流源に接続され
るとともに演算増幅器６の正入力１０３とコンデンサＣ
２の一端に接続されている。なお、コンデンサＣ２の他
端は接地されている。

【００３４】演算増幅器１０６の出力１０５は出力端子
１０２に接続され、負入力１０４は同演算増幅器の出力
に接続されている。

【００３５】この回路のスルーレートは、コンデンサＣ
１の容量と電流Ｉ１、及びコンデンサＣ２の容量と電流
Ｉ２で決まる。

【００３６】次に図１の増幅回路の動作について、波形
図を参照して説明する。図５は図１の回路の入力波形を
示した波形図で、（ａ）は図１の回路の入力（ａ）に供
給した信号の波形であり、（ｂ）は同回路の（ｂ）点の
波形である。

【００３７】同図から明らかなとおり、（ｂ）点の波形
はその波形の立ち上がり部分ではほぼ入力波形（ａ）と
同じ波形になっている。（ｃ）は同回路の出力の波形図
で、立ち上がり部、立ち下がり部で応答の遅れがみられ
る。

【００３８】図６は、図１の回路に高周波ステップ信号
を入力したときの各部の波形をプロットしたものであ
る。（ｂ）点の波形は立ち上がり部が入力信号の波形
（（ａ）点の波形）とほぼ同じになっており、応答が速
いことを示している。

【００３９】これは、図１の回路において前段のトラン
ジスタＱ１として応答速度の速いＮＰＮ型のトランジス
タを用いているからである。

【００４０】この特性は、扱う信号を周波数変換した場
合と同等の効果を持つ。即ち、伝送帯域外の高周波信号
が後段の低域通過フィルタで減衰されない帯域内信号と
して扱え、見かけ上の帯域圧縮動作となる。

【００４１】図７は、図１に示す本発明の増幅回路と、
図４に示す従来の増幅回路とに、同じ高周波ステップ信
号を入力し、そのときの出力波形を対比して図示したも
のである。

【００４２】図７の上段は入力波形を示し、中段は本発
明の増幅回路（図１）の出力波形を示し、下段は従来の
増幅回路（図４）の出力波形を示す。

【００４３】同図から明らかなとおり本発明の増幅回路
は従来の増幅回路に比べて波高値の減衰が少ない。

【００４４】図８は本発明の回路の減衰特性と従来の回
路の減衰特性を対比して示したものである。同図から明
らかなとおり、本発明の回路は正インパルスに対する減
衰が少ないので、高周波入力信号に対して減衰がビデオ
・ハイレベル方向に移動している。

【００４５】再び図１を参照して上述の諸特性をまとめ
ると、図１の回路のトランジスタＱ２には、従来回路と
は違って帰還がかかっていないので、従来回路（図４）
の欠点としてあげた動作の不安定はなく、安定した動作
をする。

【００４６】図１の回路は、トランジスタＱ１、第１定
電流源、コンデンサＣ１で成る回路と、トランジスタＱ
２、第２定電流源、コンデンサＣ２で成る回路が従属接
続となっているので立ち上がり立ち下がりのスルーレー
トを独立に変えることができる。

【００４７】図１の回路は完全な非線形回路であり、ト
ランジスタＱ１としてＮＰＮ型のトランジスタを使って
いるので高周波の減衰電位を正側に寄せることができ
る。

【００４８】扱う信号がビデオ信号の場合には、γ補正
がなされているのでこの特性が好ましい結果をもたら
す。

【００４９】図１の回路において、前段のトランジスタ
Ｑ１がＮＰＮ型トランジスタになっていることから、ア
タックの速い検波回路を形成し、図８に示したとおり、
正インパルスに対する減衰が小さく、ＶＴＲに適用した
場合には帯域が狭いわりにはディテールの良い画像が得
られる。

【００５０】図２は、本発明増幅回路の第２実施例を示
す。同図の回路は、図１の回路のトランジスタＱ３，Ｑ
５及びバイアス抵抗Ｒ１〜Ｒ３で成る第１定電流源を抵
抗Ｒ１０で置換し、トランジスタＱ４，Ｑ６とバイアス
抵抗Ｒ４〜Ｒ６で成る第２定電流源を抵抗Ｒ１１で置換
したものである。バイアス電源電圧±Ｂが大きいときは
このような回路にすることができる。この場合には、回
路構成が非常に簡単になる。

【００５１】以上、本発明のスルーレート増幅器につい
て説明してきたが、次にこれをディスク記録再生装置に
適用する場合の問題点と、解決策について説明する。

【００５２】図１，図２に示した増幅回路に正弦波の過
大入力を印加すると、約１８ＭＨｚで過変調をおこし、
矩形波入力を印加すると約１２．５ＭＨｚで過変調をお
こしやすい。

【００５３】この周波数は、伝送帯域で２次歪を発生し
た時、レベルの変化する周波数帯域であって、これより
小では矩形波となり、上では正弦波となってレベルはあ
まり変化しない。

【００５４】従って、記録時にこの周波数を減衰して記
録し、再生時の歪を小さくすれば過変調を防止すること
ができる。この点に着目したのが本発明第３実施例であ
る。

【００５５】次に、図３を参照して本発明の第３実施例
の説明をする。同図において、３１１は信号入力端子、
３１２はバッファ増幅器、３１３はピーキングキ回路、
３１４はスルーレート増幅器、３１５はトラップ回路、
３１６はバッファ増幅器、３１７は出力端子である。

【００５６】図３から明らかなとおり、入力信号はピー
キング回路３１３において、過変調を起こす周波数、例
えば上述の１２．５ＭＨｚでピーキング（プリエンファ
シス）を行ない、その結果の出力をスルーレート増幅器
３１４に入力する。

【００５７】該スルーレート増幅器３１４からの出力信
号をトラップ回路３１５に供給し、ここで入力信号中の
ピーキングした周波数のレベルを下げて（ディエンファ
シスして）もとの信号としてから、バッファ増幅器３１
６を通して出力端子３１７に出力する。

【００５８】この回路によれば、入力矩形波中の過変調
を起こす周波数は正弦波でスルーレートにかからないレ
ベルまで増強されているのでスルーレート制御増幅器を
通っても過変調を起こしたり周波数特性の劣化を生じた
りすることはない。

【００５９】

【発明の効果】本発明のスルーレート制御増幅器は、従
来のこの種の回路におけるような帰還ループがないので
安定な動作をする。

【００６０】スルーレート回路が従属接続になっている
ので上がり下がりのスルーレートを独立に変えることが
できる。

【００６１】さらに、プリエンファシス・ディエンファ
シス回路を設けることにより過変調を発生する周波数に
対して適正な減衰を持たせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明スルーレート制御増幅器の１例を示す回
路図である。

【図２】本発明スルーレート制御増幅器の他の例を示す
回路図である。

【図３】本発明スルーレート制御増幅器の更に他の例を
示す回路図である。

【図４】従来のスルーレート制御増幅器の回路図であ
る。

【図５】本発明スルーレート制御増幅器の要部波形図で
ある。

【図６】本発明スルーレート制御増幅器の波高値保存の
様子を示す波形図である。

【図７】本発明スルーレート制御増幅器と従来のスルー
レート制御増幅器の出力を対比させた波形図である。

【図８】本発明スルーレート制御増幅器と従来のスルー
レート制御増幅器の減衰特性を対比させた特性図であ
る。

【符号の説明】

Ｑ１，Ｑ２ エミッタホロワ接続トランジスタ Ｑ３，Ｑ５ 第１定電流源を形成するトランジスタ Ｑ４，Ｑ６ 第２定電流源を形成するトランジスタ Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ Ｒ１〜Ｒ６ バイアス抵抗 １０６ 演算増幅器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正負バイアス電源端子間に直列接続され
   た第１のトランジスタと第１の定電流源、及び該第１の
   トランジスタと第１の定電流源の接続点とアース間に接
   続された第１のコンデンサから成り、前記第１のトラン
   ジスタのベースに入力を印加し、前記第１のコンデンサ
   の接地されていない方の端子から出力を取り出すように
   した第１のスルーレート回路と、 前記正負バイアス電源端子間に直列接続された第２のト
   ランジスタと第２の定電流源、及び該第２のトランジス
   タと第２の定電流源の接続点とアース間に接続された第
   ２のコンデンサから成り、前記第２のトランジスタのベ
   ースに入力を印加し、前記第２のコンデンサの接地され
   ていない方の端子から出力を取り出すようにした第２の
   スルーレート回路と、 の従属接続を備えたスルーレート制御増幅器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のスルーレート制御増幅
   器において、前記第１のトランジスタをＮＰＮ形のトラ
   ンジスタで形成し、前記第２のトランジスタをＰＮＰ形
   のトランジスタで形成したことを特徴とするスルーレー
   ト制御増幅器。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のスルーレート制
   御増幅器において、該増幅器への入力信号に含まれる減
   衰させたい周波数の信号をプリエンファシスするピーキ
   ング回路と、該増幅器からの出力に含まれる上記周波数
   の信号をディエンファシスするトラップ回路を設けたこ
   とを特徴とするスルーレート制御増幅器。