JPS58107707A - 増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、集積回路に用いて好適で高い利得を持ち微
小な信号に応答する増幅器、特に高い記憶密度を有する
回転磁気媒体上の非常に小さな磁気スポットからの信号
を検出するのに用いて好適な増幅器に関する。

従来から、異なる環境により課される多くの要求を満足
するために種々の増幅器が使用されてきた。集積回路形
態に使用さｎる増幅器の１つのタイプとしては、１８Ｍ
テクニカル・ディスクロージャ・プリテア　、Ｖ　ｏ　
ｌ　−１３、Ａ　２．１９７０年７月、ｐｐ、４８４−
４８５において、Ｋ、　　Ｇ。

Ｔｅｒｔｅｌ　　により開示さｎたような差動増幅器が
ある。この差動増幅器は、２つの並列回路の一端に接続
された定電流源を、並列回路の他端に接続された共通電
圧源とともに使用している。各並列回路に１つずつ設け
られた一対のバイポーラ型１ランジスタは、定電流源に
接続する共通なエミッタ結合を有するとともに、共通電
圧源に接続した一対の負荷を有する。微小な相補的な信
号がトランジスタのベースに加えられるとともに、出力
がトランジスタのコレクタから＠シ出される。微小な信
号を検出するための他の差動増幅器の回路が、米国特許
第３６８５０２５号（１９７０年６月２５日出願、発明
者、Ｒ，Ｗ、、Ｂｒｙａｎｔ　及びＧ。

Ｋ、　　Ｔｕ　　）と米国特許第４０９９２６６号（１
９７７年２月２５日出願、発明者、Ｃｍ　　Ｂｒ１ｇｇ
ｅｒ８　）とに開示さ扛ている。

これらの増幅器は、微小な相補的な信号を検出すること
が可能であるけれども、例えば書込み信号のような大き
な信号が増幅器の入力に加えらｎると、その振幅を制限
するけれども、増幅器のトランジスタを激しく損傷する
傾向がある。

この発明の第１の目的は、微小な入力信号の増幅が可能
でるる一方、大きな入力信号又は電圧に対して即座に耐
えることができる改良された高性能の増幅器を提供する
ことである。

この発明の第２の目的は、書込み信号の振幅を制限し々
い改良された増幅器を提供することである。

この発明の第３の目的は、高帯域幅の非常に低レベルの
信号を、大きな書込み電圧が存在する中で処理すること
が可能な改良された増幅器を提供することである。

この発明によれば、増幅器は、第１及び第２トランジス
タを有し、とｎら第１及び第２トランジスタは、第１接
合と第２接合と？有する装置、例えば対称的に構成され
た第５トランジスタにより、相互に連結ｉｎでいる。第
１接合と第２接合との中間の共通点にバイアス動作を選
択的に与える手段として、第３トランジスタのベースに
電流源が選択的に接続される。電流源が第６トランジス
タのベースに接続される時、第６トランジスタは飽和し
、第１トランジスタと第２トランジスタとの間に低イン
ピーダンスの回路を形成する。しかし、電流源が第５ト
ランジスタのベースから切９離嘔れる時は、第３トラン
ジスタは遮断状態となシ、第１トランジスタ及び第２ト
ランジスタのベース間の電圧降伏回路を遮断する。この
発明の増幅器の一実施例においては、第１及び第２トラ
ンジスタはＮＰＮ型でメジ、第３トランジスタはラテラ
ルＰＮＰ型である。この増幅器は、記憶信号と書込み信
号又は電圧が第１及び第２トランジスタのベースに加え
られる改良された小型の磁気媒体装置に用いて特に好適
でろる。

この発明の前述の目的及び他の目的、特徴及び効果は、
添付図面に示さｎるこの発明の一実施例についての以下
の詳細説明から明らかとなるであろう。

第１図は、この発明の増幅器を有する磁気媒体装置の回
路図である。

第２図は、第１図に示さｎるこの発明の磁気媒体装置を
動作するために使用さｎるパルスプログラムである。

第１図を参照すると、この発明の増幅器１０を有する磁
気媒体装置が示さ扛ている。増幅器１０は、ＮＰＮ型の
第１トランジスタＴ１及びＮＰＮ型の第２トランジスタ
Ｔ２と、第１トランジスタＴ１のエミッタと第２トラン
ジスタＴ２のエミッタとの間に介在するＰＮＰ型の第５
トランジスタＴ３とを有する。第３トランジスタＴ３は
、第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２のエ
ミッタ間に第１接合と第２接合とを配設する罐を構成す
る。第１負荷抵抗Ｒ１及び第２負荷抵抗Ｒ２が、共通電
圧源端子＋Ｖと第１トランジスタＴ１及び第２トランジ
スタＴ２のコレクタとの間にそれぞれ連結されている。

なお、第１負荷抵抗Ｒ１及び第２負荷抵抗Ｒ２の大きさ
は、そ−ｎ（ｊｎ１キロオームであってよく、共通電圧
源端子子Ｖの電圧値は＋１２ボルトであってよい。第３
抵抗Ｒ６と、端子−■で示さｎる負電圧源とを有する第
１電流源１１が、ＮＰＮ型の第４トランジスタＴ４及び
ＮＰＮ型の第５トランジスタＴ５を有する第１電流スイ
ツチ１２を経て、ＰＮＰ型の第５トランジスタＴ３のベ
ースに接続さｆ’Ｌ？いる。なお、第３抵抗Ｒ３の大き
さは例えば１２００オームであってよく、負電圧源−Ｖ
の大きさは一１２ボルトであってよい。第４トランジス
タＴ４のエミッタは第５抵抗Ｒ３に接続嘔１てお９、第
４トランジスタＴ４のコレクタはＰＮＰ型の第３トラン
ジスタＴ３のベースに結合さｎている。第４トランジス
タＴ４のベースは第１電圧参照端子ｖＲ１に接続さｎて
いる。第１電圧参照端子ｖＲ４には一６ボルトの電圧が
印加さｎていてよい。第５トラ／ジスタＴ５は、そのエ
ミッタが第３抵抗Ｒ６に接続さｎておシ、そのコレクタ
が基準電位点例えば接地電位点に接続されておシ、そし
て、そのベースがパルス読出し端子Ｃに接続さｎている
。

第１電流源■１と第１電流スイツチ１２とは、第６トラ
ンジスタＴ３の第１接合と第２接合の中間の共通点、す
なわち、ベースにバイアス動作を選択的に与える手段を
構成している。回転磁気媒体１６の磁気スポットに磁気
的に結会さｎていて、読取シ／書込みヘッドとして用い
らｎるコイル１４が、結合点Ａ及び結合点Ｂで、第１ト
ランジスタＴ１のベースと、第２トランジスタＴ２のベ
ースとの間に連結さｎている。増幅器１０の出力は、出
力端子０１．及び出力端子０２において、第１トラシジ
スｆＴ１のコレクタ及び第２トランジスタＴ２のコレク
タから取シ出嘔ｎる。

書込み回路１８は、データ電流スイッチトランジスタＴ
６及びＴ７ｔ−有するっトランジスタＴ６のベースは入
力端子ＤＡＴＡに接続さｎており、トランジスタＴ７０
ペースは入力端子ＤＡＴＡに接続されている。トランジ
スタＴ６のコレクタ及びトランジスタＴ７のコレクタは
、第１トランジスタＴ１のベースおよび第２トラン・ジ
スタＴ２のベースに接続さ几るとともに、読取り／書込
みヘッドコイル１４の端に接続嘔ｎている。第４抵抗Ｒ
４及び負電圧源−ｖ’ｔ−有する第２電流源Ｉ２は、Ｎ
ＰＮＷの第８トランジスタＴ８及びＮＰＮ型の第９トラ
ンジスタＴ９を有する第２電流スイツチ２０を経て、ト
ランジスタＴ６及びトランジスタＴ７のエミッタに接続
されているう森お、第４抵抗Ｒ４の太き嘔は例えば５０
オームでおってよい。

負電圧源−■に例えば−１２ボルトであってよいう第８
トランジスタＴ８ｊｉｂそのエミッタが第４抵抗Ｒ４に
接続でｎており、そのコレクタカ；トランジスタＴ６及
びトランジスタＴ７のエミッタに接続さｎており、その
ベースが第２電圧参照端子ｖＲ□に接続嘔ｎている。な
お、第２電圧参照端子ｖＲ２には、例えば−６ボルトの
電・圧が印加されている。

第９トランジスタＴ９は、そのエミツタカ；抵抗Ｒ４ｌ
ＩＣ接続嘔れており、そのコレクタが基準電位点に接続
さｎており、そのベースがパルス読出し端子りに接続嘔
ｎている。

第１図に示される磁気媒体装置の動作をよシよく理解で
きるように、第２図に示でれるパルスプログラムを共に
参照して作用の説明を行なう。アクセシング・サイクル
の読１！ｌ）部分を開始する時間ｔｏにおいて、第１電
流スイツチ１２の端子Ｃの電圧は一１２ボルトとなり、
第５トランジスタＴ５は遮断状態になシ、第４トランジ
スタＴ４は導通状態になり、出力端子０１及び０２の電
圧を、第２図中の曲線０１及び０２に示すように、＋１
２ボルトからおおよそ＋１０ボルトに減少する。

第２電流スイツチ２０の端子りの電圧が零ボルトでアシ
、そして、第２電圧参照端子ｖＲ□の電圧が一６ボルト
であるため、結合点Ａ及び結合点Ｂの電圧は零である。

時間ｔ１において、コイル１４が回転ろるいは運動して
いる磁気媒体１６から信号を拾い、第２図の曲線Ａ及び
曲線ＢＫそｎぞｎ示すように、最初に、結合点Ａに数マ
イクロボルトの微小な正の電圧偏倚を生じ、結合点Ｂに
数マイクロボルトの負の電圧偏倚を生じる。そして第２
図の曲線０１及び曲線０２に示さ几るように出力端子０
１及び出力端子０２に時間ｔ２で終わる増幅てれた電圧
信号を発生する。時間ｔ３と時間ｔ４との間には、時間
ｔ１と時間ｔ２との間に発生された信号と同様の信号が
発生でれる。こｎらの信号は、磁気媒体１６内に記憶さ
ｎた２進法情報の＠１＃の数字の存在を表わす。時間ｔ
５と時間ｔ６との間において発生さｎる節Ａ及び節Ｂに
おける信号の極性と、出力端子０１及び出力端子０２に
おける信号の極性とは、時間ｔ１と時間ｔ２との間及び
時間ｔ３及び時間ｔ４との間に発生される信号の極性と
反対であシ、２進法情報の１０＃の数字を表す。

時間ｔ７において、第２図中の曲線Ｃに示すように、端
子Ｃの電圧が零ポル）１で上昇し、第４トランジスタＴ
４が遮断状態となシ、第５トンンジスタＴ５が導通状態
となり、アクセシング・サイクルの書込み部分が開始ざ
ｎる。時間ｔ８と時間ｔ９との間において、磁気媒体１
６内に２進法情報の“１　”の数字を書込む為、第２電
流スイツチ２０の端子りにおける電圧が、零ボルトから
一１２ボルトまで下降して、第９トランジスタＴ９を遮
断状態とし、第８トランジスタＴ８を導通状態とし、一
方、端子ＤＡＴＡ及び端子ＤＡＴＡにおける電圧ヲ夫々
、−７ボルトと一５ボルトに維持する。この結果、結合
点Ａに於て約６ボルトの正の電圧の偏倚が発生し、七゛
して結合点Ｂに於て約−６ボルトの負の電圧の偏倚が発
生する。この結合点Ａと結合点Ｂとの間の電圧差は、磁
気媒体１６に所望の磁化方向を形成する電流をコイル１
４に発生する。

第２図の曲線りに示す様に、時間ｔ１０と、時間ｔ１１
との間に、再び端子りの電圧を一１２ボルトまで下降さ
せる事により、磁気媒体１６内に、２進法情報のもう１
つの１”の数字が記憶される。

磁気媒体１６内に、２進法情報の０“の数字を記憶する
為には端子ＤＡＴＡの電圧を一５ボルトまで上昇し、端
子ＤＡＴＡ！Ｐ電圧を一７ボルトまで下降し、そしｔ、
第２図中の時間ｔ１２と時間ｔ１３の間に示される様に
、端子りの電圧を再び−及び端子ＤＡＴＡに印加された
電圧は、結合点Ａに負の電圧を発生し、結合点Ｂに正の
電圧を発生し、磁気媒体１６内に＠０＃の数字の記憶を
表す磁化方向を形成するコイル１４に前述とは反対方向
へ流れる電流を発生する。時間ｔ１４において端子Ｃの
電圧が再び一１２ボルトまで下降妊せらｎて、第２図の
曲線中の時間ｔｏと時間ｔ７の間に説明したのと同様の
方法によシ、磁気媒体１６から新たに記憶さした情報を
読出すようになる。

読取り操作中、端子Ｃの電圧が低く、そして端子りの電
圧が高いため、ＰＮＰ型の第６トランジスタＴ３は、そ
の２つのＰＮ接合が順方向にバイアスされて飽和状態と
なシ、第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２
のエミッタ間べ非常にインピーダンスの低く、広帯域幅
の回路を形成するということに留意すべきでるる。もし
、所望ならば、２つの平衡なダイオードｔＵ下のような
配置で用いて、もよい。すなわち、１つのダイオードを
、第１トランジスタＴ１のエミッタと第４トランジスタ
Ｔ４のコレクタとの間に配し、他のダイオードを、第２
トランジスタＴ２のエミッタと第４トランジスタＴ４の
６コレクタとの間に配してもよい。こｎにより、第１ト
ランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２のエミッタ間
に介在する第１接合及び第２接合が形成さｎる。しかし
、ＰＮＰ型の第３トランジスタＴ３のインピーダンスは
、とｎら２つのダイオードのインピーダンスより非常に
低い。ＰＮＰ型トランジスタは、ソノエミッターペース
接合とコレクターベース接合が互いに数ミクロンの範囲
内に位置しているため、その動作は低いインピーダンス
でもって行なわｎる。もし１これらの接合が、数ミクロ
ン以上離されると、こｎらの接合は事実上２つのダイオ
ードを形成し、第１トランジスタＴ１及び第２トランジ
スタＴ２のエミッタ間により高いインピーダンスを生ず
る。

多くの場合においては、低インピーダンスが好まｎるた
め、第６トランジスタＴ３としてＰＮＰ型対称形トラン
ジスタが用いられる。対称形ラテラルトランジスタは、
例；えば、ＩＢＭテクニカル・ディスクロージャΦプリ
テンＶｏ　１−　１７、Ａ９．１９７５年２月、ｐ、２
５４にＢ、　Ｃ，Ａｔｗｏｏｄによシ開示さｎるように
、トランジスタのペースとして機能する基板にエミッタ
とコレクタと全文指状の拡散操作で形成するタイプから
製造してもよい。もし所望ならば、より大きな利得を有
するＰＮＰ型ラテラル・トランジスタを、軽くドープさ
れたＮ型のペース材に複数Ｐ型の拡散領域を形成し、１
つ置きの拡散領域を相互に連結してエミッタとし、残シ
の拡散領域を相互に連結してコレクタを形成することに
よシ、製造することができる。もちろん、エミッタとコ
レクタは、その役割を反転して、第１図中の装置の結合
点Ａと結合点Ｂに印加嘔几る電圧に依存して、そルぞル
コレクタ又はエミッタとして動作することが理解さ几る
。

このようなＰＮＰ型対称形ラテラル・トランジスタが用
いられる場合、ノイズ特性及び帯域幅は、主としてＮＰ
Ｎ型の第１トランジスタＴ１及びＮＰＮ型の第２トラン
ジスタＴ２の高性能に依存しており、垣にバイアスよル
畠遣久訃ぽ１柿謙−１すとによシ妥協点を選ぶことがで
きる。

書込み操作のため、端子Ｃの電圧が零ボルトまで上昇し
、そして、端子りの電圧が一１２ボルトまで下降すると
、第１電流源１１はＰＮＰ型の第６トランジスタＴ６の
ペースから切離さする。ＰＮＰ型ラテラル形の第３トラ
ンジスタＴ５は、ＮＰＮ型の第１トランジスタＴ１及び
ＮＰＮ型の第２トランジスタＴ２のペース間の電圧降伏
回路全遮断して、結合点Ａ及び結合点Ｂｉ経てコイル１
４に加わる高い書込み電圧から第１トランジスタＴ１及
び第２トランジスタＴ２を保護スる。

もし、このように電圧降伏回路が、第１トランジスタＴ
１のエミッタと第一２トランジスタＴ２のエミッタとの
間で遮断嘔ｎない場合には、高い書込み電圧が第１トラ
ンジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２の高性能を減じ
ｆｃシ、破壊したシする。

第１トランジスタＴ１及び第２トランジスタＴ２は、典
型的なＮＰＮ型トランジスタの製造法よシ製造さｎてい
るため、コレクターベース降伏電圧は、一般に２５ボル
トであシ、さらに、漸進的に変化する拡散輪郭を持つ相
対的に軽くドープされた領域を利用することによシ、高
くすることができる。しかし、第１トランジスタＴ１及
び第２トランジスタＴ２のエミッタ及びペース領域はか
なりドープさｎていて、エミッタの輪郭が特に鋭い。

したがって−エミッターベース接合の降伏電圧はコレク
ターペース接合の降符電圧に較べて刀ユなシ低い。一般
に、このエミッターベース接合は、５乃至７ボルトの降
伏電圧を持つように設計４ｎでいる。第３トランジスタ
Ｔ３は、その接合が、第１トランジスタＴ１及び第２ト
ランジスタＴ２のコレクタ・ベース接合と同様の方法で
形成されているため、そのコレクタ・エミッタ接合の降
伏電圧は、第１トランジスタＴ２のエミッターペース降
伏電圧よシ高い。とのため、第１トランジスタＴ１及び
第２トランジスタＴ２のエミッタ間の電圧降伏回路を十
分に遮断できる〇 第１トランジスタＴ１及び第２′）ランジスタＴ２ｆＥ
ＮＰＮＪｌでラシ、第３トランジスタＴ３がＰＮＰ型で
あると説明したが、もし所望ならば、第１トランジスタ
Ｔ１及び第２トランジスタＴ２をＰＮＰ型とし、第６ト
ランジスタＴ３をＮＰＮ型としてもよい。

この発明によれば、簡潔で且つ高感度な増幅器と、読取
り／書込みヘッドまたはコイル１４に接続さｎた書込み
回路とを備え、増幅器に、パイラテラル・スイッチ、好
ましくはＰＮＰ型対称形トランジスタを２つの入力トラ
ンジスタ間に配設することにより、書込み回路の高電圧
から保護された直接アクセス記憶装置タイプの改良され
た高密度磁気媒体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による増幅器を有する磁気
媒体装置を示す回路図、第２図は第１図に示さｎ；ｂ磁
気媒体装置を動作するために使用さｎるパルス・プログ
ラムを示すタイムチャート図でるる。 １０・・・・増幅器、１２・・・・第１電流スイツチ、
１４・・・・コイル、１６・・・・回転磁気媒体、１Ｂ
・・・・書込み回路、２０・・・・第２電流スインチ、
Ｔ１・・・・第１トランジスタ、Ｔ２・・・・第２トラ
ンジスタ、Ｔ３・・・・第３トランジスタ、Ｔ４・・・
・第４トランジスタ、Ｔ５・・・・第５トランジスタ、
Ｉ６、Ｉ７・・・・データ電流スイッチトランジスタ、
Ｉ８・・・・第８トランジスタ、Ｔ９・自・第９トラン
ジスタ、Ｒ１・・・・第１負荷抵抗、Ｒ２・・・・第２
負荷抵抗、Ｒ３・・・・第３抵抗、Ｒ４・・・・第４抵
抗、１１・・・・第１電流源、Ｉ２・・・・第２電流源
、ｏｌ、。 ２・・・・出力端子。 出願人インタサカナル・ヒ塑・マシーンズ・コー＃５４
７祢理人　弁理士　　合　　　１）　　　潔（外１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ベース、コレクタ、エミッタをそｎぞｆｌ有する第１ト
   ランジスタ及び第２トランジスタと、前記第１トランジ
   スタ及び前記第２トランジスタのエミッタ都に配設され
   た第１接合及び第２接合を有する装置と、 前記第１接合と前記第２接合の中間の共通点に前記装置
   のバイアス動作を選択的に与える手段と、前記第１トラ
   ンジスタ及び前記第２トランジスタのベースに相補的な
   入力信号を与える手段と、前記第１トランジスタ又は前
   記第２トランジスタのコレクタに接続さｎた出力端子を
   有する負荷手段とを備えることを特徴とする増幅器。