JPS6016102Y2 - 増幅器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は信号源インピーダンスがインダクテイブあるい
はキャパシティブであり、かつ該信号源に接続したキャ
パシタ、インデノによるインピーダンスあるいは自然発
生的に生じたインピーダンスとの共振作用が使用周波数
帯域内もしくはその近傍に生ずる様に構成された装置の
入力増幅回路に関し、特にＳ／Ｎの良好な回路を提供す
るものである。

一般に入力増幅回路の雑音発生に関する性能評価指数と
して、該回路によって増幅された出力に含まれる雑音中
、信号源が発生した熱雑音と増幅器によって加算された
雑音との比率をあげることができる。

この比率の数値化方法として、抵抗によって発生する熱
雑音の電圧レベル〔Ｅｎ（■）〕が抵抗値ＣＲ（１））
との間に Ｅｎ＝４ＫＴＢＲ ただし、Ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、Ｂ：帯域
幅 の関係があることから、該熱雑音源抵抗であるＲｓと、
回路によって加算された雑音量を入力に換算し、さらに
それを抵抗値に換算したＲｎとして、その雑音指数（Ｎ
Ｆ）を ＮＦ＝＝２０１ｏｇ！“（ｄＢ） Ｒｓ とする方法が用いられている。

磁気録画再生装置（以下ＶＴＲと略称する）の信号源で
ある磁気ヘッドと、該磁気ヘッドより出力される信号を
増幅する増幅回路の組み合わせにおいて発生する雑音の
中で不可避であるものに、該磁気ヘッドのもつインピー
ダンス中にある抵抗分によって発生する熱雑音を上げる
ことができる。

ここで磁気ヘッドのもつインピーダンス中の抵抗分をＲ
ｓとして、該ヘッドに接続した増幅器のＮＦがＯｄＢで
あるということは、少なくとも該接続において増幅器の
雑音発生特性は最良の状態にあるということができる。

また、ＶＴＲに用いられている磁気ヘッドの材質はセン
ダスト合金あるいは、単結晶化または加圧焼結によって
高密度化されたフェライトである。

第１図にフェライトを材質とした磁気ヘッドのインピー
ダンス中にある抵抗分の各周波数における値の一例を示
す。

該ヘッドの５ＭＨｚにおけるインダクタンスは約１．８
μＨ（５ＭＨｚ５５Ω）となっている。

またＶＴＲにおける周波数帯域はたとえば輝度信号を周
波数変調し、該変調周波数を樹Ｈ２とし片側帯波を伝送
するとした方式では０．５〜６ＭＨｚの周波数範囲をそ
れとしており、雑音指数もこの周波数域、すなわち入力
信号源雑音抵抗が約５倍の変化をする領域にわたって小
さくせねばならない。

入力増幅回路の増幅素子として電界効果インピーダンス
（以下ＦＥＴと略す）を用いる場合、その最適信号源抵
抗は近似的に１／−／ｇｍｇ１１で与えられ例えば５Ｍ
Ｈｚでｇｍ＝２ｏｒＴｌΩ、ｇｌｘ ＝ １０−２ｍＱ
とすると最適信号源抵抗は略々２．２にΩとなるが信号
源抵抗がこれより十分低い領域においてＦＥＴが発生す
る雑音は等価的に信号源ＦＥＴとの間に一定値の抵抗を
挿入した形となり、その抵抗Ｒａの値はＲａ ＝−Ｌ
（４’ｌ）なり、ａの値は良質なもの胛 で０．７〜１．０の値が実験的に確認されている。

ここで、このＲａを５００（例えばｇ ｒ、ｌ＝ ２０
ｍ＜Ｎ ａ ＝ １．０）とし、このＲａのみをＦＥＴ
の雑音発生源と考えた場合、第１図に示した抵抗値を有
する磁気ヘッドを理想的にインピーダンス変換、すなわ
ち理想的なトランスによって昇圧した場合、回路の雑音
指数ＮＦは第２図に示した様に改善される。

第２図では昇圧比ｎがそれぞれ２．４．８の場合の各周
波数におけるＮＦを示している。

第２図によりわかる様にｎが２のときと、それが４であ
るものを比較した場合全体に大きく改善されるがｎ＝４
とｎ＝８を比較した場合、低周波（１ＭＨｚ付近）の改
善度に対して高周波（５ＭＨｚ付近）の改善度はその１
ｎ以下となっている。

また第２図は前述した様に雑音源Ｒａのみを考えたもの
であり、前述のＦＥＴの最適信号源抵抗（Ｒ＝ １ ／
！ ｇ−ｇ□ｔで示される抵抗値）においてＮＦは通
常Ｑｄ８以上の比較的小さい値（例えば１．０ｄＢ程度
）をとることから、このｎ＝４とｎ＝８の比較において
みられるＮＦの改善の傾向すなわち低周波帯で改善度が
大きく高周波帯でそれが低い傾向はより大きなものとな
ると考えられる。

昇圧後の信号源インダクタンス、すなわち昇圧トランス
二次側よりみたヘッドインダクタンスは、昇圧比がそれ
ぞれ２，４．８である場合、それぞれ７．２μＨ９２９
μＨ，１７５μＨの値となる。

ここで入力増幅回路の入力静電容量すなわちＦＥＴの入
力容量を１５ｐＦ、トランスの巻線間の浮遊容量、配線
の浮遊容量、トランスのリーケージインダクタンスある
いは配線によるインダクタンス等の回路の共振周波数を
低下せしめる要因を静電容量に換算した総計を１０ｐＦ
とした場合、これ等を加算した静電容量の２５ｐＦと、
前記昇圧後のインダクタンスの共振周波数はそれぞれ約
１２Ｎｉ Ｈｚ ｔ５、９ＭＨｚ、３．０ＭＨｚとなる
。

第１図に示した磁気ヘッドの５ＭＨ２におけるＱ、すな
わちヘッドのインダクタンス分と抵抗の比率は約５とな
っており、前述の外部静電容量２５ｐＦにこの損失分が
ないと仮定し、またヘッドのＱも各周波数で一定とすれ
ば、前記各共振周波数における各共振インピーダンスは
それぞれ約２．７にΩ、 ５．４にΩ、 １０．７にΩ
となる。

この値は前述のＦＥＴの最適信号源抵抗をこえる値とな
り、この点からすれば、低域の回路のＮＦの改善を計ろ
うとして昇圧比を大きくとれば共振点付近ではかえって
ＮＦの悪化を招くという現象が生じた。

この様な条件をふまえてのＶＴＲ入力増幅器の具体的な
従来例を次に示す。

第３図は磁気テープとヘッド間の相対速度が約７ｍ／ｓ
ｅｃ時の周波数特性の例を示したもので、磁気ヘッドが
磁気テープより得る磁束と出力電圧との関係は、磁気ヘ
ッドに巻線をほどこして行なう場合、該磁束の単位時間
当りの変化量に比例することから、磁束量偏位を一定と
すれば出力は周波数に比例し増大するが、第３図に示し
た周波数帯では、テープと、ヘッド間のスペースロスや
ヘッドのギャップロス等の諸ロスが周波数とともに増大
することから逆に出力が低下する傾向をもつ。

ＶＴＲの再生回路系の周波数特性をどの様に設定するか
は記録回路系の設定にもよるが、一般的に、ヘッドより
の出力が低下する高域の補償を行なわねばならない。

第４図は前記再生系特性の補償をヘッドインダクタンス
と入力増幅回路の静電容量による共振によって得た周波
数特性の例を示すもので、再生系周波数特性補償の一部
とするものである。

第４図の周波数特性を得る入力増幅回路の接続例を第５
図に示す。

第５図において、１は磁気ヘッド、２は昇圧トランス、
３は共振の周波数を調整するトリマコンデンサ、４は共
振点振幅を調整する抵抗器、５はＦＥＴのドレイン電流
を設定する為の抵抗器、６はそのバイパスコンデンサ、
７はＦＥＴ、３はその出力端子である。

第５図に示した接続において昇圧トランス２の昇圧比が
８以下の場合、それを大きくすれば少なくとも低域はそ
れに応じてＮＦを改善できることはすでに述べたが、前
述の例では昇圧比を４以上にした場合、共振点はその帯
域内となる。

またへラドインダクタンスあるいはＦＥＴの入力容量の
値はある程度のバラツキをもつ為、共振周波数を一定と
する為にはＮＦとある程度慣性にし、昇圧比を低めとし
、トリマコンデンサによる調整によって共振周波数を調
整する必要が生じる。

また同様に共振周波数の振幅はヘッドのＱのバラツキに
よって変化することから、可変抵抗によるダンピングを
行なう必要があり、またこのダンピング用抵抗による雑
音発生によって回路のＮＦが悪化するという欠点があっ
た。

またこの様にして設定した特性も磁気ヘッドの摩耗によ
るインダクタンスの減少、Ｑの増大によって変化し系の
特性を悪化せしめる要因となっていた。

本考案は、この様な共振点でのダンピングを行なうこと
によるＳ／Ｎの悪化をなくすことにより、共振周波数の
みならず、ＶＴＲにとって必要な周波数全帯域にわたっ
て良好なＮＦをもち、かつ磁気ヘッドの摩耗によって生
ずるり、 Ｑの変化に対しても回路の周波数特性の変化
がより微少であるきわめてすぐれた入力増幅回路の提供
を可能とするものである。

以下、本考案の実施例について図面ともに説明する。

第６図において、９は磁気ヘッド、１０は昇圧トランス
、１１はトリマコンデンサ、１２はＦＥＴのドレイン電
流を設定する為の抵抗、１３はそのバイパスコンデンサ
、１４は可変インダクタ、１５はＦＥＴ、１６は出力端
子である。

ここで第６図に記したトリマコンデンサを省くこと、あ
るいは可変インダクタ１４を固定インダクタにおきかえ
ることも、後述する理由により可能である。

一般にＦＥＴの高周波における入力インダクタンスは主
に次の２種の原因によって決定される。

それはＦＥＴのドレイン−ソース間の電荷の移動時間と
ソース−アース間のインダクタンスによる成分とであり
、電荷移動時間によって生ずる入力コンダクタンスｇｔ
はｇ、＝に０２丁となる。

ここでＴは電荷がドレイン−ソース間を通過するに要す
る時間、ＫはＦＥＴによって定まる定数である。

また、ＦＥＴのソースインダクタンスによって生ずる入
力コンダクタンスｇ＋はｇ＋＝ｇｍω１％。

８となる。

ここでＣｇｓはＦＥＴのゲートソース間の静電容量であ
る。

この両者は共にω２によって変化する成分であることか
ら測定上一般に区別されない。

この両者の和である入力コンダクタンスｇ、ＳのＦＥＴ
単体における典型的な値は１００ＭＨｚにおいて２ Ｘ
１０−１”Ｕすなわち駆Ω程度であり、前述のＶＴＲ
入力回路における共振回路の共振インピーダンスに大き
な影響を与える値とはならないが、前述のソースインダ
クタンスによって生ずる入力コンダクタンスｇ１は外部
より付加したインダクタによってより低い値とすること
が可能である。

例えば５Ｍ Ｈ２においてｇ 、ｎ＝ ２０ｍ Ｕ ｑ
Ｃｇｓ＝１２ｐＦであるＦＥＴのソースとアース間に
１μＨのインダクタを付加した時、これによる入力コン
ダクタンスは約０．２４ｍｔ５すなわち、約４．２にΩ
とすることができる。

このコンダクタンスによる共振回路のダンピングは、そ
れがその発生機構から熱雑音を持たないコンダクタンス
であることから回路のＮＦにとってきわめて有利なもの
となる。

第６図に示す回路において、第５図に示した回路と同様
の周波数特性を得ようとすれば、第５図４の可変抵抗に
よって行なった共振点振幅調整を、第６図の接続ではＦ
ＥＴのソースに設けた可変インダクタ１４を調整するこ
とで足りる。

第５図に示す回路と第６図に示す回路において一方は周
波数によってその値がほとんど変化しない抵抗であり、
他方は周波数の自乗で変化する抵抗成分であるが、これ
等の接続によって双方とも第４図に示した振幅（増幅度
）の周波数特性を得ようとした場合、すなわち低周波域
と共振部の振幅比率が３前後である共振回路の共振点付
近における周波数に対するインピーダンス変化は周波数
の自乗より以上に急峻であることから両者の差は実用上
問題となる程にはならない。

またソースに接続したインダクタが１μＨ程度であれば
、その５ＭＨｚにおけるインピーダンスは約３７０であ
り、ｇｍが２０ｍ１０であるＦＥＴのソースインピーダ
ンスは５０Ωトナっていることから、インダクタを接続
したことによる回路の利得低下は２ｄＢ以下であること
から、これも問題とはならない。

また本考案は、従来行なわれていたヘッドのインダクタ
ンスと静電容量との共振によるピーキングによってテー
プおよびヘッド系の伝送特性を補償するという考えを捨
てるならば、より良好なＮＦと、より安定した振幅特性
の入力増幅回路の提供を可能とする。

第７図は第６図に示す回路における特性図であり、第４
図に示する例である。

第６図の回路接続において昇圧トランスの昇圧比を７と
し、トリマコンデンサを除去してＦＥＴのソースに接続
したインダクタのインダクタンスをより大きくシ、より
大きなダンピング特性を得た回路の周波数特性である。

すなわち、第７図に示した特性を得た回路は、磁気ヘッ
ドを第７図に示したものとし、ＮＦの算出方式を第２図
に示したものと同様に行なうとすれば第８図にイで示し
た各周波数におけるＮＦの値が得られる。

第８図の口で示したＮＦの周波数特性は第６図の回路接
続にて昇圧トランスの昇圧比を４とし、第４図に示した
周波数特性を得たときの回路のＮＦを、前記同様の方式
で算出したときの値である。

また第７図からもわかる様に、この回路特性設定は振幅
周波数特性の変化幅が小さいことから、この変化に対す
る補償も容易であり、また磁気ヘッドのり、Ｑの変化に
対する回路の特性変化もより小さなものとなる。

この様に共振回路のダンピング量を大きくしても、それ
による雑音が生じないことは回路のＮＦの改善のみなら
ず、装置の設計をより有利な点を生じせしめることがで
きる。

なお、本考案の応用例として、第５図および第６図に示
した回路の中である回路接続、すなわち第６図の回路に
おいて、インダクタ１４を固定インダクタとし、周波数
特性の微調整を、第５図接続同様に軸度コンデンサ１１
と並列に可変抵抗器を接続して行なうこと、あるいはこ
の逆も本考案の範囲に含まれる。

さらにまた本考案はＶＴＲの入力増幅器のみならず、例
えばパーシバル回路を使用した撮像管の入力回路のダン
ピング方式として用いる時、あるいは圧電素子による信
号源を用いた装置の入力回路として応用した時も同様な
改善効果が得られることは言うまでもない。

以上のように本考案はＦＥＴを用い、かつ入力素子とし
て誘導成分を接続した場合にＦＥＴのゲート接地間に誘
導成分を接続することにより熱雑音の影響なく、共振点
調整するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＶＴＲ磁気ヘッドインピーダンス中の抵抗器の
一例を示した図、第２図はＦＥＴを入力増幅素子として
用いた時、磁気ヘッドよりの入力をトランスにてステッ
プアップした時得られるＮＦの改善度を示した図、第３
図は磁気ヘッドテープ系の周波数特性図、第４図はＶＴ
Ｒヘッドアンプの周波数特性図、第５図は従来のＶＴＲ
入力回路の接続図、第６図は本考案の一実施例の増幅回
路の接続図、第７図は第６図に示す増幅器の周波数特性
図、第８図は第６図に示す増幅器のＮＦと周波数特性図
である。 ９・・・・・・磁気ヘッド、１０・・・・・・昇圧トラ
ンス、１１・・・・・・トリマコンデンサ、１２・・・
・・・抵抗、１４・・・・・・インダクタ、１５・・・
・・・ＦＥＴ、１６・・・・・・出力端子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴ）のゲートに、少な
   くとも誘導性インピーダンスを有する素子を接続し、前
   記誘導性インピーダンスと、前記ＦＥＴの入力静電容量
   あるいは前記ＦＥＴのゲートと接地間に接続した容量性
   インピーダンスを有する素子等より威る静電容量性イン
   ピーダンスとが共振作用をなす様接続され、前記共振周
   波数を前記ＦＥＴを増幅器として用いる周波数帯域に影
   響を及ぼす範囲にある様にし、前記ＦＥＴのソースと接
   地間に、このソースと接地間のインピーダンスが、前記
   周波数帯域において誘導性となる素子を接続したことを
   特徴とする増幅器。