JPS6221060Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は振幅制限回路を持つ増幅器、更に具
体的に言えば、厳密に制限された出力信号を持つ
集積回路として提供することが出来るこの様な増
幅器に関する。

制限された振幅範囲内では制限せずに変わつて
よいが、その振幅の内、この範囲外に出る部分に
対しては100％又はそれ以上の負饋還をかける様
にした出力を持つ増幅器は、以前から、真空管回
路で利用し得るものであつたが、最近、電界効果
トランジスタ（FET）を使つて同じ様な作用を
持たせる回路が開発された。この回路は、直流レ
ベルの増幅や、上側又は下側レベルの限界のいず
れかで、増幅作用から定常レベルの出力は非常に
急峻な変化を必要とする特別な用途では、満足な
ものではなかつた。この様な特別の用途の１つ
は、IBM Technical、Disclosure Billetin、第15
巻、第６号（1962年11月号）、第1927頁乃至1929
頁所載のW.B.Nunneryの論文に記載されている
様な鉄共振変圧器を用いた直流−直流電圧変換器
に於ける出力電圧の制御である。この変換器で
は、直流電源と鉄共振変圧器の１次側との間にあ
るチヨツパの周波数を、変圧器からの整流された
直流出力に応答して、電圧制御発振器によつて制
御する。発振器に対する制御電圧は、変圧器の出
力に関係なく、最小の限界より小さくしたり或は
最大の限界より大きくしてはならない。そうしな
いと、駆動周波数は、変圧器が不飽和領域に来る
様になつてしまう。

こういう制御回路の他の望ましい特性は、低い
電圧で動作すること、任意の妥当な制御電圧範囲
で回路を設計することが出来ること、線形増幅範
囲と一定限界との間の変化が急峻であること、限
界が実質的に固定されていて、制御範囲外の入力
電圧があつた場合、それに対して限界が変化しな
いことである。

従つてこの考案の目的は、過剰の出力信号があ
つた場合、それを増幅器の入力に饋還することに
より、出力信号を或る電圧範囲に明確に制限した
集積回路形の増幅器を提供することである。

前述の様にＶ_OUT／Ｖ_INの関係は、第１図に示
す様に、基準電圧Ｖ_REFを中心とした直線範囲を
持つべきであり、この範囲の夫々の端では、変化
しない出力に急激に変わらなければならない。実
際には、この変化点に於ける変化は図示した程明
確ではなく、入力電圧がこの変化点から更にはず
れた時、出力電圧には何時も若干の変化がある。
こういう欠陥は、入力の変化を補償する為に出力
からの何等かの饋還信号を必要とする為であり、
饋還信号を出来るだけ有効にすることによつて、
最小限に抑えることが出来る。

第２図は、従来、第１図の電圧関係を発生する
為に使われていた１つの構成を示す。図示の様に
端子１０の入力信号が抵抗１１を介して演算増幅
器１２の補数入力に印加され、増幅器の出力が出
力線１３に発生される。饋還抵抗１５が出力線１
３と増幅器１２の補数入力との間に接続される。
入力信号の動作範囲の両端の大体中間の基準電圧
が、演算増幅器１２の他方の入力に接続される。
この様に接続した時、入力電圧及び出力電圧の間
は略直線関係になり増幅器の増幅率は主に抵抗１
１，１５の比に関係する。

出力電圧を制限する作用を持たせる為、抵抗１
５の両端に両方向制限回路２０が設けられる。こ
の回路が線１３の出力電圧を感知し、その電圧が
予め設定された正又は負の電圧になつた時、出力
電圧のそれ以上の変化を増幅器１２の入力へ通過
する様に作用する。従来の回路２０はツエナ・ダ
イオード等を使つて、この信号を饋還していた
が、こうすると増幅器の出力に負荷作用が加わ
り、出力を一定の限界に保つことが出来ず、作用
した時に満足すべき変化が得られない。ごく最近
になつて、回路２０に出力線１３に対して負荷作
用のない能動素子を入れる様になり、限界外の入
力電圧の変化に対して、出力電圧の変化を抑える
為に一層有効な饋還作用を持たせている。

従来のこういう両方向制限回路は、前述の鉄共
振電源に対する制御回路としては満足すべきもの
ではない。これは十分に制限された平坦な出力電
圧が得られないし、閾値電圧の制約の為、ダイオ
ードの電圧降下の或る倍数の所でしか制限作用を
開始することが出来ないからである。第３図に示
した実施例は従来のこういう制約を回避する。こ
の図で、両方向制限回路２０は、入力が増幅器１
２の出力線１３に接続された増幅器２１と、入力
が増幅器２１の出力に接続され且つ出力が増幅器
１２の入力及び増幅器２１の２番目の反転入力の
両方に接続された不感帯増幅器２２とで構成され
る。この構成では、増幅器２１からの入力電圧が
不感帯区域を越える程高くなるや否や、不感帯増
幅器２２が作用して増幅器１２の入力電圧を制限
する。これは少なくともダイオード何個かの電圧
降下に等しい実質的な電圧にすることが出来る。
然し、この不感帯範囲の電圧を増幅器２１の増幅
作用だけ減少させたものが、増幅器１２の出力に
於ける有効な電圧範囲となり、この為増幅器２１
の適当な設計並びにその増幅率の選択により、制
限作用を開始するのに必要な線１３の出力電圧を
任意の所望の値に定めることが出来る。この出力
電圧は、限界を低くする必要がある場合は、ダイ
オード１個の降下より小さくすることも出来、回
路の用途によつてそういう限界が要求される場合
は、基準電圧に対して非対称にすることが出来
る。

第４図はこの発明の好ましい実施例の回路図で
ある。左側の破線の囲みの中に示した演算増幅器
１２はダーリントン接続の１対のトランジスタ３
０，３１で構成され、それらのコレクタを抵抗３
３を介して電源の正の導線３２に接続し、トラン
ジスタ３０のベースに抵抗１１を介して入力信号
が入る。やはりダーリントン接続の第２の１対の
トランジスタ３５，３６は、それらのコレクタを
抵抗３７を介して導線３２に接続し、トランジス
タ３５のベースを一定基準電圧に接続する。トラ
ンジスタ３１，３６のエミツタを一緒にし、共通
抵抗３８を介して電源の負の導線３９に接続す
る。

トランジスタ３０，３１，３５，３６の出力が
４個一組のトランジスタ４０，４１，４２，４３
によつて増幅される。トランジスタ４０，４１は
エミツタが一緒にされ、抵抗４５を介して正の導
線３２に接続される。トランジスタ４０のコレク
タがトランジスタ４２及び抵抗４７を直列に通つ
て負の導線３９に接続される。トランジスタ４１
のコレクタもトランジスタ４３及び抵抗４８を直
列に通つて導線３９に接続される。トランジスタ
４２，４３のベースが一緒にされてトランジスタ
４３のコレクタに接続され、これらのトランジス
タを電流ミラーとして作用させることが出来る様
にする。トランジスタ４０，４１のベースが夫々
トランジスタ３６，３１のコレクタに接続され、
入力信号Ｖ_INに対応するプツシユプル形の１対の
制御信号を受取る。トランジスタ４０のコレクタ
に出る増幅された出力が線１３に出る増幅器の出
力Ｖ_OUTであり、抵抗１５を介してトランジスタ
３０のベースに饋還される。

増幅器２１はダーリントン接続の１対のトラン
ジスタ５１，５２を持ち、それらのコレクタが抵
抗５３を介して正の導線３２に接続され、トラン
ジスタ５２のエミツタが抵抗５４の一端に接続さ
れる。トランジスタ５１のベースがＶ_OUT線１３
に接続されて出力信号を受取る。やはりダーリン
トン接続の第２の１対のトランジスタ５５，５６
のコレクタが抵抗５７を介して正の導線３２に接
続され、トランジスタ５６のエミツタが抵抗５８
の一端に接続される。抵抗５４，５８の他端が一
緒にされ、抵抗５９を介して負の導線３９に接続
される。トランジスタ５５のベースが増幅器１２
の入力に接続される。増幅器２１の利得は抵抗５
３と抵抗５４の比及び抵抗５７と抵抗５８の比に
よつて決定され、回路の設計条件を不感帯特性に
合せる為に利用される。増幅器２１の出力信号
が、夫々トランジスタ５６，５２のコレクタに接
続された２本の線６０，６１の間に現われる。

不感帯増幅器２２は２つの同一の回路を導線３
２，３９の間に接続して構成される。各々の回路
が、抵抗６２、トランジスタ６３、反対導電型の
トランジスタ６４及び抵抗６５の直列回路で構成
される。各々のトランジスタ６３のベースが対の
他方の回路にあるトランジスタ６４のベースに接
続されると共に、トランジスタ５１，５５のコレ
クタの一方又は他方に接続される。図示の接続で
は、線６０，６１の間の電圧が直列の２つのトラ
ンジスタ６３，６４のＶ_BE降下の和に少なくとも
等しくなるまで、いずれの回路も導電しない。こ
の電圧が、線６１の方が線６０より正になる様に
なつている時、左側の対６３，６４が導電して、
線６７に現われるトランジスタ６４のコレクタの
電圧が高くし、これによつてトランジスタ７０の
導電を開始し、線７１を介して増幅器１２の入力
から電流を引出し、こうしてこの入力にそれ以上
の電圧上昇が起らない様にする。線６０，６１の
間の電圧が十分に正になる点まで、増幅器１２の
入力の電圧Ｖ_INが下がると、右側の対のトランジ
スタで導電が開始し、右側のトランジスタ６３の
コレクタに接続された線６８の電圧が下がる。線
６８がトランジスタ６９のベースに接続されてい
る。このトランジスタのエミツタが導線３２に接
続され、そのコレクタが線７１に接続されてい
る。右側の対のトランジスタ６３，６４の導電に
より、トランジスタ６９が導電して、線７１に電
流を供給し、この線から入力抵抗１１に電流が供
給され、増幅器１２の入力電圧がそれ以上低下し
ない様にする。この為、１対のトランジスタ６
３，６４に於ける導電の開始により、入力回路に
電流が饋還され、出力電圧のそれ以上の変化を防
止する。

線６０，６１の間の電圧が正又は負の向きに
2V_BEに等しい時、出力電圧の制限作用が開始さ
れることが判る。１対のトランジスタ６３，６４
のエミツタの間にダイオードを入れることによ
り、所要の電圧を高くすることが出来るし、或い
はトランジスタ６３，６４のエミツタの間の接続
部に異なる数のダイオードを入れることにより、
休止状態に於ける正の限界出力電圧と出力電圧と
の差を、休止状態に於ける負の限界出力電圧と出
力電圧との間の差と違えることも出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案で達成しようとする入力電圧
と出力電圧との間の最適の関係を示すグラフ、第
２図はこの作用を達成するために従来提案されて
いた回路の回路図、第３図はこの考案の出力を制
限する増幅器の回路図、第４図は第３図の回路の
詳しい回路図である。 主な符号の説明、１１，１３，１５……抵抗、
１２……演算増幅器、２１……増幅器、２２……
不感帯増幅器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 第１抵抗を介して信号入力端子に接続された第
   １入力部、基準電圧源に接続された第２入力部、
   及び出力信号を発生する出力部を有し、該出力部
   と前記第１入力部とが第２抵抗を介して接続され
   ている演算増幅器のための、下記(イ)及び(ロ)からな
   る振幅制限回路。 (イ) 前記第１入力部及び前記出力部における信号
   にそれぞれ応答して増幅された第１出力信号及
   び第２出力信号を発生する増幅器。 (ロ) 前記第１出力信号及び前記第２出力信号を受
   取り、両信号の差が第１の極性において所定の
   不感帯範囲を越えたときは前記第１入力部から
   電流を引出し、前記差が第２の極性において所
   定の不感帯範囲を越えたときは前記第１入力部
   へ電流を供給する不感帯増幅器。