JPS62239607A - バツフア回路 - Google Patents

バツフア回路

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JPS62239607A
JPS62239607A JP62073966A JP7396687A JPS62239607A JP S62239607 A JPS62239607 A JP S62239607A JP 62073966 A JP62073966 A JP 62073966A JP 7396687 A JP7396687 A JP 7396687A JP S62239607 A JPS62239607 A JP S62239607A
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/50Amplifiers in which input is applied to, or output is derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower
    • H03F3/505Amplifiers in which input is applied to, or output is derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower with field-effect devices

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  • Power Engineering (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバッファ回路、信号に対し電圧増幅度が1で電
力増幅を行う回路に関する。
〔従来技術とその問題点〕
電カバソファ回路は入出力間の電圧利得は1(出力電圧
Vout /入力電圧Vin−1)であり、信号に電力
利得を与えるものである。斯るバッファ回路は電圧レギ
ュレータ(!li整器)等に使用され、出力電圧を一定
に維持したままで大きな電流を出力する。また他の用途
にはオーディオ増幅器があり、信号電力を増幅しながら
入力信号の電圧レベルは一定に維持する。
バッファ回路には2種類あり、その1つはバイポーラト
ランジスタを使用するエミッタフォロワと、MO3型電
界効果トランジスタ(PET)を使用するソースフォロ
ワとである。前者はそのエミッタに入力端子に密接に関
連するが、順バイアスされたトランジスタのベース・エ
ミッタ電圧降下分だけ異なる出力電圧を生じる。電力利
得はベース(又は入力)電流とコレクタ電流の和で決ま
る。
換言すると、このバッファ回路の入出力間には電圧がご
(僅かに異るが、入力(ベース)と出力(エミッタ)電
流比で決まる電力利得を有する。
しかし、エミッタフォロワには次のような欠点を有する
。先ず第1に、バイポーラトランジスタは飽和に近づく
大きな電流利得を得るには比較的大きいデバイス面積を
必要とする。例えばグーリントントランジスタの如く、
複数の小型バイポーラトランジスタをカスケード持続す
ることにより、電流利得を改善することができるが、そ
のような接続構成には一層多くのデバイス面積が必要と
なる。第2の欠点は、バイポーラトランジスタを線形領
域で動作するに要するコレクタとエミッタ間の電圧、即
ち「ヘッドルーム」が大きいことである。この電圧差と
これを流れる大きいエミッタ電流との積がエミッタフォ
ロワトランジスタの消費電力となり、相当大きい値にな
る。
一方、ソースフォロワ接続の電力MO5FISTの場合
には、上述の欠点はない、(入力電流が実質的に0であ
るので)その電流利得は殆んど無限大になる。同じデバ
イス面積では、MOS F[!Tはダーリントントラン
ジスタよりもはるかに高速の電流変化要求に応えること
ができる。しかもそのヘッドルーム即ちドレイン・ソー
ス間の電圧差は、その抵抗飽和特性の為に、グイ面積の
みにより制限される任意に小さい値にすることができる
。しかし、ソースフォロワの欠点は、DC電圧利得が悪
いということである。ソース出力電圧はオーミック飽和
領域での低トランス(相互)コンダクタンスの為に、O
C又は低周波ではゲート入力電圧に十分正確に追従し得
ない、この場合、希望する電流利得を得る為には、ゲー
トとソース間に大きな電圧差が必要である。
ソースフォロワのDC利得の制約を補償する一般的な技
法はグローバル帰還ループを介して出力電圧を入力電圧
に接続することである。しかし、MOSデバイスの特性
バラツキで変化するドレイン/電圧によるデバイスの応
答が変化するので、この技法は十分効果を上げていない
、これらの総合利得変化は容易に10倍(又は1/10
)を超し、デバイスの上限周波数での安定度及び帯域幅
を予測することは不可能である。安定度を保証するには
、電力帯域幅をデバイスの能力よりはるかに低い値に劇
的に低減する必要がある。
〔発明の目的〕
従って本発明の第1の目的は従来のバッファ回路より一
電流供給能力、利得、応答速度及びヘッドルームが優れ
たバッファ回路を提供することである。
本発明の第2の目的は電力用l′IOSデバイスと局部
帰還ループを採用し、バッファ回路の出力電圧を回路へ
の入力電圧に追従させることである。
本発明の第3の目的はエミッタフォロワとMOSデバイ
スの長所を兼備し、短所を避けるバッファ回路を提供す
ることである。
本発明の第4の目的は広い帯域にわたり安定している電
圧レギュレータに組込まれるバッファ回路を提供するこ
とである。
〔発明の概要〕
本発明によるバッファ回路は増幅手段とこれに局部帰還
回路として直接接続されている調節手段とを含んでいる
。増幅手段は入力信号の電力を増幅し、出力信号を発生
する。調節手段は増幅手段を調節して出力信号の電圧が
入力信号の電圧レベルに追従するようにする。調節手段
は人出力信号電圧をサンプリングし、両信号電圧差を検
出する。
この電圧差に応じて、調節手段は増幅手段に対して信号
を送り、出力信号の電圧レベルを変化させる。
好適実施例によると、増幅手段はMOSデバイスの如き
電力トランジスタで構成され、調節手段はバイポーラト
ランジスタの差動増幅器で構成される。この差動増幅器
は入出力信号の電圧レベル差を検知して、この差に応じ
て増幅した差信号を発生させて電力トランジスタに送る
。この差信号により電力トランジスタはそれを流れる1
!流を変化することにより出力信号の電圧レベルを変化
する。
本発明の1側面によると、バッファ回路は電圧レギュレ
ータに組込まれ、負荷回路へ供給する電圧を調節安定化
する。このレギュレータは負荷回路の出力電圧レベルを
リモート(遠隔的に)検知する検出手段と、誤差増幅器
の如きレギュレータ手段とを含み、このレギュレータ手
段は、リモート検出した出力電圧レベルを基準電圧レベ
ルと比較する。誤差増幅器は出力と基準電圧レベル間の
差に応じてバッファ回路への人力信号となる誤差信号を
発生する。また、この入力信号は電力トランジスタのソ
ースにおける出力電圧と比較される。
従って、レギュレータはネストされた2つの帰還ループ
を有する。内部帰還ループは電力トランジスタの利得帯
域幅の拡張及び安定化を行ない、外部帰還ループは遠隔
回路位置で出力電圧を検知する。
〔実施例〕
本発明によるバッファ回路a・のブロック図を示す第1
図に基づき本発明を説明する。バッファ回路α・は電力
?!OSデバイス(ロ)等の如き増幅手段を含み、入力
信号Vinを電力増幅して出力信号Voutを得る。こ
の回路αωはまた局部帰還関係でデバイス(ロ)に接続
された差動増幅器Q41の如き!l!節手段を含み、?
IOSデバイスを調節して出力信号のDCレベルが入力
信号の電圧レベルに追従するようにする。
増幅器α荀とl′IOSデバイス0乃間の局部帰還ルー
プは信号路0[9により完成する。この信号路αeは差
動増幅器α旬の反転入力端子Omをノード(2鴫でMO
Sデバイスの出力に接続する。増幅器α0の非反転入力
端子(22)は入力信号電圧Vinを検知する。差動増
幅器は両電圧レベル間の差をサンプリング(取出)して
、その出力端子(24)に差信号を発生する。この差信
号は信号路(25)を介してMOSデバイス(ロ)に送
られる。差信号の値はMOSデバイス(ロ)がそのチャ
ンネル抵抗を変調して、それを流れる電流を変化するこ
とにより、Voutの電圧レベルを変化させる。差動増
幅器圓へのVoutの負帰還によりバッファ回路α場は
Vin、  Vout+電源Vcc又はデバイスのパラ
メータの変化を連続的に補償できるようにする。
このバッファ回路aωが入力信号にいかにして必要な電
力利得を与えるかにつき例をもって示す。
出力信号の電力が出力端子(26)及び負荷(28)に
接続された信号路(27)を介して伝送されると仮定す
る。理想的には出力信号の電圧は負荷(28)の抵抗の
変化又は電源Vccの変動に対して一定であるべきであ
る。しかし実際には、抵抗負荷が減少するとバッファ回
路Qlが余分な電流を流すので、?IOSデバイス@と
負荷(28)の抵抗による分圧出力であるVoutは低
下しようとする。このVoutの変化は信号路αQを介
して差動増幅器Q4]の反転入力端子側に送り、ここで
Voutを非反転入力端子(22)で検知したVinと
比較される。両電圧レベル間の差は差動増幅器Q4)で
検知し、その出力端子(24)にVinとVoutの電
圧差に比例する差信号を生じる。
VoutがVin未満であれば、差信号は信号路(25
)を介して電力MOSデバイス叩への電圧を上昇し、こ
れによりデバイスのチャンネル抵抗を減少し、Vccか
ら負荷(28)への電流を増加する。電流が増加すると
、VoutがVinと等しくなる迄Voutを上昇させ
る。もしVccが変動してVoutを増減する場合にも
同様の回路応答を生じる。
バッファ回路αQの第1実施例の回路図を第2図に示す
。図中第1図の回路に対応する素子には同様の参照符号
を付している。MOSデバイスa3はローチャンネルの
エンハンスメント型電力MO3FET(12a)で構成
され、ドレイン(30)、ソース(32)及びゲート(
34)を存する。出力端子(26)を駆動する為の非安
定化電源Vccはドレイン(30)に接続されている。
回路(10a)を適当に変更することによりn−チャン
ネルデプレション型及びp−チャンネルエンハンスメン
ト及びデプレション型MO5FETが使用可能であるこ
と勿論である。差動増幅器α船はコレクタ(36)、ベ
ース(3B) (反転入力端子G・に対応)及びエミツ
タ(40) (非反転入力端子(22)に対応)を有す
るバイポーラトランジスタ(14a)にて構成される。
トランジスタ(14a、)のコレクタ(36)はノード
(41)と信号路(25)を介してMOS F[!T(
12a)のゲート(34)に接続する。ソース(32)
はノードl2IIと信号路α呻とを介してベース(38
)に接続される。出力電圧Voutはソース(32)に
現われ、これはノード(2@を介して出力端子(26)
に導かれる。
バイポーラトランジスタ(14a)の電流源(42)は
ノード(41)を介してコレクタ(36)に接続する。
MOS FET(12a)とバイポーラトランジスタ(
14a)のこの相互接続により、回路(10a)は矢印
(44)で示す電流■を供給し、入出力信号電圧の利得
を略1に維持す冠ことができる。VinとVout間の
電圧差はトランジスタ(14a)のベース・エミッタ電
圧の略一定値となる。Vccが変動するか負荷(28)
の負荷抵抗が変化すると、Voutは一時的に変化しよ
うとするが、その変化は帰還路Qlとトランジスタ(1
4a)を介してMOS FET(12a)に送られて、
VoutをVinに対応する初期レベルに復帰させる。
例えば、もしVccが低下すると、Voutが低下し、
VinとVout間の電圧差を減少させる。この低下に
より、ベース・エミッタ接合の電圧降下が下がり、トラ
ンジスタ(14a)を流れるコレクタ電流も低下する。
電流源(42)からの電流はゲート(34)に流れて、
そのゲート容量を充電し、ゲート電圧が上昇する。これ
により、MOS FtiT(12a)のチャンネル抵抗
が減少し、MOS FET(12a)から負荷(28)
へ流入する電流が増加する。電流が増加すると、Vou
tを最初のレベルに持ち上げる。これはベース・エミッ
タ間の電圧降下を増加させ、コレクタ電流を初期レベル
に復帰する。しかし、ゲート(34)の電圧はゲート容
量にストアした電荷の為に、その新しいレベルにとどま
る。その結果、ゲート電圧は高くなる。
逆に、もし負荷(28)の抵抗増加によりVoutが上
昇すると、トランジスタ(14a)のベース・エミッタ
接合電圧が増加し、これに応じてコレクタ電流が増加す
る。ti電流源42)からの電流が一定であれば、コレ
クタ(36)への負荷(増加)電流分はノード(41)
を介してMOS FtiT(12a)のゲート容量から
電荷を奪うこととなり、ゲート電圧が低下する。
そこで、MOS FET(12a)のチャンネル抵抗は
増加し、MOS FET(12a)から負荷(28)へ
の電流は減少する。
Voutはその最初のレベルに低下し、ゲート電圧は低
い値に抑えられる。
第3図に示すバッファ回路(10b)は本発明によるバ
ッファ回路の第2の実施例である。非安定化電源−Vc
cをソース(32)に接続する。電流源(42)をノー
ド(46)でコレクタ(36)に接続する。ノード(4
6)とゲート(34)間にはコレクタ電圧を下げるレベ
ルシフト手段であるツェナーダイオード(48)を接続
する。このダイオード(48)のカソードはノード(4
6)に接続し、7ノードはノード(50)を介してMO
S FET(12a)のゲート(34)と他の電流源(
51)に接続する。この電流源(51)はツェナーダイ
オード(48)にバイアスを供給して、回路動作中のノ
ード(46)と(50)間の電圧をダイオード(48)
のツェナー電圧に維持する。よって、ゲート電圧はこの
ツェナーダイオード(48)の一定電正分だけコレクタ
電圧より低い、この電圧降下はゲート・ソース間電圧を
0とし、MOS FET(12a)を流れる電流のカッ
トオフを−Vccの最高予想電圧にすることができるよ
うにする。Vinはベース(38) (非反転端子(2
2)に相当)にて検知される。エミッタ(40) (反
転入力端子(至)に相当)とドレイン(30)とは、帰
還路tl鴨を介してノード(52)で共通接続する。−
Voutはドレイン(30)に出力電圧として現われ、
これはまたノード(52)を介して出力端子(26)に
導かれる。
MOS FET(12a)とバイポーラトランジスタ(
14a)との相互接続により、バッファ回路(10b)
が矢印(53)で示す如く電流Iを流し、その入出力電
圧利得を略1にする。例えば負荷抵抗が増加すると、−
VouLは最初低下し、トランジスタ(14a)のベー
ス・エミッタ接合間の電圧降下を増加させる。
これにより、コレクタ電流が増加し、電流源(42)か
らの電流をゲート(34)から奪う。コレクタ電圧はダ
イオード(48)を介してゲー1; (34)に下げ、
ゲート容量はt荷を失い、ゲート・ソース間電圧がさが
る。ゲート電圧が下がると、チャンネル抵抗は増加する
ので、■S FET(12a)から負荷(28)への電
流は減少する。次に、 Voutは前のレベルに上昇し
、その結果、ゲート電圧は低くなる。
逆に、負荷(2日)の抵抗が減少すると、最初Vou 
tが上昇し、ゲート電圧が上昇する。MOS FET(
i2a)はそのチャンネル抵抗を減少するよう応答し、
より多くの電流を流してVouLを下げる。
上述した両バッファ回路(10a) 、 (10b)共
に従来回路に対して利点を有する。即ち、MOS Ft
iT(12a)の如きMOSデバイス□□□のヘッドル
ームがエミッタフォロワよりも低くできる。更に、Vi
nとVout間の電圧差が低周波で動作する従来のソー
スフォロワより一層安定する。
バッファ回路Qlは定出力信号電圧の電流源を必要とす
る任意数の回路に組込可能である。斯る1例は基準電圧
に対して出力電圧を一定に維持することにより、動作電
源電圧が変動してもよいようにする電圧レギュレータで
ある。
第4図は本発明のバッファ回路が利用できる電圧レギュ
レータ(54)の−船釣なブロック図である。
レギュレータ(54)内のバッファ回路O1を図中破線
で示す、入力信号電圧Virlを誤差増幅器(60)等
のレギュレータ手段の出力端子(58)から信号路(5
6)を介して非反転入力端子(22)へ送る。誤差増幅
器(60)の非反転入力端子(62)は基準電圧源Vr
efに接続される。増幅器(60)の反転入力端子(6
4)はオプシヨンの減衰器(68)を介して電圧検知A
11(66)に接続される。誤差増幅器(60)、検知
線(66)及び減衰器(68)はレギュレータ(54)
の第2の外部帰還路を形成する。検知線(66)は電力
?IOSデバイス(ロ)から離れた検知点で出力信号電
圧Vout 2を検知し、その検知電圧を減衰器(68
)を介して誤差増幅器(60)に送る。
誤差増幅器(60)はVout 2を適当に分圧してV
refと比較して差動増幅器00への入力信号電圧Vi
nを誤差信号電圧に応じて発生する。増幅器041は誤
差信号とノードr2ノに現われるVoutとの差を検知
して差信号を生じ、MOSデバイス(2)へ送る。
よって、レギュレータ(54)はネスト(入れ子)され
た2つの帰還構成となっている。バッファ回路αのの内
部帰還路はデバイス(ロ)の利得帯域幅の拡張及び安定
化を行う、電源Vccの変動は、VccがVoutより
大である限りVoutに殆んど影響を生じることはない
、またレギュレータ(54)は、帰還路Qlが大変短い
ので、負荷の過渡的な変化に対して迅速且つ優れた安定
性で応答する。一方、より遅い外部帰還路は電圧検出点
でVout 2を検出して、レギュレータ(54)とV
out 2を必要とする他の回路部分間の電圧降下を補
償するようにする。
本発明によるバッファ回路を使用する電圧レギュレータ
(54)の第1実施例を第5図に示す、このレギュレー
タ(54a)はバッファ回路(10a)を使用する。誤
差増幅器(60)の出力端子(5B)からの信号路(5
6)とトランジスタ(14a)のエミッタ(40)及び
帰還路(70)を介する反転入力端子(64)はいずれ
もノード(72)に接続される。信号路(70)は抵抗
及びコンデンサを含み、外部即ちグローバル(総合)帰
還路の安定度と帯域幅とを制御する。 Vrefは非反
転入力端子(62)に印加する。検知線(66)は抵抗
器(73) −(74)の分圧回路網より成る減衰器(
68)を介して反転入力端子(64)に接続される。他
の回路素子は、回路保護及びノイズフィルタ用として付
加している。ゲート(34)とソース(32)間のツェ
ナーダイオード(75)はゲート・ソース電圧差を制限
する。検知ライン(66)と負荷路(26)間の抵抗器
(76)は検知ライン(66)が開いた場合のレギュレ
ータ(54a)の動作を安定化する為に接続している。
コンデンサ(80) −(81)はレギュレータ(54
a) と負荷(28)がレギュレータの帯域幅近傍の周
波数での動作安定化の為の既知の目的で挿入している。
非反転入力端子(62)に接続したコンデンサ(82)
はレギュレータ(54a)の動作を妨害するRFノイズ
のフィルタである。
レギュレータ(54a)の各部品間の上述した接続によ
り、負荷路(26)に電流を供給すると共に検知した出
力電圧Vout 2を基準電圧の略予め定めた一定倍率
に維持する。 Vout 2はMOS FET(12a
)から離れた点で検知線(66)により検知して適当な
減衰を行った後に誤差増幅器(60)の反転入力端子(
64)に送る。誤差増幅器(60)は減衰したVout
 2と基準電圧Vref レベルの差を検知して、これ
に応じて誤差信号を出力端子(58)に発生する。この
誤差信号は信号路(56)を介してエミッタ(40)へ
送り、入力電圧Vinとする。次に、Vinはノード(
至)に現われるVoutと比較してゲート(34)の電
圧を変更する。よって、Vout 2はVrefに追従
する。
レギュレータ(54a) ヘの電fiVccはMOS 
FET(12a)が必要とするヘッドルームを超す限り
変動してもよい。
レギュレータ(54)の第2例をレギュレータ(54b
)として第6図に示す。同図のレギュレータは先のレギ
ュレータ(54a)と類偵するが、以下の点で相違する
。即ち、基準電圧■re【と検知出力電圧Vout 2
とを誤差増幅器(60)の反転入力端子(64)で加算
し、抵抗を介して非反転入力端子(62)に印加した0
基準電圧と比較する。信号路(56)は増幅器(60)
の出力端子(58)をヘース(38)に接続し、Vin
となる誤差信号を伝送する。ツェナーダイオード(48
)をコレクタ(36)とゲー) (34)間に接続して
コレクタ電圧を低下させてゲートに印加する。
レギュレータ(54b)は保護ダイオード(84)を含
み、これをコレクタ(36)に接続してMOS FET
 a15の最大ゲート・ソース間電圧を制限する。保護
ダイオード(86)は最低ゲート・ソース間電圧差を制
限する。
レギュレータ(54b)の各部品間をこのように接続す
ることにより、負萄路(26)に電流を流し且つ検知出
力電圧VouL 2を基準電圧Vrefの予定倍率に略
等しい値に維持できる。Vout 2の変化は増幅器(
60)で検出して、上述の如くレギュレータ(54b)
内を通シテ負荷(28)から電流a (32) ヘノ電
流を変化する。
以上、本発明のバッファ回路を実施例及び応用例につき
説明したが、本発明はこれらの例に限定すべきではない
。本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形変更が可
能であること、当業者には明らかであろう。
〔発明の効果〕
本発明によるバッファ回路はMOSデバイスとバイポー
ラトランジスタとを最短接続線で負帰還関係で接続する
ことにより、MOSデバイスの低ヘッドルーム特性とバ
イポーラトランジスタの細大出力間電圧差を実現して、
電源又は負荷の変動に対して迅速に応答するバッファ回
路が得られる。よって、本発明のバッファ回路は電圧レ
ギュレータ、特にシリーズレギエレータのレギュレーシ
ョン回路に応用するに好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるバッファ回路の原理を示すブロッ
ク図、第2図及び第3図は本発明のバッファ回路の好適
実施例を示す回路図、第4図は本発明のバッファ回路が
使用し得る一般的な電圧レギュレータのブロック図、第
5図及び第6図は本発明のバッファ回路を電圧レギュレ
ータに応用した例を示す回路図である。 図中001はバッファ回路、側はMOSデバイス、θ旬
はバイポーラトランジスタ、(22) 、 (60)は
増幅器、(28)は負荷、(68)は減衰器を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、主電流路を電源及び負荷間に直列接続したMOSデ
    バイスと、該MOSデバイスに負帰還関係で接続して入
    出力信号の差で上記MOSデバイスのゲートを制御する
    バイポーラトランジスタを含む増幅手段とを具えるバッ
    ファ回路。 2、上記増幅手段としてベース及びエミッタ間に入出力
    信号を受ける1個のバイポーラトランジスタを用いるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のバッファ回
    路。
JP62073966A 1986-04-07 1987-03-27 バツフア回路 Expired - Fee Related JPH0736498B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/848,520 US4728901A (en) 1986-04-07 1986-04-07 Power buffer circuit
US848520 1986-04-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62239607A true JPS62239607A (ja) 1987-10-20
JPH0736498B2 JPH0736498B2 (ja) 1995-04-19

Family

ID=25303513

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