JPS6294004A - 高速バツフア増巾器 - 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】

〔発明の利用分野〕 本発明は、高速バンファ増巾器に関する。 〔発明の背景〕 電子回路は、高精度化と高速化の両者を追求する傾向に
ある。特に高集積化が進むに従って増々その傾向が強い
。ＬＳＩや超ＬＳＩは、高精度化。 高速化の先端にある。かかるＬＳＩ等が市場に多数用ま
わることによって、ＬＳＩ等の内部の構成についてテス
トするのではなく、特性や応答をみることによってテス
トを行う試験装置が存在する。 ＬＳＩ等の製造段階でもその製造過程の良、不良の選別
のためにテストを行う試験装置が存在する。 これらの試験装置は、対象となる１、、　Ｓ　Ｉ等が高
速動作する故に、さらにより速い高速動作を必要とする
。広帯域、高精度であることも同時に要求される。 高速、広帯域、高精度の試験装置では、電圧利得が非反
転形増巾器を使う。非反転なるが故に、バッファ増巾器
とも呼ばれる。ここで、非反転とは、人力と出力との極
性が変化しないとの意である。例えば、負荷インピーダ
ンスが高い回路に入力インピーダンスの高くない回路を
接続する場合、両回路間にバッファ増ｌ〕器を入れて、
両回路間の干渉を排除する。 バッファ増巾器に高い精度を要求される場合、演算増巾
器（オペアンプ）を使用し、このオペアンプに負帰１を
施すやり方をとる。オペアンプは、ＩＣ化されているこ
とが多く、高い電圧精度を実現させている。然るに、大
きな出力電流を要求される場合がある。ＩＣは大電流を
扱うのに適していないため、■Ｃ化オペアンプの出力段
に電流増

【１】器を接続するやり方がある。 この従来例を第２図に示す。オペアンプＯＰの出力段に
カレントブースタ形電流増巾器ＣＢを接続した。負荷と
して容量性負荷Ｃ２を接続した。 カレントブースタ形電流増巾器ＣＢは、４つのトランジ
スタＱ＋　、Ｑ２　、Ｃｈ　、Ｑａ　、抵抗Ｒ３゜Ｒ，
、Ｒ５，Ｒ６より成る。抵抗Ｒ，，Ｒ１とは帰還量決定
のための抵抗であり、この分圧比に応じた値がオペアン
プＯＰに負帰還信号となる。 尚、カレントブースタ形電流増１↑１器の一般的な例は
、［実用電子回路ハンドブック（４）Ｊ　　（Ｐ、　３
９９〜４００、ＣＱ出版、昭和５５年度発行。）がある
。 容量性負荷Ｃ，ｌとは、意図的に容量性負荷を接続させ
た場合の他に、負荷までの線路、例えばシールド線や同
軸ケーブル線を使用した際に負荷が７′？遊容頃になる
場合を含む。 かかる回路による帰還量は、（Ｒ＋　　’ｌ’Ｒ２）／
ＲＺの電圧和ｉニアを持つ非反転形バッファとＺスる。 然るに、ごの回路によれば、容量性負荷Ｃ２の故に、発
振を起すことがある。この理由は、電流増巾器の内部出
力抵抗と負荷容量Ｃ１とてボールが形成され、これがバ
ッファの負帰還ループ中の第２ボールになるためである
。 発振防止をはかった従来例を第３図に示す。出力段に抵
抗Ｒ０を設け、出力段と負す１Ｍ還ループとの間にコン
デンサＣＩを設けた。抵抗Ｒ０は、出力段と負荷容Ｉｃ
、との間の分離をよくする役割を持つ。コンデンサＣ１
は、オペアンプＯＰの利得帯域幅積を小さくし、負荷容
量Ｃ，に起因する第２ボールを、ループ利得が１以上の
周波数範囲から相対的に外に追い出して発振から回避さ
せる役Ｓすを持つ。 第４図は、発振防止をはかった他の従来例である。この
従来例は、オペアンプＯＩ）の出力からコンデンサＣ８
を介して負帰還させたこと、電流増巾器ＣＢの出力段か
らの負帰還ループに抵抗Ｒ７を挿入したことに特徴を持
つ。コンデンサＣ２の役割は第３図と同様であり、抵抗
Ｒ？も第３図の抵抗Ｒ６と同様な機能を持つ。 第３図、第４図の従来例では、バッファの動作速度が悪
化するとの問題がある。オペアンプＯＰの周波数特性を
低下させて発振を抑えるとの考え方をとっているため、
ｆｌ、帰還が施される周波数幅が狭くなり、バッファの
周波数応答が悪くなる。 また、オペアンプの周波数特性の調整は、電流増巾回路
の内部出力抵抗と負荷容量とで決まるコーナー周波数以
上では、ループ利得が１以下になるように行なう必要が
あるので、このコーナー周波数が、バッファの周波数特
性を決定してしまう。 従って、オペアンプやトランジスタに高速なものを用い
ても、その効果を発揮することができない。 このように、従来技術によれば、容量負荷下のバッファ
は動作速度が悪く、回路の高速化に対応できない。 〔発明の目的〕 本発明は、容尾負荷に対して＋）Ｊ作速度を低トさせる
ことなく発振防止をはか−、たバッファ増［１１器を提
供することをＬｌ的とする。 〔発明の概要〕 本発明は、オペアンプと電流増巾居惜との間に電圧増Ｉ
１１２Ｈを設けた点に特徴を持つ。 〔発明の実施例〕 第１図は本発明のバッファ１（１１中器の実施例図を示
す。オペアンプＯＰと電流増巾器ＣＢとの間に電圧増ｒ
ｊ＋器ＶＡを設けた。増巾器ＶＡは高周波特性に優れた
ものを使用する。 電圧増［［１器ＶＡは、トランジスタＱ、、Ｑ６゜Ｑ７
、抵抗Ｒ７、Ｒｓ　、　　Ｒ９、Ｒ＋ｏ、　　Ｒ１９、
ツェナーダイオードＺＤより成る。抵抗１？ＩＱ、　　
Ｒ１１、ツェナーダイオ−１”　Ｚ　Ｄ、トランジスタ
Ｑ１より成る部分は定電流回路を構成する。 Ｑ、のエミッタには電流増［１＋器ＣＩ３の出力段から
抵抗Ｒ８を介して負１１■還がかかっている。更に、抵
抗Ｒ１を介してＱ７のコレクタにも負す１ヱ還がかかっ
ている。Ｑ、は、オペアンプ０１）の出力と、抵抗Ｙ＜
Ｉ＋を介してのエミッタ端に印加される負帰還（８号と
の差分増巾１機能を持つ。Ｑ６は、その差分増巾出力の
増巾を行う。 カレントブースタ形電流増巾１器ＣＢば、Ｑ、〜Ｑ、か
すべてエミッタホロワ−の接続形式をとり、前段のＱｌ
、Ｑｚのいずれかが能動状態に入った場合、対応するＱ
：＋　、Ｑａが能動状ｆｍに入り、対応出力を出す。 ごの実施例では以下の理由により発振防止ができる。電
圧増巾器のコーナー周波数を負荷容量ＣＡ−に起因する
コーナー周波数よりも高くとることができる。すると、
２つのコーナー周波数のうち、前者を第１ボール、後者
を第２ボールとする負帰ぶを施ずことか可能となる。こ
の特性は、抵抗Ｒ８，Ｒ７で実現させた。この負帰還に
より、電圧増巾］器ＶＡと電流増ｒｊＪ器ＣＢとから構
成される新たな増巾器は、第２ボールをコーナー周波数
以上にもつものとなる。従って、オペアンプを含めて、
バッファ増巾器全体として負帰還を施した場合、第２ボ
ールの影響による周波数特性の犠牲の必要（’Ｉは、少
ないか全く不要となる９、これζこより、容量性負イ；
：ｉ　ｃρに対し−Ｃも高速バッファが１ｉＪ能となっ
た。 従来例と本願発明との比較をする。 第２図の回路は、オペアンプ０■）として１ＩＡ１７０
８０１）Ｓを使用した。電圧利得４の増巾１器を作った
。コンデンサＣ１として、１μＦを接続した所、発振を
生じた。 第３図の回路で、電流増ｒｌ＋器の内部出ノ月ｌ（抗値
ｒをｒ　＝２．８Ω、負１青容１ｃ、をｃｐ＝ｉμｌｉ
とした場合、コーナー周波数ｒｃは、Ａ（測によればｆ
ｃ　＝５１ＫＩＬｚであった。回路計算で算出すると、
コーナー周波数は、 となり、よく一致する。オペアンプＯＰの利得が４にな
る周波数を５０ｋｌｌｚ　となるように調整した所、コ
ンデンサＣ８は、Ｃ＋　　＝　３０００ｐＦ　、、）氏
抗Ｒ６はＲ８＝１０にΩであった。バッファ増ｒｌ’＋
　ＷＨとしての伝達特性を計測すると、コーナー周波数
は、４０に＋１２であった。然るにコンデンサＣ３をＣ
、＝　２０００ｐＦとすると、発振が生した。ステップ
応答の計測を行うべく、立上り時間０．０１μｓｅｃの
ステップ波形を人力し、出力波形の計測を行った。その
時の波形図は第５図に示す。立上り時間は約１０μｓｅ
ｃであった。 第１図の本実施例で、抵抗Ｒ？　＝５．６にΩ、抵抗）
マ、ｌ＝　１００Ω、トランジスタＱ５〜Ｑ、として利
ｊ′を帯域幅積ｆｔ　’＝２００　ＭＨｚのオーディオ
牛用のトランジスタを用いた。先ず、各トランジスタＱ
。 〜Ｑ７を適当にバイアスし、抵抗Ｒ８の一方の端子を帰
還路ではなく接地させて、電圧増巾器ＶＡの電圧利得を
計測した所、５６倍であった。コーナー周波数ｆｃは１
６　Ｍ　＋１　ｚであった。 次に、この電圧増ｌｉ器ＶＡに電流増［ＩＪ器ＣＢを接
続し、負荷容量Ｃρを接続し、更に、抵抗Ｒ８を接続し
て負帰還を施した所、電圧利得はｌ、コーナー周波数１
．５ＭＨｚの特性を得た。 最後に、オペアンプＯＰ、抵抗１−Ｌｔ、Ｒｅを接続し
て第１図の回路を得た。特性を計測すると、電圧和１．
１は４、コーナー周波数はｌ　Ｍｌｌｚであった。 第６図は第１図の実施例のもとてのステップ応答特性で
ある。立ち上り時間は、０．５μＳＱＣとなり、高速応
答が得られることがわかる。［１つ、この回路では、発
振は生じていない。 実施例中、本発明にかかる電圧増１＋器の二Ｉ−す一周
波数は１６Ｍｌ１ｚであるのに対し、電流増巾器と組み
合わせて得ている特性は１．５Ｍｌ＋７．であるので、
電圧増ｒｊ＋器の特性にはまだ余裕がある。実施例では
、コンデンサの自己共振が発生したのでこれに留めたが
、負荷容量がより小さい場合、またはより小さな容量の
コンデンサを並列接続するなどして自己共振を排除する
ことができる。他の場合には、より高速のオペアンプに
より、数倍の動作速度を実現することは容易である。 電圧増ｒｊ］器としてはディスクリートな増巾器が好適
である。ディスクリートの電圧増［１］器は、より高速
の素子を使用すれば、利得５０（ｅ、コーナー周波数２
００　Ｍ　Ｉ（ｚといったものが実現可能であるので、
更に高速化を実現することが可能である。 また、本発明は、バッファの出力インピーダンスを低減
する効果もあるので、この特徴についても述べておく。 負帰還を施すと、回路の出力インピーダンスが負帰還量
だけ低減することは広く知られている。 容量負荷の場合、第２図を例にとると、電流増巾１器の
内部出力抵抗と負荷容量とで決まるコーナー周波数が、
負帰還が施される周波数の上限であるため、これ以上の
周波数では負帰還による出力インピーダンスの低減の効
果はない。一方、負荷容量があるため、コーナー周波数
以上では、出力端子に於けるインピーダンスは、周波数
の上昇とともに低下して行く。従って、出力端子のイン
ピーダンスは、コーナー周波数に於て最も高く、その値
は、電流増１】器の内部出力抵抗の１７万倍程度となる
。 本発明になる手法においては、先述の周波数関係から明
らかなように、負荷容量に起因するコーナー周波数に於
ても負帰還が施されるので、バッファの出力インピーダ
ンスは全周波数に渡って、電流増巾１器の内部出力イン
ピーダンスよりも明らかに低い′値を取る。 先述の実施例に於て、出力端−ｆ−／、、二おけるイン
ピーダンスは、直流から１．００ＭＩＩＺに渡って、最
大０．２Ωとすることができた。従来技術で構成した回
路では、最大ｌ、５Ωであったから、約７．５倍の改善
である。 〔発明の効果〕 本発明によれば、容量性負６：ｉのバッファ増［１］器
の動作速度を大幅に改善できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例図、第２図〜第４図は従来例図
、第５図は従来例の特性図、第６図は本発明の実施例に
よる特性図である。 Ｃ）　Ｐ・・・オペアンプ、ＶＡ・・・電圧増巾器、Ｃ
Ｂ・・・カレントブースタ形電流増巾器。 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 ｆ、ｔ　　図 アＡ 第　２　図 塔　３　図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外部から印加される入力信号と負帰還信号との差分
   をとるオペアンプと、 該オペアンプの出力と負帰還信号との差分をとり電圧増
   巾を行う電圧増巾器と、 該増巾器の出力を電流増巾する電流増巾器と、該電流増
   巾器の出力を上記オペアンプ及び電圧増巾器への上記負
   帰還信号として帰還させる手段と、 より成る高速バッファ増巾器。