JPS6315764B2 - - Google Patents

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JPS6315764B2
JPS6315764B2 JP57177692A JP17769282A JPS6315764B2 JP S6315764 B2 JPS6315764 B2 JP S6315764B2 JP 57177692 A JP57177692 A JP 57177692A JP 17769282 A JP17769282 A JP 17769282A JP S6315764 B2 JPS6315764 B2 JP S6315764B2
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JP
Japan
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transistor
source
output
voltage
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JP57177692A
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JPS5975708A (ja
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Aran Baretsuto Ronarudo
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Tektronix Inc
Original Assignee
Tektronix Inc
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Publication date
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Priority to DE3336949A priority patent/DE3336949C2/de
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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
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
    • H03F3/343DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
    • H03F3/345DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only with field-effect devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は緩衝増幅器、特にオシロスコープ等に
用いて好適な直流結合の高インピーダンス入力段
増幅器に関する。
緩衝増幅器は種々の電子機器に広く利用されて
いる。例えばオシロスコープ等の広帯域アナログ
測定試験装置は、高入力インピーダンス、高安定
性、及び直流結合の広帯域入力段増幅器等を必要
とする。本明細書において、緩衝増幅器とは、高
入力インピーダンス及び低出力インピーダンスを
有する増幅器を意味する。
この目的のための緩衝増幅器は、エミツタ・ホ
ロア・出力段の前段に、入力段として直流結合の
ソース・ホロアの電界効果トランジスタ(FET)
を有する。このような従来の緩衝増幅器の一例を
第1図に示す。ソース・ホロアFET14のゲー
トは、入力端子10に直流結合すると共に通常オ
フ状態のクランプ・ダイオード11を介して負電
圧源にも接続している。FET14のドレインは
正電圧源に接続し、ソースは、抵抗器20及びコ
ンデンサ22の並列回路を介してFET16及び
ソース抵抗器24から成る定電流源に接続してい
る。エミツタ・ホロア・トランジスタ18のベー
スはFET16のドレインに直結し、トランジス
タ18のエミツタは出力端子12に直結すると共
に抵抗器30を介して正電圧源に接続し、トラン
ジスタ18のコレクタは負電圧源に接続してい
る。入力端子10及びアース間に設けた抵抗器1
5は、増幅器の入力抵抗値を決めるためのもので
ある。
回路素子のパラメータを適当に選択すれば、入
力端子10に信号が印加されない状態(即ち、
FET14のゲート電圧は零の状態)において、
FET14及び16の両方を同一直流レベルで動
作させることができる。つまり、FET16のド
レイン電圧をFET14のゲート電圧に略等しく
し、抵抗器20及び24の抵抗値を等しくする。
この場合、FET14及び16のゲート・ソース
電圧及びドレイン電流は等しいので、エミツタ・
ホロア・トランジスタ18のベース電圧は略零で
ある。FET16はFET14の温度補償用である
が、この目的のためには、FET14及び16は
上限遮断周波数が高くしかも特性の揃つたFET
である必要があり、高価という問題がある。
FET14のゲートに印加される入力電圧が増
加すると、FET14のソース電流がFET16の
一定ドレイン電流を超え、差の電流がトランジス
タ18のベースに流入する。したがつて、トラン
ジスタ18のエミツタ電流が減少して、出力端子
12に現れる出力電圧が上昇する。一方、入力電
圧が負になると、FET14のソース電流がFET
16の一定ドレイン電流以下になるので、差の電
流によつてトランジスタ18のベース及びエミツ
タ電流が増加し、出力端子12には負の電圧が現
われる。
第1図に示した従来例では、FET14及び1
6用として、広動作領域に渡つて完全に特性の揃
つた1対のFETを得るのは困難であり、しかも、
このようなFETは高価という問題がある。更に、
第1図の従来例では、トランジスタ18の
ΔVBE/ΔTによる電圧ドリフトの問題もある。
第2図は、第1図の回路の問題のいくつかを克
服した従来の緩衝増幅器の回路図である。第1図
と第2図の回路の大きな相違点は、第2図の回路
では、FET16のソース回路に、ダイオード接
続のトランジスタ32を用いたことである。抵抗
器34を介してベース及びコレクタを接続したト
ランジスタ32は、エミツタ・ホロア・トランジ
スタ18′と共に、特性の揃つたバイポーラ・ト
ランジスタ対を構成する。第2図の回路の動作
は、第1図の回路と略同様であるが、ダイオード
接続のトランジスタ32はトランジスタ18′の
温度補償用として動作する。即ち、周囲温度が上
昇してトランジスタ18′のVBEが減少すると、
トランジスタ32のVBEも減少するのでFET16
のドレイン電流が増加し、トランジスタ18′の
ベース電圧は、出力端子12の出力電圧を一定に
維持するように低下する。したがつて、出力電圧
は、特性の揃つたFET対14及び16、及び特
性の揃つたバイポーラ・トランジスタ対18′及
び32の使用によつて、略一定に維持される。抵
抗器34の抵抗値は、温度補償を良好にするた
め、トランジスタ32及び18′が等しいバイア
ス・レベルで動作するように、選択される。
ところで、第2図の従来回路は、特性の揃つた
バイポーラ・トランジスタ18′及び32を必要
とするので、第1図の回路よりも高価という欠点
がある。
更に、図示していないが、本願特許出願人に譲
渡された特開昭54−80782号(特公昭59−10506
号)公報には、入力信号の高周波信号を通過させ
る小容量の交流結合コンデンサを介して入力信号
の高周波成分を増幅するソース・ホロワ増幅器の
出力と、この出力及び入力信号の低周波成分を比
較増幅してソース・ホロワ増幅器のソースで合成
して広帯域出力を得る回路が提案されている。し
かし、この従来の回路では、ソース・ホロワの電
界効果トランジスタのゲートは交流結合している
ので、抵抗或いは抵抗とコンデンサを含むバイア
ス回路を設けて直流バイアスを印加する必要があ
る。これらのバイアス抵抗は、高抵抗でなくては
ならず、そのために熱雑音を生ずると共に寄生
(又は浮游)容量を生じて広帯域増幅特性に影響
を及ぼすという欠点がある。更に、低周波から高
周波に及ぶ広帯域増幅度を一定にするための低及
び高周波両増幅チヤンネルの設計も容易でないと
いう問題がある。
したがつて、本発明の目的は、上述の従来の緩
衝増幅器に比較し、構成が簡単で且つ安価な緩衝
増幅器を提供することである。
本発明の目的は、内部発生の低周波歪の自己修
正機能を有する緩衝増幅器を提供することであ
る。
本発明の更に他の目的は、従来例に比べ、直流
の安定性において特に優れた広帯域緩衝増幅器を
提供することである。
本発明の特徴は、1個のソース・ホロアFET、
1対のバイポーラ・トランジスタ(特性が揃つて
いる必要なし)、及び差動演算増幅器を使用して
いることである。上記の1対のバイポーラ・トラ
ンジスタの一方は、出力段のソース・ホロア
FETのソースと直列接続し、他のバイポーラ・
トランジスタは出力段のエミツタ・ホロア・トラ
ンジスタとして使用される。演算差動増幅器は、
入力及び出力信号の一部分を比較して増幅器で発
生する低周波歪を除去或いは修正し、修正用の閉
回路(ループ)は自動的に直流出力レベルを一定
に維持する。
次に、第3図乃至第5図を参照して、本発明を
詳細に説明する。第3図は、本発明の好適な一実
施例の簡単な回路図である。FET14のゲート
及びドレインは夫々入力端子10及び正電圧源に
接続し、ソースは、バイポーラ・トランジスタ3
8及び抵抗器48から成る定電流源を介して、負
電圧源に接続している。FET14のソースは更
にトランジスタ18のベースに接続し、トランジ
スタ18のエミツタは出力端子12に接続してい
る。抵抗器R1及びR2と可変コンデンサC1か
ら成る入力分圧器40は、入力端子10及び基準
電圧源(アース)の間に設けられている。入力分
圧器40は、入力浮遊静電容量C2を有する広帯
域抵抗分圧器として機能する外に、回路全体の入
力抵抗(1MΩ)でもある。周知のように、コン
デンサC1の静電容量は、 R1・C1=R2・C2 (R1及びR2は夫々抵抗器R1及びR2の抵
抗値、C1はコンデンサC1の静電容量)が成立
するように調整される。出力端子12及び基準電
圧源(アース)の間には、直列接続した1対の抵
抗器R3及びR4から成る出力分圧器42が設け
られている。分圧器40及び42は略等しい分圧
比を持ち、分圧された入力信号及び出力信号は、
夫々、演算増幅器36の反転及び非反転入力端に
供給される。演算増幅器36としては、例えば、
FET入力段を有するRCA3140を用いればよく、
この素子は安価で且つ簡単に入手できる。演算増
幅器36の出力信号(誤差信号)は、抵抗器44
及びコンデンサ46から成る低域フイルタを介し
て、トランジスタ38のベースに供給される。コ
ンデンサC3は演算増幅器36の周波数応答特性
を制限して雑音を減少させるものである。尚、高
周波では、FET14及びトランジスタ18は緩
衝器として動作し、演算増幅器36には影響され
ない。
入力端子10に印加された入力信号の直流及び
交流分は、FET14及びトランジスタ18を有
する広帯域増幅器によつて増幅される(増幅度は
略1)。演算増幅器36は、入力分圧器40から
の入力信号の一部分と、出力分圧器42からの出
力信号の一部分を比較し、差の信号(誤差信号)
を高利得で増幅し、低域フイルタを介して、トラ
ンジスタ38の制御電極(ベース)に印加する。
入力分圧器40、出力分圧器42及び演算増幅器
36を含む信号路によつて、低周波における回路
の安定性と精度が維持される。
信号が入力していない状態、即ち、入力端子1
0の電圧が零の場合には、出力端子12の出力電
圧も零である。FET14のゲート・ソース電圧
(Vgs)或いはトランジスタ38のベース・エミ
ツタ電圧(VBE)が動作条件の相違により変化し
て出力電圧が入力電圧と異なると、演算増幅器3
6の出力信号の一部分が演算増幅器36に帰還
し、出力及び入力電圧の相違は、高利得の演算増
幅器36及び電流源トランジスタ38により自動
的に修正される。つまり、出力電圧は、Vgs及び
VBEの変化に拘らず、自動的に入力電圧に等しく
なるように修正される。同様に、入力直流電圧が
変化した場合にも、出力電圧は入力電圧に自動的
に等しくなる。つまり、出力直流レベルは、上述
の制御閉回路によつて、正確且つ迅速に入力直流
レベルに追随する。尚、入力分圧器40及び出力
分圧器42の分圧比は、任意の値、例えば1/2
とすればよい。
第4図は、本発明を更に具体的に示す回路図で
ある。第4図の実施例は、入力減衰器50及び出
力減衰器52を第3図に追加した点を除けば、第
3図の回路と略同じである。入力減衰器50は、
直列抵抗器Ra、分路抵抗器Rb、コンデンサから
成る抵抗減衰器と、スイツチSとを有し、このス
イツチSによつて抵抗減衰器を選択的に回路に挿
入する。抵抗減衰器が回路に挿入されると、入力
信号は、所望の減衰率(例えば1/10)で減衰さ
れる。尚、2個以上の減衰器を直列に設けること
もできる。可変コンデンサC0は、緩衝増幅器の
入力静電容量を正規化するためのものであり、ダ
イオード11及び54は過大電圧防止用である。
出力減衰器52は、4個のスイツチ位置を有する
スイツチ56と抵抗回路網から構成されている。
抵抗回路網を構成する抵抗器の抵抗値は、スイツ
チ56のスイツチ位置(A,B,C,D)に拘ら
ず、出力端子12に接続する回路(図示せず)の
入力抵抗値と等しくなるように、選択される。
第5図は本発明の他の実施例を示す回路図であ
る。第5図の緩衝増幅器では、演算増幅器36の
出力がトランジスタ38のエミツタに印加され、
且つ演算増幅器36の入力端の極性が第3図の場
合と異なる点を除けば、第3図の実施例と略同じ
である。尚、第5図の実施例の動作は、第3図の
説明から容易に理解できるので、説明を省略す
る。
以上説明したように、本発明に係る緩衝増幅器
は、特性の揃つた高価なFET対或いはバイポー
ラ・トランジスタ対を必要としない。したがつ
て、本発明に係る緩衝増幅器は、安価で且つ製作
が容易であり、周囲温度の変化及び電源電圧の変
動等に対しても非常に安定性がある。更に、本発
明の緩衝増幅器では、従来例に比べ、雑音を大幅
に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は夫々従来の緩衝増幅器の回
路図、第3図は本発明の一実施例の簡単な回路
図、第4図は本発明に係る具体的な回路図、第5
図は本発明に係る他の実施例の回路図である。 14:電界効果型トランジスタ(FET)、1
8:トランジスタ、36:演算増幅器、40:入
力分圧器、42:出力分圧器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ゲートが入力端子に直流結合された電界効果
    トランジスタと、 コレクタ・エミツタ電流路が上記電界効果トラ
    ンジスタのソースに直列接続されたバイポーラト
    ランジスタと、 上記電界効果トランジスタのゲート及びソース
    電圧を夫々略等しい分圧比で分圧する入力及び出
    力分圧器と、 該入力及び出力分圧器の出力電圧差を増幅し、
    その出力の低周波成分を上記バイポーラトランジ
    スタを介して上記電界効果トランジスタのソース
    に伝達する演算増幅器とを 具えることを特徴とする緩衝増幅器。
JP57177692A 1982-10-12 1982-10-12 緩衝増幅器 Granted JPS5975708A (ja)

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US06/533,683 US4495471A (en) 1982-10-12 1983-09-19 Buffer amplifier
GB08325890A GB2130037B (en) 1982-10-12 1983-09-28 Amplifier circuit
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