JPS6326105A - 増幅器 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は増幅器、とくにオシロスコープ用ブラウン管の
水平偏向板やＺ軸電極の如き容量性負荷を駆動するため
の改良された広帯域増幅器に関する。

［従来の技術］ 高速の波形を観測するためのオシロスコープの水平偏向
板を駆動するためには、偏向板の有する浮遊容量に十分
な電荷を供給して、その電位を高速に変化せしめる必要
がある。

このような増幅器としては、第２図に示すような抵抗Ｒ
で並列帰還をかけた広帯域増幅器１１が用いられている
。入力端子１０には高速のこぎり波である波形１５が印
加され、出力端子６０には増幅された波形１６が得られ
る。これは、偏向板に印加され、偏向板間の容量Ｃを充
放電する。

ここで、入力端子１０には、波形１５が電流波形として
印加される。この電流をＩとすると、出力端子６０に１
ｑられる波形１６の電圧Ｖは、■＝ＲＩとなる。この具
体的回路の一例は第３図に示されるようになっている。

第３図において、２１および２２はＮＰＮトランジスタ
、３１および３２はＰＮＰトランジスタであり、トラン
ジスタ２１および３１は入力端子１０にそれぞれのベー
スを接続されたエミッタ・ホロワ、トランジスタ２２お
よび３２はエミッタ接地型増幅器でコレクタが共通に接
地されて出力端子６０をなし、これから抵抗２５および
コンデンサ２４を並列接続したものによって、入力端子
１０側に帰還がかけられている。エミッタ・ホロワであ
るトランジスタ２１のエミッタ出力はトランジスタ２２
のベースに直接に接続ざｂており、エミッタ・ホロワで
あるトランジスタ３１のエミッタ出力は結合用のコンデ
ンサ３５を介して、トランジスタ３２のベースに接続さ
れている。抵抗３６および３７はトランジスタ３２のベ
ース電圧にバイアス電圧を供給するためのものである。

抵抗３８はトランジスタ３２のバイアス電流を設定する
ためのものであり、コンデンサ４０はトランジスタ３２
のエミッタを高周波的に接地するためのものである。

たとえば、ブラウン管面上の時間軸が１目盛あたり１　
ｎＳ　（１ｎｓ／ｄ　ｉ　ｖ）であり、ブラウン管の偏
向感度が１０Ｖ／ｄｉｖであり、偏向板間の容＠Ｃが１
５ｐＦであるならば、この容量Ｃに１ｎＳの間に１０Ｖ
充電しなければならない。したがって Ｉ＝ＣＶ／Ｔ　　　　　　　　　　　　（１）Ｃ＝１５
Ｘ１０　　　　　（Ｆ） Ｖ＝１０　　　　　　　　（Ｖ） Ｔ＝１０−９　　　　　　（Ｓ） であるから（１）式から Ｉ＝１５０ｍＡ　　　　　　　　　　（２）が得られ、
トランジスタ２２および３２にはこの高速の電流を流す
だけの能力が要求される。入力波形１５の立上り部分、
すなわち出力波形１６の立下り部分においては、この傾
斜の直線性が極めて重要であり、この部分の電圧波形の
出力は、もっばらトランジスタ２２の動作によってなさ
れ、定常状態への復帰、すなわち出力波形１６の立上り
部分（入力波形１゛５の立下り部分）においては、その
直線性は重要ではないために、この部分の電圧波形の出
力をなすトランジスタ３２に対する高速大電流の要求は
、トランジスタ２２に要求されるものよりも、かなり緩
やかである。

（２）式に示されたコレクタ電流Ｉ。を得て、ブンウン
管の時間軸（１０ｄｉｖ）を十分に偏向するためには、 コレクタ電力Ｐ。＝１Ｗ コレクタ電流Ｉ。＝１５０ｍＡ コレクタ・エミッタ電圧ＶｃＥｏ＝２００■の規格を満
足し、十分に大きなゲイン・バンド幅積ｆ、を有するト
ランジスタが必要であった。

第３図に示したように、出力段にＰＮＰとＮＰＮのトラ
ンジスタを用いて、そのコレクタを共通に接続して出力
端子とし、出力端子から入力端子に帰還する増幅回路は
、特公昭５３−４０３１４および特公昭５７−４７８４
５にも示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の回路における出力段に用いられるＰＮＰとＮＰＮ
のｌ−ランジスタは、前述のＰ、ＩＣ。

ＶＣＥ。が要求されるほか、高速動作の必要性から、さ
らに十分に大きなゲイン・−バンド幅積ｆ□を有するト
ランジスタが必要とされた。

しかしながら、このようなトランジスタとしてはｆ、が
３００〜５００Ｍ８２程度のものしか得られず、このよ
うなトランジスタを従来の回路に用いるならば直線性の
良好な掃引を得ることができないという問題点があった
。

さらに、出力段におけるＰＮＰおよびＮＰＮトランジス
タのコレクタから出力を得ているために、それらトラン
ジスタのベース・コレクタ間の接合容量によるミラー効
果のために、十分に高速の応答をすることができないと
いう問題点があった。

これに加えて、出力段におけるこれらのトランジスタは
エミッタ接地型増幅器をなしているために、それらのト
ランジスタの電流利得であるｈｆｅは数ＭＨ２から低下
し始めるために（第５図（ａ）参照）、十分に高速応答
をする広帯域増幅器として動作できないという問題点が
あった。

さらに加えるならば、出力段におけるこれらのトランジ
スタの出力はコレクタから得られており、この場合の出
力インピーダンスは十分に低いものではないから、この
出力インピーダンスと、偏向板間の容ＭＣとの積である
時定数はかなり大きく、これも高速応答に対して著しい
障害になるという問題点があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、このような問題点を解決するためになされた
ものであり、出力段において、電圧増幅段とエミッタ・
ホロワからなる最終段とに分けて構成した。

電圧増幅段はエミッタ接地したトランジスタとベース接
地したトランジスタをカスコード接続したものを用いた
。

［作用］ エミッタ接地したトランジスタとベース接地したトラン
ジスタとをカスコード接続したことによって、エミッタ
接地したトランジスタには大きなコレクタ電圧および電
力を要求されないこと力Ｘら、十分に高いｆ□のトラン
ジスタを選択することができ、しかもコレクタ電圧が実
質的に固定されることから、ミラー効果を排除すること
ができる。

カスコード接続されたベース接地トランジスタにおいて
、その電流増幅率は、はとんどｆ丁の付近まで平坦であ
るために（第５図（ｂ）参照）、コレクタ電圧、電流、
電力の大きなトランジスタであっても、その比較的低い
ｆ□で十分に高速応答をすることができる。

エミッタ・ホロワからなる最終段においては、エミッタ
・ホロワの高入力インピーダンスのために電圧増幅段に
負荷とはならず、十分に広帯域であり、ざらに、その出
力インピーダンスは十分に低いから、偏向板間の容量Ｃ
との積である時定数も十分に小さいものが得られ、この
容量Ｃに対して高速に充放電することが可能である。

したがって、電圧増幅段も小さな電流で動作することが
可能である。

［実施例］ 本発明の一実施例を第１図に示し説明する。ここで、第
３図に対応するものについては、同じ記号を付した。

第１図において、入力端子１０に印加された波形１５は
エミッタ・ホロワをなすＮＰＮトランジスタ２１および
ＰＮＰトランジスタ３１に印加される。トランジスタ２
１のエミッタ出力は、エミッタ接地接続されたＮＰＮト
ランジスタ２２のベースに印加されて増幅される。トラ
ンジスタ２２のコレクタには、ベース接地接続されたＮ
ＰＮトランジスタ２３がカスコード接続されており、そ
のコレクタ出力はエミッタ・ホロワをなすＰＮＰトラン
ジスタ５２のベースに接続されている。

一方、トランジスタ３１のエミッタ出力はコンデンサ３
５を介してエミッタ接地接続されたＰＮＰトランジスタ
３２のベースに印加されて増幅される。トランジスタ３
２のコレクタには、ベース接地接続されたＰＮＰトラン
ジスタ３３がカスコード接続されており、そのコレクタ
出力はエミッタ・ホロワをなすＮＰＮトランジスタ５１
のベースに接続されている。

トランジスタ２３および３３のコレクタは定電圧ダイオ
ード５０を介して接続されており、両コレクタ間には一
定の直流電位差が設けられて、交流的には短絡状態にあ
る。エミッタ・ホロワをなすトランジスタ５１と５２の
エミッタ間には、バイアス電流を設定するための抵抗５
３が接続されており、この両エミッタ間を交流的に短絡
するためのコンデンサ５４が並列接続されている。した
がって、出力端子６０はトランジスタ５１のエミッタ、
あるいは、トランジスタ５２のエミッタのいずれにも接
続可能である。

帰還用の抵抗２５とそれに並列接続されたコンデンサ２
４とからなる帰還回路は、トランジスタ２３のコレクタ
と入力端子１０との間に接続されいる。これは、トラン
ジスタ５２のエミッタと入力端子１０との間に接続して
も同じ効果を得ることができることは明らかであろう。

また、この帰還回路は直流的要件が満たされるならば、
そこにエミッタ・ホロワのごときトランジスタ回路を含
むことも可能であるし、トランジスタ３３のコレクタと
入力端子１０との間に接続することも可能である。

トランジスタ３２の最大のｆ丁を得るコレクタ電流が大
きいときには、（第４図参照）、余剰の電流を抵抗３９
によってバイパスすることができる。またトランジスタ
３３の最適のコレクタ電流値が比較的小さい場合には、
抵抗３４をそのエミッタとコレクタ間に並列に接続して
電流をバイパスし、電力損失を小さくすることもできる
。これは、出力端子６０における出力電位が低いときに
、トランジスタ３３のコレクタ損失が最大となるから、
その発熱を制限するためにも効果がある。

バイポーラ・トランジスタには、ＰＮＰ型とＮＰＮ型と
の２種の導電型がおり、ベース入力型で使用する場合に
は、いずれもコレクタ電流を増加せしめる方向の信号に
対する応答の方がその逆方向の信号に対するものよりも
速い性質を有し、そのときの応答速度は、一般に、ＰＮ
Ｐ型よりもＮＰＮ型のトランジスタの方が速い。

したがって、とくに高速性の要求される入力信号の波形
１５の立上り部分（出力信号の波形１６の立下り部分）
はＮＰＮ型トランジスタ２１の電流を増加せしめ、ＮＰ
Ｎ型トランジスタ２２および２３の電流を増加せしめ、
ＰＮＰ型トランジスタ５２の電流を増加せしめるように
動作するから、おもに、これらのトランジスタ２１，２
２，２３゜５２によって出力信号の波形１６の立下り部
分は増幅され出力される。

応答速度およびその増幅度の直線性がそれほど厳密には
要求されない波形１５の立下り部分（波形１６の立上り
部分）は、ＰＮＰ型トランジスタ３１．３２．３３およ
びＮＰＮ型トランジスタ５１の電流を増加せしめるよう
に動作するから、おもに、これらのトランジスタ３１，
３２．３３゜５１によって出力信号の波形１６の立上り
部分は増幅され出力される。

トランジスタ２２　（３２）はエミッタ接地されており
、そのコレクタにはベース接地接続されたトランジスタ
２３　（３３）が接続されているから、トランジスタ２
３　（３３）のエミッタのインピーダンスの低さから、
トランジスタ２２　（３２）のコレクタ電圧は変動せず
、ミラー効果を排除することができる。また、コレクタ
の動作電圧も低いもので十分であるために、ｆ□が、た
とえば、３ＧＨ２程度の小信号用のものを用いることが
できる。このコレクタ電流は、第４図に示すｆ丁酉線の
ピーク付近となるように設定することが可能である。　
トランジスタをエミッタ接地で用いる場合には、その電
流利得は第５図（ａ＞に示すようになり、かなり低い周
波数において電流和１ｑの減少が始まり、遮断周波数（
３ｄＢの点）に至る。

これに対して、ベース接地の場合の電流利得は、第５図
（ｂ）に示すように、はぼ１　（ＯｄＢ＞であり、ｆ■
まで十分に使用可能である。ここで電流利得の単位はｄ
Ｂで縦軸にとり、横軸にはベース接地の場合の電流利得
が３ｄＢ減少する点の周波数を１として目盛られている
。

ベース接地トランジスタにはこのような性質があるから
、ベース接地接続されたトランジスタ２３　（３３）に
は十分な耐圧（たとえば２００Ｖ）を有する数１００Ｍ
Ｈ２程度のｆ、のトランジスタを用いることが可能であ
る。またコンプリメンタリ接続されたエミッタ・ホロワ
をなすトランジスタ５１および５２も、十分に耐圧（た
とえば、２００Ｖ）を有する数１００Ｍ町程度のｆ、の
トランジスタを用いることが可能であり、その出力イン
ピーダンスは極めて低いから、偏向板の容量Ｃとの積で
ある時定数は極めて小さく、十分に高速応答することが
できる。

以上における説明では、のこぎり波を入力した場合を例
として説明したが、高速の立上りを有する方形波の場合
であっても同様に動作するから、ブラウン管のＺ軸を駆
動するために用いることも可能でおる。

また、第１図において、ＰＮＰトランジスタをＮＰＮト
ランジスタに、ＮＰＮトランジスタをＰＮＰトランジス
タに置き換えて、各種の電源電圧の極性、および定電圧
ダイオードの極性を入れ換えるならば、波形１５とは逆
の極性の波形を増幅することも可能であることは明らか
でおろう。

ざらに、第１図に示した回路と、前述のごとく、すべて
の構成要素を逆極性にした回路とを組合わせてプッシュ
プル接続することも可能であることは明らかであろう。

出力端子６０に接続される偏向板などの容量Ｃがあまり
大きくない場合には、コンプリメンタリ接続したエミッ
タ・ホロワのトランジスタ５１および５２を省略して定
電圧ダイオード５０を短絡接続して、トランジスタ２３
または３３のコレクタを直接出力端子６０として用いて
もよいことは明らかであろう。

第１図において、エミッタ・ホロワをなすトランジスタ
２１および３１に十分に大きな電流を流すことができる
場合には、トランジスタ２１にＰＮＰ型トランジスタを
、トランジスタ３１にＮＰＮ型トランジスタを、あるい
はともに同じ導電性のトランジスタを用いることも可能
であることは以上の説明から明らかであろう。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によるならば、
高速の正方向に増加する信号を主として増幅するための
正方向増幅手段と、高速の負方向に増加する信号を主と
して増幅するための負方向増幅手段と、各増幅手段がエ
ミッタ・ホロワからなる入力手段と、電圧増幅をするた
めのエミッタ接地トランジスタとベース接地トランジス
タとをカスケード接続した電圧増幅手段と、電圧増幅さ
れた信号を低インピーダンスで出力するためのコンプリ
メンタリ接続されたエミッタ・ホロワ手段とから構成す
るようにしたから、ｆ丁の高い小信号用トランジスタと
高耐圧で比較的ｆ１の低いトランジスタとを組合わせて
各トランジスタの性能を最大限に発揮せしめることが可
能となった。そのために、無駄な大電流を流す必要もな
く、小電力で極めて高速応答、することが可能な増幅器
を実現することができた。したがって本発明の効果は極
めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すための回路図、第２図
は従来例を説明するための回路構成図、第３図は従来の
具体例を示すための回路図、第４図および第５図はトラ
ンジスタの高周波特性を示すための特性図である。 １０・・・入力端子　　　１１・・・広帯域増幅器１５
．１６・・・波形　　２１〜２３・・・トランジスタ２
４・・・コンデンサ　　２５・・・抵抗３１〜３３・・
・トランジスタ ３５・・・コンデンサ　　３４．３６〜３９・・・抵抗
５０・・・定電圧ダイオード ５１．５２・・・トランジスタ ５３・・・抵抗　　　　　５４・・・コンデンサ６０・
・・出力端子。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）出力の一部を入力側に帰還するための帰還手段を
   有する増幅器において、 入力信号を印加される入力段を構成する第１の入力段エ
   ミッタ・ホロワと、 前記第１の入力段エミッタ・ホロワの出力を増幅するた
   めの第１のエミッタ接地トランジスタと、このトランジ
   スタのコレクタにエミッタを接続された第１のベース接
   地トランジスタとを含む第１の増幅手段と、 前記入力信号を印加される入力段を構成する第２の入力
   段エミッタ・ホロワと、 前記第２のエミッタ・ホロワの出力をコンデンサ結合さ
   れて増幅するための前記第１のエミッタ接地トランジス
   タとはその導電性を異にする第２のエミッタ接地トラン
   ジスタと、このトランジスタのコレクタにエミッタを接
   続されコレクタは前記第１のベース接地トランジスタの
   コレクタに接続手段により接続された前記第１のベース
   接地トランジスタとはその導電性を異にする第２のベー
   ス接地トランジスタとを含む第２の増幅手段とを具備し
   、 前記第１および第２のベース接地トランジスタのすくな
   くとも一方のコレクタから増幅された出力を得ることを
   特徴とする増幅器。
2. （２）前記増幅された出力が、前記第１および第２のベ
   ース接地トランジスタの両コレクタにそれぞれの入力端
   子を接続されてコンプリメンタリ接続された２個のエミ
   ッタ・ホロワを介して得られるものである特許請求の範
   囲第１項記載の増幅器。
3. （３）前記第２のエミッタ接地トランジスタのコレクタ
   電流が抵抗によってバイパスされるものである特許請求
   の範囲第１項記載の増幅器。
4. （４）前記第２のベース接地トランジスタが、そのコレ
   クタとエミッタ間に抵抗を並列接続されたものである特
   許請求の範囲第１項記載の増幅器。
5. （５）前記第１の入力段エミッタ・ホロワのトランジス
   タが前記第１のエミッタ接地トランジスタとは異なる導
   電性を有し、 前記第２の入力段エミッタ・ホロワのトランジスタが前
   記第２のエミッタ接地トランジスタとは異なる導電性を
   有するものである特許請求の範囲第１項記載の増幅器。
6. （６）前記第１および第２の入力段エミッタ・ホロワの
   トランジスタがともに同じ導電性を有するものである特
   許請求の範囲第１項記載の増幅器。
7. （７）前記第１および第２のベース接地トランジスタの
   両コレクタを接続するための前記接続手段が、前記両コ
   レクタを直接接続するものである特許請求の範囲第１項
   記載の増幅器。