JPS58124306A - 増幅回路 - 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】 本発明は増幅回路、特に大出力電圧ン得るのに好適なト
ランジスタ増幅器に関する。

一般にオシロスコープの垂直出力増幅器にあっては、特
定のインピーダンス（例えば５ｏｎ）の遅延線出力乞ブ
ラウン管の垂直偏向板駆動用の数１０ボルトのプッシュ
プル電圧に増幅する。従来回路の典型例は第１図に示す
ように遅延線終端用エミッタ抵抗）（０、ｌｌｏ’　ｖ
　南するベース接地段Ｑｌ−Ｑｌ’と、エミッタ接地増
幅段Ｑ２−Ｑ２’と、エミッタ接地段Ｑ３−Ｑ３’及び
ベース接地段Ｑ４−Ｑ４’乞宮むカスコード接続増幅段
とより成る。

ところで、第１図の如き従来回路にあっては、温度によ
るドリフト問題、温度による利得及び周波数特性の変動
があるために種々の複雑な補償回路網を必安どしていた
。

本発明は貼る点に鑑み、利得設定１ｆＡ整が容易且つ高
精度で決まり、ドリフト問題のない温度特性か安定した
増幅回路？提供するものである。

以下本発明の一実施例を第２図乃至第８図に基づいて詳
しく説明する。

第２図は本発明の一実施例をブロック構成で示すもので
、図においてＡｌは′電圧−電流変換形帰還増幅器段、
Ａ２は電流増幅形帰還増幅器段、Ａ３はベース接地増幅
器段である。これ等の各増幅器段は縦続接続され大出力
電圧Ｚ得ることかできる。

第３図は第２図の具体的な回路の一例乞示すものである
。回圧おいて、入力端子ｔｌｌ　、　Ｌｌ’）は夫々ト
ランジスタＱ３１−　Ｑ３ｔ’のペースに接続される。

また入力端子ｆｉｌ　、　＋１１間には人力インピーダ
ンス決定用の抵抗、例えば遅延線終端抵抗＋２＋　、　
［２’ｌが直列接続され、これ等の抵抗の接続点が接地
される。トランジスタＱ３１のエミッタは直列接続され
たエミッタ抵抗＋３１　、　ｔ３）Ｙ介してトランジス
タＱ３１’のエミッタに接続され、抵抗ｆ３＋　、　＋
３１の接続点が抵抗（４）乞介して負電源に接続される
。トランジスタＱ３１−Ｑ３１’のコレクタは夫々トラ
ンジスタＱ３２−　Ｑ３２’のペースに接続される。な
お、これ等のトランジスタＱ３１のコレクタ及びトラン
ジスタＱ３２のペースには抵抗乞介して正電源が与えら
れており、一方間様にトランジスタＱ３１′のコレクタ
及びトランジスタＱ３２’のベースには抵抗７介して正
電源が与えられている。トランジスタＱ３２のコレクタ
は直列接続の抵抗＋５１　、　＋５１Ｙ介してトランジ
スタＱ３２′のコレクタに接続され、抵抗＋５１　、　
［５１の接続点が負電源に接続されている。またトラン
ジスタＱ３２のコレクタは帰Ｒ抵抗＋６１　Ｙ介してト
ランジスタＱ３１のエミッタに接続され、一方トランジ
スタＱ３２′のコレクタは帰還抵抗（６′）を介してト
ランジスタＱａ　ｔ’のエミッタに接続される。これ等
トランジスタＱ３１−　Ｑ３１’　、　Ｑ３□−Ｑ３□
′によって電圧−電流変換形帰還増幅器段ＡＩｋ構成し
ている。すなわち、入力端子ｆｉ＋　、　Ｆｉｌよりト
ランジスタＱ３１−　Ｑ３１’のベースに入力信号電圧
が供給されると、トランジスタＱ３２−Ｑ３２’のエミ
ッタ側力ら対応する出力信号電流か取り出される。なお
、後述する如くこの帰還増幅器段Ａ１の利得は抵抗ｔ３
１　、　（５１、＋６１の抵抗値によって決定される。

トランジスタＱ３２−　Ｑ３２’のエミッタは夫々次段
のトランジスタＱ３３−　Ｑ３３’のエミッタに接続さ
れる。

トランジスタＱ３３−　Ｑ３３’のペースには抵抗分圧
器を介して所望の正バイアス電圧が印加される。トラン
ジスタＱ３３のコレクタは抵抗を介して正電源に接続さ
れると共にトランジスタＱ３４のペースに接続され、一
方トランジスタＱ３３′のコレクタは抵抗を介して正電
源に接続されると共にトランジスタＱ３４′のベースに
接続される。トランジスタＱ３４　”）コレクタは直列
接続の抵抗＋７３　、　（７１Ｙ介してトランジスタＱ
３４’のコレクタに接続され、抵抗ｆ７１　、　（７’
ｌの接続点が負電源に接続される。トランジスタＱ３４
のコレクタが帰還抵抗（８）Ｙ介してトランジスタＱ３
３のエミッタに接続されると共にトランジスタＱ３４’
のコレクタが帰還抵抗（８）χ介してトランジスタＱ３
３のエミッタに接続される。これ等のトランジスタＱ３
３−Ｑ３３’及びＱ３４−　Ｑ３４’によって電流増幅
形帰還増幅器段Ａ２を構成し、トランジスタＱ３３−　
Ｑａ３’−、、のエミッタ人力信号電流に対応する出力
信号電流乞トランジスタＱ３４−　Ｑ３４’のエミッタ
から得る。

トランジスタＱ３４−　Ｑ３４’のエミッタは夫々出力
段のトランジスタＱａｓ　−Ｑ３５のエミッタに接続さ
れる。

トランジスタＱ３５のベースは直列接続の抵抗ｔ９１゜
（荀を介してトランジスタＱ３５′のベース＜ｗ続され
、抵抗ｆ９１　、　＋９１の接続点が正電源に接続され
る。また、トランジスタＱ３５のコレクタは直列接続の
インダクタαα、　ｕ６　、抵抗０υ、α６を介してト
ランジスタＱ３５′のコレクタに接続される。そして抵
抗０υ、ａυの接続点が数十ボルトの正電源に接続され
、そしてインダクタ（Ｉ〔、αＩの中間タップより夫々
出力端子Ｕ２１゜ａｚが取り出される。これ等トランジ
スタＱａｓ　−Ｑ３ｓ’はベース接地出力段ン構成して
いる。

ここで、帰還増幅器段ＡＩ　＋　Ａ２の利得を夫々第４
図、第５図の等価回路を参照し乍ら計算すると以下の通
りになる。

まず帰還増幅器段ＡＩの利得であるが、いまここでトラ
ンジスタＱ３１−Ｑ３２の電流増幅率βは共に等しいも
のとすると、入力端子（１）に供給される入力信号ｅ１
は次式で表わされる。

ｅｌ＝Ｒｅ（（１＋β）　ｉ　ｌ＋ｉ　２１　　　　・
−−−−−−−＝−・−ｆｉｌただし上記（１）式にお
いて、Ｒｅは抵抗（３）の抵抗値、１□はトランジスタ
Ｑ３１のペースＫｉれるベース電流、１２は抵抗（６）
を流れる電流である。

また、抵抗＋３１　、　（Ｆ）ｌ　、　（６１を含む閉
回路から次式が成立する。

Ｒｃ（β２１１　　！２）−Ｒ４ｉ２＋Ｒｅ（（１＋β
）　ｉｌ　＋　ｉ２ｔ　　−１４２）だだし上記（２）
式において、Ｒｃは抵抗（５）の抵抗値、Ｒｆは抵抗（
６）の抵抗値である。

上記（１）及び（２）式より （βＲｃ　　（１＋β）Ｒｅｌｉｚ＝（）Ｌｃ＋Ｒｆ＋
Ｒｅ）ｉ２　　−−（３）が得られる。この（３）式よ
り 従って、上記（１）及び（４）式より人力信号ｅＩは次
式で表わされる。

・・・・（５１ よって出力信号電流、すなわちトランジスタＱ３２のエ
ミッタな流れる電流１１は次式で表わされろ。

この（６）式より出力′電流１１は抵抗１３＋　、　＋
５１　、　＋６）の抵抗値で決まり、温度によるドリフ
ト等の影響ン殆んど受けることかないことかわかる。な
お、トランジスタＱａ１．　Ｑ３２と対をなすトランジ
スタＱ３１’。

Ｑ３２′についても同様にして求めることかできる。

次に第５図を用いて帰還増幅器段Ａ２の利得乞計算する
。ここでトランジスタＱ３３　、　Ｑ３４の電流増幅率
βも共に等しいものと仮定する。

いまここで、抵抗（力の抵抗値−１Ｒ８、抵抗（８）の
抵抗値ＹＲｆ、）ランジスタＱ３３のエミッタを流れる
電流を１１、コレクタ電流れろ電流ン１２とすると次式
が成立する。

Ｒｆ（ｉｌ　−１２）＝Ｒ（（（１＋β）ｉ２ｉｔ　ｌ
　　　　・・・−＝＝　（７１この（７）式χ整理する
と （Ｒｆ＋Ｒｃ）ｉｔ　＝　ｔＲｆ＋（１＋β）Ｒｅ）　
ｉ２−・−−−−−−−−（８）が得られる。この（８
）式より よって出力信号電流、すなわちトランジスタＱ３４のエ
ミッタ電流１２は次式で衣わされる。

上記００１式より出力信号電流■２も抵抗（７）　、　
（８１の抵抗値で決まり、殆んど温度の問題を生じない
ことがわかる。なお、トランジスタＱ３３　、　Ｑ３４
と対ンなすトランジスタＱａ３’　、　Ｑ３４’につい
ても同様である。

第６図は本発明による増幅回路の応用例を示すもので、
ここでは選択増幅器を構成している。

すなわち、第６図では第３図の増幅器段Ａ、の出力部、
すなわちトランジスタＱ３２−　Ｑ３２’及び増幅器段
Ａ２の入力部、すなわちトランジスタＱ３３−　Ｑ３３
’の新規な構成を活用し、これにトランジスタＱ４１−
Ｑ４１’から成る増幅器ｌ付加したものである。

第６図において、第１の入力信号ｅ１が供給される入力
端子（４υ、（４Ｉ）Ｙ夫々トランジスタＱ３２　、　
Ｑ３２’のベースとすると共にこれ等のベース間に抵抗
（４２）。

（４ｉｙ；を直列接続し、これ等の抵抗（４ｚ　、　（
４’ａ　ｙｔ介してスイッチ（４■を切換えることによ
りバイアス電圧■１゜Ｖ２　’１選択的にトランジスタ
Ｑ３２　ｒ　Ｑ３２’のベースに供給するようにする。

また、トランジスタＱ３２及びＱ３３のエミッタ接続点
ントランジスタＱ４１のコレクタに接続すると共にトラ
ンジスタＱ３２′汲ヒＱ３３′のエミッタの接続点をト
ランジスタＱ４１′のコレクタに接続する。また、トラ
ンジスタＱ４１のエミッタは抵抗（４４）、　１４；Ｎ
Ｙ介してトランジスタＱ４　ｌ’のエミッタに接続し、
抵抗（４４）。

（４４）の接続点をスイッチ（４！１９及び定電流源（
４（ｉ）　馨介して負電源に接続する。また、トランジ
スタＱ４１　ｒ　Ｑ４１’のペースン夫々第２の入力信
号ｅ２が供給される入力端子（４７）　、　（４７）に
接続する。

つまり、第６図の回路例では、第３図における増幅器段
Ａｌの出力側がベース入力、エミッタ出力であり、増幅
器段Ａ２の入力側がベース接地形である構成上の特徴乞
積極的に活用して他のエミッタ接地トランジスタＱ４１
−　Ｑ４１”ｒ：うまく結合して選択増幅器を構成した
ものである。

貼る構成により、スイッチ（４：Ｎ　、　（４■の切換
によってトランジスタＱ３２−Ｑ３２’とトランジスタ
Ｑ３３−　Ｑ３３’の２対またはトランジスタＱ４１−
　Ｑ４１’とトランジスタＱ３３−　Ｑ３３’の２対の
いずれかで入力端子（４１）　、　（４轄供給される第
１の人力信号ｅ１または入力端子（４力。

（４６に供給される第２の入力信号ｅ２を選択的に増幅
し、トランジスタＱ３３−　Ｑ３３’のコレクタニ夫々
接続された出力端子（４８）　、　（４８）に出力する
。すなわち、この回路では信号路に直列に何等スイッチ
を挿入することなく所望の複数個の入力信号を選択的に
取り出すことができ、従って、特に高周波の信号処理に
有用である。

第７図は、第８図に示すデジタルストレージオシロスコ
ープ用垂直出力増幅器（へ）に好適な増幅回路例を示す
もので、実質的に第３図に示す回路と第４図に示す回路
を組合せたものである。

第７図では、更に選択動作を行うためにトランジスタＱ
５１．　Ｑ５２　’Ｙ設ける。トランジスタＱ５１のベ
ースは抵抗５υ、ダイオード（５２ヲ介して制御信号入
力端子鰻に接続される。この入力端子盤には第８図に示
すスイッチ回路（９１）からの切換信号相当の切換制御
信号が供給される。また、トランジスタＱ５１のエミッ
タは正電源に接続され、コレクタは抵抗ｅ５４１Ｙ介し
てトランジスタＱ５２のベースに接続すれると共に抵抗
ｔ５５）’に介して負電源に接続される。また、トラン
ジスタＱ５１のコレクタはダイオード回及び６９を介し
て夫々トランジスタＱ３１及びＱ３１’のエミッタに接
続される。これ等ダイオード１５６）、　＋５７１は第
６図におけるスイッチ（４′３の作用ｔする。トランジ
スタＱ５２のエミッタは負電源に接続され、コレクタは
抵抗も杓、艶？夫々介してトランジスタＱ４１−Ｑ４］
’のエミッタ、すなわち抵抗１０）の両端に接続される
。入力端子（１１、（１１に第１の人力信号ｅ１が供給
され、一方入力端子（４７）　、　（４δに第２の入力
信号ｅ２が供給され、これ等の信号ｅ１．　ｅ２が選択
的に出力端子（１２１、ａ’ａに取り出される。

次に、この回路の動作を説明する。いま、制御信号入力
端子５３１に供給される制御信号か低レベルであると、
トランジスタＱ５１がオンし、接続点Ｐのレベルが高レ
ベルとなり、ダイオードｆｆｌ　、　５７）がオンする
。そこで、トランジスタＱ３１−Ｑ３１’はオフとなる
。つまり第６図におけるスイッチ（４鵠が高電圧■１に
接続されているのと等価である。また、接］ａＰの高レ
ベルによりトランジスタＱ５２がオンし、これに伴って
トランジスタＱ４□−Ｑ４１′が能動状態となる。従っ
て、入力端子（４７）　、　（４７）に供給された第２
の人力信号ｅ２がカスコード接続されたトランジスタＱ
３３−Ｑａ３’　＋　Ｑ３４−Ｑ３４’　＋　Ｑ３５−
Ｑ３５’乞介して出力端子（１２１、＋１２１に取り出
される。

一方、上記制御徊号が高レベルになると、トランジスタ
Ｑ５１がオフし、この結果ダイオード団。

５ηが非導通状態になると共にトランジスタＱ５２もオ
フい第７図の回路は入力端子ｉｌｌ　、　ｆｌ’）に供
給された第１の入力信号ｅＩ　Ｙ　）ランジスタＱ３１
　’＝　Ｑ３１’及びＱ３２−　Ｑ３２’からなる電圧
−電流変換形帰還増幅器段になり、入力信号電圧を出力
信号電流に変換した後トランジスタＱ３３〜Ｑ３３′及
びトランジスタＱ３４−　Ｑ３４’よりなる電流増幅形
帰還増幅器段で増幅し、更にトランジスタＱ３５−　Ｑ
３ｓ’よりなるベース接地出力段で電圧増幅して出力端
子（１２１，＋＋：６から対応する出力を取り出す。

このようにして、制御信号入力端子５急に供給される制
御信号レベルに応じて入力端子１１１　、　＋１１に供
給される第１の入力信号ｅ１、または入力端子（４７）
　。

（４７１に供給される第２の入力信号ｅ２Ｙ選択的に出
力端子＋＋ｚ　、　ａ６に取り出す選択増幅器として動
作する。

第８図は本発明による増幅回路ン適用して好適なデジタ
ルストレージオシロスコープの一例のブロック図を示す
。ここではオシロスコープの垂直゛出力増幅器（ハ）に
本発明による増幅回路暑適用し得る。

入力端子但υからの信号は増幅器（８つに供給されて増
幅され、その出力の一部が入力増幅器ｎ’ｖ介して遅延
線（財）に供給され、この遅延出力が垂直出力増幅器（
ハ）の一方の入力端圧供給される。つまり、この遅延出
力が第７図における第１の入力信号ｅ１に相当するわけ
である。

一方増幅器曽の出力の一部がサンプル・ホールド回路（
ハ）を介してアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器−に
供給され、ここでアナログ信号よりデジタル信号に変換
された後メモリ（囮に供給され、ロジック回路端からの
書込み信号に応じて所定のアドレス位置に記憶される。

そしてロジック回路端からの読出し信号によりメモリ（
ハ）に供給されているデータが読出されてデジタル・ア
ナログ（Ｄ／Ａ　）変換器（ト）に供給され、ここでデ
ジタル信号よりアナログ信号に変換された後、垂直出力
増幅器（ハ）の他方の入力端に供給される。つまり、こ
のＤ／Ａ変換器（ト）からの信号が第７図における第２
の入力信号ｅ２に相当するわけである。なお、サンプル
・ホールド回路（ト）、Ａ／Ｄ変換器侶η、Ｄ／Ａ変換
器（９０はメモリ弼と同様ロジック回路（８９）からの
クロック信号により制御されている。また垂直出力増幅
器（へ）にはスイッチ回路（９υより切換制御信号か供
給されるようになされている。つまり、これが第７図に
おける制御信号入力端子■に供給される制御信号に相当
するものである。そして垂直出力増幅器（へ）の出力は
ブラウン管（９４に垂直偏向板駆動用と（〜で供給され
る。

また、増幅器Ｓ４の出力が内部／外部切換スイッチ（９
９ヲ介してトリガ回路（９４）に供給され、史にトリガ
回路（９４）の出力か掃引発生器（９５Ｊに供給され、
その出力側から所望の鋸歯状波を得る。この鋸南状波は
スイッチ（爛ン介して水平出力増幅器の７）に供給され
、この増幅器（９７）の出力がブラウン管（９４に水平
偏向板駆動用として供給される。また、（（ト）は外部
信号入力端子、（９ａｌはロジック回路（８９）からの
クロックに応答して鋸歯状波を出力する掃引発生器であ
って、この掃引発生器（９５）及び（９Ｇ）の鋸歯状波
かスイッチ（（ト）によって選択的に切換えるようにな
されている。

上述の如く本発明によれは、上記（６）式及び＋１０１
式からも理解されるように、各段の利得が殆んど受動素
子のパラメータで決定するので利得の設定。

調整が容易且つ高精度で決まる。また、増＠器段Ａ１　
＋　Ａ２の利得が共に抵抗＋５）　、　（５’ｌの抵抗
値Ｆｔｃに反比例するので高周波補償には抵抗＋５１　
、　＋５’ｌと並列にＲＣ直列回路網を１個以上使用す
ればよい。更に、増幅器段Ａ、、、Ａ２の新規な組合せ
故に付加増幅器を用いて選択増幅器が極めて容易にでき
る。この場合、信号路に直列にスイッチを用いないので
、付加ＬＣによる周波数特性への悪影響がない。また遠
隔操作すなわち第７図における制御信号入力端子６３）
に供給されろ切換制御信号によって、第１の入力信号ｅ
１または第２の入力信号ｅ２Ｙ選択的に増幅して取り出
すことができ、高周波でスイッチングが可能である。更
に、温度によるドリフト問題、温度による利得及び周波
数特性の変動がないので、従来の如く複雑な補償回路網
を用いることがなく、もって回路構成が簡単となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来回路の一例Ｙ示す接続図、第２図は本発明
の一実施例を示すブロック図、第３図は本発明の具体的
回路構成の一例Ｚ示す接続図、第４図及び第５図は第３
図の動作説明に夫々供するための等価回路、第６図は本
発明の応用増幅器の一例を示す接続図、第７図は本発明
を応用した増幅器の他の一例を示す接続図、第８図は本
発明を適用して好適なデジタルストレージオシロスコー
プの一例を示すブロック図である。 Ａ１は電圧−電流変換形帰還増幅器段、Ａ２は電流増幅
形帰還増幅器段、Ａ３はベース接地増幅器段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、　電圧−電流変換増幅器段と、電流増幅器段と、ベ
   ース接地増幅器段と乞夫々順次縦続接続してなる増幅回
   路。 ２、　上記電圧−電流変換増幅器段としてエミッタ接地
   形入力段及びベース入カニミッタ出力形出力段トランジ
   スタ暑含む帰還増幅器馨用い、上記電流増幅器段として
   エミッタ入力形入力段及びベース人カニミッタ出力形出
   力段トランジスタを含む帰還増幅器を用いる特許請求の
   範囲第１項記載の増幅回路。