JPH0212406B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は増幅回路、特に大出力電圧を得るのに
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つ
ては、特定のインピーダンス（例えば50Ω）の遅
延線出力をブラウン管の垂直偏向板駆動用の数10
ボルトのプツシユ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
ツタ抵抗Ro，Ro′を有するベース接地段Q₁―
Q₁′と、エミツタ接地増幅段Q₂―Q₂′と、エミツタ
接地段Q₃―Q₃′及びベース接地段Q₄―Q₄′を含む
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つては、
利得がトランジスタの電流増幅率により決まるの
で、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
償回路網を必要としていた。

本発明は斯る点に鑑み、トランジスタの電流増
幅率により利得が影響を受けにくい材料とするこ
とにより、利得設定，調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が安定した増
幅回路を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ツク構成で示
すもので、図において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。これ等の各増幅器
段は縦続接続され大出力電圧を得ることができ
る。

第３図は第２図の具体的な回路の一例を示すも
のである。図において、入力端子１，１′は夫々
トランジスタQ₃₁―Q₃₁′のベースに接続される。
また入力端子１，１′間には入力インピーダンス
決定用の抵抗、例えば遅延線終端抵抗２，２′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のエミツタは直列接続され
たエミツタ抵抗３，３′を介してトランジスタ
Q₃₁′のエミツタに接続され、抵抗３，３′の接続
点が抵抗４を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′のベースに接続される。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のベースには抵抗を介して正電源が与えられ
ており、一方同様にトランジスタQ₃₁′のコレクタ
及びトランジスタQ₃₂′のベースには抵抗を介して
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５，５′を介してトラン
ジスタQ₃₂′のコレクタに接続され、抵抗５，５′
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のコレクタは帰還抵抗６を介してトラ
ンジスタQ₃₁のエミツタに接続され、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Q₃₁′のエミツタに接続される。これ等
トランジスタQ₃₁―Q₃₁′，Q₃₂―Q₃₂′によつて電圧
―電流変換形帰還増幅器段A₁を構成している。
すなわち、入力端子１，１′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′のエミツタ側から対
応する出力信号電流が取り出される。なお、後述
する如くこの帰還増幅器段A₁の利得は抵抗３，
５，６の抵抗値によつて決定される。

トランジスタQ₃₂―Q₃₂′のエミツタは夫々次段
のトランジスタQ₃₃―Q₃₃′のエミツタに接続され
る。トランジスタQ₃₃―Q₃₃′のベースには抵抗分
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のベ
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のコレクタは直列接続の抵抗７，7′を介し
てトランジスタQ₃₄′のコレクタに接続され、抵抗
７，７′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を介してトラ
ンジスタQ₃₃のエミツ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′を介して
トランジスタQ₃₃′のエミツタに接続される。これ
等のトランジスタQ₃₃―Q₃₃′及びQ₃₄―Q₃₄′によつ
て電流増幅形還増幅器段A₂を構成し、トランジ
スタQ₃₃―Q₃₃′へのエミツタ入力信号電流に対応
する出力信号電流をトランジスタQ₃₄―Q₃₄′のエ
ミツタから得る。

トランジスタQ₃₄―Q₃₄′のエミツタは夫々出力
段のトランジスタQ₃₅―Q₃₅′のエミツタに接続さ
れる。トランジスタQ₃₅のベースは直列接続の抵
抗９，９′を介してトランジスタQ₃₅′のベースに
接続され、抵抗９，９′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１０，１０′，抵抗１１，１
１′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１１，１１′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１
０，１０′の中間タツプより夫々出力端子１２，
１２′が取り出される。これ等トランジスタQ₃₅
―Q₃₅′はベース接地出力段を構成している。

ここで、帰還増幅器段A₁，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A₁の利得であるが、いまこ
こでトランジスタQ₃₁―Q₃₂の電流増幅器率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。

e₁＝Re｛（１＋β）i₁＋i₂｝ …(1) ただし上記(1)式において、Reは抵抗３の抵抗
値、i₁はトランジスタQ₃₁のベースに流れるベー
ス電流i₂は抵抗６を流れる電流である。

また、抵抗３，５，６を含む閉回路から次式が
成立する。

Rc（β²i₁−i₂）＝R_fi₂＋Re｛（１＋β）i₁＋i₂｝…(2) ただし上記(2)式において、Rcは抵抗５の抵抗
値、R_fは抵抗６の抵抗値である。

上記(1)及び(2)式より ｛β²R_c−（１＋β）R_e｝i₁ ＝（R_c＋R_f＋R_e）i₂ …(3) が得られる。この(3)式より i₂＝β₂R_c−（１＋β）R_e／R_c＋R_f＋R_ei₁β²R_c／R_c
＋R_f＋R_ei₁…(4) 従つて、上記(1)及び(4)式より入力信号e₁は次式
で表わされる。

e₁R_e｛（１＋β）＋β₂R_c／R_c＋R_f＋R_e｝i₁ β²R_cR_e／R_c＋R_f＋R_ei₁ …(5) よつて出力信号電流、すなわちトランジスタ
Q₃₂のエミツタを流れる電流I₁は次式で表わされ
る。

I₁＝β（１＋β）i₁β²i₁R_c＋R_e＋R_f／R_cR_ee₁…(
6) この(6)式より出力電流I₁は抵抗３，５，６の抵
抗値で決まり、温度によるドリフト等の影響を殆
んど受けることがないことがわかる。なお、トラ
ンジスタQ₃₁，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ができる。

次に第５図を用いて帰還増幅器段A₂の利得を
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７の抵抗値をR_c、抵抗８の
抵抗値をR_f、トランジスタQ₃₃のエミツタを流れ
る電流をi₁、コレクタを流れる電流をi₂とすると
次式が成立する。

R_f（i₁−i₂）＝R_c｛（１＋β）i₂−i₁｝ …(7) この(7)式を整理すると （R_f＋R_c）i₁＝｛R_f＋（１＋β）R_c｝i₂ …(8) が得られる。この(8)式より i₂＝R_f＋R_c／（１＋β）R_c＋R_fi₁R_f＋R_c／（１＋β
）R_ci₁…(9) よつて出力信号電流、すなわちトランジスタQ₃₄
のエミツタ電流I₂は次式で表わされる。

I₂＝（１＋β）i₂R_f＋R_c／R_ci₁ …(10) 上記(10)式より出力信号電流I₂も抵抗７，８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と対を
なすトランジスタQ₃₃′，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A₁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′から成る増幅器を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４１，４１′を夫々トランジスタQ₃₁，
Q₃₂′のベースとすると共にこれ等のベース間に抵
抗４２，４２′を直列接続し、これ等の抵抗４２，
４２′を介してスイツチ４３を切換えることによ
りバイアス電圧V₁，V₂を選択的にトランジスタ
Q₃₂，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のエミツタ接
続点をトランジスタQ₄₁のコレクタに接続すると
共にトランジスタQ₃₂′及びQ₃₃′のエミツタの接続
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のエミツタは抵抗４４，４
４′を介してトランジスタQ₄₁′のエミツタに接続
し、抵抗４４，４４′の接続点をスイツチ４５及
び定電流源４６を介して負電源に接続する。ま
た、トランジスタQ₄₁，Q₄₁′のベースを夫々第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A₁の出力側がベース入力，エミツタ出
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を積極的に活用して他のエミ
ツタ接地トランジスタQ₄₁―Q₄₁′をうまく結合し
て選択増幅器を構成したものである。

斯る構成により、スイツチ４３，４５の切換に
よつてトランジスタ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４１，４１′に供給される第１の入力信号e₁ま
たは入力端子４７，４７′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′のコレクタに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ツ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、従つて、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８５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Q₅₁，Q₅₂を設ける。トランジスタQ₅₁のベ
ースは抵抗５１，ダイオード５２を介して制御信
号入力端子５３に接続される。この入力端子５３
には第８図に示すスイツチ回路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のエミツタは正電源に接続され、コ
レクタは抵抗５４を介してトランジスタQ₅₂のベ
ースに接続されると共に抵抗５５を介して負電源
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５６及び５７を介して夫々トラン
ジスタQ₃₁及びQ₃₁′のエミツタに接続される。こ
れ等ダイオード５６，５７は第６図におけるスイ
ツチ４３の作用をする。トランジスタQ₅₂のエミ
ツタは負電源に接続され、コレクタは抵抗５８，
５９を夫々介してトランジスタQ₄₁―Q₄₁′のエミ
ツタ、すなわち抵抗６０の両端に接続される。入
力端子１，１′に第１の入力信号e₁が供給され、
一方入力端子４７，４７′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１２，１２′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５３に供給される制御信号が低レベ
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５６，
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図におけるスイツ
チ４３が高電圧V₁に接続されているのと等価で
ある。また、接続点Ｐの高レベルによるトランジ
スタQ₅₂がオンし、これに伴つてトランジスタ
Q₄₁―Q₄₁′が能動状態となる。従つて、入力端子
４７，４７′に供給された第２の入力信号e₂がカ
スコード接続されたトランジスタQ₃₃―Q₃₃′，Q₃₄
―Q₃₄′，Q₃₅―Q₃₅′を介して出力端子１２，１
２′に取り出される。

一方、上記制御信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５
６，５７が非導通状態になると共にトランジスタ
Q₅₂もオフし、第７図の回路は入力端子１，１′
に供給された第１の入力信号e₁をトランジスタ
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―Q₃₅′よ
りなるベース接地出力段で電圧増幅して出力端子
１２，１２′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５３に供給
される制御信号レベルに応じて入力端子１，１′
に供給される第１の入力信号e₁、または入力端子
４７，４７′に供給される第２の入力信号e₂を選
択的に出力端子１２，１２′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のブ
ロツク図を示す。ここではオシロスコープの垂直
出力増幅器８５に本発明による増幅回路を適用し
得る。

入力端子８１からの信号は増幅器８２に供給さ
れて増幅され、その出力の一部が入力増幅器８３
を介して遅延線８４に供給され、この遅延出力が
垂直出力増幅器８５の一方の入力端に供給され
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８２の出力の一部がサンプル・ホー
ルド回路８６を介してアナログ・デジタル（Ａ／
Ｄ）変換器８７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８８に供
給され、ロジツク回路８９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
ジツク回路８９からの読出し信号によりメモリ８
８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９０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８５の他方の入力端に供給
される。つまり、このＤ／Ａ変換器９０から信号
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８６，
Ａ／Ｄ変換器８７，Ｄ／Ａ変換器９０はメモリ８
８と同様ロジツク回路８９からのクロツク信号に
より制御されている。また垂直出力増幅器８５に
はスイツチ回路９１より切換制御信号が供給され
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５３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
８５の出力はブラウン管９２に垂直偏向板駆動用
として供給される。

また、増幅器８２の出力が内部／外部切換スイ
ツチ９３を介してトリガ回路９４に供給され、更
にトリガ回路９４の出力が掃引発生器９５に供給
され、その出力側から所望の鋸歯状波を得る。こ
の鋸歯状波はスイツチ９６を介して水平出力増幅
器９７に供給され、この増幅器９７の出力がブラ
ウン管９２に水平偏向板駆動用として供給され
る。また、９８は外部信号入力端子、９９はロジ
ツク回路８９からのクロツクに応答して鋸歯状波
を出力する掃引発生器であつて、この掃引発生器
９５及び９９の鋸歯状波がスイツチ９６によつて
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ば、上記(6)式及び(10)式
からも理解されるように、電流増幅率に関係なく
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、増幅器段A₁，A₂の利得が共に抵抗
５，５′の抵抗値R_cに反比例するので高周波補償
には抵抗５，５′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A₁，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。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、もつ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を示す接続図、第２図
は本発明の一実施例を示すブロツク図、第３図は
本発明の具体的回路構成の一例を示す接続図、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ツク図である。 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】 １ ベースに入力信号を受け、エミツタが第１抵
   抗を介して電源に接続された第１トランジスタ、
   ベースが上記第１トランジスタのコレクタに接続
   され、コレクタが第２抵抗を介して電源に接続さ
   れた第２トランジスタ、該第２トランジスタのコ
   レクタ及び上記第１トランジスタのエミツタ間に
   接続された第３抵抗を有する電圧―電流変換増幅
   器段と、 エミツタが上記第２トランジスタのエミツタに
   接続され、ベースがバイアス電圧を受ける第３ト
   ランジスタ、ベースが上記第３トランジスタのコ
   レクタに接続され、コレクタが第４抵抗を介して
   電源に接続された第４トランジスタ、該第４トラ
   ンジスタのコレクタ及び上記第３トランジスタの
   エミツタ間に接続された第５抵抗を有する電流増
   幅器段と、 エミツタが上記第４トランジスタのエミツタに
   接続され、コレクタに出力信号を発生する第５ト
   ランジスタを有するベース接地増幅器段と を具える増幅回路。