JPH0342523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は交流増幅器に係り、特に、入力部に
ホール素子等が設置され、微小信号を増幅するに
適する交流増幅器に関する。

第１図及び第２図は従来の交流増幅器を示して
いる。第１図に示す交流増幅器では、前段に信号
増幅器として差動増幅器２が設置され、この差動
増幅器２の非反転入力端子（＋）と、反転入力端
子（−）との間には、ホール素子等の交流信号を
発生する信号源４が抵抗６，８を介して接続され
ている。また、この差動増幅器２の出力端子と、
反転入力端子（−）との間には、抵抗１０が挿入
され、帰還回路１２が形成されている。

そして、この差動増幅器２の出力端子には、結
合コンデンサ１４を介して比較増幅器１６が設置
されている。この比較増幅器１６には抵抗１８を
介してバイアス回路２０が接続され、一定のバイ
アスが与えられているとともに、交流出力の正及
び負波形の比較をするために比較基準電圧源２２
から一定の正及び負の基準電圧が比較入力端子に
設定されている。

第２図はこの交流増幅器の動作波形を示してい
る。信号源４から与えられた交流信号は差動増幅
器２で増幅されるとともに、その増幅出力は帰還
回路１２を介して入力側に帰還される。第２図Ａ
は差動増幅器２の出力波形を示し、この波形にお
いて、＋Vd、−Vdは比較基準電圧源２２で設定さ
れる基準電圧である。これら基準電圧＋Vd、−
Vdと交流信号レベルとの比較に基づき、比較増
幅器１６の出力端子２４には、第２図Ｂに示す交
流パルスが発生する。

このような交流増幅器では、帰還回路１２が抵
抗１０のみで構成されているため、抵抗１０によ
つて直流及び交流成分が同一利得で帰還されて増
幅される。このため、交流利得を上げると、直流
利得も同時に上がり、差動増幅器２のオフセツ
ト、信号源４のオフセツト電圧で差動増幅器２が
飽和し、十分に高い利得を得ることができない欠
点がある。

また、第３図に示す交流増幅器は、第１図に示
す交流増幅器の帰還回路１２に、周波数特性を持
つインピーダンス素子としてコンデンサ２６を設
置したものである。

このようなコンデンサ２６を設置した場合、こ
の種のコンデンサ２６は容量が大であるために集
積回路の内部に形成することは困難であるため、
装置が複雑化するとともに、集積回路にコンデン
サ２６を接続するための接続用端子を形成するこ
とが必要となる。特に、信号源４が集積回路の内
部に形成されるホール素子である場合には、第２
図に示すように、信号源４の接地点（基準電位
点）と、帰還素子としてのコンデンサ２６の接地
とが一致しないため、外付けされるコンデンサ２
６が接地ラインのノイズを受け、高感度増幅を実
現することが困難である。

ところで、差動増幅器２の出力には直流電圧分
が含まれており、この直流電圧分が増幅すべき交
流成分とともに比較増幅器１６で増幅されるた
め、その出力は電源電圧レベルや設置レベル付近
に張りつき、その結果、交流出力波形が潰れたよ
うに変形し、必要とする交流出力レベルを大きく
取ることができない。一方、この交流信号を増幅
する次段の比較増幅器１６では、独自に直流バイ
アスを設定しており、この直流バイアスレベルと
前段側の差動増幅器の出力直流レベルとの間に不
一致を生じるおそれがあり、この不一致が増幅出
力に影響を与える欠点がある。

そこで、この発明は、増幅器間を結合すべき結
合コンデンサに発生する直流電圧レベルを用いて
交流利得を増大させるとともに、増幅器間の直流
入出力レベルを合致させることにより、十分な交
流出力レベルが得られる交流増幅器の提供を目的
とする。

即ち、この交流増幅器は、増幅すべき交流信号
を受け、その交流信号を増幅する第１の増幅器
（差動増幅器２）と、この第１の増幅器の次段に
設置されて、前記第１の増幅器の出力を増幅すべ
き第２の増幅器（比較増幅器１６）と前記第１の
増幅器との間に設置されて両者を結合する結合コ
ンデンサ１４と、この結合コンデンサに発生した
端子間電圧を検出する差動増幅器３２を備え、こ
の差動増幅器で検出された直流レベルを前記第１
の増幅器の逆相入力側に帰還する帰還回路３０と
を備えたものである。

以下、この発明を図面に示した実施例を参照し
て詳細に説明する。

第４図はこの発明の交流増幅器の実施例を示し
ている。図において、第１図の交流増幅器と同一
部分には同一符号を付してある。即ち、この交流
増幅器では、信号源４からの増幅すべき交流信号
を受ける第１の増幅器として差動増幅器２が設置
され、この差動増幅器２の出力側にはその増幅出
力を受ける第２の増幅器として比較増幅器１６が
設置されている。差動増幅器２と比較増幅器１６
とは、両者間に介在させた結合コンデンサ１４を
以て結合されている。差動増幅器２には、この結
合コンデンサ１４を帰還バイパスコンデンサとす
る帰還回路３０が付加されている。この実施例の
場合、帰還回路３０に結合コンデンサ１４の端子
間電圧を検出して増幅する帰還増幅器として差動
増幅器３２が設置されている。即ち、この差動増
幅器３２の非反転入力端子（＋）及び反転入力端
子（−）は、非反転入力端子（＋）を高電位側に
して結合コンデンサ１４の端子間に接続されてい
る。そして、この差動増幅器３２の出力端子は抵
抗３４を介して信号増幅器としての差動増幅器２
の反転入力端子（−）に接続されている。

以上の構成において、その動作を説明する。信
号源４から与えられた交流信号は差動増幅器２に
印加され、この増幅出力は帰還回路１２を介して
帰還されるとともに、結合コンデンサ１４に発生
する直流電圧は帰還回路３０を介して差動増幅器
２の反転入力端子（−）に帰還される。結合コン
デンサ１４の両端電圧をVcとすると、この電圧
Vcは、差動増幅器２の出力電圧Voを結合コンデ
ンサ１４のインピーダンスjωCと、比較増幅器１
６の入力インピーダンス、即ち、抵抗１８の抵抗
値Ｒで分圧した値で与えられる。即ち、電圧Vc
は、 Vc＝（Vo／jωC）／（Ｒ＋１／jωC） となる。この電圧Vcの式において、直流ではVc
＝Voとなり、この場合は全帰還となる。また、
Ｒ≫jωcとなる十分高い周波数では、Vc＝０とな
り、帰還がかからない。この結果、コンデンサ両
端間の直流電圧差のみ帰還がかかり、交流成分は
この帰還回路３０によつては帰還されないので、
交流利得には何ら影響しない。

このような交流増幅器では、結合コンデンサ１
４が帰還用バイパスコンデンサに兼用させるた
め、従来のような帰還用コンデンサを省略するこ
とができ、集積回路で交流増幅器を構成した場
合、外付け用の端子を省略することができる。特
に、ホール素子を集積回路内部に形成し、前記交
流増幅器をホール増幅器とした場合、ホール素子
が内部に取り込むことで、微小信号径路が集積回
路内部に置かれ、外来ノイズ、接地ラインノイズ
に対する影響を抑制することができ、ノイズに強
い増幅器を構成することができる。

また、前記帰還回路３０の設置によつて信号の
直流成分のみを帰還させることができるので、差
動増幅器の交流利得を高くしても差動増幅器２の
オフセツトや信号源４のオフセツトも同時に増幅
されることはないので、差動増幅器２の交流利得
を高く設定することができる。

実施例では、信号源４にホール素子を例に取つ
ているが、この発明の交流増幅器は、フオトトラ
ンジスタ、フオトダイオードを集積回路内部に構
成した場合も同様の効果が得られる。また、集積
回路内に信号源を構成しない場合についても、集
積回路の外付部品を減らし端子数を減らすことが
できる等、大きな効果が得られる。

以上説明したように、この発明によれば、第１
及び第２の増幅器を結合する結合コンデンサを通
して得られる直流電圧レベルを第１の増幅器の入
力側に帰還するようにしたので、直流電圧分を抑
えて交流利得を増大させることができるととも
に、第１の増幅器の出力直流レベルと第２の増幅
器の入力直流レベルとを合致させて十分な交流出
力を得ることができ、外部ノイズによる影響を抑
制し、高感度化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流増幅器を示す回路図、第２
図はその動作波形を示す説明図、第３図は従来の
他の交流増幅器を示す回路図、第４図はこの発明
の交流増幅器を示す回路図。 ２……差動増幅器（第１の増幅器）、１４……
結合コンデンサ、１６……比較増幅器（第２の増
幅器）、３０……帰還回路、３２……差動増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 増幅すべき交流信号を受け、その交流信号を
   増幅する第１の増幅器と、 この第１の増幅器の次段に設置されて前記第１
   の増幅器の出力を増幅すべき第２の増幅器と前記
   第１の増幅器との間に設置されて両者を結合する
   結合コンデンサと、 この結合コンデンサに発生した端子間電圧を検
   出する差動増幅器を備え、この差動増幅器で検出
   された直流レベルを前記第１の増幅器の逆相入力
   側に帰還する帰還回路と、 を備えたことを特徴とする交流増幅器。