JPH04207413A

JPH04207413A - 方形波信号発生装置

Info

Publication number: JPH04207413A
Application number: JP33056390A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Tomura; 戸村　宏通
Original assignee: N F KAIRO SEKKEI BLOCK KK
Current assignee: N F KAIRO SEKKEI BLOCK KK
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-29

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、方形波信号発生装置に関し、特に高効率且つ
簡易な構成の方形波信号発生装置に関する。

（従来の技術）核磁気共鳴装置（ＭＲ装置）等、近年、医療分野におい
ては、強磁界を発生させるため、常電導コイルや超電導
コイルに大電流の方形波信号を供給する必要がある。

かかる方形波信号を供給するための方形波信号発生装置
の一例が第４図に示されている。

第４図は、電源として＋■と一■を設け、コイルＬと抵
抗Ｒから成る負荷に方形波信号を供給するものである。

入力ＩＮからは方形波信号が誤差増幅器４１の入力端子
に抵抗Ｒ４，を介して供給されている。誤差増幅器４１
からの出力は、ＮＰＮ）ランジスタ４２とＰＮＰトラン
ジスタ４３のベースに接続され、いずれかのトランジス
タの動作を切り換え、抵抗Ｒ４１とＲ４４に流れる電流
により発生する電圧によってトランジスタ４４とトラン
ジスタ４５の動作を切り換えている。すなわち、トラン
ジスタ４２と４３は、誤差増幅器４１からの出力電流を
電圧に変換する電流／電圧変換機能を有し、トランジス
タ４４と４５の動作を切り換えている。

トランジスタ４４のエミ・ツタは抵抗Ｒ４５を介して電
源＋Ｖに、トランジスタ４５のエミツタは抵抗Ｒ４６を
介して電源−■に接続されている。その結果、トランジ
スタ４４と４５のコレクタ間接続部から方形波信号が負
荷に供給される。

負荷に流れる電流は、出力電流検出抵抗Ｒ，を流れ、抵
抗Ｒ０に生ずる電圧ＶＤは抵抗Ｒ４２を介して誤差増幅
器４１の反転入力端子に供給されている。

以上のように、第４図に示す回路では、方形波信号のレ
ベルによってトランジスタ４４と４５を交互にリニア動
作させることによって所定レベルの方形波信号を定電流
増幅器として負荷に供給している。

（発明が解決しようとする課題）上述の如く、従来の方形波信号発生装置では、所定レベ
ルの電源を出力側のトランジスタのリニア動作を切り換
え制御することによってコイルを含む負荷に方形波信号
を供給している。

しかしながら、負荷にコイル成分か含まれる場合には、
第５図に示すように、コイルに流れる出力電流ｉによっ
てｖ＝Ｌ−ｄｉ／ｄｔで示される逆起電力が発生する（
第５図の出力電圧参照〉。

したがって、入力信号として方形波信号を印加すると、
第５図に示すように、レベル急変時、つまり方形波信号
の立ち上がり、立ち下がり時に大電圧が発生する。一方
、レベル変化が安定した定常状態においては、負荷の抵
抗成分Ｒによる電圧が発生するだけで、その値は上記逆
起電力と比較して非常に小さい値である０例えば、立ち
上がり及び立ち下がり時の発生逆起電力が３００Ｖ、定
常状態での発生電圧がその十分の−の３０Ｖ程度という
ような現象が起こる。

上記のような場合、第４図に示すような定電流特性を有
する増幅器構成の方形波信号発生装置で、負荷（ＬとＲ
）を駆動すると、電源Ｖとしては逆起電力に相当する高
電圧（例えば３３０Ｖ）　、高出力電流の定電流増幅器
を必要とする。

したがって、かかる要望に応える方形波信号発生装置は
、大型化し、高価格且つ低効率なものとなってしまう。

そこで、本発明の目的は、コイル成分を含む負荷に比較
的構成が容易で高効率な方形波信号発生装置を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段）前述の課題を解決するため、本発明による方形波信号発
生装置は、コイルを含む負荷に方形波信号を供給するための方形波
信号発生装置において、矩形波信号に応答して第１のピークレベルの方形波信号
を発生する定電流増幅器から構成される第１の回路と、前記矩形波信号の立ち上がり及び立ち下り時に前記第１
のピークレベルよりも大レベルの第２のピークレベルの
方形波信号を発生する第２の回路と、を備えて構成される。

また、矩形波信号と負荷に流れる電流に対応する電圧信
号が供給される誤差増幅器と、該誤差増幅器の出力によ
って第１のピークレベルの方形波信号を発生する定電流
増幅器から構成される第１の方形波信号発生回路と、前記誤差増幅器の出力を、前記負荷に流れる定常状態で
の電流に対応する電圧より絶対値が若干大きい正と負の
レベルの基準レベルと比較する２つの比較回路と、前記２つの比較回路の出力により前記第１のピークレベ
ルよりも大きな第２のピークレベルを有する方形波信号
を発生する第２の方形波信号発生回路と、を備えて構成されている。

（作用）本発明では、矩形波信号に応答し、定常状態時に対応す
る第１のピークレベルの方形波信号を定電流増幅器から
発生し、矩形波信号の立ち上がり及び立ち下り時の過渡
状態において第１のピークレベルよりも大レベルの第２
のピークレベルの方形波信号を発生するように、２つの
信号発生回路を切り換え動作制御しているので、コイル
成分を含む負荷に対して比較的構成か容易で高効率な方
形波信号を供給できる。

（実施例）次に本発明について図面を参照しなから説明する。

第１図は本発明による方形波信号発生装置の一実施例を
示す回路図である。

第１図において、入力ＩＮ、誤差増幅器１１、トランジ
スタ１２〜１５．抵抗Ｒ１，〜Ｒ，６，Ｒ。

等は、それぞれ第５図における対応エレメントと同様機
能をもつ。但し、これらのコンポーネントから構成され
る定電流増幅器構成の電源としては、つまりコイルに流
れる電流の定常状態の電圧源として例えば３０Ｖ電源Ｖ
Ｌ、−ＶＬが設けられている。

また、コイルに流れる電流の過渡状態（立ち上がり及び
立ち下がり時）における高電圧（例えば３００Ｖ）を供
給する電源としてＶ、、−Ｖ□が設けられている。

これら電源Ｖ、、−Ｖイを負荷に供給するために比較器
１６．１７、アイソレータ１８．１９及びスイッチング
素子（ＭＯＳ）ランジスタ等）２０．２１が設けられて
いる。

すなわち、誤差増幅器１１の出力は、比較器１６と１７
のそれぞれの一人力として出力され、定常状態における
コイルに流れるレベルよりも絶対値が若干高い予め定め
たレベル＋Ｅと−Ｅと比較される。比較器１６．１７の
出力信号は、アイソレータ１８と１９を介してスイッチ
ング素子のゲートにスイッチング制御信号として供給さ
れる。

こうして、スイッチング素子２０と２１は、交互にＯＮ
’／○ＦＦ制御され、負荷に方形波電圧を供給する。

アイソレータ１８と１９は、例えば光カップラーを用い
て構成することができる。

第２図には、第１図回路の各部信号の波形タイミングチ
ャートが示されている。

入力ＩＮからの方形波入力信号は正側＋Ｃ１負側−ｅレ
ベルをもつ方形波信号であり、電流検出抵抗ＲＤにより
得られる負荷に流れる電流に対応する電圧■。とともに
誤差増幅器１１の入力に誤差電圧として供給される。

さて、一般に、方形波信号の立ち上がり、立ち下がり時
にコイルと抵抗に流れる電流の変化は、第３図に示すよ
うに、コイル成分に起因して急峻な変化とならず、漸増
、漸減し、負荷に方形波信号が供給された直後（立ち上
がり時）には、コイルに流れる電流は小さい。

負荷に入力波形で示される方形波信号が供給されると、
定電流増幅器が動作し、誤差電圧を増幅する。誤差増幅
器１１の出力は、トランジスタ１２を介してトランジス
タ１４を動作させ、電源ＶＬが負荷に加わる。しかし、
コイルし成分のため、電流が急変できずく小さい）、誤
差増幅器１１の出力には、十分大きな電圧が発生する。

つまり、第５図のような立ち上がり時と立ち下がり時に
それぞれレベルが非常に大きい出力電圧が発生するが、
電流は急変しないので、抵抗ＲＤを介して誤差増幅器１
１に供給されるフィードバック電圧は急変できない、誤
差増幅器１１の出力は第２図のＡに示されている。その
後、抵抗ＲＤに発生する電圧ＶＤは増大し、誤差電圧は
減少していく、誤差電圧が入力電圧−ｅの対応電圧に近
づくと、誤差信号は小さくなり、誤差増幅器１１の出力
は飽和状態から解放されて、定電流動作が可能となる。

しかし、スイッチング素子２０がＯＮ動作の間はトラン
ジスタ１４はＯＦＦ状態にあり、定電流動作はしない。

比較器１６と１７には、第２図Ａのような信号が供給さ
れ、それぞれレベル十Ｅと−Ｅと比較される。したがっ
て、比較器１６の出力には第２図Ｂの信号が、比較器１
７の出力には第２図Ｃの信号が現れることになる。

比較器１６と１７の出力は、アイソレータ１８と１９を
介してスイッチング素子（ＭＯＳ）ランジスタ）２０と
２１のゲートに供給され、各スイッチング素子のスイッ
チング動作を制御する。

スイッチング素子２０は、比較器１６の出力に応答して
電源■８から正のピークレベルをもつ電圧を、またスイ
ッチング素子２１は比較器１７からの出力に応答して負
のピークレベルをもつ電圧を負荷に供給する。

したがって、負荷に非常に高いレベルの信号が加わる方
形波信号の立ち上がり及び立ち下がり時には、高レベル
電源ＶＨ１−Ｖ、から３３０■ピークレベルの方形波電
圧が供給されることになる。

比較器１６の出力が生じたときには、スイッチング素子
２０が動作し、負荷に■、が供給され、このときダイオ
ードＤ１は逆バイアスされ、スイッチング素子２１はＯ
ＦＦとなる。こうして、定電流増幅器動作から電源ｙＨ
供給動作にスムーズに移行する。

一方、負荷に流れる電流が安定する定常状態においては
、誤差増幅器１１からの出力は、基準電圧Ｅ、−Ｈには
至らず、比較器１６と１７の出力は生じないが、トラン
ジスタ１２と１３の動作で切り換え制御されるトランジ
スタ１４と１５が電源ＶＬ、〜Ｖｔ、（３０Ｖ）から負
荷に電流を供給する。トランジスタ１４と１５の動作状
態が第２図のＤとＥに示されている。

負荷に最終的に流れる出力電流１は、第２図に示され、
方形パルスの立ち上がり時には負荷に定電圧−■イが印
加され、立ち下がり時に定電圧十ｖＨが印加され、定状
態においては、トランジスタ１４と１５による定電流が
供給されることになる。

以上のよ−うに、誤差増幅器の出力が＋Ｅより小さくな
ると、比較器１６の出力は発生せず（反転し）、スイッ
チング素子２０の動作をＯＦＦさせると同時に、本回路
は定電流増幅器として動作し、方形波の平坦部に対応す
る電流を流し続ける。この間、比較器１７は動作しない
ので、スイッチング素子２１はＯＦＦ状態を保持され、
スイッチング素子２０からスイッチング素子２１への電
流は流れず、安全である。

入力が、−ｅから＋ｅに反転した場合も同様であり、誤
差増幅器１１の出力電圧、トランジスタ１５のＯＮ動作
、比較器１７の動作（出力発生）、スイッチング素子２
１のＯＦＦ動作、定電流増幅器動作と動作が変化する。

以上の実施例においては、誤差増幅器の出力電圧を検出
して、スイッチング素子２０と２１を切り換え動作して
いるが、抵抗Ｒ１１とＲＩ２の接続点の電圧を別の増幅
器で増幅して比較器に供給し、切り換え制御することも
可能である。このとき。

この増幅器の増幅特性を誤差増幅器１１とは独立に任意
に設定できるので、よりスムーズな移行が可能となる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明による方形波信号発生装置
では、コイルを含む負荷に方形波信号を供給する際、高
レベル信号発生時（立ち上がり及び立ち下がり時）には
、対応する高レベル信号発生装置から負荷に信号を供給
し、定常状態時には定電流増幅回路から比較的低レベル
の方形波信号を役割分担しているので、高電圧、高出力
の定電流増幅回路が設計可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方形波信号発生装置の−実施例を
示す回路図、第２図は第１図の実施例回路の動作を説明
するための各部信号波形タイミングチャート、第３図は
本実施例動作を説明するためのコイルと抵抗の直列回路
に流れる電流波形図、第４図は従来の方形波信号発生装
置の一例を示す回路図、第５図はコイルを含む負荷に流
れる出力電流と出力電圧波形図である。１１・・・誤差増幅器、１２〜１５・・・トランジスタ
、１６．１７・・・比較器、１８．１９・・・光カツプラ−，２０，２１−・・スイッチング素子。代理人　　弁理士　　福　山　正　博第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コイルを含む負荷に方形波信号を供給するための
方形波信号発生装置において、矩形波信号に応答して第１のピークレベルの方形波信号
を発生する定電流増幅器から構成される第１の回路と、前記矩形波信号の立ち上がり及び立ち下り時に前記第１
のピークレベルよりも大レベルの第２のピークレベルの
方形波信号を発生する第２の回路と、を備えて成ることを特徴とする方形波信号発生装置。
（２）コイルを含む負荷に方形波信号を供給するための
方形波信号発生装置において、矩形波信号と負荷に流れる電流に対応する電圧信号が供
給される誤差増幅器と、該誤差増幅器の出力によって第１のピークレベルの方形
波信号を発生する定電流増幅器から構成される第１の方
形波信号発生回路と、前記誤差増幅器の出力を、前記負荷に流れる定常状態で
の電流に対応する電圧より絶対値が若干大きい正と負の
レベルの基準レベルと比較する２つの比較回路と、前記２つの比較回路の出力により前記第１のピークレベ
ルよりも大きな第２のピークレベルを有する方形波信号
を発生する第２の方形波信号発生回路と、を備えて成ることを特徴とする方形波信号発生装置。