JPS583411B2 - 変調型直流増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は変調型直流増幅器に関するものである。

一般に、変調型直流増幅器のチョツパの駆動周波数は、
チョツパの後段に接続される交流増幅器の１／ｆ ノ
イズ特性から考慮して高くする必要がある。

一方、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ
等で構成された半導体チョツパはチョツピング毎に過渡
的にスパイク電流が発生し、その大きさはチョツパの駆
動周波数が高くなればなるほど大きくなるため、逆に１
駆動周波数を低く押さえねばならない。

このスパイク電流の発生は、たとえばチョツパが電界効
果トランジスタで構成されている場合、チョツピング毎
の過渡時にゲート駆動電圧がゲートードレイン間容量Ｃ
ＯＤとこの容量ＣＯＤに接続される負荷抵抗分により微
分されることによるものである。

そして、電界効果トランジスタのＯＮ抵抗、ＯＦＦ抵抗
がスパイク電流の大きさに関係し、チョツパがＯＮ状態
に移行するときとＯＦＦ状態に移行するときのスパイク
電流の大きさが異なることが、オフセットを生ずる主な
原因となる。

このため従来は、チョツパの駆動電圧をできるだけ小さ
くしたり、直並列型チョツパに構成したり、スパイク補
償を行ったりして、スパイク電流の発生を減少させるよ
うにしていたが、オフセットはまだ大きく生じ精度のよ
い変調型直流増幅器とするには問題があった。

そこで、本発明者は、特願昭５１−１４３７０５号（特
開昭５３−６８１５２号公報）において述：べているよ
うな変調型直流増幅器を発明した。

第１図は、その電気的構成図である。

Ｖｓは信号源、Ｒｓは信号源抵抗、ＣＨ１，ＣＨ２はチ
ョツパ、Ｃはコンデンサ、Ｃ１，Ｃ２はカップリングコ
ンデンサ、Ａは交流増幅器、ＳＲは同期整流回路、ＳＣ
アは平滑回路である。

ＣＨ１，ＣＨ２，ＳＲは駆動回路ＤＲにより駆動される
。

たとえば、ＣＨ１はＩＨｚ程度の低周波ｆ１で駆動され
、ＣＨ２は１ ｋＨｚ程度の周波数ｆ２で駆動される。

入力信号は、ＣＨ１，ＣＨ２により二段階に変調され交
流増幅器５Ａで増幅された後、同期整流回路ＳＲで同期
整流され平滑回路ＳＣで平滑される。

チョツパＣＨ１，ＣＨ２が電界効果トランジスタで構成
されている場合、チョツピング毎の過渡時にゲート駆動
電圧がゲート・ドレイン間容量ＣＧＤとこの容量ＣＧ
Ｄに接続される負荷抵抗分により微分されて、スパイク
電流が発生し、これがオフセットへの原因になる。

第１のチョツパＣＨ１は低周波で駆動するので、スパイ
ク電流は小さく無祝することができる。

第２のチョツパＣＨ２は比較的高い周波数で，駆動する
のでスパイク電流が大きく現われる。

しかし、２段階に変調され第２のチョツパＣＨ２におい
て発生するスパイク電流を伴った入力信号が、交流増幅
器Ａで増幅され同期整流回路ＳＲで同期整流され、第１
のチョツバＣＨ１の駆動周波数の少なくとも１周期で平
均されると、スパイク電流によるオフセットはゼロとな
る。

すなわち、チョツパＣＨ２に生ずるスパイク電流は、チ
ョツパＣＨ，の、駆動信号の半周期毎に逆相で現われる
ため、その一周期では相殺されて平均値はゼロこなる。

ただし、チョツバＣＨ１の駆動信号のデューテイ・レシ
オは５０％と考えている。

このため、スパイク電流によるオフセツトをなくすこと
ができ、高精度の変調型直流増幅器を得ることができた
。

ところで、この変調型直流増幅器において、実際の回路
では、第２のチョツパＣＨ２において発生するスパイク
電流が、インピーダンスの低い入力信号源側ないしは第
１のチョツパＣＨ１側に向かって逆流するため、チョツ
パを構成する電界効果トランジスタのゲート・ドレイン
間容量ＣＧＤに対して比較的大きいコンデンサＣを第１
図のようにチョツパＣＨ２とＣＨ１との間の信号線間（
または、各信号線とコモン線間）に挿入している。

これによってチョツパの駆動電源によるチョツビング毎
の過渡状態に発生ずるスパイク電流をバイパスさせるよ
うにしている。

しかし、このコンデンザＣがたとえば電源周波に対して
無視できないインピーダンスである場合は、入力信号線
に乗って，来た電源周波ノイズにより生ずるオフセット
を新たに作る原因となってしまう。

本発明の目的は、以上のような問題点を解決した変調型
直流増幅器を提供することにある。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第２図は、本発明による変調型直流増幅器の一実施例を
示す電気的構成図である。

図において、第１図と同じものは同一記号を付してある
。

Ｖｓは入力信号源、Ｒｓは信号源抵抗である。

ＣＨ１は１段目のチョツパ、ＣＨ２は２段目のチョッバ
で、一対の入力信号線をおのおの駆動信号により、半周
期毎に逆接続するようにしている。

ＣはチョツバＣＨ１ とＣＨ２ との間の信号線間にチ
ョツパＣＨ１，ＣＨ２に並列に接続されたコンデンザで
、チョツバＣＨ２からのスパイク電流の吸収を行うもの
である。

Ｃ１，Ｃ２はカップリングコンデンサで各信号線に直列
に接続されている。

Ａは交流増幅器で、チョツバにより交流に変換された信
号を増幅する。

ＳＲは交流増幅器Ａの出力を同期整流する同期整流回路
、Ｓ Ｃは同期整流回路ＳＲの出力側に接続された平滑
回路である。

Ｄｅｔは同期整流回路ＳＲを通過して来たノイズの検出
回路でたとえば帯域通過フィルタＢＰＦおよびゼロ検出
器ＣＭＰから構成される。

すなわち同期整流回路ＳＲからの出力信号を帯域通過フ
ィルタＢＰＦに加えてノイズ成分のみをとり出し、これ
を入力とするゼロ検出器ＣＭＰから前記ノイズ成分に同
期しかつ波形整形したクロツクを出力する。

ＤＲはチョツパＣＨ，，ＣＨ２および同期整流回路ＳＲ
に駆動信号を与える駆動回路である。

駆動回路ＤＲには検出回路Ｄｅｔ から出力される電源
周波ノイズに同期したクロックが与えられる。

駆動回路Ｔ）Ｈにおいて、ノイズに同期した周波数ｆｎ
のクロツクは、位相比較器ＰＣの一方の入力端子に与え
られ、他方の入力端子には周波数ｆｎ′のクロック信号
が与えられる。

周波数ｆ ｎ’の信号は電圧制御発振器ｖＣＯの出力信
号（周波数ｆ２）を分周して作る。

この分周回路はｆ ｎ／ ｆ ２分周回路になる。

位相比較器ＰＣは、周波数ｆｎのクロックと周波数ｆ′
ｎのクロツクの位相差に応じた電圧を出力して電圧制御
発振器■ＣＯに与え、周波数ｆｎとｆ′ｎが等しくなる
ようにする。

また、ｆ ｎ／ｆ２分周回路から出力されるクロック信
号は１／２Ｎ分周回路により分周され、位相調整回路φ
−Ａｄｊを介してヂョツパＣＨ， に駆動信号として
与えられる。

また、ここで位相調整回路φ−Ａｄｊは公知の手段でよ
く、例えば遅れ回路、進み回路などを使用できる。

電圧制御発振器ＶＣＯの出力信号（周波数ｆ２）はチョ
ツパＣＨ２に１駆動信号として与えられる。

さらにまたチョツバＣＩ−１１ の駆動信号ｆ１ と
チョツバＣＨ２の駆動信号］２との排他的論理和信号ｆ
１＋ｆ２を、同期整流回路ＳＲに駆動信号として与える
。

以上のように構成された本発明回路の動作を第３図の動
作波形図を参照しながら次に説明する。

説明を簡潔にするためにＶｓ＝０と仮定し、入力信号線
には電源周波ノイズｅｎ（周波数ｆｎ）のみが乗ってい
るものとする。

ノイズｅｎの波形を第３図ａに示す。

ただし横軸を時間にとってある。また、チョツパＣＨ１
の駆動信号の周波数ｆ１ は定常状態では周波数ｆ ｎ
’とノイズの周波数ｆｎとが等しいので、ノイズの周波
数ｆｎの偶数分の１になっており、ここではＮ＝２とし
て４分の１の周波数としてある。

しかも、チョツパＣＨ１の駆動信号は位相調整回路φ−
Ａｄｊによってノイズに対して位相を一致させたもので
ある。

この様子は第３図ｂに示されている。

したがって、チョツピングの瞬間はコンデンサＣの両端
の電圧はセ尤で電荷はたくわえられていないため過渡現
象が現われない。

コンデンサＣの両端すなわち、チョツパＣＨ１を通過し
たノイズの波形を第３図Ｃに示す。

この波形は、第２のチョツパＣＨ２および交流増幅器Ａ
により増幅されかつ同期整流されると、この電源周波ノ
イズに係る同期整流後の波形は第３図ｄのような波形に
なる。

したがって、同期整流器ＳＲの後段の区間平均回路等の
最低一周期の平滑を行う回路ＳＣでは、電源周波ノイズ
は平滑されて、その出力にオフセットとして現われるこ
とがない。

以上説明したように、本発明による変調型直流増幅器は
、直流の入力信号が入力し周波数ｆ１で駆動される第１
のチョツパと、この第１のチョツパの次段に接続され周
波数ｆ２（ただしｆ２＞ｆ１）で，駆動される第２のチ
ョツパと、この第２のチョツパの出力信号を増幅する交
流増幅と、この交流増幅器の出力信号を前記第１および
第２のチョツパの駆動信号の排他的論理和信号に同期し
て整流する同期整流回路と、この同期整流回路の出力信
号を平滑する平滑とを具備した変調型直流増幅器におい
て、入力に入った周波数ｆｎのノイズに対して、第１の
チョツパの１駆動周波数ｆ１が、ｆ１＝ｆｎ／２Ｎ（た
だしＮは正の整数）でかつ第１のチョツパの１駆動信号
（周波数ｆ１）の位相を周波数ｆｎのノイズの位相に一
致させたことを特徴とする変調型直流増幅器である。

本発明によれば、オフセットの非常に小さい高精度の変
調型直流増幅器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、２段のチョツパが構成された変調型直流増幅
器を示す電気的構成図、第２図は、本発明による変調型
直流増幅器の一実施例を示す電気的構成図、第３図は動
作説明図のための波形図である。 Ｖｓ・・・・・・入力信号源、Ｒｓ・・・・・・信号源
抵抗、ＣＨ１，ＣＨ２・・・・・・チョツパ、Ｃ，Ｃ１
，Ｃ２・・・・・・コンデンサ、Ａ・・・・・・交流増
幅器、ＳＲ・・・・・・同期整流回路、ＳＣ・・・・・
・平滑回路、Ｄｅｔ ・・・・・・検出回路、ＤＲ・・
・・・・駆動回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流の入力信号が入力し周波数ｆ１ で駆動される
   第１のチョツパと、この第１のチョツパの次段に接続さ
   れ周波数ｆ２（ただしｆ２＞ｆ１）で駆動される第２の
   チョツパと、この第２のチョツパの出力信号を増幅する
   交流増幅器と、この交流増幅器の出力信号を前記第１お
   よび第２のチョツパ２の駆動信号の排他的論理和信号に
   同期して整流する同期整流回路と、この同期整流回路の
   出力信号を平滑する平滑回路とを具備した変調型直流増
   幅器において、前記同期整流回路からの出力信号を入力
   とし、入力信号線から乗った周波数ｆｎのノイズと同期
   したクロツク信号を出力する検出回路と、この検出回路
   からの出力を周波数ｆ１ に分周し位相を前記ノイズの
   位相に一致させて、前記第１のチョツパを駆動する、駆
   動信号を発生させる駆動回路とを備えるとともに、前記
   の駆動周波数ｆ１，を、 ｆ１＝ｆ ｎ／２Ｎ ： （Ｎは正の整数）としたこと
   を特徴とする変調型直流増幅器。