JPS6325775Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はクランプ回路に関し、特に応答が速
いクランプ回路を提供しようとするものである。

一般にAD変換器の前段にはAD変換器の変換
動作範囲以上の入力電圧に対してはクランプ動作
するクランプ回路が設けられる。従来のクランプ
回路を第１図及び第２図に示す。第１図のクラン
プ回路は反転増幅器１の出力端子２と増幅器１の
反転入力端子の間に互に逆向に直列接続したツエ
ナーダイオード３，４を接続し、入力端子５に与
えた入力電圧V_iにより出力電圧V₀がツエナーダ
イオード３又は４のツエナー電圧を越えると、こ
れらツエナーダイオード３及び４が導通しクラン
プ状態となる。従つて入力電圧V_iが正と負の或る
電圧を越えるとクランプ状態となる。

この回路によればツエナーダイオード３，４に
流れる電流によりその両端に発生する電圧降下は
一方のツエナーダイオードの順方向特性と他方の
ツエナーダイオードのツエナー特性に従つて変化
する。電流の増加に対しその両端に発生する電圧
降下は比較的大きく増加する。その電圧降下の増
加は出力電圧V₀の増加として現われる。よつて
入力電圧が上昇すると出力電圧が漸次上昇し遂に
は増幅器１は飽和してしまう。更にクランプ電流
を増幅器１から供給しているためクランプ範囲を
広く採れない欠点がある。またクランプ電圧が二
本のダイオードの電圧降下の特性に従つて上昇す
るためその上昇分が大きくクランプ特性が悪い欠
点もある。

第２図の例では反転増幅器１の出力によつて互
に逆動作するようにオン、オフ制御されるトラン
ジスタ６，７を設け、このトランジスタ６，７の
エミツタ共通接続点を反転増幅器１の反転入力端
子に接続した構成としたものである。この構成に
よれば反転増幅器１の出力電圧がトランジスタ６
と７のベース間に接続したバイアス電圧源８の電
圧E₁より大きくなるか又はバイアス電圧源９の
電圧E₂より小さくなるとトランジスタ６又は７
が導通しクランプ状態となる。

この回路では例えば入力電圧が正極性のときの
クランプ状態ではトランジスタ７が導通し、入力
端子５に与えられた入力電圧V_iによる入力電流i₁
はトランジスタ７を通つて負電源に流入する。ま
た入力電圧V_iが負極性の状態でクランプされると
このときはトランジスタ６がオンとなり、このト
ランジスタ６を通じて入力端子５に電流i₂を供給
する。

このようにこの例ではクランプ電流を外部から
供給するから増幅器１が飽和することがない。然
し乍らクランプ状態に入る前の状態ではトランジ
スタ６及び７は共にオフとなつている。よつてク
ランプ状態になるためにオフの状態からオン状態
に反転するまでの時間が長く掛り応答が遅くなる
欠点がある。更にトランジスタ６又は７がオンに
なると出力端子２に大きなオーバシユートを発生
する欠点もある。

この考案の目的は応答が速く、然もクランプ範
囲も広く採ることができるクランプ回路を提供す
るにある。

この考案ではバイアス電圧発生用トランジスタ
を常時オンの状態に保持し、このトランジスタを
流れる電流によつて発生するバイアス電圧により
一端が反転増幅器１の反転入力端子に接続された
ダイオードをオフの状態に保持し、反転増幅器１
の出力が所定の電圧を越えるとトランジスタを流
れる電流を減少させその電流の減少によりバイア
ス電圧を低下させてダイオードをオンにし、ダイ
オードの導通により反転増幅器の反転入力端子に
クランプ電流を供給する。

このようにこの考案では導通状態にあるトラン
ジスタの電流値を変化させてバイアス電圧を変化
させ、そのバイアス電圧の変化によりダイオード
をオンに制御する。よつてターンオン時間が短か
いダイオードを利用したため全体として高速応答
が可能である。

以下にこの考案の一実施例を第３図を用いて詳
細に説明する。

第３図において１は反転増幅器、２は出力端
子、５は電圧入力端子、５′は電流入力端子を示
す。入力抵抗器１３の抵抗値をR₁、負帰還抵抗
器１４の抵抗値をR₂とすると、出力電圧V₀はV₀
＝R₂／R₁V_iとなる。また電流入力の場合はV₀＝R₂× Iiとなる。

この考案においては常時導通状態に保持される
トランジスタ１５，１６を設ける。トランジスタ
１５はPNP形トランジスタであり、これはエミ
ツタを抵抗器１７を通じて正極電源＋Ｖに接続
し、コレクタを負極電源−Ｖに接続する。トラン
ジスタ１６はNPN形トランジスタであり、その
エミツタを抵抗器１８を通じて負極電源−Ｖに接
続しコレクタを正極電源＋Ｖに接続する。

これらトランジスタ１５と１６のベースはバイ
アス電圧源１９に接続し、平素オンの状態に保持
する。バイアス電圧源１９は正極電源＋Ｖと負極
電源−Ｖとの間に接続された抵抗器２１−ツエナ
ーダイオード２２−２３−抵抗器２４とから成る
直列回路によつて構成される。トランジスタ１５
のベースはツエナーダイオード２３と抵抗器２４
の接続点Ａに接続し、トランジスタ１６のベース
はツエナーダイオード２２と抵抗器２１との接続
点Ｂに接続する。

一方、トランジスタ１５のエミツタにダイオー
ド２５のアノードを接続し、トランジスタ１６の
エミツタにダイオード２６のカソードを接続す
る。ダイオード２５と２６のカソードとアノード
は共通接続して反転増幅器１の反転入力端子に接
続する。反転増幅器１の出力はバイアス電圧源１
９のツエナーダイオード２２と２３の接続点に接
続する。

この構成において通常の動作状態ではトランジ
スタ１５のエミツタ電位は接続点Ａの電位にほゞ
等しい電位に保持される。この接続点Ａの電位は
ほゞ共通電位点２７の電位からツエナーダイオー
ド２３のツエナー電圧分だけ負電位側に偏倚した
電位となつている。またトランジスタ１６のエミ
ツタは接続点Ｂの電位に保持される。この接続点
Ｂの電位は共通電位点２７の電位からツエナーダ
イオード２２のツエナー電圧分だけ正電位側に偏
倚している。これに対し反転増幅器１の反転入力
端子の電位はほゞ共通電位点２７の電位となつて
いるから、ダイオード２５と２６にはツエナーダ
イオード２２と２３の電圧分の逆バイアス電圧が
供給され、共にオフの状態となつている。

入力端子５に例えば正極性の入力電圧V_iが入力
されると反転増幅器１の出力電圧は負極性の方向
に変化する。増幅器１の出力電圧がツエナーダイ
オード２２の電圧分だけ負方向に変化し、接続点
Ｂの電位が共通電位点２７の電位よりわずかに負
電位側に変化するとダイオード２６が導通を始め
る。ダイオード２６が導通すると入力端子５から
入力抵抗器１３を通つてダイオード２６に流れる
クランプ電流が流れ、入力電圧V_iがこれ以上正極
方向に上昇しても出力電圧V₀はその状態に保持
されクランプ状態となる。

一方、入力電圧V_iが負方向に変化した場合には
増幅器１の出力電圧は正極方向に変化する。増幅
器１の出力電圧がツエナーダイオード２３の電圧
分だけ上昇すると接続点Ａの電位がほゞ共通電位
点２７の電位に近ずく。接続点Ｂの電位が共通電
位点２７の電位よりわずかに正極側に偏倚すると
ダイオード２５のアノード電位は共通電位点２７
の電位よりわずかに正極電位側に偏倚する。よつ
てダイオード２５は導通し正極電源＋Ｖからダイ
オード２５を通じて入力抵抗器１３にクランプ電
流が流れ、入力端子５に加えられる入力電圧V_iが
それ以上負方向に変化しても出力電圧V₀はその
状態に保持される。

電流入力端子５′の場合も入力電流＋Iiが入力
端子５′から流入する方向に流れるときは増幅器
１の出力には負極性の電圧が出力される。この出
力電圧がツエナーダイオード２２の電圧分だけ負
電位側に偏倚するとダイオード２６がオンとなり
上述と同様にクランプ状態となる。また入力端子
５′から流出する方向に電流−Iiが流れるときは
増幅器１の出力には正極性の電圧が発生する。こ
の出力電圧がツエナーダイオード２３の電圧分だ
け上昇するとダイオード２５がオンとなり、上述
と同様にクランプ状態となる。

上述したようにこの考案によれば、ダイオード
２５又は２６がオンになることによつてクランプ
状態となるから、一般にダイオードのターンオン
時間はトランジスタのターンオン時間と比較して
短かいため高速応答が可能である。またクランプ
電流はダイオード２５又は２６を通じて反転増幅
器１の反転入力端子に入力されるが、入力電圧又
は入力電流の増加に比例してダイオード２５又は
２６を流れるクランプ電流も増加するが、そのク
ランプ電流の増加によりダイオード２５，２６に
おける電圧降下も上昇し、この電圧降下の上昇分
は出力電圧V₀の上昇として現われるが、出力電
圧V₀の上昇はこの考案によれば１本のダイオー
ドの順方向電圧降下の上昇分であり、その増加は
わずかである。よつて第４図に示すように入力電
圧V_iが＋V_i0及び−V_i0を越えても出力電圧V₀は
ほゞ一定電圧に保持され、大きな入力電圧が印加
されても増幅器１が飽和することはない。

よつてこの考案によれば高速応等が可能で然も
クランプ特性に優れたクランプ回路を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のクランプ回路を説明
するための接続図、第３図はこの考案の一実施例
を示す接続図、第４図はその動作を説明するため
のグラフである。 １：反転増幅器、２：出力端子、５：電圧入力
端子、５′：電流入力端子、１５，１６：バイア
ス電圧発生用トランジスタ、２５，２６：クラン
プ用ダイオード、１９：バイアス電圧源、２２，
２３：設定電圧発生手段。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 極性反転増幅器と、 一端がその極性反転増幅器に接続されたツエナ
   ダイオードと、 一端が定電圧源に接続されたエミツタ抵抗器
   と、 エミツタがそのエミツタ抵抗器の他端に接続さ
   れ、ベースが上記ツエナダイオードの他端に接続
   されたトランジスタと、 そのトランジスタのエミツタと上記極性反転増
   幅器の入力端との間に接続されたダイオードと、 を具備して成ることを特徴とするクランプ回路。