JP3160000B2 - バッファ及び利得1を与える方法 - Google Patents

バッファ及び利得1を与える方法

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JP3160000B2 JP05947891A JP5947891A JP3160000B2 JP 3160000 B2 JP3160000 B2 JP 3160000B2 JP 05947891 A JP05947891 A JP 05947891A JP 5947891 A JP5947891 A JP 5947891A JP 3160000 B2 JP3160000 B2 JP 3160000B2
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/50Amplifiers in which input is applied to, or output is derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower
    • H03F3/505Amplifiers in which input is applied to, or output is derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower with field-effect devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術分野】本発明は電子バッファの分野に関
し、特に増幅器の能動素子として電界効果トランジスタ
(FET)を用いた利得1のバッファに関する。
【0002】
【従来技術とその問題点】電子回路設計において、信号
や回路の絶縁が必要な様々な状況でバッファ装置を利用
することが知られている。たとえは、低電流のマイクロ
プロセッサを高電流のバスシステムから絶縁するのにバ
ッファが利用されてきた。バッファを用いるいくつかの
場合においては信号レベルを比較的一定に維持すること
が望ましい。そのような状況において、利得1のバッフ
ァを用いることが知られている。典型的にはそのような
バッファはバイポーラトランジスタや電界効果トランジ
スタ(FET)などの能動素子を含み、与えられた信号
に利得1を供給する、すなわち増幅しない。集積回路と
して組み立てる様な電子設計において、これらの装置は
一般的に小さなチップ領域に組み立てられるので能動素
子はFETであることが望ましい。
【0003】FETを能動素子として用いた理想的なバ
ッファにおいては、FETをいわゆるソースホロワ配置
で接続する。ここではバッファ入力はFETのゲートで
あり、バッファ出力はFETのソースである。FETの
ドレインは一般的には定電圧源に接続される。そのよう
な理想的なバッファにおいて、利得は1に等しい。残念
ながら実際にはFETのトランスコンダクタンスおよび
ドレイン抵抗が有限なので回路の利得は1以下になる。
FETのトランスコンダクタンスは無限大ではないの
で、一般的に出力負荷抵抗と並列に見えるドレイン抵抗
が利得を制限する。そのような回路において、典型的に
はFETソースを電流源でバイアスし負荷が最小になる
ようにする。
【0004】FETバッファの非理想的な状態を修正す
るために一般に用いられる技術はバッファの出力にトラ
ンジスタを追加することであり、ここではトランジスタ
はいわゆるエミッタホロワ配置で接続される。そのよう
な回路を図2に示す。図示のように、バッファ10はソ
ースホロワ配置で接続されたFET12を含んでいる。
電流源14を接続してFET12のソースをバイアスす
る。トランジスタ16をエミッタホロワ配置で追加し、
トランジスタ16のエミッタを電流源18でバイアスす
る。この配置では、トランジスタ16が出力負荷抵抗2
0からFET12のソースをバッファする。電流源18
を用いてトランジスタ16のベースを見込んだときの抵
抗を最大にし、FET12のソースの負荷を軽減する。
バッファ10の構造でほぼ利得0.98のバッファが得
られる。そのような利得1バッファは、もしFET12
のトランスコンダクタンスおよびドレイン抵抗が温度に
関係なく一定であり、FET毎に変化しなければ満足で
きるものである。実際にはしかし、バッファ10の利得
は温度によってドリフトし、FETパラメータのばらつ
きで変動する。New YorkのCambridge
大学のPress Syndicateが発行するTh
e Art of Electronics1983年
版、229ページでP.HorowitzらはFETの
多くの特性が大きなプロセスによるばらつきを示すこと
を指摘している。たとえば、FETが「オン」の時のド
レイン抵抗は1オームから10キロオームまで変化し、
さらに該トランスコンダクタンスは500マイクロSか
ら3000マイクロSまで変化しうる。
【0005】
【発明の目的】したがって、本発明の目的はFETを能
動素子として用い、製造上のばらつきと温度がバッファ
利得に重要な影響を及ぼさない様な利得1のバッファを
提供することにある。
【0006】
【発明の概要】入力信号にほぼ1の利得を提供するバッ
ファのための本発明の長所は以下に示す方法と装置で達
成され、次の装置を含む。入力信号がそのゲートに印加
される電界効果トランジスタ、該電界効果トランジスタ
に接続された電流源のような第1バイアス値の第1バイ
アス源、電界効果トランジスタにベースを接続したトラ
ンジスタ、第1バイアス値より大きなバイアス値で電界
効果トランジスタに接続された電流源の様な第2バイア
ス源、および第2のバイアス源と該トランジスタ間に接
続され、電界効果トランジスタのドレインーソース間電
圧を入力電圧とは無関係に比較的一定な値に維持するた
めの抵抗を含む。ドレインーソース間電圧を本質的に一
定の値に維持することによってパッファの動作は比較的
温度の影響を受けない。すなわち、バッファ回路の利得
は比較的安定する。さらにFETの製造上のばらつきは
利得がほぼ1のバッファ回路にはあまり影響を及ぼさな
い。
【0007】
【好適実施例の詳細な説明】新しい利得1のバッファ回
路30を図1に示す。回路30は能動素子としてFET
32を含む。FET32のゲートをバッファ30の入力
として用いる。FET32のドレインは電流源34の出
力に接続される。電流源34はバッファ回路30のバイ
アス源として働く。電流源34の入力は供給電圧Vcc
接続される。FET32のソースは電流源36の入力に
接続される、電流源36はバッファ回路30のバイアス
源としても働く。バイアス源36の出力は供給電圧Vee
に接続される。好適実施例において、供給電圧Vccは供
給電圧Veeより正である。また、好適実施例において、
電流源34のバイアス値すなわち電流値は電流源36の
バイアス値すなわち電流値より大きい。トランジスタ3
8はエミツタホロワ配置でバァファ30に接続される。
ここではトランジスタ38のベースはFET32のソー
スに接続され、トランジスタ38のコレクタは電流源3
6の出力に接続される。トランジスタ38のエミッタは
抵抗器40を通ってFET32のドレインに接続され
る。抵抗器42はバッファ30の出力に接続されて示し
てあるが、抵抗器42は負荷抵抗を表している。
【0008】図1に示した回路を用いてFET32のド
レインがソースに対して直流ブートストラツプされ、出
力負荷は増加しない。ドレイン電圧が一定のVccである
バッファ10(図2)に対して、ソース電圧およびドレ
イン電圧はバッファ入力Vinの変化に応じて変化する。
換言すると、ソースおよびドレイン電圧が変化するので
その間の電圧差は一定である(直流ブートストラップさ
れている)。バッファ30はより正確にほぼ利得1とな
り、比較的に温度に依存しないことが分かった。電流源
34は電流源36より大きい電流を供給するので、FE
T32のドレイン電位とソース電位との電位差が一定に
なっている。すなわち、ドレインとソースの電位差はF
ET32のゲートに印加される信号電圧にかかわらず、
抵抗器40およびトランジスタ38の電圧降下に等し
い。ドレイン電圧はもはや一定ではないのでドレイン抵
抗がバッファ利得に与える影響は著しく小さい。トラン
ジスタ38はコレクタベース接合部が温度に依存するこ
とに要注意である。特に本発明の好適実施例において、
電流源34および36の値および抵抗器40の値はトラ
ンジスタ38が能動領域で動作するように選択される。
動作中、Vinが変化するとFET32のソース電圧も変
化する、すなわちそれに従う。ソース電圧が変化すると
トランジスタ38のバイアスが変化し、トランジスタ3
8を通る電流も変化する。換言するとトランジスタ38
のベースに印加された電圧が変化するとエミッタ電圧は
それに従う。エミッタ電圧が変化すると同時にバッファ
出力Vout およびドレイン電圧が変化する。
【0009】本発明の動作をよりよく理解するためにバ
ッファ30の以下のサンプルの値を検討する。電流源3
4が15mAの電流源であり、電流源36が5mAの電
流源であると仮定する。さらに抵抗器40が400オー
ムの抵抗器で、負荷抵抗42が1キロオームの負荷抵抗
を示すと仮定する。そのような回路において、5mAの
電流がFET32を通って流れ、10mAの電流がFE
T32のゲートのバイアスに従い、抵抗器40を通って
トランジスタ38のエミッタからコレクタに流れる。最
大バイアスで、トランジスタ38の両端は約0.7ボル
ト、抵抗器40の両端は約4ボルトになる。FET32
のドレインからソースまでの電圧は従って4.7ボルト
となる。換言すれば、ドレインとソース間の電圧差はト
ランジスタ38のベースからエミッタの電圧に電流源3
4の電流値から電流源36の電流値を引いたものに抵抗
器40の抵抗値を掛けた値を足したものに等しい。
【0010】この点まではバッファ30への入力電圧が
ゼロである状況を考慮しなかった。そのような状況で
は、典型的にはバッファ30の出力に直流オフセット電
圧が存在する。この直流オフセット電圧を補償するため
の回路を図3に示す。図示したように、バッファ30の
出力は差動増幅器44の負の入力に接続される。入力電
圧はコンデンサ46と同時に差動増幅器44の正の入力
に印加される。コンデンサ46はまたFET32のゲー
トに接続される。差動増幅器44の出力は抵抗器48を
通ってFET32のゲートに接続される。差動増幅器4
4の出力はバッファ出力から直流オフセット電圧を除去
する役目をする。したがって、Vout は実質的にVin
同一である。すなわち、直流オフセットはほぼゼロであ
る。
【0011】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の実施によ
り、入力FETのソース・ドレーン間電圧が略一定に保
たれ、バッファの利得とその温度特性が共に改善され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による利得1バッファの概略
図である。
【図2】従来技術による利得1バッファの概略図であ
る。
【図3】図1のバッファの一応用例を示す概略図であ
る。
【符号の説明】
10:従来技術による利得1バッファ 12,32:FET 14,18,36,34:電流源 16,38:トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 399117121 395 Page Mill Road Palo Alto,Californ ia U.S.A. (56)参考文献 特開 昭57−180214(JP,A) 特開 昭59−11015(JP,A) 特開 昭59−100621(JP,A) 特開 平1−47130(JP,A) 実開 平2−73817(JP,U) ***国特許出願公開2207569(DE, A1) 米国特許4492932(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 3/50 - 3/52 PCI(DIALOG) WPI(DIALOG)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号にほぼ1の利得を与えるバッファ
    であって、 前記入力信号が印加されるゲートを有し、ドレイン・ソ
    ース電圧を有する電界効果トランジスタと、 前記電界効果トランジスタに接続され、第1の電流値を
    有する第1の電流源と、 前記電界効果トランジスタに接続されたベースを有する
    トランジスタと、 前記第1の電流バイアス値より大きな電流バイアス値を
    有する、前記電界効果トランジスタに接続された第2の
    電流源と、 前記ドレイン・ソース電圧を比較的一定に保つため前記
    トランジスタと前記第2の電流源との間に接続された抵
    抗と、前記バッファのDCオフセット電圧を補償する補償器
    と、 を備えて成るバッファ。
  2. 【請求項2】前記電界効果トランジスタがソースホロワ
    に構成されていることを特徴とする請求項1に記載のバ
    ッファ。
  3. 【請求項3】前記トランジスタがエミッタホロワに構成
    されていることを特徴とする請求項1に記載のバッフ
    ァ。
  4. 【請求項4】前記電界効果トランジスタがトレインとソ
    ースとを有し、前記第2のバイアス源が、前記ドレイン
    に接続され、前記第1のバイアス源が、前記ソースに接
    続されていることを特徴とする請求項1に記載のバッフ
    ァ。
  5. 【請求項5】前記トランジスタが活性領域を有し、前記
    抵抗が抵抗値を有し、前記第1、第2の電流バイアス値
    および前記抵抗値が、前記トランジスタが前記活性領域
    で動作するよう選択されていることを特徴とする請求項
    1に記載のバッファ。
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