JPS595898Y2 - アナログスイツチ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はアナログスイッチに関するものである。

電子オルガン等の鍵盤電子楽器においては、鍵盤の開閉
により、楽音信号を接断するものである。

その方法にはまず第１に鍵盤スイッチそのもので直接楽
音信号を接断する直接キーイング方式があるが、この方
法では楽音信号の立ち上り、立ち下りのエンベロープ制
御が行われず、しかも、信頼性の上からも好ましくない
。

そこで第２の方法として、半導体装置等を用い、制御端
子のバイアス状態により、楽音信号を開閉する間接キー
イング方式がある。

しかしながら従来の間接キーイング回路は、伝達特性の
直線性が悪く、またダイナミックレンジが充分広くない
ために、アナログ信号の開閉ならびにエンベロープ制御
は行っているものの、対象となる信号波形は方形波であ
った。

また、前記伝達特性の直線性のよいものは、回路が複雑
となり、半導体モノリシツク化には困難であった。

そこで、本考案はこれらの問題点を解決する間接キーイ
ング装置等おけるアナログスイッチに係？ものである。

さらに具体的に述べるなら、簡単な回路構或で伝達特性
の直線性のすぐれた、かつモノリシツク化に適した間接
キーイング装置におけるアナログスイッチを提供するも
のである。

本考案の他の特長は、楽音信号を接断時における立ち上
り、立ち下り時、あるいは振巾制御を行う際に、高調波
或分比が変化し、自然楽器音に近い楽音が得られること
である。

一般には自然楽器における楽音の立ち上り、立ち下り時
の高調波或分比は、種々の解析結果から、振巾が小さい
時程、基本波或分比率が多く、高次高調波或分比率が少
ない傾向にあることが知られている。

したがって本考案のアナログスイッチを用いた間接キー
イング装置の場合も、前述のごとく微小振巾時に高次高
調波戊分に比して基本波戒分を多くするようにしたもの
である。

また本考案は電子オルガンの間接キーイング装置のみな
らず、他の一般のアナログスイッチとしても利用できる
ものである。

以下、本考案の内容について詳述する。

第１図に本考案の一実施例のアナログスイッチを記載す
る。

図中、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の各トランジスタはエンハンス
メントタイプのＰ−チャンネルＭＯＳ ＦＥＴ（ＭＯ
Ｓ型電界効果トランジスタ）であるが、ｎ一チャンネル
ＭＯＳ ＦＥＴであってもさしつかえなく、全く同様
の説明が行える。

■ＤＤ，■ｓｓは各々電源電圧端子、ｖ６６は直流電圧
を印加する端子、ＶＩＮはたとえば鋸歯状波等からなる
楽音信号のアナログ信号を印加する人力端子、ｖｏＩＪ
１は出力端子である。

またＳＷは電子オルガンにおける鍵盤スイッチでこのス
イッチの開閉により楽音信号を接断しようとするもので
ある。

次に第１図の実施例の動作について説明する。

今、本実施例の具体例として、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の各電
界効果トランジスタ（以後ＦＥＴとする）の相互コンダ
クタンス、閾値電圧は等しいとし、さらに閾値電圧はＶ
，＝−Ｉｖとする。

また、■ＤＤ＝１５ｖ ， Ｖｓｓ ＝Ｏｖ ， Ｖｃ
ｃ ＝ １５ｖとする。

第１のＦＥＴ（Ｑ）はゲートとドレインが共通になって
いるので常に−ＶＤ−＞−Ｖ６−Ｖ一となり、飽和領域
で動作する。

ただし、ＶＤはＭＯＳ ＦＥＴのドレイン電圧、ｖ６
はゲート電圧、ＶＴはチャンネルの閾値？圧である。

次に鍵盤スイッチＳＷを閉じた場合を考えると、Ｖｃｃ
＝Ｖｃｚ＝ １５ Ｖであり第２のＦＥＴ（Ｑ２）は完
全にオン状態となっている。

さらに上記第２のＦＥＴ （Ｑ２ ）の動作領域は３極
管特性領域であり、いわゆる定抵抗領域である。

つまり第２のＦＥＴ（Ｑ２）のドレインソース間での電
圧降下は端子ＶＤＤから端子Ｖｓｓに流れる電流に比例
し、その電流値は端子■ＩＮへ印加される信号振巾で決
まる。

ここで第３のＦＥＴのゲー｝ＶＩＮへ印加されるアナロ
グ信号の電圧値が上記第３のＦＥＴのドレイン電圧ｖＤ
１よりも絶対値の比較において小さい状態であるなら、
上記第３のＦＥＴ（Ｑ３）も上記第１のＦＥＴ （Ｑｌ
）と同様、飽和状態で動作することになる。

このことは、第２のＦＥＴ（Ｑ２）のゲート電圧ｖ６が
充分高くて、３極管特性領域にある場合、実現すること
は容易である。

本実施例では端子ｖ１Ｎへ印加される入力アナログ信号
を鋸歯状波とし、信号振巾を−２Ｖ〜−５■とする。

したがって鍵盤スイッチＳＷが閉じた状態では、第１の
ＦＥＴ （Ｑ１）を負荷トランジスタとし、第３のＦＥ
Ｔ（Ｑａ）をドライバー用トランジスタとしてインバー
タと、ほとんど同様の状態となり、しかも第３のＦＥＴ
（Ｑａ ）は飽和領域で動作しているのであるから、
入出力の波形は第２図の実線ａ，ａ′に示すようになり
、伝達特性の直線性の優れたものとなり、またダイナミ
ックレンジも充分広いものとなる。

第２図の一点鎖線ｂ，ｂ’には比較のため、入力信号の
ピーク値がｖｓ５（Ｏｖ）とＶＰ（−５■）とした場合
の入力波形と出力波形を示している。

入力電圧が図のごとく、ｖｓｓ ＶＴより小さくなっ
た時は、第３のＦＥＴ （Ｑａ ）はカットオフ領域で
あり、出力電圧は一定になってしまう。

したがって入力信号はａのごと＜ＶｓｓＶより小さくな
らないことが望ましい。

次に鍵盤スイッチＳＷが開いた場合には、（実際には第
４図に示す如くコンデンサＣとインピーダンスＺを介し
て、第２のＦＥＴ （Ｑ２ ）のゲート■。

はＶ５．に接続しておく必要があるが）、第２のＦＥＴ
（Ｑ２）はカットオフとなって出力Ｖ。

Ｕ１にはほぼＶ。

Ｄの電圧が現われる。以上第２のＦＥＴ（Ｑ２）が完全
にオンした場合と？フした場合について述べたが、電子
オルガンにおいては、立上り時間、立下り時間を制御す
るのが一般的である。

したがって本実施例において、第２のＦＥＴ（Ｑ２）の
ゲート電圧■。

２を■５８がらｖｏ６まで変化させる場合を考慮し、そ
の場合の出力波形について述べる。

上記ゲート電圧Ｖ６を＝１５Ｖから−２Ｖまで変化させ
た時の鋸歯状波入力に対する出力電圧波形を第３図に示
す。

Ｖｏ２１５Ｖの時には前述のごとく伝達特性が入力振巾
全体にわたって直線のため図中ａ′の波形のように出力
波形もほぼ完全な鋸歯状波となる。

ＳＷを開きコンデンサＣの電荷をインピーダンスＺを通
じて放電させることにより、上記ゲート電圧■６を徐々
に−１４ Ｖ， −１３ Ｖ， −１２ Ｖ・・・と下
げていくと、第２のＦＥＴ（Ｑ２ ）は非飽和領域（す
なわち３極管特性領域）から飽和領域で動作するように
なる。

また、第３のＦＥＴ（Ｑ３）は入力電圧が−５Ｖ付近で
は、ドレイン電圧ＶＤ１が下ってくるためにこれまでの
飽和領域での動作から非飽和領域での動作に移ることに
なる。

すなわち第２のＦＥＴ（Ｑ２）のゲート電圧Ｖ。

２を下げていくことにより、第２，第３のＦＥＴは、そ
れぞれ飽和領域、飽和領域で動作するか、あるいは飽和
領域、非飽和領域で動作することとなり、第２のＦＥＴ
（Ｑ２）のドレインの電圧（すなわち出力電圧）波形は
第３図のｂ， Ｃ， ｄに示すように徐々にピークが
つぶれた波形となる。

この時の波形を構威している周波数威分は、ＶＧ２ ＝
１５ Ｖの時の鋸歯状波に比して、■Ｇ２＝１０Ｖ
−５Ｖ，−２Ｖと第２のＦＥＴ （Ｑ２）のゲート電圧
が下るにつれて、その基本波或分の比率が多くなり、高
次高調波或分の比率が減衰する。

このことは実験および電子計算機によるシュミレーショ
ンにより確認された。

したがって出力波形は、立ち上り、立ち下り時の振巾の
小さい時ほど高次高調波戒分が少ないという結果となり
、前述の自然楽器の立ち上り、立ち下りに近い出力波形
を得ることができる。

第４図には立ち下り時のエンベロープ制御（電子栗器で
のサステイン効果）を行う電荷蓄積用コンデンサーＣと
放電用インピーダンス素子Ｚおよび、鋸歯状波（または
階段波等）を分周して希望の分周比率の鋸歯状波（また
は階段波等）を得る鋸歯状波（または階段波等）分周回
路１とを、上？本発明の実施例にかかる第１図のアナロ
グスイッチに接続する場合の構或例を示す。

第２のＦＥＴ（Ｑ２）のゲート電圧Ｖ６２は鍵盤スイッ
チＳＷが開いた後も、電荷蓄積用コンデンサーＣに蓄積
された電荷が放電用インピーダンス素子Ｚによって放電
されつくすまで、■６６から徐々に下っていきその結果
出力端子ｖｏＵｏには第３図に示したごとく、徐々にそ
の周波数戒分比が変化する鋸歯状波が得られ、放電終了
により信号は遮断される。

上記の実施例は、第１のＦＥＴ（Ｑｉ）のゲートがドレ
インと共通になっている場合であったが、ゲートは第５
図の第２の実施例に示すように必ずしもドレインと共通
にする必要はなく、上記第１のＦＥＴ（Ｑ）の動作領域
が飽和領域であれば、前述の実施例と全く同じ結果が得
られ、また非飽和領域で動作せしめるようゲート電圧ｖ
６を定めると、第２のＦＥＴ（Ｑ２）のゲート電圧Ｖ６
を充分高くしても第３図のｂに示すような出力波形が得
られ、出力波形の高次高調波或分を常に鋸歯状波よりも
減衰させる場合には有効である。

第６図は第３の実施例で出力端子を第３のＦＥＴ （Ｑ
３）のドレインから取り出し■。

ＵＴ’としたものである。

ＶｏＵＴ′より得た出力波形は直流レベルが第２のＦＥ
Ｔ（Ｑ２）のゲート電圧Ｖ６。

の変化により大巾に変動するが、直流分を除いた出力波
形そのものは第１の実施例（第１図）の場合とほとんど
同様であり、問題はない。

また、第５図の実施例において、第１図のＦＥＴ（Ｑ１
）のゲート電極■６に適当な電圧波形を有する交流電圧
を印加し、それを振巾制御電圧として、出力信号の振巾
変調を行うことも可能である。

すなわち第５図によれば、従来電子オルガンにおいて行
われていた振巾変調を回路を新たに設けることなく、キ
ーイングと同時に行えるという利点が生ずる。

以上のように、本考案はソース、ドレイン、ゲートを有
する第１，第２の電界効果トランジスタ、およびソース
、ドレイン、ゲートを有し、相互コンダクタンスが上記
第１の電界効果トランジスタの相互コンダクタンスに等
しい第３の電界効果トランジスタを備え、上記第１の電
界効果トランジスタのゲートに直流電圧または振巾変調
電圧を印加し、上記第２の電界効果トランジスタのゲー
トに信号の接断および信号振巾の制御を行う制御電圧を
印加し、上記第３の電界効果トランジスタを飽和領域で
動作させるべく上記第３の電界効果トランジスタのゲー
トにアナログ信号を印加し、さらに上記第１の電界効果
トランジスタのソースを上記第２の電界効果トランジス
タのドレインに、上記第２の電界効果トランジスタのソ
ースを上記第３の電界効果トランジスタのドレインに接
続し、上記第１の電界効果トランジスタのドレインと上
記第３の電界効果トランジスタのソースとの間に直流電
圧を印加し、上記第２の電界効果トランジスタのドレイ
ンまたは上記第３の電界効果トランジスタのドレインを
出力端子とし、上記アナログ信号を上記制御電圧によっ
て接断し、かつ振巾の制御を行うようにしたものである
から、次のような優れた効果が得られる。

（１）負荷として動作する第１の電界効果トランジスタ
と第３の電界効果トランジスタの相互コンダクタンスを
等しくし、これらの電界効果トランジスタが同じ飽和領
域で動作するようにしているから、入出力特性の直線性
のよいキーイング装置が実現できる。

（２）電子オルガンの間接キーイング装置としては、立
ち上り、立ち下り時に自然楽器に近いスペクトラムエン
ベロープが得られる。

（３）サステイン用放電素子および鋸歯状波分周回路等
とモノリシックに構或できるため、電子オルガンの構或
が簡単となり、かつ信頼性のよいオルガンシステムが得
られる。

（４）本アナログスイッチをモノリシツク集積回路上に
構或した場合には、製造ロット間でＦＥＴの相互コンダ
クタンスが変動しても、１チツプ内の各ＦＥＴの相互コ
ンダクタンスの相対的なバラツキは極めて少ないために
ゲイン変動は少ない。

また閾値電圧の変動に対してはダイナミックレンジが狭
くなるのみでゲインの変動はない。

したがってモノリシックにした場合は、アナログスイッ
チとしての基本的な特性に対して、ＦＥＴの各特性パラ
メータの製造ロット間のバラツキはほとんど影響しない
。

（５）電子オルガンにおけるトレモロ効果等を実現する
振巾変調をキーイングと同時に行うことができる。

以上のように、本考案のアナログスイッチは伝達特性の
直線性がすぐれ、モノリシツク化に適するとともに、電
子オルガンにおけるキーイング装置等にすぐれた効果を
発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のアナログスイッチの第１の実施例の回
路構戊図、第２図はその入出力波形図、第３図は第１図
のＱ３の制御電圧を変えた時の出力波形図、第４図は第
１図のアナログスイッチを用いたサステイン効果回路と
鋸歯状波分周回路を接続した回路構或図、第５図は本考
案のアナログスイッチの第２の実施例の回路構或図、第
６図は本考案のアナログスイッチの第３の実施例の回路
構或図である。 Ｑ１・・・・・・第１のＦＥＴ． Ｑ２・・・・・・第
２のＦＥＴ， Ｑ３・・・・・・第３のＦＥＴ、■ＤＤ
，■５．・・・・・・電源電圧端子、ｖ６６・・・・・
・直流電圧印加端子、ｖ１Ｎ・・・・・・アナログ信号
印加（入力）端子、ｖｏＵ．・・・・・・出力端子、Ｓ
Ｗ・・・・・・スイッチ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ソース、ドレイン、ゲートを有する第１，第２の電界効
   果トランジスタ、およびソース、ドレイン、ゲートを有
   し、相互コンダクタンスが上記第１の電界効果トランジ
   スタの相互コンダクタンスに等しい第３の電界効果トラ
   ンジスタを備え、上記第１の電界効果トランジスタのゲ
   ートに直流電圧または振巾変調電圧を印加し、上記第２
   の電界効果トランジスタのゲートに信号の接断および信
   号振巾の制御を行う制御電圧を印加し、上記第３の電界
   効果トランジスタを飽和領域で動作させるべく上記第３
   の電界効果トランジスタのゲートに矩形波以外のアナロ
   グ信号を印加し、さらに上記第１の電界効果トランジス
   タのソースを上記第２の電界効果トランジスタのドレイ
   ンに、上記第２の電界効果トランジスタのソースを上記
   第３の電界効果トランジスタのドレインに接続し、上記
   第１の電界効果トランジスタのドレインと上記第３の電
   界効果トランジスタのソースとの間に直流電圧を印加し
   、上記第２の電界効果トランジスタのドレインまたは上
   記第３の電界効果トランジスタのドレインを出力端子と
   し、上記アナログ信号を上記制御電圧によって接断し、
   かつ振巾の制御を行うことを特徴とするアナログスイッ
   チ。