直結アンプ

直接結合増幅器[ ^1]またはDC増幅器は、増幅器の1つのステージの出力が次のステージの入力に結合され、ゼロ周波数の信号（直流とも呼ばれる）が入力から出力に通過できるようにするタイプの増幅器です。これは、より一般的な直接結合の応用です。これは、1955年にHarold J PazとFrancis P. Keiper Jr.によって発明されました。これは、Lee de Forestによって設計された三極真空管増幅器に取って代わりました。現在、ほとんどすべての真空管回路設計は、直接結合トランジスタ回路設計に置き換えられています。これは、結合コンデンサを含まない最初のトランジスタ増幅器設計です。直接結合増幅器により、結合コンデンサがなくなることでアナログ回路を小型化できるようになり、コンデンサに依存する低周波制限がなくなりました。

パスは、1950 年 12 月から 1952 年 4 月まで ベル研究所でインターンとして働き、そこでのキャリアをエンジニアリング補助員としてスタートしました。パスは、立ち上がり時間、RC タイミング定数、アルファ係数など、いくつかのトランジスタ パラメータをテストして、それらがトランジスタ回路設計に与える影響を調べる作業に取り組みました。その後、1953 年 6 月から 1953 年 9 月までRCAで夏期学生エンジニアリング インターンとして働きました。パスは、さまざまな無線周波数におけるトランジスタのノイズ係数に対するいくつかの変数の影響を調べる任務を負いました。この研究の結果、パスは Phantom と呼ばれる最初のトランジスタ ベースのワイヤレス マイクを設計しました。RCA はパスの設計に興味を持ち、子会社のNational Broadcasting Company に新しいマイクの存在を知らせました。RCA は、1954 年 7 月 16 日にこのマイクの特許 US2,810,110 を申請することを決定し、1957 年 10 月 15 日に認可されました。

1954 年 6 月、パスはPhilcoでエンジニアの職に就き、トランジスタ製品エンジニアリング グループに配属されて、R. Brown の直接結合スイッチング回路の動作理論を研究しました。スイッチング回路ではトランジスタ 1 つにつき抵抗器 1 つが使用され、部品点数の少なさで当時としては画期的でした。トランジスタは主に、ソリッド ステート デジタル コンピュータの作成に役立つオン/オフ デジタル デバイスとして使用されていました。スイッチング回路の理論を理解した後、パスは直接結合の「トリプレット」を発明しました。これは、トランジスタ増幅段ごとに抵抗器を 1 つだけ使用する 3 段リニア アンプです。この時期に、パスはトランジスタ研究部門にいたRobert Noyceを紹介されました。直接結合アンプは、 Bob Widlarによる Fairchild の uA709 オペアンプの開発に影響を与えました。Noyce はFairchild Semiconductorsの創設者の 1 人であったため、このことを知っていました。

直結型アンプは、シリコン合金トランジスタで構築された回路を使用したフィルコのマークI補聴器の基礎でもあります。補聴器は、US3030586特許のトリプレットの応用として図5に記載されています^[1]

その後、パスは1955年8月にRCAに戻り、大量の電力を調整および制御できる小型トランジスタを使用した電源の設計に取り組みました。この研究の結果、パスが設計した新しい回路が生まれ、RCAの社内学術誌であるIndustry Service Laboratoryに掲載されました。^[2]パスは後に国際無線技術者協会でその設計を発表し、1957年のIRE大会でその研究結果を発表しました。

パズは、ラックマウントアンプ製品ラインで使用できるトランジスタ回路設計を含む、RCA 向けのさまざまなトランジスタアンプ設計に取り組み続けました。このトランジスタ回路は、プロ用ターンテーブル用のトランジスタプリアンプイコライザーになりました。パズは、1957 年のオーディオエンジニアリングコンベンションで論文を提出しました。^[3]その他の製品には、「ハイブリッド」トランジスタパワーアンプがあります。これは、30 サイクルから 15,000 サイクルまで 0.333% 未満の歪みを実現した最初の 10 ワットアンプでした。また、RCA 2N301 パワートランジスタと互換性がありました。低歪みのトランジスタパワーアンプは、Electronics Industries誌に掲載され、パズは 1959 年の IRE 全国大会でその研究結果を発表しました。

「DC アンプ」という用語の一般的な使用は、「直流アンプ」を意味するものではありません。このタイプは、直流信号と交流信号の両方に使用できるためです。直接結合アンプの周波数応答はローパス フィルタに似ているため、「ローパス アンプ」とも呼ばれます。DC (ゼロ周波数) の増幅はこのアンプによってのみ可能であるため、後に差動アンプとオペアンプの構成要素になります。さらに、モノリシック集積回路技術では、大きな結合コンデンサを製造することはできません。

従来のシングルエンドアンプを縦続接続した直接結合アンプは、時間と温度による出力電圧のドリフトの影響を受けます。多くの高ゲインアプリケーションでは、ドリフトに対処するためにオフセット調整を行う必要があります。ドリフトの問題は差動アンプを使用することで克服できます。^[4]

直接結合アンプは、電圧レギュレータ、サーボドライブ、その他の計装アンプに使用され、差動アンプやオペアンプの構成要素にもなります。

• 静電容量結合