JP2515229Y2 - 絶対値回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は高精度整流回路として用いられる絶対値回路
の改善に関する。

（従来の技術） 絶対値回路は入力電圧の極性に拘わらず、常に入力電
圧の絶対値に比例した正の電圧を出力する回路である。
オペアンプを用いた絶対値回路は、計測分野では古くか
ら高精度整流回路の一つとして用いられて来た。この絶
対値回路の一例を第３図に示す。図において、（イ）図
はその回路の一例を示す図で、（ロ）図は（イ）図の回
路の入出力特性である。この回路において、オペアンプ
A₁と抵抗R₁，R₂及びダイオードD₁，D₂とで直線検波回路
を構成し、オペアンプA₂と抵抗R₃，R₄，R₅とで加算回路
を構成している。

（考案が解決しようとする課題） ところで、この絶対値回路において、入力電圧、v₁が
v₁＞０のとき、オペアンプA₁の出力側のv₀′は となる。

v₁が正のとき、v₀′は負となるので、オペアンプA₁，A₂
を動作させるためには正電源と負電源の２電源を必要と
していた。

本考案は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的
は、出力として正電圧のみが必要なので、供給する電源
も正電源のみで負電源の必要のない絶対値回路を実現す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 前記の課題を解決する本考案は、一定の基準電圧を有
する基準電源と、該基準電源に並列に接続され、前記基
準電圧を２等分する２個の抵抗と、前記基準電源に接続
され、前記基準電圧を２等分すると共に直列に入力交流
電源が接続されている２個の抵抗と、各回路に電流を供
給する直流電源に直列に抵抗を挾んで接続される素子を
含む少なくとも３個の素子で構成される第１のカレント
ミラー回路と、前記抵抗に接続されている素子を除く前
記第１のカレントミラー回路を構成する素子にそれぞれ
その構成素子が直列に接続されており、入力交流電源の
負のサイクルに一方の構成素子のコレクタ電流が増加す
る第３のカレントミラー回路と、前記直流電源に直列に
前記抵抗を挾んで接続される素子を含む少なくとも３個
の素子で構成される第２のカレントミラー回路と、前記
抵抗に接続されている素子を除く前記第２のカレントミ
ラー回路を構成する素子と、前記第３のカレントミラー
回路を構成する素子との間にそれぞれその構成素子が接
続されており、入力交流電源の正のサイクルに一方の構
成素子のコレクタ電流が増加する第４のカレントミラー
回路と、前記入力交流電流の負のサイクルに前記第２の
カレントミラー回路の構成素子のコレクタ電流の増加分
だけの電流を一方の素子に流し、他方の素子にその増加
分の電流を出力する第５のカレントミラー回路と、前記
入力交流電源の正のサイクルに前記第４のカレントミラ
ー回路の構成素子のコレクタ電流の増加分だけの電流を
一方の素子に流し、他方の素子にその増加分を出力する
第６のカレントミラー回路と、該第６のカレントミラー
回路の出力電流に基づいて前記コレクタ電流の増加分の
電流を出力する第７のカレントミラー回路と、前記入力
交流電源の負のサイクルに第５のカレントミラー回路の
出力電流が流され、正のサイクルに第７のカレントミラ
ー回路の出力電流が流され、前記入力交流電源の出力電
圧の絶対値電圧を出力する出力抵抗とを具備することを
特徴とするものである。

（作用） 入力交流電源の負のサイクルに第３のカレントミラー
回路の素子の第１のカレントミラー回路の素子を経て流
れる電流が増して第５のカレントミラー回路の一素子に
前記電流の増加分に等しい電流を流し、他の一方の素子
に流れる前記電流に等しい電流を出力抵抗R_Oに流して入
力電圧の絶対値に比例した出力電圧を得る。

入力交流電源の正のサイクルに第４のカレントミラー
回路の素子の第２のカレントミラー回路の素子を経て流
れる電流が増加して、第６のカレントミラー回路の一素
子に前記電流に等しい電流を流し、第７のカレントミラ
ー回路を経て出力抵抗R_Oに前記電流に等しい電流を流し
て出力抵抗×出力電流の値に等しい出力電圧を得る。

（実施例） 以下、図面を参照して本考案の実施例を詳細に説明す
る。

実施例１ 第１図は本考案の一実施例のブロック図である。図に
おいて、１は基準電圧V_refを与える基準電源で、２個の
抵抗R_rによってバイアス電圧供給点ＡにV_ref/2のバイア
ス電圧を供給し、２個の抵抗R_inによってバイアス供給
点Ｂに同じくV_ref/2のバイアス電圧を供給している。２
は少なくとも３個の素子で構成され、１個は抵抗R_Bを介
して第２カレントミラー回路３の一素子と直列接続さ
れ、一定のコレクタ電流を流しており、他の２個の構成
素子はそれぞれ第３カレントミラー回路４の各素子に接
続されている第１カレントミラー回路である。第２カレ
ントミラー回路３は同様に少なくとも３個の素子で構成
され、１個は抵抗R_Bを介して第１カレントミラー回路２
に直列接続されて素子に一定の電流を流している。他の
２個の素子は第４カレントミラー回路５の各素子に接続
されている。

６は入力交流電源V_inの負のサイクルに第３カレント
ミラー回路４の構成素子の電流の増加分だけの電流を一
方の素子に流し、他方の素子から同量の電流を出力抵抗
R_Oに流す第５カレントミラー回路である。

７は入力交流電源V_inの正のサイクルに第４カレント
ミラー回路５の構成素子の電流の増加分だけの電流を一
方の素子に流し、他方の素子から同量の電流を第７カレ
ントミラー回路８から引き出す第６カレントミラー回路
である。第７カレントミラー回路８はそのミラー効果に
より他方の素子から出力抵抗R_Oに電流を流して入力交流
電源V_inの出力電流をその電流値に比例した絶対値電圧
として出力する。

次に、上記のように構成された実施例の動作を説明す
る。図のＡ点におけるバイアス電圧V_Aは基準電源１の電
圧V_refが２個の抵抗R_rによって分割されたV_ref/2であ
る。又、Ｂ点における直流のバイアス電圧V_Bは基準電源
１の電圧V_refが２個の抵抗R_inによって分割されたV_ref/
2である。今、入力交流電源V_inが負のサイクルの時第３
カレントミラー回路４の素子の電流が増して（実線の矢
印の電流）、第５カレントミラー回路６に前記素子電流
の増加分に等しい電流を流し、ミラー効果により、出力
抵抗R_Oに前記増加分の電流を流し、出力電圧V_Oを得る。

入力交流電源V_inの正のサイクルにおいて、破線の矢
印で示す方向に電流が第４カレントミラー回路５の素子
に電流の増加分として流れ、その増加分は第６カレント
ミラー回路７の素子に流れる。この電流はミラー効果に
より他方の素子に流れて、第７カレントミラー回路８の
一方の素子の電流となり、ミラー効果により他方の素子
から出力抵抗R_Oに入力交流の負サイクルの場合と同一方
向に電流を流して出力電圧V_Oを得る。

実施例２ 第２図は本考案の実施例の細部を示す回路図である。
図において、次に示す回路を構成している各回路の構成
トランジスタはそれぞれ全く等しい形状であり、又、こ
れらはIC基板上に極めて近接して配置され、温度は等し
いものとする。

（１）PNPトランジスタQ₁，Q₃，Q₇は第１カレントミラ
ー回路２を構成している。

（２）NPNトランジスタQ₂，Q₆，Q₁₀は第２カレントミラ
ー回路３を構成している。

（３）NPNトランジスタQ₄，Q₈は第３カレントミラー回
路４を構成している。

（４）PNPトランジスタQ₅，Q₉は第４カレントミラー回
路５を構成している。

（５）PNPトランジスタQ₁₁，Q₁₃は第５カレントミラー
回路６を構成している。

（６）NPNトランジスタQ₁₂，Q₁₅は第６カレントミラー
回路７を構成している。

（７）PNPトランジスタQ₁₄，Q₁₆は第７カレントミラー
回路８を構成している。

基準電源１に並列に接続された２個の抵抗R_rの接続点
は、トランジスタQ₄とトランジスタQ₅の接続点Ａに接続
されている。又、基準電源１に並列に接続された２個の
直列接続抵抗R_inの回路には入力交流電源V_inが直列に接
続されている。２個の抵抗R_inの接続点はトランジスタQ
₈，Q₉の接続点Ｂに接続されている。

又、トランジスタQ₃とQ₄及びトランジスタQ₅とQ₆とは
接続点Ａを経て直列に接続されており、トランジスタQ₇
とQ₈及びトランジスタQ₉とQ₁₀は接続点Ｂを経て直列に
接続されている。更にトランジスタQ₁₄とトランジスタQ
₁₅とは直列に接続されている。又、トランジスタQ₁₃と
トランジスタQ₁₆のコレクタは接続されて、出力抵抗R_O
を介して接地されている。

次に上記のように構成された実施例の動作を説明す
る。今、各トランジスタQ_nのコレクタ電流をI_cnとし、
ベース・エミッタ電圧をV_BEnとする。又、すべてのトラ
ンジスタのh_FEは十分大きいものとする（h_FE＞100）。
又、ベース電流は無視するものとする。

先ず、電圧電流変換部（V/I部、トランジスタQ₁〜
Q₁₀）のバイアス条件について考察する。接続点Ａの電
圧V_AはV_refを２個の抵抗R_rで分割されているので、 である。

又、ダイオード接続されたトランジスタQ₁，Q₂のコレ
クタには抵抗R_Bによって電流I_c1，I_c2が流れる。I_c1とI
_c2は等しく、これをI_bとする。

トランジスタQ₁，Q₃，Q₇はカレントミラー回路を構成し
ているので、 I_c3＝I_c7＝I_c1＝I_cb …（３） 同様に、トランジスタQ₂，Q₆，Q₁₀はカレントミラー回
路を構成しているので、 I_c6＝I_c10＝I_c2＝I_b …（４） V_in＝０の場合について考察する。

V_in＝０の場合のＢ点の電圧V_Bは、V_refを抵抗R_inで２等
分しているため次式のようになる。

従って、次式が得られる。

V_BE4＝V_BE8 …（６） V_BE5＝V_BE9 …（７） 上式から、トランジスタQ₄，Q₈の動作条件は等しいの
でそのコレクタ電流も等しい。

I_c4＝I_c8＝I_c3＝I_b …（８） 同様にして、 I_c5＝I_c9＝I_c6＝I_b …（９） （８）式、（９）式から I_x＝I_c9−I_c8＝I_b−I_b＝０ I_y＝I_c5−I_c4＝I_b−I_b＝０ トランジスタQ₇，Q₈，Q₁₁の接続点にキルヒホッフの第
１法則を適用すると、 I_c7＋I_c11−I_c8＝０ …（10） ∴I_c11＝I_c8−I_c7 …（11） ＝I_b−I_b＝０（（３）式、（８）式から） 同様に、トランジスタQ₉，Q₁₀，Q₁₂の接続点において、
（４）式、（９）式から、 I_c9＋I_c12−I_c10＝０ …（12） ∴I_c12＝I_c10−I_c9 …（13） ＝I_b−I_b＝０ トランジスタQ₁₁，Q₁₃はカレントミラー回路を構成して
いるので、（11）式から、 I_c11＝I_c13＝０ …（14） 同様に、トランジスタQ₁₂，Q₁₅及びトランジスタQ₁₄，Q
₁₆はカレントミラー回路を構成しているので、（13）式
から、 I_c12＝I_c15＝０ …（15） I_c16＝I_c14＝I_c15＝０ …（16） 出力抵抗R_Oを流れる電流I_Oは、トランジスタQ₁₃，Q₁₆の
コクレタ電流の和なので、（14）式、（16）式から I_O＝I_c13＋I_c16＝０ …（17） 従って、出力電圧V_Oは次式のようになる。

V_O＝I_OR_O＝０ …（18） 即ち、入力電圧V_inが０のとき、出力電圧V_Oは0Vとな
る。

次に、V_in≠０の場合について考察する。I_in，
I_comp，I_xは次式の通りになる。

ところで、一般にトランジスタのV_BEは次のように書
くことができる。

但し、k :ボルツマン定数 T :絶対温度 q :電子の電荷量 I_E：エミッタ電流 I_S：飽和電流 エミッタ電流がバイアス点I_EOからΔI_E変化したとする
とこれによるV_BEの変化ΔV_BEは次式のようになる。

今、I_xが流れることによって起こるV_Bの変化はI_xが正の
時はV_BE9の変化ΔV_BE9であって、次式のようになる。

今、I_x／I_b≒0.1になるようにR_inを選ぶと、室温で
は、kT/q≒26mVとなるので、 ΔV_BE9＝26×10^-3×0.1＝2.6×10^-3 …（25） （25）式からV_BE9の変化はバイアス点V_Bの電圧に比べて
十分小さく無視してもよい。即ち、V_ref＝5Vとすれば、
V_B＝2.5Vで、ΔV_BE9は約1000分の１である。V_BE9が増加
すれば、V_BE8は減少するので、I_c8は減少するが、これ
によりトランジスタQ₇が飽和してI_c7がI_bから減少し、I
_c7＝I_c8になったところでバランスする。従って、（1
1）式から I_c11＝I_c8−I_c7＝０ （19）式、（20）式、（21）式に（５）式を代入する
と、 ここで、V_in＜０の場合と、V_in＞０の場合についてそ
の動作を説明する。

（１）V_in＜０ （26）式から 従って、I_c8がI_bからI_xだけ増加する。

I_c8＝I_b＋｜I_x｜ …（27） I_c7はI_bが一定であるから、（11）式、（27）式、
（３）式から I_c11＝I_c8−I_c7 ＝I_b＋｜I_x｜−I_b ＝｜I_x｜ …（28） トランジスタQ₁₁とQ₁₃はカレントミラー回路を構成して
いるので、（28）式から、 I_c13＝I_c11＝｜I_x｜ …（29） 図中に示すI_xの方向を正とする。

前述のようにI_c9はI_bのまま変化しないものとして、 I_c12＝I_c15＝I_c16＝０ …（30） 以上のことから 次に、V_in＞０になると、 従って、I_c9がI_bからI_xだけ増加する。

I_c9＝I_b＋I_x …（33） I_c10はI_b一定なので、 I_c12＝I_c9−I_c10 ＝I_b＋I_x−I_b＝I_x …（34） トランジスタQ₁₂とQ₁₅及びトランジスタQ₁₄とQ₁₆とがそ
れぞれカレントミラー回路を構成しているので、（34）
式から I_c16＝I_c15＝I_c12＝I_x …（35） 前述のようにI_c8はI_bのまま変化しないものとして、 I_c11＝I_c13＝０ …（36） （32）式，（35）式，（36）式から （31）式と（37）式とから （38）式からV_in≠０のとき、出力電圧V_Oは入力電圧V_in
の絶対値であることが分る。V_in＝０のときは（18）式
からV_O＝０、なので総合して（38）式が成立し、第３図
（ロ）のような特性が得られる。

各抵抗の値、電圧値の一例を挙げると、 ｜V_in｜_max＝5Vのとき、 V_cc＝V_ref＝5V R_B＝50kΩ R_r＝1kΩ、 R_in＝750kΩ R_O＝750kΩ このとき、V_{O max}は（38）式から次式のようになる。

V_{O max}＝｜V_in｜_max＝5V （発明の効果） 以上詳細に説明したように本考案によれば、正電源の
みで絶対値回路を構成することができ、実用上の効果は
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１の実施例のブロック図、 第２図は本考案の第２の実施例の回路図、 第３図は従来の絶対値回路の回路図とその入出力特性の
図である。 １……基準電源、２……第１カレントミラー回路 ３……第２カレントミラー回路 ４……第３カレントミラー回路 ５……第４カレントミラー回路 ６……第５カレントミラー回路 ７……第６カレントミラー回路 ８……第７カレントミラー回路 R_B，R_r，R_in……抵抗 R_O……出力抵抗

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一定の基準電圧を有する基準電源（１）
   と、 該基準電源（１）に並列に接続され、前記基準電圧を２
   等分する２個の抵抗（R_r）と、 前記基準電源（１）に接続され、前記基準電圧を２等分
   すると共に直列に入力交流電源（V_in）が接続されてい
   る２個の抵抗（R_in）と、 各回路に電流を供給する直流電源（V_cc）に直列に抵抗
   （R_B）を挾んで接続される素子を含む少なくとも３個の
   素子で構成される第１のカレントミラー回路（２）と、 前記抵抗（R_B）に接続されている素子を除く前記第１の
   カレントミラー回路（２）を構成する素子にそれぞれそ
   の構成素子が直列に接続されており、入力交流電源（V
   _in）の負のサイクルに一方の構成素子のコレクタ電流が
   増加する第３のカレントミラー回路（４）と、 前記直流電源（V_cc）に直列に前記抵抗（R_B）を挾んで
   接続される素子を含む少なくとも３個の素子で構成され
   る第２のカレントミラー回路（３）と、 前記抵抗（R_B）に接続されている素子を除く前記第２の
   カレントミラー回路（３）を構成する素子と、前記第３
   のカレントミラー回路（４）を構成する素子との間にそ
   れぞれその構成素子が接続されており、入力交流電源
   （V_in）の正のサイクルに一方の構成素子のコレクタ電
   流が増加する第４のカレントミラー回路（５）と、 前記入力交流電流（V_in）の負のサイクルに前記第２の
   カレントミラー回路（３）の構成素子のコレクタ電流の
   増加分だけの電流を一方の素子に流し、他方の素子にそ
   の増加分の電流を出力する第５のカレントミラー回路
   （６）と、 前記入力交流電源（V_in）の正のサイクルに前記第４の
   カレントミラー回路（５）の構成素子のコレクタ電流の
   増加分だけの電流を一方の素子に流し、他方の素子にそ
   の増加分を出力する第６のカレントミラー回路（７）
   と、 該第６のカレントミラー回路（７）の出力電流に基づい
   て前記コレクタ電流の増加分の電流を出力する第７のカ
   レントミラー回路（８）と、 前記入力交流電源（V_in）の負のサイクルに第５のカレ
   ントミラー回路（６）の出力電流が流され、正のサイク
   ルに第７のカレントミラー回路（８）の出力電流が流さ
   れ、前記入力交流電源（V_in）の出力電圧の絶対値電圧
   を出力する出力抵抗（R_O）とを具備することを特徴とす
   る絶対値回路。