JP2935781B2 - 等価フローティング抵抗回路 - Google Patents

等価フローティング抵抗回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路等におい
て形成される等価フローティング抵抗回路に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】電子回路において、従来、一般に抵抗は
受動素子を用いているが、用途によっては抵抗値を電気
的に制御する必要がある。その場合、離散的な値で問題
なければD/A変換器が用いられることがあり、もっと
簡単にブリーダ回路と電子スイッチで実現させることも
ある。また、直線性が重要でなければ、FETのゲート
電圧を制御に用いて等価可変抵抗を実現している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、D/A
変換器を用いると、回路規模が大きくなるとともに抵抗
値を連続的に変化させることができないという欠点が生
じる。また、FETを用いる方法は集積回路の製造工程
で通常の工程以外の工程が必要になり、コスト的に不利
になる。
【0004】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、バイポーラ集積回路の標準的な製造方法で実
現でき、且つ連続的に抵抗値を可変可能で、応用範囲の
広い等価フローティング抵抗回路を提供することを目的
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の等価フローティング抵抗回路は、順方向と逆方向
とで同一の特性を示すとともにコレクタとエミッタを入
出力端子とするPNPトランジスタと、前記コレクタと
エミッタの電位差を検出する検出回路と、前記検出回路
による検出電圧の絶対値に比例した信号を発生する信号
発生回路と、前記信号発生回路で発生した信号を増幅或
いは減衰して前記PNPトランジスタの導通度を制御す
るためのベース電流を発生する利得制御回路とから構成
されている。
【0006】
【作用】このような構成によると、PNPトランジスタ
のコレクタ・エミッタ間の電位差をVCE、そのコレクタ
とエミッタの電位差VCEを検出する検出回路の比例定数
をgm、PNPトランジスタのコレクタ電流とベース電
流の比をhfe、利得制御回路の利得をAとすると、P
NPトランジスタのベース電流IBは、 IB=A・gm・|VCE|/hfe である。従って、PNPトランジスタのコレクタ電流I
CはA・gm・|VCE|となり、VCEの絶対値に比例す
る。そして、Aを変えることによって等価抵抗値を変え
ることができる。
【0007】
【実施例】本発明を実施した等価フローティング回路の
構成図を図1に示す。同図において、1は順逆両方向の
特性が同一のPNPトランジスタであって、そのコレク
タは端子100に接続され、エミッタは端子200に接
続されている。このPNPトランジスタの半導体集積回
路装置における平面的な構成を図3に示す。同図におい
て、50は島、51はコレクタ領域、52はエミッタ領
域、53はベース領域である。
【0008】図1に戻って、2はPNPトランジスタ1
のコレクタとエミッタの電位を比較し、コレクタ側が高
い場合には電位差に比例した電流を出力し、エミッタ側
が高い場合は、電流を出力しない検出回路である。3は
逆にPNPトランジスタ1のエミッタ側の電位が高い場
合のみ同様に電位差に比例した電流を発生する検出回路
である。これらのトランジスタ2と3の出力を加算する
ことによってPNPトランジスタ1のコレクタとエミッ
タの電位差の絶対値に比例した電流を得て、この電流を
PNPトランジスタ4のエミッタに供給する。
【0009】トランジスタ4は前記トランジスタ1と同
一形状・同一特性となるように形成されている。そし
て、このPNPトランジスタ4のベース電流は端子10
0と端子200の電位差の絶対値に比例した電流のhfe
分の1となる(hfeはエミッタ接地トランジスタの電流
増幅率)。この電流をカレントミラー回路5と電流利得
制御回路6を通してPNPトランジスタ1のベースに接
続して端子100と端子200の間で抵抗特性を実現す
る。電流利得制御回路6は電圧制御回路であって、端子
300を介して印加される制御電圧VCを変えることで
等価抵抗を変えることができる。
【0010】端子100と200間の電位差をVCE、検
出回路2及び3の比例定数をgm、PNPトランジスタ
1及び4のコレクタ電流とベース電流の比をhfe、利得
制御部6の利得をAとすると、PNPトランジスタ1の
ベース電流IBは IB=A・gm|VCE|/hfe である。従って、PNPトランジスタ1のコレクタ電流
Cは、A・gm|VCE|となり、VCEの絶対値に比例
する。また、Aを変えて等価抵抗を変えることができ
る。図4の電圧電流特性図は以上の動作に関連する特性
図である。
【0011】次に図2は上記図1の構成を具体的に示し
ており、同図において、前記PNPトランジスタ1はQ
1で示されている。トタンジスタQ2〜Q7、抵抗R1
及び電流源11、12で上記図1の検出回路2及び3を
構成している。トランジスタQ2、Q3はマルチコレク
タ型をなしており、それぞれのエミッタ電流はマルチコ
レクタで等分されるようになっている。検出回路2及び
3の出力はそれぞれPNPトランジスタQ8、Q11を
通して第1、第2カレントミラー回路5a及び5bへ入
力される。第1カレントミラー回路5aはトランジスタ
Q9とQ10で構成され、また第2カレントミラー回路
5bはトランジスタQ12とQ13で構成されている。
【0012】これらのカレントミラー回路5a、5bの
出力は合成されて、利得制御回路6を成すトランジスタ
Q14とQ15のエミッタに供給される。利得制御回路
6は図示のように接続したトランジスタQ14〜Q19
と抵抗R2、R3と定電流源13とから構成されてお
り、差動対を成すトランジスタQ18のベースには端子
400から基準電圧Vrefが与えられ、トランジスタQ
19のベースには端子300から基準電圧Vrefと制御
電圧±VCが与えられる。
【0013】前記トランジスタQ8、Q11のエミッタ
電流の合計は|V1−V2|/R1、そのベース電流の合
計は、|V1−V2|/(hfe・R1)となる。一方、P
NPトランジスタQ1のベース電流は、R2=R3=R
とすると、 {|V1−V2|/(hfe・R1)}・{(1/2)−VC/2RIE} となり、端子100から端子200への電流I12は、 I12={(V1−V2)/R1}・{(1/2)−VC/2RIE} となる。従って、等価抵抗は、 2R1/{1−(VC/(RIE))} となって、端子100、200の電圧に依存せずに、制
御電圧VCで抵抗値を変化させることができる。
【0014】次に上記図2の実施例についての原理を図
5を参照してより詳細に説明する。ここで、トランジス
タQ1、Q8、Q11の電流増幅率をhfeとする。他の
トランジスタの電流増幅率は充分大きいので、無視する
ことにする。また、PNPトランジスタQ1のコレクタ
側の電圧V1とエミッタ側の電位V2が、V1>V2の
ときはトランジスタQ8、Q9、Q10は動作しないの
で、説明の便宜上、図5からトランジスタQ9、Q10
は削除している。尚、V1<V2のときはトランジスタ
Q11、Q12、Q13がオフとなり、トランジスタQ
8、Q9、Q10が動作してトランジスタQ14、Q1
5のエミッタ電流はV1、V2の大小関係に拘らず、|
ΔI|/hfeとなる。
【0015】以下、V1>V2の場合について説明す
る。まず、トランジスタ11のエミッタにはトランジス
タQ3のコレクタ電流からトランジスタQ5のコレクタ
電流、従ってトランジスタQ2のコレクタ電流を引いた
電流が流れる。この電流ΔIは入力電圧V1とV2の差
に比例しており、(V1−V2)/R1となる。更に、
トランジスタQ11とカレントミラー回路5bを経てト
ランジスタQ13のコレクタからΔI/hfeの電流が出
力され、次の利得制御回路6に入る。
【0016】次に利得制御回路6の動作を図6を参照し
て詳細に説明する。まず、トランジスタQ14、Q1
5、Q16、Q17について考察すると、トランジスタ
の基本式から、トランジスタQ14及びQ15の各コレ
クタ電流Ix、Iyは、 Ix=I0(q/kT)Vbe14y=I0(q/kT)Vbe15 となる。ただし、qは電子の電荷、kはボルツマン定
数、Tは絶対温度、Vbe14はトランジスタQ14のベー
ス・エミッタ間電圧、Vbe15はトランジスタQ15のベ
ース・エミッタ間電圧である。上記式より、 Iy/Ix=e(q/kT)(Vbe15-Vbe14)・・・・・・(1) となる。
【0017】同様にトランジスタQ16、Q17に関し
て、Vbe16、Vbe17をそれらのベース・エミッタ間電圧と
すると、そのエミッタ電流Ib、Iaは、 Ib/Ia=e(q/kT)(Vbe17-Vbe16)・・・・・・(2) となる。トランジスタQ14とQ15のベース電圧Vx
とVyの電位差についてトランジスタQ14、Q15及
びQ16、Q17について考えると、 Vx−Vbe14+Vbe15=Vyx+Vbe16−Vbe17=Vy が成り立つ。
【0018】従って、 Vx−Vy=Vbe14−Vbe15・・・・・・・・・・(3) Vx−Vy=Vbe17−Vbe16・・・・・・・・・・(4) 得られる。上記(1)〜(4)式より、 Ix/Iy=Ib/Ia・・・・・・・・・・・・・(5) となることが分かる。更に、Ix+Iy=Ieを考慮し
て、(5)式について解くと、 Iy=Ie/{1+(Ib/Ia)}・・・・・・・(6) が得られる。
【0019】次にトランジスタQ18、Q19について
考える。抵抗RがkT/qIEに比べて十分大きく、ト
ランジスタQ18、Q19のベース間電位差とIa、Ib
の関係がリニアとすると、 Ia=(IE/2)−(Vc/2R) Ib=(IE/2)+(Vc/2R) となり、これを(6)式に代入すると、 Iy=Ie/{1+(IER+Vc)/(IER−Vc)} となる。
【0020】ここで、図5に戻って、トランジスタQ1
5のコレクタ電流、従ってトランジスタQ1のベース電
流がIyに相当し、またトランジスタQ13のコレクタ
電流がIeに相当するので、トランジスタQ1のベース
電流IB1は、 IB1=I =(ΔI/hfe)・{1/(1+(IER+Vc)/(IER−V
c))} =(ΔI/hfe)・{(IER−Vc)/2IER} ={(V1−V2)/(hfe・R1)}・{1−(Vc/IER)}/2 となる。
【0021】尚、V1、V2の大小に関係なく、絶対値
でトランジスタQ13のコレクタ電流は出力されるの
で、 IB1=(|V1−V2|/(hfe1))・{1−(Vc/IER)}/2 となる。端子100から端子200への電流I12はトラ
ンジスタQ1が順逆両方向について同じ特性であるの
で、電位の高い方から低い方へ流れ、 |I12|=hfe|IB1| となる。方向を考えると、 I12={(V1−V2)/(2R1)}・{1−(Vc/IER)} となり、等価抵抗値は 2R1/{1−(Vc/IER)} となるのである。
【0022】次に、図7は第2の実施例を示している。
同図において、図2と同一の部分は同一の符号を付して
ある。この第2の実施例では端子100の電圧と端子2
00の電圧をトランジスタQ21、Q22へ差動的に入
力し、その出力電流をトランジスタQ42、Q52より
成るカレントミラー回路からトランジスタQ8のエミッ
タへ与えるとともに、前記端子100の電圧と端子20
0の電圧をトランジスタQ31、Q32にも差動的に入
力し、その出力電流をトランジスタQ62、Q72のカ
レントミラー回路から前記トランジスタQ8のエミッタ
に加えており、トランジスタQ8のベース電流はトラン
ジスタQ9、Q10のカレントミラー回路を通して利得
制御回路へ入力される。利得制御回路の構成は図2の第
1実施例と全く同一である。
【0023】この第2の実施例における要部の構成(図
2と異なる部分の構成)を図8を参照して説明する。説
明の便宜上、図8には電流や電圧等を付記している。
今、図8において、R3=R4=R7=R8としてバイ
アス電流をそれぞれI/2とする。また、R11=R1
2=2R1とする。
【0024】V1>V2の場合は、図8の左側の差動増
幅器が動作し、逆にV1<V2の場合は、右側の差動増
幅器が動作してトランジスタQ8のエミッタには|V1
−V2|に比例した電流が入力されることになる。ここ
では、V1>V2の場合についてのみ説明する。トラン
ジスタQ8のエミッタへの流入電流は、 2ΔI=(V1−V2)/R1 となり、抵抗R5、R6、及びトランジスタQ9、Q1
0で構成されるカレントミラー回路によりトランジスタ
Q10のコレクタ電流は、R5=R6とすると、 2ΔI/hfe={(V1−V2)/R1}・(1/hfe) となる。このトランジスタQ10のコレクタ電流が与え
られる利得制御回路の動作等は図6に関して行なった説
明に準ずるので、その説明は省略する。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、通
常のバイポーラ集積回路によって応用範囲の広いフロー
ティングタイプの可変抵抗回路を実現することができ、
コスト上有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した等価フローティング抵抗回路
の構成図。
【図2】その具体的な回路図。
【図3】その一部の素子の平面図。
【図4】その一部の素子の特性図。
【図5】図2の回路の動作を説明するための図。
【図6】その利得制御回路部の説明図。
【図7】第2の具体的回路図。
【図8】その動作説明図。
【符号の説明】
1、Q1 PNPトランジスタ 2、3 検出回路 4 PNPトランジスタ(信号発生回路) 6 利得制御回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】順方向と逆方向とで同一の特性を示すとと
    もにコレクタとエミッタを入出力端子とするPNPトラ
    ンジスタと、 前記コレクタとエミッタの電位差を検出する検出回路
    と、 前記検出回路による検出電圧の絶対値に比例した信号を
    発生する信号発生回路と、 前記信号発生回路で発生した信号を増幅或いは減衰して
    前記PNPトランジスタの導通度を制御するためのベー
    ス電流を発生する利得制御回路と、 から成る等価フローティング抵抗回路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3071116A1 (fr) * 2017-09-13 2019-03-15 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif modifiant la valeur d'impedance d'une resistance de reference

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3071116A1 (fr) * 2017-09-13 2019-03-15 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif modifiant la valeur d'impedance d'une resistance de reference
EP3457566A1 (fr) * 2017-09-13 2019-03-20 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Dispositif modifiant la valeur d'impedance d'une resistance de reference
US10886915B2 (en) 2017-09-13 2021-01-05 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Device modifying the impedance value of a reference resistor

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