JP3536936B2 - 対数増幅器 - Google Patents
対数増幅器Info
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03G7/00—Volume compression or expansion in amplifiers
- H03G7/001—Volume compression or expansion in amplifiers without controlling loop
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- Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
Description
詳細には、過大入力があっても出力異常を起こさないよ
うにした対数増幅器に関するものである。
出力信号等、非常に広いレンジを有する電流信号は、レ
ンジを圧縮して信号の取扱いを容易にするために、対数
増幅されることが多い。この対数増幅を行なう対数増幅
器として従来より、特開平2−277181号公報に示
されるように、対数変換用のオペアンプ(演算増幅器)
と、このオペアンプの出力端子に接続された抵抗を介し
て上記オペアンプの出力を帰還させる帰還回路とを備え
てなるものが広く知られている。
来の対数増幅器は、オペアンプの出力電圧が振り切れる
ほどの過大入力があった場合には、その後入力が通常レ
ベルに戻っても、多少の時間、正常な信号値を出力でき
ないという問題が認められている。図3は、このことを
示すものである。すなわち、入力される電流信号が同図
(1)のようなものであるとすると、対数増幅器が正常
であればその出力電圧は同図(2)のようになるはずで
あるのに、同図(3)に示すように、入力が通常レベル
に戻ってから時間t0 の間、出力電圧が異常に低い値を
示すことがある。
であり、オペアンプの出力電圧が振り切れるほどの過大
入力があった場合でも、出力異常を起こすことのない対
数増幅器を提供することを目的とするものである。
は、前述したように対数変換用オペアンプと、このオペ
アンプの出力端子に接続された抵抗を介して該オペアン
プの出力を指数関数特性を持つ部品を介して帰還させる
帰還回路とを備えてなる対数増幅器において、上記抵抗
に対して並列に、所定値以上の電圧がかかると等価抵抗
が小さくなる素子が接続されていることを特徴とするも
のである。
具体的には、ツェナーダイオードや、ツェナーダイオー
ドおよびダイオードの直列接続素子や、さらには、トラ
ンジスタのコレクタおよびエミッタをそれぞれ前記抵抗
の一端、他端に接続し、ベースを別の抵抗を介して前記
オペアンプの出力端子に接続してなるもの等を用いるこ
とができる。
るいはツェナーダイオードおよびダイオードの直列接続
素子からなる場合、ツェナーダイオードのツェナー電圧
は、オペアンプの最大出力電圧から、前記帰還回路を構
成する素子による電圧降下分を引いた値以下であるのが
望ましい。
帰還回路と並列的に接続されたコンデンサを備えた発振
防止回路と、対数変換用オペアンプへの入力電流に応じ
て、該入力電流が小さくなるに従って上記発振防止回路
を経由する帰還量を減じるように該発振防止回路を制御
する制御回路とを備えるのが望ましい。
増幅器においては、過大入力があってオペアンプの出力
電圧が異常に高くなると上記素子の等価抵抗が低下し、
それによりオペアンプの出力電圧が低下して振り切れる
状態にはならないので、入力が通常レベルに戻った際に
前述の出力異常が起きなくなる。
詳細に説明する。
幅器を示すものである。図示されるようにこの対数増幅
器の入力端子21は、対数変換用オペアンプ22の−入力端
子22aに接続されている。一方オペアンプ22の+入力端
子22bは接地されている。またこのオペアンプ22には+
Vボルト、−Vボルトの2つの直流電力が供給されてい
る。各電源ライン24,25はノイズ防止用コンデンサ26,
27を介して接地されている。また図示は省略してある
が、オペアンプ22にはオフセット調整回路が設けられ
る。
を介して第1段目の出力端子31と接続されている。入力
端子21とオペアンプ22の出力端子22cとの間には、互い
に直列に接続された発振防止用コンデンサ32とPNPト
ランジスタ33が接続されている。このPNPトランジス
タ33のエミッタ33a、コレクタ33bはそれぞれオペアン
プ22の出力端子22c、抵抗器34の一端に接続されてい
る。該抵抗器34の他端は接地されている。また該PNP
トランジスタ33のベース33cはそのコレクタ33bと接続
され、さらにコンデンサ32の一端側に接続されている。
との間には、指数関数特性を有するPNPトランジスタ
35が接続されている。該トランジスタ35のエミッタ35
a、コレクタ35bはそれぞれ出力端子31、入力端子21と
接続され、ベース35cは接地されている。
力端子21に電流信号Iinが入力されると、その電流信号
Iinの対数値に対応した出力電圧(正の電圧)が出力端
子31に発生する。
の出力端子41との間に構成された第2段目の回路は、第
1段目の対数変換回路の温度補償のための回路である。
第1段目の出力端子31には、帰還用トランジスタ35と同
一特性を有するPNPトランジスタ43のエミッタ43aが
接続されている。該トランジスタのコレクタ43bは、ベ
ース43cとともに第2段目のオペアンプ42の+入力端子
42aに接続されている。このトランジスタ43は、第2段
目のオペアンプ42の入力インピーダンスの役割を担って
おり、このトランジスタ43として第1段目の帰還用トラ
ンジスタ35と同一特性のトランジスタが用いられたこと
により、後述する温度補償用素子44とともに第1段目の
対数変換回路の温度補償に寄与している。上記+入力端
子42aは、抵抗器45を介して−Vボルトの電源に接続さ
れている。
Vボルト、−Vボルトの2つの電源が接続されており、
電源ライン46,47はそれぞれコンデンサ48,49を介して
接地されている。オペアンプ42の−入力端子42bと出力
端子42cとの間には、抵抗器50が接続されている。また
上記−入力端子42bは、温度補償用素子44を介して接地
されている。
に、第1段目の回路で対数変換された信号(正の電圧)
が入力されると、温度変化による出力値の変動が補正さ
れ、かつ適切に増幅された信号が出力端子41から出力さ
れる。
生した出力電圧(正の電圧)は、第2段目のオペアンプ
42に入力されるとともに、トランジスタ33にも入力され
る。ここで、トランジスタ33のエミッタ33aに高い電圧
が印加されるほどエミッタ−コレクタ間の抵抗値が下が
り、これにより、コンデンサ32を介するフィードバック
量が大きくなって回路動作が安定する。その一方、トラ
ンジスタ33のエミッタ33aに印加される電圧が下がると
エミッタ−コレクタ間の抵抗値が上昇し、これにより、
コンデンサ32を介するフィードバック量が小さくなって
回路の周波数応答特性が改善される。
いて説明する。抵抗器30に対して並列に、ツェナーダイ
オード51とダイオード52の直列接続素子が接続されてい
る。ツェナーダイオード51はその両端間にかかる電圧が
ツェナー電圧(降伏電圧)未満であれば電流を流さない
が、ツェナー電圧以上の電圧がかかると逆電流を流す状
態となる。なおこのツェナーダイオード51としては、ツ
ェナー電圧がオペアンプ22の最大出力電圧から帰還用ト
ランジスタ35による電圧降下分を引いた値以下であるも
のが選択使用されている。
大出力電圧に達していない状態では、ツェナーダイオー
ド51はいわば等価抵抗が無限大となっていて電流を流さ
ないが、通常レベルを超える過大な電流信号Iinが入力
されてオペアンプ22の出力電圧が上記最大出力電圧に達
すると、電流を流す(等価抵抗が小さくなる)ようにな
る。このようにツェナーダイオード51が電流を流すと、
オペアンプ22の出力電圧が低下して振り切れる状態には
ならないので、電流信号Iinが通常レベルに戻った際
に、図3の(3)に示したような出力異常が起きること
がなくなる。
たダイオード52は必ずしも必要ではないが、このダイオ
ード52を設けることにより、オペアンプ22の負荷容量が
低下し、動作が安定するようになる。
で構成されるフィードバック補償回路も必ずしも必要で
はないが、この位相補償回路を本発明装置と組み合わせ
ると、高速性、大入力特性(広ダイナミックレンジ)が
両立されるので、特に好ましい。つまり低入力時は、抵
抗器30とツェナーダイオード51とダイオード52とで構成
される回路の等価抵抗が大きいので、上記位相補償回路
の等価容量は小さくてよく、その結果、この等価容量と
帰還用トランジスタ35とで作る時定数が小さくなり、よ
り高周波の領域まで応答可能となる。一方大入力時は、
帰還用トランジスタ35の等価抵抗は小さいので、上記位
相補償回路の等価容量を大きくでき、その結果、抵抗器
30とツェナーダイオード51とダイオード52とで構成され
る回路の等価抵抗が小さくても、出力が安定化する。
について説明する。なおこの図2において、図1中の要
素と同等の要素には同番号を付し、それらについての重
複した説明は省略する。
設けられたツェナーダイオード51とダイオード52の直列
接続素子に代えて、NPNトランジスタ60、抵抗器61お
よび62が設けられている。トランジスタ60のエミッタ60
aおよびコレクタ60bはそれぞれ抵抗器30の一端、他端
に接続され、ベース60cは抵抗器61を介してオペアンプ
22の出力端子22cに接続され、また抵抗器62を介して接
地されている。なお本実施例では、第1実施例において
設けられたトランジスタ33は省かれ、そして帰還用トラ
ンジスタ35に代えてダイオード63が設けられている。
電圧が最大出力電圧に達していない状態では、トランジ
スタ60はいわば等価抵抗が無限大となっていて電流を流
さないが、過大な電流信号Iinが入力されてオペアンプ
22の出力電圧が上記最大出力電圧に達すると、電流を流
す(等価抵抗が小さくなる)ようになる。したがってこ
の場合も第1実施例と同様に、電流信号Iinが通常レベ
ルに戻った際に、図3の(3)に示したような出力異常
が起きることがなくなる。
流信号Iinがsinkタイプのものであるが、入力電流信号
Iinがsourceタイプの場合は、図1の構成ではツェナー
ダイオード51およびダイオード52の接続を逆向きにすれ
ばよく、図2の構成ではNPNトランジスタ60に代えて
PNPトランジスタを用いればよい。
路図
路図
波形図
Claims (6)
- 【請求項1】対数変換用オペアンプと、このオペアンプ
の出力端子に接続された抵抗を介して該オペアンプの出
力を指数関数特性を持つ部品を介して帰還させる帰還回
路とを備えてなる対数増幅器において、前記抵抗に対し
て並列に、所定値以上の電圧がかかると等価抵抗が小さ
くなる素子が接続されていることを特徴とする対数増幅
器。 - 【請求項2】 前記素子がツェナーダイオードであるこ
とを特徴とする請求項1記載の対数増幅器。 - 【請求項3】 前記素子が、ツェナーダイオードおよび
ダイオードの直列接続素子であることを特徴とする請求
項1記載の対数増幅器。 - 【請求項4】 前記ツェナーダイオードのツェナー電圧
が、前記オペアンプの最大出力電圧から、前記帰還回路
を構成する素子による電圧降下分を引いた値以下である
ことを特徴とする請求項2または3記載の対数増幅器。 - 【請求項5】 前記素子が、トランジスタのコレクタお
よびエミッタをそれぞれ前記抵抗の一端、他端に接続
し、ベースを別の抵抗を介して前記オペアンプの出力端
子に接続してなるものであることを特徴とする請求項1
記載の対数増幅器。 - 【請求項6】 前記帰還回路と並列的に接続されたコン
デンサを備えた発振防止回路と、前記オペアンプへの入
力電流に応じて、該入力電流が小さくなるに従って前記
発振防止回路を経由する帰還量を減じるように該発振防
止回路を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする
請求項1から5いずれか1項記載の対数増幅器。
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