JP5559905B1 - 電子回路 - Google Patents

Abstract

【課題】出力電流、出力電圧、および出力抵抗の少なくとも一部を容易に変更可能な電子回路を提供する。
【解決手段】非反転入力端側が接地され、反転入力端側が第１入力電源回路に接続された第１演算増幅器と、第１演算増幅器の出力端側に一端側が接続された抵抗と、抵抗の他端側に接続され、第１演算増幅器への負帰還を行う第１負帰還回路と、抵抗の両端に接続され、第１演算増幅器への負帰還を行う第２負帰還回路とを設け、第１入力電源回路での利得α、第１負帰還回路での利得β、および第２負帰還回路での利得γの少なくとも何れかを可変にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子回路に関し、特に、電流発生器、電圧発生器、および電子負荷の何れかとして機能する電子回路に関する。

バッテリ・シミュレータや太陽電池シミュレータ等には、出力抵抗が可変の電圧発生器、あるいは出力抵抗が可変の電流発生器が必要である。また、抵抗を変化させながら太陽電池のＩ−Ｖ特性の測定を行う場合、電子負荷を用いることが好ましい。

図１Ａに従来の電圧発生回路を例示し、図１Ｂに従来の電流発生回路を例示する（例えば、特許文献１参照）。図１Ａおよび１Ｂに例示するように、従来の電圧発生回路や電流発生回路では出力抵抗を変化させることができず、出力抵抗を電子負荷として機能させることもできない。

特開平１０−０１０１６２

本発明の課題は、出力電流、出力電圧、および出力抵抗の少なくとも一部を容易に変更可能な電子回路を提供することである。

非反転入力端側が接地され、反転入力端側が第１入力電源回路に接続された第１演算増幅器と、第１演算増幅器の出力端側に一端側が接続された抵抗と、抵抗の他端側に接続され、第１演算増幅器への負帰還を行う第１負帰還回路と、抵抗の両端に接続され、第１演算増幅器への負帰還を行う第２負帰還回路とを設け、第１入力電源回路での利得α、第１負帰還回路での利得β、および第２負帰還回路での利得γの少なくとも何れかを可変にする。

本発明では、上記の利得を可変とすることで、出力電流、出力電圧、および出力抵抗の少なくとも一部を容易に変更できる。

図１Ａは、従来例の電圧発生回路の回路図であり、図１Ｂは、従来例の電流発生回路の回路図である。 図２は、第１実施形態の電子回路を例示するための回路図である。 図３Ａは、出力抵抗が可変な電圧発生回路として機能する電子回路を例示するための図であり、図３Ｂは、出力抵抗が可変な電流発生回路として機能する電子回路を例示するための図である。 図４は、第２実施形態の電子回路を例示するための回路図である。 図５は、切り替え回路を例示するための回路図である。 図６は、第３実施形態の電子回路を例示するための回路図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を説明する。

＜構成＞
図２に例示するように、本形態の電子回路１００は、演算増幅器１１１〜１１３、直流電源である電源１１に接続された入力電源端１２１、利得部１３１〜１３３、抵抗１４１〜１４４、および負荷１２に接続された外部出力端１５１を有する。演算増幅器１１１（第１演算増幅器）は定常状態で反転入力端と非反転入力端との電圧値が等しくなるように動作し、演算増幅器１１２は電圧フォロワとして動作し、演算増幅器１１３は利得１の差動増幅器として動作する。

電源１１の一端はグランドＧＮＤに接地され、他端は入力電源端１２１に接続されている。入力電源端１２１は利得部１３１の入力端に接続され、利得部１３１の出力端は抵抗１４１の一端に接続されている。抵抗１４１の他端は、抵抗１４２，１４３の一端と演算増幅器１１１の反転入力端とに接続されている。演算増幅器１１１の非反転入力端はグランドＧＮＤに接地され、演算増幅器１１１の出力端は、抵抗１４４の一端と演算増幅器１１３の非反転入力端とに接続されている。抵抗１４４の他端は、演算増幅器１１２の非反転入力端と演算増幅器１１３の反転入力端と外部出力端１５１とに接続されている。演算増幅器１１３の出力端は、利得部１３３の入力端に接続され、利得部１３３の出力端は、抵抗１４３の他端に接続されている。演算増幅器１１２の出力端は、演算増幅器１１２の反転入力端と利得部１３２の入力端とに接続されており、利得部１３２の出力端は抵抗１４２の他端に接続されている。すなわち、入力電源端１２１、演算増幅器１１２の出力端、および演算増幅器１１３の出力端が、それぞれ、利得部１３１および抵抗１４１、利得部１３２および抵抗１４２、ならびに利得部１３３および抵抗１４３を介し、演算増幅器１１１の反転入力端に接続されている。外部出力端１５１は負荷１２の一端に接続されており、負荷１２の他端はグランドＧＮＤに接地されている。なお「接続」とは電気的な接続を意味する。

利得部１３１および抵抗１４１は、第１入力電源回路を構成する。演算増幅器１１１，１１２、利得部１３２、および抵抗１４１，１４２，１４４は電圧回路を構成する。当該電圧回路は、演算増幅器１１１の反転入力端子への負帰還（出力電圧値に対応する負帰還）を行う第１負帰還回路（演算増幅器１１２、利得部１３２、および抵抗１４２を含む回路）を有する。演算増幅器１１１，１１３、利得部１３３、および抵抗１４１，１４３，１４４は電流回路を構成する。当該電流回路は、演算増幅器１１１の反転入力端子への負帰還（出力電流値に対応する負帰還）を行う第２負帰還回路（演算増幅器１１３、利得部１３３、および抵抗１４３を含む回路）を有する。

利得部１３１，１３２，１３３は、それぞれ、入力端側の電圧値に利得α，β，γを乗じたものを出力端側の電圧値とする。すなわち、グランドＧＮＤを基準とした利得部１３１，１３２，１３３の入力端側の電圧値Ｖ_ｉｎ１，Ｖ_ｉｎ２，Ｖ_ｉｎ３と出力端側の電圧値Ｖ_ｏｕｔ１，Ｖ_ｏｕｔ２，Ｖ_ｏｕｔ３とは、それぞれ以下の関係を満たす。
Ｖ_ｏｕｔ１＝α×Ｖ_ｉｎ１
Ｖ_ｏｕｔ２＝β×Ｖ_ｉｎ２
Ｖ_ｏｕｔ３＝γ×Ｖ_ｉｎ３
少なくとも何れかの利得部１３１，１３２，１３３はそれぞれの利得の大きさを調整可能である。すなわち、利得部１３１が利得αの大きさを調整可能であってもよいし、利得部１３２が利得βの大きさを調整可能であってもよいし、利得部１３３が利得γの大きさを調整可能であってもよいし、利得部１３１，１３２，１３３の何れかが利得の大きさを調整できなくてもよい。つまり、入力電源端１２１と演算増幅器１１１の反転入力端との間での利得α、演算増幅器１１２の出力端と演算増幅器１１１の反転入力端との間での利得β、および演算増幅器１１３の出力端と演算増幅器１１１の反転入力端との間での利得γの少なくとも何れかが可変である。言い換えると、第１入力電源回路での利得α、第１負帰還回路での利得β、および第２負帰還回路での利得γの少なくとも何れかが可変である。利得α，β，γの範囲に限定はない。利得α，β，γの範囲を例示すると、０≦α≦１，０≦β≦１，０≦γ≦１である。利得の大きさを調整可能な利得部の例は、Ｄ／Ａ変換器、可変抵抗器、可変利得増幅器等である。利得部としてＤ／Ａ変換器を用いた場合には、デジタル制御部から出力され、利得部に入力されるデジタル信号（図示せず）によって利得を制御できる。利得の大きさを調整できない利得部の例は、固定利得増幅器、固定抵抗、配線等である。また、図２の例では、入力電源端１２１のグランドＧＮＤに対する電位は−Ｅ［Ｖ］であり、抵抗１４１〜１４３の抵抗値はＲ［Ω］であり、抵抗１４４の抵抗値はＲｓ［Ω］である。例えば、Ｅは正の値である。

＜動作＞
演算増幅器１１１は、その反転入力端と非反転入力端の電圧値が等しくなるように動作する。そのため、演算増幅器１１１の入力インピーダンスを∞とし、グランドＧＮＤの電位を０［Ｖ］とし、グランドＧＮＤに対する外部出力端１５１の電圧値（出力電圧値）をＶ_Ｏとし、外部出力端１５１での電流値（出力電流値）をＩ_Ｏとすると、定常状態で−α×Ｅ／Ｒ＋β×Ｖ_Ｏ／Ｒ＋γ×Ｒｓ×Ｉ_Ｏ／Ｒ＝０となり、以下の関係が成り立つ。
−α×Ｅ＋β×Ｖ_Ｏ＋γ×Ｒｓ×Ｉ_Ｏ＝０ …（１）

式（１）を変形すると、以下の式（２）（３）が得られる。
Ｖ_Ｏ＝α×Ｅ／β−γ×Ｒｓ×Ｉ_Ｏ／β …（２）
Ｉ_Ｏ＝α×Ｅ／（γ×Ｒｓ）−β×Ｖ_Ｏ／（γ×Ｒｓ） …（３）

式（２）において、βを零以外の固定値（例えばβ＝１）とし、γを零（γ＝０）とすると、Ｖ_Ｏ＝α×Ｅ／βとなる（例えばβ＝１であればＶ_Ｏ＝α×Ｅ）。この場合の電子回路１００は、αに応じた定電圧を発生する。

式（３）において、γを零以外の固定値（例えばγ＝１）とし、βを零（β＝０）とすると、Ｉ_Ｏ＝α×Ｅ／（γ×Ｒｓ）となる（例えばγ＝１であればＩ_Ｏ＝α×Ｅ／Ｒｓ）。この場合の電子回路１００は、αに応じた定電流を発生する。

式（２）において、γを零以外の固定値（例えばγ＝１）とし、αを零（α＝０）とすると、Ｖ_Ｏ／Ｉ_Ｏ＝−γ×Ｒｓ／βとなる（例えばγ＝１であればＶ_Ｏ／Ｉ_Ｏ＝−Ｒｓ／β）。この場合の電子回路１００は、βに応じた定抵抗となる。また、式（２）において、βを零以外の固定値（例えばβ＝１）とし、αを零（α＝０）とすると、Ｖ_Ｏ／Ｉ_Ｏ＝−γ×Ｒｓ／βとなる（例えばβ＝１であればＶ_Ｏ／Ｉ_Ｏ＝−γ×Ｒｓ）。この場合の電子回路１００は、γに応じた定抵抗となる。

式（２）において、βを零以外の固定値（例えばβ＝１）とし、α，γを可変とすると、Ｖ_Ｏ＝α×Ｅ／β−γ×Ｒｓ×Ｉ_Ｏ／βとなる（例えばβ＝１であればＶ_Ｏ＝α×Ｅ−γ×Ｒｓ×Ｉ_Ｏ）。この場合の電子回路１００は、α，γを変更することにより出力電圧Ｖ_Ｏを変更でき、γを変更することにより出力抵抗γ×Ｒｓ／βを変更できる。すなわち、βを零以外の固定値とし、γを可変とした電子回路１００は、出力抵抗γ×Ｒｓ／βが可変な電圧発生回路、あるいは、出力抵抗γ×Ｒｓ／βが可変な電子負荷として機能する。β＝１とし、α，γを可変とした電子回路１００の等価回路を図３Ａに示す。

式（３）において、γを零以外の固定値（例えばγ＝１）とし、α，βを可変とすると、Ｉ_Ｏ＝α×Ｅ／（γ×Ｒｓ）−β×Ｖ_Ｏ／（γ×Ｒｓ）となる（例えばγ＝１であればＩ_Ｏ＝α×Ｅ／Ｒｓ−β×Ｖ_Ｏ／Ｒｓ）。この場合の電子回路１００は、α，βを変更することにより、出力電流値Ｉ_Ｏを変更することができ、βを変更することにより出力抵抗｛β／（γ×Ｒｓ）｝^−１＝（γ×Ｒｓ）／βを変更できる。すなわち、γを零以外の固定値とし、βを可変とした電子回路１００は、出力抵抗（γ×Ｒｓ）／βが可変な電流発生回路、あるいは出力抵抗（γ×Ｒｓ）／βが可変な電子負荷として機能する。γ＝１とし、α，βを可変とした電子回路１００の等価回路を図３Ｂに示す。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を説明する。本形態は第１実施形態の変形例である。本形態の利得βは零以外の固定値（例えばβ＝１）である。また本形態の電子回路は、負荷および出力回路の保護のために出力電流を制限する機能を持つ。零以外の固定値であれば、利得βをどのような値にしてもよいが、以下ではβ＝１の場合を例示する。第１実施形態で説明した事項については、第１実施形態と同じ参照番号を用いて説明を省略する。

＜構成＞
図４に例示するように、本形態の電子回路２００は、演算増幅器１１１〜１１３、演算増幅器２１１，２１２（第２演算増幅器）、演算増幅器２１３、電源１１に接続された入力電源端１２１、直流電源である電源２１，２２にそれぞれ接続された入力電源端２２１，２２２、利得部１３１，１３３，２３１，２３２、抵抗１４１〜１４４，２４１〜２４４、および外部出力端１５１を有する。演算増幅器２１１〜２１３は、定常状態で反転入力端と非反転入力端との電圧値の差が等しくなるように動作する。β＝１に固定されているため、本形態の電子回路２００は第１実施形態で説明した利得部１３２を含まない。

電源１１の一端はグランドＧＮＤに接地され、他端は入力電源端１２１に接続されている。電源２１の一端はグランドＧＮＤに接地され、他端は入力電源端２２１（第２入力電源端）に接続されている。電源２２の一端はグランドＧＮＤに接地され、他端は入力電源端２２２に接続されている。入力電源端１２１は利得部１３１の入力端に接続され、利得部１３１の出力端は抵抗１４１の一端に接続されている。入力電源端２２１は利得部２３１の入力端に接続され、利得部２３１の出力端は抵抗２４１の一端に接続されている。入力電源端２２２は利得部２３２の入力端に接続され、利得部２３２の出力端は抵抗２４２の一端に接続されている。抵抗１４１の他端は、抵抗１４２，１４３の一端と演算増幅器１１１の反転入力端とに接続されている。抵抗２４１の他端は、抵抗２４４の一端と演算増幅器２１１の反転入力端とに接続されている。抵抗２４２の他端は、抵抗２４３の一端と演算増幅器２１２の反転入力端とに接続されている。演算増幅器１１１，２１１，２１２の非反転入力端はグランドＧＮＤに接続され、演算増幅器１１１，２１１，２１２の出力端は、切り替え回路２６０の入力端に接続されている。切り替え回路２６０の出力端は、演算増幅器２１３の非反転入力端に接続され、演算増幅器２１３の反転入力端はグランドＧＮＤに接地され、演算増幅器２１３の出力端は、抵抗１４４の一端と演算増幅器１１３の非反転入力端とに接続されている。抵抗１４４の他端は、演算増幅器１１２の非反転入力端と演算増幅器１１３の反転入力端と外部出力端１５１とに接続されている。演算増幅器１１３の出力端は、利得部１３３の入力端と抵抗２４３，２４４の他端とに接続され、利得部１３３の出力端は、抵抗１４３の他端に接続されている。演算増幅器１１２の出力端は、演算増幅器１１２の反転入力端と抵抗１４２の他端に接続されている。

利得部１３１および抵抗１４１は、第１入力電源回路を構成する。利得部２３１および抵抗２４１は、第２入力電源回路を構成する。同様に、利得部２３２および抵抗２４２は、第２入力電源回路を構成する。演算増幅器１１１，１１２，２１３、抵抗１４１，１４２，１４４、および切り替え回路２６０は電圧回路を構成する。当該電圧回路は、演算増幅器１１１の反転入力端子への負帰還を行う第１負帰還回路（演算増幅器１１２、および抵抗１４２を含む回路）を有する。演算増幅器１１１，１１３，２１１〜２１３、利得部１３３、抵抗１４１，１４３，１４４，２４１〜２４４、および切り替え回路２６０は電流回路を構成する。当該電流回路は、演算増幅器１１１の反転入力端子への負帰還を行う第２負帰還回路（演算増幅器１１３、利得部１３３、および抵抗１４３を含む回路）と、演算増幅器２１１，２１２の反転入力端子への負帰還（出力電流値に対応する負帰還）を行う第３負帰還回路（演算増幅器１１３、および抵抗２４３，２４４を含む回路）を有する。なお、第３負帰還回路での利得は零以外の固定値（例えば１）である。

利得部２３１，２３２は、それぞれ、入力端側の電圧値に利得α_ｐ，α_ｍを乗じたものを出力端側の電圧値とする。すなわち、グランドＧＮＤを基準とした利得部２３１，２３２の入力端側の電圧値Ｖ_ｉｎｐ，Ｖ_ｉｎｍと出力端側の電圧値Ｖ_ｏｕｔｐ，Ｖ_ｏｕｔｍとは、それぞれ以下の関係を満たす。
Ｖ_ｏｕｔｐ＝α_ｐ×Ｖ_ｉｎｐ
Ｖ_ｏｕｔｍ＝α_ｍ×Ｖ_ｉｎｍ

利得部２３１，２３２は、それぞれの利得α_ｐ，α_ｍの大きさを調整可能であってもよいし、調整できなくてもよい。利得α_ｐ，α_ｍの範囲に限定はない。利得α_ｐ，α_ｍの範囲を例示すると、０≦α_ｐ≦１，０≦α_ｍ≦１である。利得α_ｐ，α_ｍの具体例は、α_ｐ＝α_ｍ＝１である。利得の大きさを調整可能な利得部の例は、Ｄ／Ａ変換器，可変抵抗器，可変利得増幅器等である。利得の大きさを調整できない利得部の例は、固定利得増幅器、固定抵抗、配線等である。

図４の例では、入力電源端１２１のグランドＧＮＤに対する電位は−Ｅ［Ｖ］であり、入力電源端２２１のグランドＧＮＤに対する電位は−Ｅｐ［Ｖ］であり、入力電源端２２２のグランドＧＮＤに対する電位は＋Ｅｍ［Ｖ］である。Ｅ，Ｅｐ，Ｅｍは正の値である。抵抗１４１〜１４３，２４１〜２４４の抵抗値はＲ［Ω］であり、抵抗１４４の抵抗値はＲｓ［Ω］である。

切り替え回路２６０は、電子回路２００の外部出力端１５１からの出力電流の大きさが或る値（例えば、所定の閾値）以上の場合に、演算増幅器１１１を演算増幅器２１１または２１２に切り替える回路である。以下に、切り替え回路２６０の構成例を示す。

≪切り替え回路２６０の構成例≫
図５に例示する切り替え回路２６０は、入力端２６１ａ〜２６１ｃ、ダイオード２６２ａ〜２６２ｄ、ＰＮＰ型のトランジスタ２６３ａ、ＮＰＮ型のトランジスタ２６３ｂ、および抵抗２６４ａ〜２６４ｆを有する。入力端２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃは、それぞれ演算増幅器１１１，２１１，２１２の出力端に接続されている。入力端２６１ａは、ダイオード２６２ｂのカソードとダイオード２６２ｃのアノードとに接続されている。入力端２６１ｃは、ダイオード２６２ｄのアノードに接続されており、ダイオード２６２ｄのカソードは、ダイオード２６２ｃのカソードと抵抗２６４ｄの一端に接続されている。抵抗２６４ｄの他端は、トランジスタ２６３ｂのベースと抵抗２６４ｅの一端とに接続されている。抵抗２６４ｅの他端は、抵抗２６４ｆの一端に接続され、抵抗２６４ｆの他端は、トランジスタ２６３ｂのエミッタに接続されている。トランジスタ２６３ｂのコレクタは、出力端２６６とトランジスタ２６３ａのコレクタとに接続されている。トランジスタ２６３ａのエミッタは、抵抗２６４ｃの一端に接続され、抵抗２６４ｃの他端は、抵抗２６４ｂの一端に接続されている。抵抗２６４ｂの他端は、トランジスタ２６３ａのベースと抵抗２６４ａの一端とに接続されている。抵抗２６４ａの他端は、ダイオード２６２ａ，２６２ｂのアノードに接続されており、ダイオード２６２ａのカソードは、入力端２６１ｂに接続されている。出力端２６６は、演算増幅器２１３の非反転入力端に接続されている。

＜動作＞
切り替え回路２６０は、電子回路２００の出力電流値Ｉ_Ｏの大きさが或る値（例えば所定の閾値）に達した場合に、演算増幅器１１１を演算増幅器２１１または２１２に切り替える。すなわち、電子回路２００の出力電流値Ｉ_Ｏの大きさが或る値に達しないときには、演算増幅器２１１または２１２が電流回路（電子回路２００が含む前述の電流回路）から切り離され、なおかつ、第１演算増幅器１１１が電流回路に接続される。一方、電子回路２００の出力電流値Ｉ_Ｏの大きさが或る値に達したときには、演算増幅器１１１が電流回路から切り離され、なおかつ、演算増幅器２１１または２１２が電流回路に接続される。以下にこの詳細を例示する。

出力電流値Ｉ_Ｏが或る値Ｔ_１よりも大きく、或る値Ｔ_２よりも小さい場合（ただしＴ_１＜Ｔ_２）、すなわち、Ｔ_１＜Ｉ_Ｏ＜Ｔ_２である場合、切り替え回路２６０は、演算増幅器２１１および２１２の出力端を電流回路から切り離し、演算増幅器１１１の出力端を電流回路に接続する。つまり、演算増幅器２１１および２１２の出力端は、演算増幅器２１３の非反転入力端に接続されず、演算増幅器１１１の出力端が演算増幅器２１３の非反転入力端に接続される。この場合、電子回路２００の出力電圧値Ｖ_ＯはＶ_Ｏ＝α×Ｅとなり、出力抵抗値Ｚ_ＯはＺ_Ｏ＝γ×Ｒｓとなる。なお、値Ｔ_１は負の閾値であり、値Ｔ_２は正の閾値である。Ｔ_１の例はＴ_１＝−α_ｍ×Ｅｍ／Ｒｓ（例えば、α_ｍ＝１の場合にはＴ_１＝−Ｅｍ／Ｒｓ）であり、Ｔ_２の例はＴ_２＝α_ｐ×Ｅｐ／Ｒｓ（例えば、α_ｐ＝１の場合にはＴ_２＝Ｅｐ／Ｒｓ）である。また「切り離す」とは電気的に切り離すことを意味する。

出力電流値Ｉ_Ｏが＋側に大きくなり、Ｉ_Ｏ＝Ｔ_２に達した場合、すなわちＩ_Ｏ≧Ｔ_２の場合、切り替え回路２６０は、演算増幅器１１１および２１２の出力端を電流回路から切り離し、演算増幅器２１１の出力端を電流回路に接続する。つまり、演算増幅器１１１および２１２の出力端は、演算増幅器２１３の非反転入力端から切り離され、演算増幅器２１１の出力端が演算増幅器２１３の非反転入力端に接続される。定常状態では、演算増幅器２１１の反転入力端と非反転入力端の電圧値が等しくなり、Ｉ_Ｏ＝α_ｐ×Ｅｐ／Ｒｓの関係が成り立つ（例えば、α_ｐ＝１の場合にはＩ_Ｏ＝Ｅｐ／Ｒｓ）。すなわちＩ_Ｏ≧Ｔ_２の場合、出力電流値Ｉ_Ｏはα_ｐ×Ｅｐ／Ｒｓ（例えば、α_ｐ＝１の場合にはＥｐ／Ｒｓ）となる。

出力電流値Ｉ_Ｏが−側に大きくなり、Ｉ_Ｏ＝Ｔ_１に達した場合、すなわち、Ｉ_Ｏ≦Ｔ_１の場合、切り替え回路２６０は、演算増幅器１１１および２１１の出力端を電流回路から切り離し、演算増幅器２１２の出力端を電流回路に接続する。この場合、演算増幅器１１１および２１１の出力端は、演算増幅器２１３の非反転入力端から切り離され、演算増幅器２１２の出力端が演算増幅器２１３の非反転入力端に接続される。定常状態では、演算増幅器２１２の反転入力端と非反転入力端の電圧値が等しくなり、Ｉ_Ｏ＝−α_ｍ×Ｅｍ／Ｒｓの関係が成り立つ（例えば、α_ｍ＝１の場合にはＩ_Ｏ＝−Ｅｍ／Ｒｓ）。すなわちＩ_Ｏ≦Ｔ_１の場合、出力電流値Ｉ_Ｏは−α_ｍ×Ｅｍ／Ｒｓ（例えば、α_ｍ＝１の場合には−Ｅｍ／Ｒｓ）となる。

≪図５の切り替え回路２６０の動作≫
図５に例示した切り替え回路２６０の動作を示す。図５の切り替え回路２６０では、α_ｐ＝α_ｍ＝１、Ｔ_１＝−Ｅｍ／Ｒｓ、Ｔ_２＝Ｅｐ／Ｒｓとされている。定常状態では、出力端２６６に接続された演算増幅器２１３の反転入力端と非反転入力端の電圧値が等しくなり、トランジスタ２６３ａのコレクタから演算増幅器２１３の反転入力端側へ向かう方向の電流値Ｉｑ１と、演算増幅器２１３の反転入力端側からトランジスタ２６３ｂのコレクタへ向かう方向の電流値Ｉｑ２とが同じ値（Ｉｑ１＝Ｉｑ２）となる。

入力端２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃ，出力端２６６の電圧値を、それぞれＶａ，Ｖｐ，Ｖｍ，Ｖｂと表す。演算増幅器１１２，１１３の出力端の電圧値は出力電流値Ｉ_Ｏに対応するため、演算増幅器１１１，２１１，２１２の出力端の電圧値、すなわちＶａ，Ｖｐ，Ｖｍは出力電流値Ｉ_Ｏに対応する。

Ｖｍ＜Ｖａ＜Ｖｐ（言い換えると−Ｅｍ／Ｒｓ＜Ｉ_Ｏ＜Ｅｐ／Ｒｓ）のときは、ダイオード２６２ａ，２６２ｄがＯＦＦ（電流が流れない状態）となり、電流値Ｉｑ１，Ｉｑ２は電圧値Ｖａに応じた値となり、電圧値Ｖｂは電圧値Ｖａでコントロールされた値となる。

Ｖｍ≦ＶａかつＶａ≧Ｖｐ（言い換えるとＩ_Ｏ≧Ｅｐ／Ｒｓ）のときは（この場合Ｖｐは０以下である）、ダイオード２６２ｂ，２６２ｄがＯＦＦとなり、電流値Ｉｑ１は電圧値Ｖｐでコントロールされた値となり、電流値Ｉｑ２は電圧値Ｖａでコントロールされた値となる。ここでＩｑ１＝Ｉｑ２でなければならず、｜Ｖａ｜が｜Ｖｐ｜以下の値でクランプされた場合には、電流値Ｉｑ２は一定の値で固定され、電流値Ｉｑ１は電圧値Ｖｐに応じた値となり、電圧値Ｖｂは電圧値Ｖｐでコントロールされた値となる。

Ｖｍ≧ＶａかつＶａ≦Ｖｐ（言い換えるとＩ_Ｏ≦−Ｅｍ／Ｒｓ）のときは（この場合Ｖｍは０以上である）、ダイオード２６２ａ，２６２ｃがＯＦＦとなり、電流値Ｉｑ１は電圧値Ｖａでコントロールされた値となり、電流値Ｉｑ２は電圧値Ｖｍでコントロールされた値となる。ここでＩｑ１＝Ｉｑ２でなければならず、｜Ｖａ｜が｜Ｖｍ｜以下の値でクランプされた場合には、電流値Ｉｑ１は一定の値で固定され、電流値Ｉｑ２は電圧値Ｖｍに応じた値となり、電圧値Ｖｂは電圧値Ｖｍでコントロールされた値となる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態を説明する。本形態は第１実施形態の変形例である。本形態の利得γは零以外の固定値（例えばγ＝１）である。また本形態の電子回路は、負荷および出力回路の保護のために出力電圧を制限する機能を持つ。零以外の固定値であれば、利得γをどのような値にしてもよいが、以下ではγ＝１の場合を例示する。第１実施形態で説明した事項については、第１，２実施形態と同じ参照番号を用いて説明を省略する。

＜構成＞
図６に例示するように、本形態の電子回路３００は、演算増幅器１１１〜１１３、演算増幅器３１１，３１２（第３演算増幅器）、演算増幅器２１３、電源１１に接続された入力電源端１２１、直流電源である電源２１，２２にそれぞれ接続された入力電源端２２１，２２２、利得部１３１，１３２，３３１，３３２、抵抗１４１〜１４４，２４１，２４２，３４１，３４２、および外部出力端１５１を有する。演算増幅器３１１，３１２は、定常状態で反転入力端と非反転入力端との電圧値の差が等しくなるように動作する。γ＝１に固定されているため、本形態の電子回路３００は第１実施形態で説明した利得部１３３を含まない。

電源１１の一端はグランドＧＮＤに接地され、他端は入力電源端１２１に接続されている。電源２１の一端はグランドＧＮＤに接地され、他端は入力電源端２２１（第２入力電源端）に接続されている。電源２２の一端はグランドＧＮＤに接地され、他端は入力電源端２２２に接続されている。入力電源端１２１は利得部１３１の入力端に接続され、利得部１３１の出力端は抵抗１４１の一端に接続されている。入力電源端２２１は利得部３３１の入力端に接続され、利得部３３１の出力端は抵抗２４１の一端に接続されている。入力電源端２２２は利得部３３２の入力端に接続され、利得部３３２の出力端は抵抗２４２の一端に接続されている。抵抗１４１の他端は、抵抗１４２，１４３の一端と演算増幅器１１１の反転入力端とに接続されている。抵抗２４１の他端は、抵抗３４１の一端と演算増幅器３１１の反転入力端とに接続されている。抵抗２４２の他端は、抵抗３４２の一端と演算増幅器３１２の反転入力端とに接続されている。演算増幅器１１１，３１１，３１２の非反転入力端はグランドＧＮＤに接続され、演算増幅器１１１，３１１，３１２の出力端は、切り替え回路３６０の入力端に接続されている。切り替え回路３６０の出力端は、演算増幅器２１３の非反転入力端に接続され、演算増幅器２１３の反転入力端はグランドＧＮＤに接地され、演算増幅器２１３の出力端は、抵抗１４４の一端と演算増幅器１１３の非反転入力端とに接続されている。抵抗１４４の他端は、演算増幅器１１２の非反転入力端と演算増幅器１１３の反転入力端と外部出力端１５１とに接続されている。演算増幅器１１３の出力端は、抵抗１４３の他端に接続されている。演算増幅器１１２の出力端は、演算増幅器１１２の反転入力端と抵抗３４１，３４２の他端と利得部１３２の入力端に接続されている。利得部１３２の出力端は抵抗１４２の他端に接続されている。

利得部１３１および抵抗１４１は、第１入力電源回路を構成する。利得部３３１および抵抗２４１は、第３入力電源回路を構成する。同様に、利得部３３２および抵抗２４２は、第３入力電源回路を構成する。演算増幅器１１１，１１２，２１３，３１１，３１２、抵抗１４１，１４２，１４４，２４１，２４２，３４１，３４２、利得部１３２、および切り替え回路３６０は電圧回路を構成する。当該電圧回路は、演算増幅器１１１の反転入力端子への負帰還を行う第１負帰還回路（演算増幅器１１２、抵抗１４２、および利得部１３２を含む回路）と、演算増幅器３１１，３１２の反転入力端子への負帰還（出力電圧値に対応する負帰還）を行う第４負帰還回路（演算増幅器１１２、および抵抗３４１，３４２を含む回路）を有する。なお、第４負帰還回路での利得は零以外の固定値（例えば１）である。演算増幅器１１１，１１３，２１３、抵抗１４１，１４３，１４４、および切り替え回路３６０は電流回路を構成する。当該電流回路は、演算増幅器１１１の反転入力端子への負帰還を行う第２負帰還回路（演算増幅器１１３、および抵抗１４３を含む回路）を有する。

利得部３３１，３３２は、それぞれ、入力端側の電圧値に利得α_ｐ，α_ｍを乗じたものを出力端側の電圧値とする。すなわち、グランドＧＮＤを基準とした利得部３３１，３３２の入力端側の電圧値Ｖ_ｉｎｐ，Ｖ_ｉｎｍと出力端側の電圧値Ｖ_ｏｕｔｐ，Ｖ_ｏｕｔｍとは、それぞれ以下の関係を満たす。
Ｖ_ｏｕｔｐ＝α_ｐ×Ｖ_ｉｎｐ
Ｖ_ｏｕｔｍ＝α_ｍ×Ｖ_ｉｎｍ
図６の例では、抵抗３４１，３４２の抵抗値はＲ［Ω］である。

切り替え回路３６０は、電子回路３００の外部出力端１５１からの出力電圧の大きさが或る値（例えば、所定の閾値）以上の場合に、演算増幅器１１１を演算増幅器３１１または３１２に切り替える。切り替え回路３６０は、例えば、図５の切り替え回路２６０と同じ構成で実現できる。

＜動作＞
切り替え回路３６０は、電子回路３００の出力電圧値Ｖ_Ｏの大きさが或る値（例えば所定の閾値）に達した場合に、演算増幅器１１１を演算増幅器３１１または３１２に切り替える。すなわち、電子回路３００の出力電圧値Ｖ_Ｏの大きさが或る値に達しないときには、演算増幅器３１１または３１２が電圧回路（電子回路３００が含む前述の電圧回路）から切り離され、なおかつ、第１演算増幅器１１１が電圧回路に接続される。一方、電子回路３００の出力電圧値Ｖ_Ｏの大きさが或る値に達したときには、演算増幅器１１１が電圧回路から切り離され、なおかつ、演算増幅器３１１または３１２が電圧回路に接続される。以下にこの詳細を例示する。

出力電圧値Ｖ_Ｏが値Ｓ_１よりも大きく、値Ｓ_２よりも小さい場合（ただしＳ_１＜Ｓ_２）、すなわち、Ｓ_１＜Ｖ_Ｏ＜Ｓ_２である場合、切り替え回路３６０は、演算増幅器３１１および３１２の出力端を電圧回路から切り離し、演算増幅器１１１の出力端を電圧回路に接続する。つまり、演算増幅器３１１および３１２の出力端は、演算増幅器２１３の非反転入力端に接続されず、演算増幅器１１１の出力端が演算増幅器２１３の非反転入力端に接続される。この場合、電子回路３００の出力電流値Ｉ_ＯはＩ_Ｏ＝α×Ｅ／Ｒｓとなり、出力抵抗値Ｚ_ＯはＺ_Ｏ＝Ｒｓ／βとなる。なお、値Ｓ_１は負の閾値であり、値Ｓ_２は正の閾値である。Ｓ_１の例はＳ_１＝−α_ｍ×Ｅｍ（例えば、α_ｍ＝１の場合にはＳ_１＝−Ｅｍ）であり、Ｓ_２の例はＳ_２＝α_ｐ×Ｅｐ（例えば、α_ｐ＝１の場合にはＳ_２＝Ｅｐ）である。

出力電圧値Ｖ_Ｏが＋側に大きくなり、Ｖ_Ｏ＝Ｓ_２に達した場合、すなわちＶ_Ｏ≧Ｓ_２の場合、切り替え回路３６０は、演算増幅器１１１および３１２の出力端を電圧回路から切り離し、演算増幅器３１１の出力端を電圧回路に接続する。つまり、演算増幅器１１１および３１２の出力端は、演算増幅器２１３の非反転入力端から切り離され、演算増幅器３１１の出力端が演算増幅器２１３の非反転入力端に接続される。定常状態では、演算増幅器３１１の反転入力端と非反転入力端の電圧値が等しくなり、Ｖ_Ｏ＝α_ｐ×Ｅｐの関係が成り立つ（例えば、α_ｐ＝１の場合にはＶ_Ｏ＝Ｅｐ）。すなわちＶ_Ｏ≧Ｓ_２の場合、出力電圧値Ｖ_Ｏはα_ｐ×Ｅｐ（例えば、α_ｐ＝１の場合にはＥｐ）となる。

出力電圧値Ｖ_Ｏが−側に大きくなり、Ｖ_Ｏ＝Ｓ_１に達した場合、すなわち、Ｖ_Ｏ≦Ｓ_１の場合、切り替え回路３６０は、演算増幅器１１１および３１１の出力端を電圧回路から切り離し、演算増幅器３１２の出力端を電圧回路に接続する。この場合、演算増幅器１１１および３１１の出力端は、演算増幅器２１３の非反転入力端から切り離され、演算増幅器３１２の出力端が演算増幅器２１３の非反転入力端に接続される。定常状態では、演算増幅器３１２の反転入力端と非反転入力端の電圧値が等しくなり、Ｖ_Ｏ＝−α_ｍ×Ｅｍの関係が成り立つ（例えば、α_ｍ＝１の場合にはＶ_Ｏ＝−Ｅｍ）。すなわちＶ_Ｏ≦Ｓ_１の場合、出力電圧値Ｖ_Ｏは−α_ｍ×Ｅｍ（例えば、α_ｍ＝１の場合には−Ｅｍ）となる。

［変形例等］
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、利得部１３１で利得αが与えられることに代えて、電源１１の出力を調整可能としてもよい。また、利得部１３２で利得βが与えられることに代えて、演算増幅器１１２の増幅率がβとなるように構成されてもよい。また、利得部１３３で利得γが与えられることに代えて、演算増幅器１１３の増幅率がγとなるように構成されてもよい。また第２実施形態では、β＝１に固定されていたため電子回路２００は利得部１３２を含まなかったが、第２実施形態において、演算増幅器１１２の出力端と抵抗１４２との間に固定利得βの利得部１３２が設けられてもよい。同様に、第３実施形態において、演算増幅器１１３の出力端と抵抗１４３との間に固定利得γの利得部１３３が設けられてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

１００〜３００ 電子回路
１１１〜１１３，２１１〜２１３，３１１，３１２ 演算増幅器
１３１〜１３３，２３１，２３２，３３１，３３２ 利得部

Claims (4)

1. 第１入力電源回路と、
   非反転入力端側が接地され、反転入力端側が第１入力電源回路に接続された第１演算増幅器と、
   前記第１演算増幅器の出力端側に一端側が接続された抵抗と、
   前記抵抗の他端側に接続され、前記第１演算増幅器への負帰還を行う第１負帰還回路と、
   前記抵抗の両端に接続され、前記第１演算増幅器への負帰還を行う第２負帰還回路と、を有し、
   前記第１入力電源回路での利得α、前記第１負帰還回路での利得β、および前記第２負帰還回路での利得γの少なくとも何れかが可変であり、
   前記利得βが零以外の固定値なおかつ前記利得γが可変であるか、または、前記利得γが零以外の固定値なおかつ前記利得βが可変である
   ことを特徴とする電子回路。
2. 第１入力電源回路と、
   非反転入力端側が接地され、反転入力端側が第１入力電源回路に接続された第１演算増幅器と、
   前記第１演算増幅器の出力端側に一端側が接続された抵抗と、
   前記抵抗の他端側に接続され、前記第１演算増幅器への負帰還を行う第１負帰還回路と、
   前記抵抗の両端に接続され、前記第１演算増幅器への負帰還を行う第２負帰還回路と、を有し、
   前記第１入力電源回路での利得α、前記第１負帰還回路での利得β、および前記第２負帰還回路での利得γの少なくとも何れかが可変であり、
   第２入力電源回路と、
   非反転入力端側が接地され、反転入力端側が前記第２入力電源回路に接続された第２演算増幅器と、
   前記抵抗の両端に接続され、前記第２演算増幅器への負帰還を行う第３負帰還回路と、を有し、
   前記利得βおよび前記第３負帰還回路での利得が零以外の固定値であり、
   当該電子回路の出力電流値の大きさが或る値に達しないときに、前記第２演算増幅器が前記電流回路から切り離され、なおかつ、前記第１演算増幅器が前記電流回路に接続され、
   当該電子回路の出力電流値の大きさが或る値に達したときに、前記第１演算増幅器が前記電流回路から切り離され、なおかつ、前記第２演算増幅器が前記電流回路に接続される
   ことを特徴とする電子回路。
3. 第１入力電源回路と、
   非反転入力端側が接地され、反転入力端側が第１入力電源回路に接続された第１演算増幅器と、
   前記第１演算増幅器の出力端側に一端側が接続された抵抗と、
   前記抵抗の他端側に接続され、前記第１演算増幅器への負帰還を行う第１負帰還回路と、
   前記抵抗の両端に接続され、前記第１演算増幅器への負帰還を行う第２負帰還回路と、を有し、
   前記第１入力電源回路での利得α、前記第１負帰還回路での利得β、および前記第２負帰還回路での利得γの少なくとも何れかが可変であり、
   第３入力電源回路と、
   非反転入力端側が接地され、反転入力端側が前記第３入力電源回路に接続された第３演算増幅器と、
   前記抵抗の他端側に接続され、前記第３演算増幅器への負帰還を行う第４負帰還回路と、を有し、
   前記利得γおよび前記第４負帰還回路での利得が零以外の固定値であり、
   当該電子回路の出力電圧値の大きさが或る値に達しないときに、前記第３演算増幅器が前記電圧回路から切り離され、なおかつ、前記第１演算増幅器が前記電圧回路に接続され、
   当該電子回路の出力電圧値の大きさが或る値に達したときに、前記第１演算増幅器が前記電圧回路から切り離され、なおかつ、前記第３演算増幅器が前記電圧回路に接続される
   ことを特徴とする電子回路。
4. 請求項１から３の何れかの電子回路であって、
   前記利得α、βおよびγの何れかを調整するＤ／Ａ変換器を有する電子回路。

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