JP6503017B2

JP6503017B2 - 可変抵抗器

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Publication number: JP6503017B2
Application number: JP2017121894A
Authority: JP
Inventors: 森　泰彦; 泰彦森
Original assignee: 森　泰彦; 泰彦森
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2037-06-22
Also published as: JP2019009540A

Description

本発明は電気的に制御可能な可変抵抗器に関する。

電気的に制御可能であってオペアンプを用いない簡易な可変抵抗器としては、フォトレジスタ、フォトトランジスタ、ホール素子などが知られている。また、特許文献１には、ハイパスフィルタの遮断周波数を変化させるため可変抵抗素子としてトランジスタを用いた例が示されている。

特開２０１５−８０１８４号公報

しかしながら、従来技術の簡易な回路構成の可変抵抗器では、電圧と電流の関係が線形となる範囲が狭いため、ＯＮ−ＯＦＦを制御するスイッチとして利用されることがほとんどであり、アナログ回路の素子としては利用しにくい。また、特許文献１の例も一般的なアナログ回路の素子として使用できるものではない。

本発明は、電気的に制御可能なアナログ回路に使用できる可変抵抗器を提供することを目的とする。

本発明の可変抵抗器は、第１端子と第２端子との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、トランジスタ部と連動調整部とを備える。トランジスタ部は、同じ特性の第１トランジスタと第２トランジスタを有する。第１トランジスタは、第１端子に直接もしくは抵抗を介してコレクタが接続され、第２端子に直接もしくは抵抗を介してエミッタが接続される。第２トランジスタは、第１トランジスタと逆になるように、第２端子に直接もしくは抵抗を介してコレクタが接続され、第１端子に直接もしくは抵抗を介してエミッタが接続される。連動調整部は、入力された制御電圧または制御電流に依存した第１電圧を第１トランジスタのベースに印加し、制御電圧または制御電流に依存した第２電圧を第２トランジスタのベースに印加する。連動調整部は、第１電圧と第２電圧とを互いに所定の程度で連動させる。

本発明の可変抵抗器によれば、第１端子と第２端子間の電圧と電流の関係が線形となるように制御電圧または制御電流によって変化させることができる。したがって、電気的に制御可能なアナログ回路に使用できる可変抵抗器を提供できる。

本発明が目指す可変抵抗器のイメージを示す図。トランジスタを用いた回路９００の構成を示す図。トランジスタを用いた回路９００の入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を確認するための回路を示す図。図３の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図。回路９００の第２端子９２２を電圧源７００に接続し、第１端子９２１を電流測定回路８００に接続した図。図５の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図。トランジスタを用いた別の回路９０１の特性を測定する回路を示す図。図７の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図。本発明の可変抵抗器１００’の構成と特性を測定する回路を示す図。図９の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図。本発明の可変抵抗器１００の構成と特性を測定する回路を示す図。図１１の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図。可変抵抗器１０１’（可変抵抗器１００’の変形例）の構成を示す図。可変抵抗器１０１（可変抵抗器１００の変形例）の構成を示す図。本発明の可変抵抗器１０２の構成と特性を測定する回路を示す図。図１５の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図。本発明の可変抵抗器１０２の周波数特性を測定する回路を示す図。図１７の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、周波数特性を示す図。可変抵抗器１０３（可変抵抗器１０２の変形例）の構成を示す図。可変抵抗器１０４（可変抵抗器１０２の別の変形例）の構成を示す図。可変抵抗器１０５（可変抵抗器１０４の変形例）の構成を示す図。可変抵抗器１０６（可変抵抗器１０３の変形例）の構成を示す図。トランジスタを用いた回路９５０の入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を確認するための回路を示す図。図２３の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図。回路９５０の第２端子９２２を電圧源７００に接続し、第１端子９７１を電流測定回路８００に接続した図。図２５の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図。本発明の可変抵抗器１５０の構成を示す図。本発明の可変抵抗器１５２の構成を示す図。本発明の可変抵抗器１０２の特性を測定する回路を示す図。図２９の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図。本発明の可変抵抗器１５２の周波数特性を測定する回路を示す図。図３１の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、周波数特性を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

＜本発明の可変抵抗器の特性＞
図１に本発明が目指す可変抵抗器のイメージを示す。可変抵抗器１００は、第１端子１２１、第２端子１２２、制御端子１２３を備えている。可変抵抗器１００は、制御端子１２３から入力される制御電圧Ｖ_ｃまたは制御電流Ｉ_ｃにしたがって、第１端子１２１と第２端子１２２間の入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係がＶ_ｉｎ＝０を含む所定の範囲内で線形となるように変化させる。本来、抵抗はオームの法則（Ｒ＝Ｖ_ｉｎ／Ｉ_ｏｕｔ）に従う。しかし、電圧と電流の関係が線形であれば、入力電圧Ｖ_ｉｎにバイアス電圧を付加するなどの調整によってオームの法則に従うように調整できる。よって、本発明では、Ｖ_ｉｎ＝０のときにＩ_ｏｕｔ＝０であることよりも、Ｖ_ｉｎの変化ｄＶ_ｉｎに対するＩ_ｏｕｔの変化ｄＩ_ｏｕｔの割合（ｄＩ_ｏｕｔ／ｄＶ_ｉｎ）が一定であること（線形であること）を注視する。

＜トランジスタの特性の確認＞
図２にトランジスタを用いた回路９００の構成を示す。トランジスタを用いた回路９００は、トランジスタ９１１、第１端子９２１、第２端子９２２、制御端子９２３、抵抗９１３を備える。トランジスタ９１１はＮＰＮ型であり、コレクタが第１端子９２１に接続され、エミッタが第２端子９２２に接続されている。制御端子９２３とベースの間に抵抗９１３が配置されている。

図３はトランジスタを用いた回路９００の入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を確認するための回路を示す図である。第１端子９２１には電圧源７００が接続され、第２端子９２２には電流測定回路８００の入力端子８２１が接続されている。制御端子９２３には制御電圧源２００が接続されている。電流測定回路８００には２つのオペアンプ８１１，８１４と３つの抵抗８１２，８１３，８１５を有している。抵抗８１２，８１３，８１５は１０ｋΩである。電流測定回路８００は、第２端子９２２を接地した状態にし、第２端子９２２に流れる出力電流Ｉ_ｏｕｔと比例関係となる電圧を出力端子８２２からの出力電圧Ｖ_ｏｕｔとしている。したがって、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電圧Ｖ_ｏｕｔとの関係が線形であれば、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係も線形である。

回路９００の特性の測定では、トランジスタ９１１には、Ｈｆｅ＝１９２、−Ｈｆｅ＝４．９９、ＢＣ間容量２．８ｐＦ、ＢＥ間容量２ｐＦのトランジスタを用い、抵抗９１３は１３００ｋΩとした。図４は、図３の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図である。横軸は入力電圧Ｖ_ｉｎ、縦軸は出力電圧Ｖ_ｏｕｔ（出力電流Ｉ_ｏｕｔと比例関係にある電圧）である。図４（Ａ）は入力電圧Ｖ_ｉｎが−５００ｍＶ〜＋５００ｍＶの間の特性を示す図であり、図４（Ｂ）は入力電圧Ｖ_ｉｎが−１００ｍＶ〜＋１００ｍＶの間の特性を拡大した図である。入力電圧Ｖ_ｉｎがおよそ６０ｍＶ以下では下に凸の曲線になっており、入力電圧Ｖ_ｉｎがおよそ１３０ｍＶ以上では上に凸の曲線になっている。そして、入力電圧Ｖ_ｉｎが２００ｍＶ以上では出力電圧Ｖ_ｏｕｔはほぼ一定となっている。

図５は回路９００の第２端子９２２を電圧源７００に接続し、第１端子９２１を電流測定回路８００に接続した図である。図６は、図５の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図である。横軸は入力電圧Ｖ_ｉｎ、縦軸は出力電圧Ｖ_ｏｕｔである。図６（Ａ）は入力電圧Ｖ_ｉｎが−５００ｍＶ〜＋５００ｍＶの間の特性を示す図であり、図６（Ｂ）は入力電圧Ｖ_ｉｎが−１００ｍＶ〜＋１００ｍＶの間の特性を拡大した図である。入力電圧Ｖ_ｉｎがおよそ−８０ｍＶ以上では上に凸の曲線になっており、入力電圧Ｖ_ｉｎがおよそ−１３０ｍＶ以上では下に凸の曲線になっている。

図７にトランジスタを用いた別の回路９０１の特性を測定する回路を示す。回路９０１は、２つのトランジスタ９１１，９１２と抵抗９１３，９１４を備える。トランジスタ９１１とトランジスタ９１２は同じ特性である。トランジスタ９１１は、第１端子９２１にコレクタが接続され、第２端子９２２にエミッタが接続されている。トランジスタ９１２は、第２端子９２２にコレクタが接続され、第１端子９２１にエミッタが接続されている。抵抗９１３は制御端子９２３とトランジスタ９１１のベースの間に配置され、抵抗９１４は制御端子９２３とトランジスタ９１２のベースの間に配置されている。抵抗９１３，９１４はどちらも１３００ｋΩである。図８は、図７の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図である。横軸は入力電圧Ｖ_ｉｎ、縦軸は出力電圧Ｖ_ｏｕｔである。図８は、図４（Ｂ）と図６（Ｂ）とを加算した結果となっていることが分かる。図８では、入力電圧Ｖ_ｉｎが±１０ｍＶ程度の範囲であれば、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係が線形となっていることが分かる。本発明では、この範囲よりも広い範囲で線形となる可変抵抗器を提供する。

＜可変抵抗器１００’＞
図９は、本発明の可変抵抗器１００’の構成と特性を測定する回路を示している。可変抵抗器１００’は、第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、トランジスタ部１１０’と連動調整部１１１’とを備える。トランジスタ部１１０’は、同じ特性の第１トランジスタ９１１と第２トランジスタ９１２を有する。例えば、同じ品番の２つのトランジスタを用いれば、同じ特性にできる。第１トランジスタ９１１は、第１端子１２１に直接コレクタが接続され、第２端子１２２に直接エミッタが接続される。第２トランジスタ９１２は、第１トランジスタ９１１と逆になるように、第２端子１２２に直接コレクタが接続され、第１端子１２１に直接エミッタが接続される。「逆」とは、第１端子１２１から第２端子１２２側を見たときの第１トランジスタ９１１と、第２端子１２２から第１端子１２１側を見たときの第２トランジスタ９１２とが同じになることを意味している。図９の場合はエミッタとコレクタを逆にすることと同じ意味である。

連動調整部１１１’は、制御電圧Ｖ_ｃが入力される制御端子１２３と、制御端子１２３と第１トランジスタ９１１のベースの間に配置された第１抵抗９１３と、制御端子１２３と第２トランジスタ９１２のベースの間に配置された第２抵抗９１４と、第１トランジスタ９１１のベースと第２トランジスタ９１２のベースの間に配置された連動素子１１５’を有する。第１抵抗９１３と第２抵抗９１４は同じ抵抗値であり、連動素子１１５’は導線である。つまり、連動調整部１１１’は、入力された制御電圧Ｖ_ｃに依存した第１電圧を第１トランジスタ９１１のベースに印加し、制御電圧Ｖ_ｃに依存した第２電圧を第２トランジスタ９１２のベースに印加する。連動調整部１１１’は、第１電圧と第２電圧とが等電位になるように連動させている。

図１０は、図９の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図である。横軸は入力電圧Ｖ_ｉｎ、縦軸は出力電圧Ｖ_ｏｕｔ（出力電流Ｉ_ｏｕｔと比例関係にある電圧）である。図１０（Ａ）は入力電圧Ｖ_ｉｎが−１００ｍＶ〜＋１００ｍＶの間の特性を示す図であり、図１０（Ｂ）は入力電圧Ｖ_ｉｎが−３０ｍＶ〜＋３０ｍＶの間の特性を拡大した図である。トランジスタ９１１，９１２は、回路９０１と同じトランジスタを用い、抵抗９１３，９１４も回路９０１と同じで、どちらも１３００ｋΩである。つまり、可変抵抗器１００’は、導線である連動素子１１５’も備えている点だけが回路９０１と異なる。図１０から、入力電圧Ｖ_ｉｎが±３０ｍＶの範囲で、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係が線形となっていることが分かる。したがって、回路９０１の約３倍の入力電圧Ｖ_ｉｎの範囲で線形になっている。

また、可変抵抗器１００’は、制御電圧Ｖ_ｃ＝０のときは第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値は無限大であり、制御電圧Ｖ_ｃ＝５のときは第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値は１ｋΩ以下となった。したがって、可変抵抗器１００’は１ｋΩから無限大までの範囲で抵抗値を制御できる。なお、抵抗値の最小値は抵抗９１３，９１４の値と許容されるコレクタ電流の最大値によって決まる。例えば、コレクタを流れる電流が許容範囲内であれば、抵抗９１３，９１４を１３０ｋΩにすれば、可変抵抗器１００’は１００Ωから無限大までの範囲で抵抗値を制御できる。また、抵抗９１３，９１４を１３ＭΩにすれば、可変抵抗器１００’は１０ｋΩから無限大までの範囲で抵抗値を制御できる。抵抗９１３，９１４は、目標とする抵抗値の範囲によって適宜決めればよい。

＜可変抵抗器１００＞
図１１は、本発明の可変抵抗器１００の構成と特性を測定する回路を示している。可変抵抗器１００は、第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、トランジスタ部１１０’と連動調整部１１１とを備える。トランジスタ部１１０’は、可変抵抗器１００’と同じである。

連動調整部１１１は、制御電圧Ｖ_ｃが入力される制御端子１２３と、制御端子１２３と第１トランジスタ９１１のベースの間に配置された第１抵抗９１３と、制御端子１２３と第２トランジスタ９１２のベースの間に配置された第２抵抗９１４と、第１トランジスタ９１１のベースと第２トランジスタ９１２のベースの間に配置された連動素子１１５を有する。第１抵抗９１３と第２抵抗９１４は同じ抵抗値であり、連動素子１１５は抵抗である。つまり、連動調整部１１１は、入力された制御電圧Ｖ_ｃに依存した第１電圧を第１トランジスタ９１１のベースに印加し、制御電圧Ｖ_ｃに依存した第２電圧を第２トランジスタ９１２のベースに印加する。連動調整部１１１は、連動素子１１５が無い場合（連動素子の抵抗が無限大の場合）よりも第１電圧と第２電圧とが近い電位になるように連動させている。

図１２は、図１１の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図である。横軸は入力電圧Ｖ_ｉｎ、縦軸は出力電圧Ｖ_ｏｕｔ（出力電流Ｉ_ｏｕｔと比例関係にある電圧）である。図１２は入力電圧Ｖ_ｉｎが−１００ｍＶ〜＋１００ｍＶの間の特性を示す図である。トランジスタ９１１，９１２は、回路９０１と同じトランジスタを用い、抵抗９１３，９１４も回路９０１と同じで、どちらも１３００ｋΩである。つまり、可変抵抗器１００は、抵抗である連動素子１１５も備えている点だけが回路９０１と異なる。連動素子１１５の抵抗値は２３ｋオームである。図１２から、入力電圧Ｖ_ｉｎが±１００ｍＶの範囲で、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係が線形となっていることが分かる。したがって、回路９０１の約１０倍の入力電圧Ｖ_ｉｎの範囲で線形になっている。

第１電圧と第２電圧の連動の程度は、連動素子１１５の抵抗値に依存しており、抵抗値を小さくすれば連動の程度は強くなり、第１電圧と第２電圧とがより近くなるように連動する。連動素子１１５の抵抗値を大きくすれば連動の程度は弱くなり、第１電圧と第２電圧が独立した状態に近くなる。図１０（Ａ）は連動素子の抵抗値が０の場合の特性であり、図８は抵抗値が無限大の場合（連動素子がない場合）の特性である。図１２は、連動素子の抵抗値を２３ｋΩとした場合の特性である。つまり、適切に連動素子１１５の抵抗値を設定すれば、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係が線形となる入力電圧Ｖ_ｉｎの範囲を広くできることが分かる。トランジスタ９１１，９１２の特性によって適切な連動素子１１５の抵抗値は異なると考えられる。また、抵抗値の最小値は抵抗９１３，９１４と連動素子１１５の抵抗値と許容されるコレクタ電流の最大値によって決まる。したがって、使用するトランジスタと目標とする抵抗値の範囲によって、抵抗９１３，９１４と連動素子１１５の抵抗値を適宜選択すればよい。

＜可変抵抗器１０１’＞
図１３に可変抵抗器１０１’（可変抵抗器１００’の変形例）の構成を示す。可変抵抗器１０１’は、連動調整部１１１’の構成が可変抵抗器１００’と異なる。可変抵抗器１０１’の連動調整部１１１’は、制御電圧Ｖ_ｃが入力される制御端子１２３と、一端が制御端子１２３に接続された入力抵抗１１２と、入力抵抗１１２の他端と第１トランジスタ９１１のベースの間に配置された第１連動素子１１３’と、入力抵抗１１２の他端と第２トランジスタ９１２のベースの間に配置された第２連動素子１１４’を有する。第１連動素子１１３’と第２連動素子１１４’は、導線である。入力抵抗１１２は、並列に配置されている可変抵抗器１００’の抵抗９１３と抵抗９１４とを１つにまとめた抵抗である。したがって、当然、可変抵抗器１０１’は可変抵抗器１００’と同じ特性である。

＜可変抵抗器１０１＞
図１４に可変抵抗器１０１（可変抵抗器１００の変形例）の構成を示す。可変抵抗器１０１は、連動調整部１１１の構成が可変抵抗器１００と異なる。可変抵抗器１０１の連動調整部１１１は、制御電圧Ｖ_ｃが入力される制御端子１２３と、一端が制御端子１２３に接続された入力抵抗１１２と、入力抵抗１１２の他端と第１トランジスタ９１１のベースの間に配置された第１連動素子１１３と、入力抵抗１１２の他端と第２トランジスタ９１２のベースの間に配置された第２連動素子１１４を有する。第１連動素子１１３と第２連動素子１１４は、同じ抵抗値の抵抗である。可変抵抗器１００の連動調整部１１１と可変抵抗器１０１の連動調整部１１１とは抵抗の構成が異なるが、等価にすることは可能である。したがって、当然、可変抵抗器１０１は可変抵抗器１００と同じ特性である。

＜可変抵抗器１０２＞
図１５は、本発明の可変抵抗器１０２の構成と特性を測定する回路を示している。可変抵抗器１０２は、第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、トランジスタ部１１０と連動調整部１１１とを備える。トランジスタ部１１０は、同じ特性の第１トランジスタ９１１と第２トランジスタ９１２を有する。第１トランジスタ９１１は、第１端子１２１に抵抗１１６を介してコレクタが接続され、第２端子１２２に直接エミッタが接続される。第２トランジスタ９１２は、第２端子１２２に抵抗１１７を介してコレクタが接続され、第１端子１２１に直接エミッタが接続される。抵抗１１６と抵抗１１７の抵抗値は同じである。つまり、第１トランジスタ９１１と第２トランジスタ９１２は、逆になるように配置されている。ここでの「逆」とは、第１端子１２１から第２端子１２２側を見たときの第１トランジスタ９１１と抵抗１１６の配置および特性と、第２端子１２２から第１端子１２１側を見たときの第２トランジスタ９１２と抵抗１１７の配置および特性とが同じになることを意味している。連動調整部１１１は、可変抵抗器１００の連動調整部１１１と同じである。

図１６は、図１５の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図である。横軸は入力電圧Ｖ_ｉｎ、縦軸は出力電圧Ｖ_ｏｕｔ（出力電流Ｉ_ｏｕｔと比例関係にある電圧）である。図１６は入力電圧Ｖ_ｉｎが−１００ｍＶ〜＋１００ｍＶの間の特性を示す図である。トランジスタ９１１，９１２は、回路９０１と同じトランジスタを用い、抵抗９１３，９１４も回路９０１と同じで、どちらも１３００ｋΩである。抵抗１１６，１１７は、どちらも３３０Ωであり、連動素子１１５の抵抗値は４７ｋΩである。図１６から、入力電圧Ｖ_ｉｎが±１００ｍＶの範囲で、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係が線形となっていることが分かる。したがって、回路９０１の約１０倍の入力電圧Ｖ_ｉｎの範囲で線形になっている。また、図１２と比較すると、図１６の方が制御電圧Ｖ_ｃを変化させたときの抵抗の変化（図１２と図１６では傾きの変化）が均一になっている。また、図１６の方が制御電圧Ｖ_ｃが小さいときの直線性（線形性）が改善され、広い範囲の制御電圧でひずみが少ない。したがって、可変抵抗器１０２の方が、第１端子１２１と第２端子１２２の間の抵抗値を制御しやすく、線形性を確保できる制御電圧の範囲を広くできる。また、抵抗値の最小値は抵抗９１３，９１４，１１６，１１７と連動素子１１５の抵抗値と許容されるコレクタ電流の最大値によって決まる。したがって、使用するトランジスタと目標とする抵抗値の範囲によって、抵抗９１３，９１４，１１６，１１７と連動素子１１５の抵抗値を適宜選択すればよい。

図１７は、本発明の可変抵抗器１０２の周波数特性を測定する回路を示している。可変抵抗器１０２の第１端子１２１に交流信号源７５０が接続され、第２端子１２２に電流測定回路８００が接続されている。図１８は、図１７の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜５Ｖまで０．２Ｖごとに変化させたときの、周波数特性を示している。交流信号源７５０の振幅は１００ｍＶである。図１８の横軸は周波数、縦軸は出力電圧Ｖ_ｏｕｔと入力電圧Ｖ_ｉｎとの比である。制御電圧Ｖ_ｃが０．８Ｖ以上のときには、２０ｋＨｚ以下の周波数での変化は３ｄＢ以下である。したがって、音響信号を対象としたアナログ回路に使用できることが分かる。

また、可変抵抗器１０２は、制御電圧Ｖ_ｃ＝０のときは第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値は無限大、制御電圧Ｖ_ｃ＝０．８のときは第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値は２０ｋΩ以上、制御電圧Ｖ_ｃ＝５のときは第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値は１ｋΩ以下となった。したがって、可変抵抗器１０２は、１ｋΩから無限大までの範囲で抵抗値を制御できる。また、可変抵抗器１０２は、１ｋΩから２０ｋΩの範囲では２０ｋＨｚ以下で、周波数に依存しない特性にできる。

＜可変抵抗器１０３＞
図１９に可変抵抗器１０３（可変抵抗器１０２の変形例）の構成を示す。可変抵抗器１０３は、連動調整部１１１の構成が可変抵抗器１０２と異なる。可変抵抗器１０３の連動調整部１１１は、可変抵抗器１０１と同じである。可変抵抗器１０２の連動調整部１１１と可変抵抗器１０１の連動調整部１１１とは抵抗の構成が異なるが、等価にすることは可能である。したがって、当然、可変抵抗器１０３は可変抵抗器１０２と同じ特性である。

＜可変抵抗器１０４＞
図２０に可変抵抗器１０４（可変抵抗器１０２の別の変形例）の構成を示す。可変抵抗器１０４は、トランジスタ部１１０が可変抵抗器１０２と異なる。可変抵抗器１０４のトランジスタ部１１０は、同じ特性の第１トランジスタ９１１と第２トランジスタ９１２を有する。第１トランジスタ９１１は、第１端子１２１に直接コレクタが接続され、第２端子１２２に抵抗１１８を介してエミッタが接続される。第２トランジスタ９１２は、第２端子１２２に直接コレクタが接続され、第１端子１２１に抵抗１１９を介してエミッタが接続される。抵抗１１８と抵抗１１９の抵抗値は同じである。つまり、第１トランジスタ９１１と第２トランジスタ９１２は、逆になるように配置されている。ここでの「逆」とは、第１端子１２１から第２端子１２２側を見たときの第１トランジスタ９１１と抵抗１１８の配置および特性と、第２端子１２２から第１端子１２１側を見たときの第２トランジスタ９１２と抵抗１１９の配置および特性とが同じになることを意味している。連動調整部１１１は、可変抵抗器１００の連動調整部１１１と同じである。このように、トランジスタ部１１０内の抵抗を、エミッタ側に配置しても可変抵抗器１０２と同様の特性が得られる。

＜可変抵抗器１０５＞
図２１に可変抵抗器１０５（可変抵抗器１０４の変形例）の構成を示す。可変抵抗器１０５は、連動調整部１１１の構成が可変抵抗器１０４と異なる。可変抵抗器１０５の連動調整部１１１は、可変抵抗器１０１と同じである。可変抵抗器１０４の連動調整部１１１と可変抵抗器１０５の連動調整部１１１とは抵抗の構成が異なるが、等価にすることは可能である。したがって、当然、可変抵抗器１０５は可変抵抗器１０４と同じ特性である。

なお、可変抵抗器１０２，１０３ではコレクタ側に抵抗を配置し、可変抵抗器１０４，１０５ではエミッタ側に抵抗を配置したが、両方に配置してもよい。その場合も、トランジスタと抵抗の配置と特性が「逆」となるようにすればよい。

＜可変抵抗器１０６＞
図２２に可変抵抗器１０６（可変抵抗器１０３の変形例）の構成を示す。可変抵抗器１０６は、連動調整部１１１”の構成が可変抵抗器１０３と異なる。連動調整部１１１”は、制御電流源２５０に接続され制御電流Ｉ_ｃが入力される制御端子１２３と、制御端子１２３と第１トランジスタ９１１のベースの間に配置された第１連動素子１１３と、制御端子１２３と第２トランジスタ９１２のベースの間に配置された第２連動素子１１４を有する。第１連動素子１１３と第２連動素子１１４は抵抗であり、同じ抵抗値である。なお、図２２では第１連動素子１１３と第２連動素子１１４が抵抗の場合を示しているが、導線でもよい。また、トランジスタ部はコレクタ側に抵抗１１６，１１７を配置してあるが、抵抗はなくてもよいし、エミッタ側に配置してもよい。このような構成にすることで、入力された制御電流Ｉ_ｃに依存した第１電圧を第１トランジスタ９１１のベースに印加し、制御電流Ｉ_ｃに依存した第２電圧を第２トランジスタ９１２のベースに印加できる。そして、このとき、第１電圧と第２電圧とは互いに所定の程度で近い電位になるように連動している。したがって、制御電流源２５０を用いた場合も、制御電圧源２００を用いた場合と同様の効果が得られる。

＜本発明の応用＞
本発明は、バイポーラトランジスタの基本特性を利用しており、シンプルで安価な可変抵抗器にできる。また、このようなシンプルな構成なので、環境温度に対する高安定性が期待できる。また、３端子構成なので、アナログ回路内で利用しやすい。例えば、オーディオ用の回路内で各種のフィルタ、イコライザー、コンプレッサー、オートマチックゲインコントローラー、各種のアナログ変調器（ＡＭ、ＦＭ、平行変調器）などに利用できる。そして、抵抗値を電圧または電流で制御できるので、プログラムによる制御が容易にできる。

＜トランジスタの特性の確認＞
実施例１ではＮＰＮ型のトランジスタを用いた例を示したが、ＰＮＰ型のトランジスタを用いてもよい。図２３はトランジスタを用いた回路９５０の入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を確認するための回路を示す図である。トランジスタ９６１はＰＮＰ型であり、エミッタが第１端子９７１に接続され、コレクタが第２端子９７２に接続されている。制御端子９７３とベースの間に抵抗９６３が配置されている。また、制御電圧源２００は、ＮＰＮ型のときとは逆向きに（マイナスの電位となるように）接続されている。

回路９５０の特性の測定では、トランジスタ９６１には、Ｈｆｅ＝１５６、−Ｈｆｅ＝２．４４、ＢＣ間容量１．７５ｐＦ、ＢＥ間容量２．７ｐＦのトランジスタを用い、抵抗９６３は６８０ｋΩとした。図２４は、図２３の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜−５Ｖまで−０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図である。横軸は入力電圧Ｖ_ｉｎ、縦軸は出力電圧Ｖ_ｏｕｔ（出力電流Ｉ_ｏｕｔと比例関係にある電圧）である。図４は入力電圧Ｖ_ｉｎが−５００ｍＶ〜＋５００ｍＶの間の特性を示す図である。入力電圧Ｖ_ｉｎがおよそ６０ｍＶ以下では下に凸の曲線になっており、入力電圧Ｖ_ｉｎがおよそ１３０ｍＶ以上では上に凸の曲線になっている。

図２５は回路９５０の第２端子９２２を電圧源７００に接続し、第１端子９７１を電流測定回路８００に接続した図である。図２６は、図２５の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜−５Ｖまで−０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図である。横軸は入力電圧Ｖ_ｉｎ、縦軸は出力電圧Ｖ_ｏｕｔである。図２６は入力電圧Ｖ_ｉｎが−５００ｍＶ〜＋５００ｍＶの間の特性を示す図である。入力電圧Ｖ_ｉｎがおよそ−６０ｍＶ以上では上に凸の曲線になっており、入力電圧Ｖ_ｉｎがおよそ−１３０ｍＶ以上では下に凸の曲線になっている。

実施例１（ＮＰＮ型）では図７，８に２つのトランジスタを組み合わせた回路の特性も示したが、本実施例では省略するが、ＰＮＰ型でも、組み合わせた場合は図２４と図２６を加算した結果となり、入力電圧Ｖ_ｉｎが±１０ｍＶ程度の範囲であれば、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係が線形となる。

＜可変抵抗器１５０＞
図２７は、本発明の可変抵抗器１５０の構成を示す図である。可変抵抗器１５０は、第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、トランジスタ部１６０’と連動調整部１６１とを備える。トランジスタ部１６０’は、同じ特性の第１トランジスタ９６２と第２トランジスタ９６１を有する。第１トランジスタ９６２は、第１端子１７１に直接コレクタが接続され、第２端子１７２に直接エミッタが接続される。第２トランジスタ９６１は、第１トランジスタ９６２と逆になるように、第２端子１７２に直接コレクタが接続され、第１端子１７１に直接エミッタが接続される。

連動調整部１６１は、制御電圧Ｖ_ｃが入力される制御端子１７３と、制御端子１７３と第１トランジスタ９６２のベースの間に配置された第１抵抗９６４と、制御端子１７３と第２トランジスタ９６１のベースの間に配置された第２抵抗９６３と、第１トランジスタ９６２のベースと第２トランジスタ９６１のベースの間に配置された連動素子１６５を有する。第１抵抗９６４と第２抵抗９６３は同じ抵抗値であり、連動素子１６５は抵抗である。つまり、連動調整部１６１は、入力された制御電圧Ｖ_ｃに依存した第１電圧を第１トランジスタ９６２のベースに印加し、制御電圧Ｖ_ｃに依存した第２電圧を第２トランジスタ９６１のベースに印加する。連動調整部１６１は、連動素子１６５が無い場合（連動素子の抵抗が無限大の場合）よりも第１電圧と第２電圧とが近い電位になるように連動させている。なお、連動素子１６５は導線としてもよい。この場合は、第１電圧と第２電圧は等電位となるように連動される。可変抵抗器１５０は、このような構成なので可変抵抗器１００と同様の効果が得られる。

＜可変抵抗器１５２＞
図２８は、本発明の可変抵抗器１５２の構成を示す図である。可変抵抗器１５２は、第１端子１７１と第２端子１７２との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、トランジスタ部１６０と連動調整部１６１とを備える。トランジスタ部１６０は、同じ特性の第１トランジスタ９６２と第２トランジスタ９６１を有する。第１トランジスタ９６２は、第１端子１７１に直接コレクタが接続され、第２端子１７２に抵抗１６７を介してエミッタが接続される。第２トランジスタ９６１は、第２端子１７２に直接コレクタが接続され、第１端子１７１に抵抗１６６を介してエミッタが接続される。抵抗１６６と抵抗１６７の抵抗値は同じである。つまり、第１トランジスタ９６１と第２トランジスタ９６２は、逆になるように配置されている。ここでの「逆」とは、第１端子１７１から第２端子１７２側を見たときの第１トランジスタ９６２と抵抗１６７の配置および特性と、第２端子１７２から第１端子１７１側を見たときの第２トランジスタ９６１と抵抗１６６の配置および特性とが同じになることを意味している。連動調整部１６１は、可変抵抗器１５０の連動調整部１１１と同じである。

図２９は、本発明の可変抵抗器１５２の特性を測定する回路を示している。図３０は、図２９の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜−５Ｖまで−０．２Ｖごとに変化させたときの、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係を示す図である。横軸は入力電圧Ｖ_ｉｎ、縦軸は出力電圧Ｖ_ｏｕｔ（出力電流Ｉ_ｏｕｔと比例関係にある電圧）である。図３０は入力電圧Ｖ_ｉｎが−１００ｍＶ〜＋１００ｍＶの間の特性を示す図である。トランジスタ９６１，９６２は、回路９５０と同じトランジスタを用い、抵抗９６３，９６４はどちらも６８０ｋΩである。抵抗１６６，１６７はどちらも４７０Ωであり、連動素子１６５の抵抗値は３３ｋΩである。図３０から、入力電圧Ｖ_ｉｎが±１００ｍＶの範囲で、入力電圧Ｖ_ｉｎと出力電流Ｉ_ｏｕｔとの関係が線形となっていることが分かる。したがって、可変抵抗器１０２と同様の効果が得られることが分かる。

図３１は、本発明の可変抵抗器１５２の周波数特性を測定する回路を示している。可変抵抗器１５２の第１端子１７１に交流信号源７５０が接続され、第２端子１７２に電流測定回路８００が接続されている。図３２は、図３１の回路で、制御電圧Ｖ_ｃを０〜−５Ｖまで−０．２Ｖごとに変化させたときの、周波数特性を示している。交流信号源７５０の振幅は１００ｍＶである。図３２の横軸は周波数、縦軸は出力電圧Ｖ_ｏｕｔと入力電圧Ｖ_ｉｎとの比である。制御電圧Ｖ_ｃが０．４Ｖ以上のときには、１００ｋＨｚ以下の周波数での変化は３ｄＢ以下である。

また、可変抵抗器１５２は、制御電圧Ｖ_ｃ＝０のときは第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値は無限大、制御電圧Ｖ_ｃ＝−０．４のときは第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値は１００ｋΩ以上、制御電圧Ｖ_ｃ＝−５のときは第１端子１２１と第２端子１２２との間の抵抗値は約１．２ｋΩとなった。したがって、可変抵抗器１５２は、１．２ｋΩから無限大までの範囲で抵抗値を制御できる。また、可変抵抗器１５２は、１．２ｋΩから１００ｋΩの範囲では１００ｋＨｚ以下で、周波数に依存しない特性にできる。したがって、可変抵抗器１０２と同等の効果が得られる。

実施例２では詳細な説明を省略するが、連動調整部１６１は、連動調整部１１１と同じように、図１４を用いて説明した入力抵抗と第１連動素子、第２連動素子で構成してもよい。第１連動素子と第２連動素子は、導線または同じ抵抗値の抵抗である。また、図２２を用いて説明した制御電流源２５０と接続する構成としてもよい。トランジスタ部１６０は、コレクタ側に抵抗を配置してもよい。つまり、ＰＮＰ型のトランジスタを用いてもＮＰＮ型と同様の効果が得られるし、応用できる範囲も同じである。よって、応用する回路に応じてＮＰＮ型かＰＮＰ型を適宜選択できる。

１００，１００’，１０１，１０１’，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１５０，１５２可変抵抗器
１１０，１１０’，１６０，１６０’ トランジスタ部
１１１，１１１’，１１１”，１６１連動調整部
１１２入力抵抗
１１３，１１３’ 第１連動素子１１４，１１４’ 第２連動素子
１１５，１１５’，１６５連動素子
１１６，１１７，１１８，１１９，１６６，１６７抵抗
１２１，１７１第１端子１２２，１７２第２端子
１２３，１７３制御端子
２００制御電圧源２５０制御電流源
７００電圧源７５０交流信号源
９１１，９１２，９６１，９６２トランジスタ
９１３，９１４，９６３，９６４抵抗

Claims

第１端子と第２端子との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、
トランジスタ部と連動調整部とを備え、
前記トランジスタ部は、
同じ特性の第１トランジスタと第２トランジスタを有し、
前記第１トランジスタは、前記第１端子に直接もしくは抵抗を介してコレクタが接続され、前記第２端子に直接もしくは抵抗を介してエミッタが接続され、
前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタと逆になるように、前記第２端子に直接もしくは抵抗を介してコレクタが接続され、前記第１端子に直接もしくは抵抗を介してエミッタが接続され、
前記連動調整部は、
制御電圧が入力される制御端子と、前記制御端子と前記第１トランジスタのベースの間に配置された第１抵抗と、前記制御端子と前記第２トランジスタのベースの間に配置された第２抵抗と、前記第１トランジスタのベースと前記第２トランジスタのベースの間に配置された連動素子を有し、
前記第１抵抗と前記第２抵抗は同じ抵抗値であり、
前記連動素子は、抵抗である
可変抵抗器。
請求項１記載の可変抵抗器であって、
前記第１トランジスタは前記第１端子に抵抗を介してコレクタが接続され、前記第２トランジスタは前記第２端子に抵抗を介してコレクタが接続される
ことを特徴とする可変抵抗器。
請求項１記載の可変抵抗器であって、
前記第１トランジスタは前記第２端子に抵抗を介してエミッタが接続され、前記第２トランジスタは前記第１端子に抵抗を介してエミッタが接続される
ことを特徴とする可変抵抗器。
第１端子と第２端子との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、
トランジスタ部と連動調整部とを備え、
前記トランジスタ部は、
同じ特性の第１トランジスタと第２トランジスタを有し、
前記第１トランジスタは、前記第１端子に抵抗を介してコレクタが接続され、前記第２端子に直接もしくは抵抗を介してエミッタが接続され、
前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタと逆になるように、前記第２端子に抵抗を介してコレクタが接続され、前記第１端子に直接もしくは抵抗を介してエミッタが接続され、
前記連動調整部は、
制御電圧が入力される制御端子と、前記制御端子と前記第１トランジスタのベースの間に配置された第１抵抗と、前記制御端子と前記第２トランジスタのベースの間に配置された第２抵抗と、前記第１トランジスタのベースと前記第２トランジスタのベースの間に配置された連動素子を有し、
前記第１抵抗と前記第２抵抗は同じ抵抗値であり、
前記連動素子は、導線または抵抗である
可変抵抗器。
第１端子と第２端子との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、
トランジスタ部と連動調整部とを備え、
前記トランジスタ部は、
同じ特性の第１トランジスタと第２トランジスタを有し、
前記第１トランジスタは、前記第１端子に直接もしくは抵抗を介してコレクタが接続され、前記第２端子に抵抗を介してエミッタが接続され、
前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタと逆になるように、前記第２端子に直接もしくは抵抗を介してコレクタが接続され、前記第１端子に抵抗を介してエミッタが接続され、
前記連動調整部は、
制御電圧が入力される制御端子と、前記制御端子と前記第１トランジスタのベースの間に配置された第１抵抗と、前記制御端子と前記第２トランジスタのベースの間に配置された第２抵抗と、前記第１トランジスタのベースと前記第２トランジスタのベースの間に配置された連動素子を有し、
前記第１抵抗と前記第２抵抗は同じ抵抗値であり、
前記連動素子は、導線または抵抗である
可変抵抗器。
第１端子と第２端子との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、
トランジスタ部と連動調整部とを備え、
前記トランジスタ部は、
同じ特性の第１トランジスタと第２トランジスタを有し、
前記第１トランジスタは、前記第１端子に抵抗を介してコレクタが接続され、前記第２端子に直接もしくは抵抗を介してエミッタが接続され、
前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタと逆になるように、前記第２端子に抵抗を介してコレクタが接続され、前記第１端子に直接もしくは抵抗を介してエミッタが接続され、
前記連動調整部は、
制御電圧が入力される制御端子と、一端が前記制御端子に接続された入力抵抗と、前記入力抵抗の他端と前記第１トランジスタのベースの間に配置された第１連動素子と、前記入力抵抗の他端と前記第２トランジスタのベースの間に配置された第２連動素子を有し、
前記第１連動素子と前記第２連動素子は、導線または同じ抵抗値の抵抗である
可変抵抗器。
第１端子と第２端子との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、
トランジスタ部と連動調整部とを備え、
前記トランジスタ部は、
同じ特性の第１トランジスタと第２トランジスタを有し、
前記第１トランジスタは、前記第１端子に直接もしくは抵抗を介してコレクタが接続され、前記第２端子に抵抗を介してエミッタが接続され、
前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタと逆になるように、前記第２端子に直接もしくは抵抗を介してコレクタが接続され、前記第１端子に抵抗を介してエミッタが接続され、
前記連動調整部は、
制御電圧が入力される制御端子と、一端が前記制御端子に接続された入力抵抗と、前記入力抵抗の他端と前記第１トランジスタのベースの間に配置された第１連動素子と、前記入力抵抗の他端と前記第２トランジスタのベースの間に配置された第２連動素子を有し、
前記第１連動素子と前記第２連動素子は、導線または同じ抵抗値の抵抗である
可変抵抗器。
第１端子と第２端子との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、
トランジスタ部と連動調整部とを備え、
前記トランジスタ部は、
同じ特性の第１トランジスタと第２トランジスタを有し、
前記第１トランジスタは、前記第１端子に抵抗を介してコレクタが接続され、前記第２端子に直接もしくは抵抗を介してエミッタが接続され、
前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタと逆になるように、前記第２端子に抵抗を介してコレクタが接続され、前記第１端子に直接もしくは抵抗を介してエミッタが接続され、
前記連動調整部は、
制御電流が入力される制御端子と、前記制御端子と前記第１トランジスタのベースの間に配置された第１連動素子と、前記制御端子と前記第２トランジスタのベースの間に配置された第２連動素子を有し、
前記第１連動素子と前記第２連動素子は、導線または同じ抵抗値の抵抗である
可変抵抗器。
第１端子と第２端子との間の抵抗値を変更可能な可変抵抗器であって、
トランジスタ部と連動調整部とを備え、
前記トランジスタ部は、
同じ特性の第１トランジスタと第２トランジスタを有し、
前記第１トランジスタは、前記第１端子に直接もしくは抵抗を介してコレクタが接続され、前記第２端子に抵抗を介してエミッタが接続され、
前記第２トランジスタは、前記第１トランジスタと逆になるように、前記第２端子に直接もしくは抵抗を介してコレクタが接続され、前記第１端子に抵抗を介してエミッタが接続され、
前記連動調整部は、
制御電流が入力される制御端子と、前記制御端子と前記第１トランジスタのベースの間に配置された第１連動素子と、前記制御端子と前記第２トランジスタのベースの間に配置された第２連動素子を有し、
前記第１連動素子と前記第２連動素子は、導線または同じ抵抗値の抵抗である
可変抵抗器。