JPH0152783B2 - - Google Patents

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JPH0152783B2
JPH0152783B2 JP54151468A JP15146879A JPH0152783B2 JP H0152783 B2 JPH0152783 B2 JP H0152783B2 JP 54151468 A JP54151468 A JP 54151468A JP 15146879 A JP15146879 A JP 15146879A JP H0152783 B2 JPH0152783 B2 JP H0152783B2
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JP
Japan
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circuit
current
amplifier
differential amplifier
input signal
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JP54151468A
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English (en)
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JPS5674776A (en
Inventor
Akira Ogasawara
Ryuzo Mototsugu
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Nikon Corp
Original Assignee
Nippon Kogaku KK
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06GANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G06G7/14Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for addition or subtraction 

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は絶対値回路に関するもである。
本発明の目的は入力電圧の差の絶対値に比例し
た出力を得る新しい構成の絶対値回路を提供する
ことにある。
従来このような絶対値回路はOPアンプ(演算
増幅器)を用いることを前提として考えられてお
り、通常2つのOPアンプにダイオードや抵抗を
数個外付けした構成をとつている。しかし、これ
をワン・チツプIC化するには回路規模が大き過
ぎること、その上IC内蔵の抵抗値が余り大きく
できないため負荷電流が大きくなり電力消費が大
きくなる等の欠点があつた。
本発明の目的はそれらの欠点を解決し、IC化
に適した回路規模であつて消費電力の少い絶対値
回路を提供することにある。
第1図に本発明の基本的構成を示す。第1の回
路3においては第1の入力端子1に印加された第
1の入力信号に応じた第1の電流と第2の入力端
子2に印加された第2の入力信号に応じた第2の
電流を発生し、第1の電流が第2の電流より大き
いときは第1と第2の電流の差の大きさの一方向
の電流をそして小さいときは他方向の差電流を次
段の1方向性回路手段5に出力している。第2の
回路4においては第1の回路3と同様に第1と第
2の入力信号に応じた第1の電流と第2の電流を
発生させ、第1の電流が第2の電流より小さいと
き前記一方向の差電流をそして大きときは他方向
の差電流を次段の1方向性回路手段5に出力して
いる。一方向回路手段は第1と第2の回路から出
力される電流について単一の方向しか出力端子6
へ流さないものである。ここでその単一の方向を
前記一方向とすると、第1の入力信号が第2の入
力信号より大きいとき、即ち第1の電流が第2の
電流よ大きいときは、一方向性回路手段5はその
出力端子6へ第1の回路からの前記一方向の差電
流(差信号)を流す。逆に第2の入力信号が第1
の入力信号より大きいときは、出力端子6には第
2の回路からの前記一方向への差電流(差信号)
が流れる。このように、第1と第2の信号の大小
にかかわりなくその差信号が出力端子6に一方向
にのみ流れることにより絶対値回路を構成してい
る。
第2図に第1図の本発明の構成を具体的に実施
した回路を示す。
先ず本回路の構成について説明をする。
左側と右側の増幅器であるトランジスタQ1
Q2、抵抗R1とR2及び定電流定電流源Ipより第1
の差動増幅器が構成されている。トランジスタ
Q3,Q4及びQ5とから構成された第1のカレント
ミラー回路が第1の差動増幅器の負荷となるよう
トランジスタQ1とQ2のコレクタ側と電源ライン
Vccとの間に接続されている。ここで、トランジ
スタQ3とQ5でカレントミラー回路の電流主導回
路を、トランジスタQ4で電流追従回路を構成す
るよう各トランジスタは接続されており、電流主
導回路に流れる電流と同じ大きさの電流が電流追
従回路に流れるように動作している。同様にトラ
ンジスタQ1′とQ2、低抗R1′R2及び定電流源Ip′と
から第2の差動増幅器が構成され、第2の差動増
幅器の負荷としてトランジスタQ3′,Q4′及び
Q5′からなる第2のカレントミラー回路が接続さ
れている。第1の入力端子aがトランジスタQ2
とQ1′のベースに、第2の出力端子bがトランジ
スタQ1とQ2′のベースに接続され、そして第1の
端子cがトランジスタQ2とQ4のコレクタの結合
点に、第2の端子dがトランジスタQ2′とQ4のコ
レクタの結合点に接続されている。第1と第2の
端子cとdに一方向性回路手段であるダイオード
DとD′とが接続され、第1と第2のカレントミ
ラー回路の電流追従回路としてのトランジスタ
Q4とQ4′とから電流を排出することのできるよう
にしている。そしてダイオードDとD′とが夫々
次段のOPアンプの反転入力端子に接続されてい
る。OPアンプの非反転入力端子は基準電源Bと、
又反転入力端子と出力端子eとは帰還抵抗R3
よつて接続されている。
以上述べた回路素子において、ダツシユのつい
ていない符号とダツシユのついている符号の回路
素子に対応関係にありその特性は互いに等しいも
のとする。例えば定電源IpとIp′との出力電流値は
互いにipで等しい。また抵抗R1とR1′、R2とR2′の
抵抗値は等しく(本実施例ではR1=R1′=R2
R2′=γで全て同一の抵抗値とする)、トランジス
タQ1とQ1′、Q2とQ2′の各パラメータ特性は等し
い(本実施例ではトランジスタQ1,Q2,Q1′,
Q2′は全て同一の特性のものとする)。
次に本実施例の絶対値回路の動作について説明
をする。
第1の差動増幅器において、第1と第2の入力
端子aとbに印加された入力信号VaとVbが等し
い時(Va=Vb)定電流源Ipの電流ipはトランジス
タQ1と抵抗R1の左側の枝とトランジスタQ2と抵
抗R2の右側の枝とに等分され0.5ipずつ流れる。
そしてカレントミラー回路のトランジスタQ3
Q4及びQ3′とQ4′に等しい電流が流れる。しかし、
Va≠Vbになるとこの均衡が崩れる。今、この不
均衡を表わすのに流れる電流i1=(0.5+α)ip
側の枝に流れる電流i2=(0.5−α)ipとする(こ
こでαは不均衡の程度に依存する変数であり、又
ip=i1+i2である)。この時の入力電圧の差Va−Vb
を変数αを用いて求めると、 Va−Vb={kT/qlo(0.5+α)ip/is+γ(0.5+α)
ip}−{kT/qlo(0.5−α)ip/is +γ(0.5−α)ip}=kT/qlo(0.5+α/0.5−
α)+2αγip……(1) ここでk:ボルツマン定数 T:絶対温度 q:電子の電荷 is:トランジスタQ1,Q2のベース・エミ
ツタ間の逆方向飽和電流 Va=Vbの時に抵抗R1,R2のそれぞれに生ずる
電位降下をVeとして表わすと、Ve=γip/2である から(1)式は、 Va−Vb=kT/qlo(0.5+α/0.5−α)+4αVe……(2) (2)式においてVeを大きくすることにより右辺
第2項を第1項より十分大きくすることができ、
第1項を無視すればVa−Vb=4αVeとなるからVa
−Vbとαとをリニアな関係(正比例)とするこ
とができる。なお、Veが十分大でない時もαが
比較的小さい場合は直線性が高いので実用上の妥
当な値までVeを下げる方が現実にはよい。
第1の差動増幅器の定電流負荷である第1のカ
レントミラー回路において、トランジスタQ3
左側の枝に(0.5+α)ipの電流が流れるのでトラ
ンジスタQ4の右側の枝にもカレントミラー回路
の動作として(0.5+α)ipの電流が流れる。しか
しVaをベース電圧とするトランジスタQ2には
(0.5−α)ipしか流れ込めないので、その流れ込
めない分の電流は端子cより出力電流iputとして
排出されねばならず、これが出力電流として出力
される。出力電流iputは、iput=(0.5+α)ip−(0.5
−α)ip=2αipである。このことからiputはαに比
例し、そしてαとVa−Vbは前述のごとく比例関
係にあるからiputはVa−Vbに比例するものである
ことがわかる。
一方、この時第2の差動増幅器のトランジスタ
Q1′、抵抗R1′の左側の枝にはi2=(0.5−α)ipが流
れているので、第2のカレントミラー回路の左右
の側の枝にはともに(0.5−α)ipの電流が流れて
いる。この時Vbをベース電圧とするトランジス
タQ2′のコレクタ電流はi1=(0.5+α)ipであり、
これは第2のカレントミラー回路のトランジスタ
Q4′のコレクタ電流(0.5−α)ipより大きい。し
かし端子dからはダイオードD′が電流の流込み
に対しては逆方向となつているので電流は流れ込
むことはない。
即ち、Vb>Vaの時は第1の差動増幅器のみが
働き、第1の出力端子cからVb−Vaに比例した
電流iputがダイオードDを介して抵抗R3に流入し
ている。
一方、Va>Vbの時は前述のVb>Vaの時と反対
の動作で第2の差動増幅器のみが働き、第2の端
子dからVa−Vbに比例した電流iputがダイオード
D′を介して抵抗R3に流入している。従つて、抵
抗R3の抵抗値をr3とし、基準電源Bの電圧をVref
とするとOPアンプの出力端子eの電圧VputはVa
>Vb、Vb>Vaのいずれの場合も同様にVref−iput
−r3=Vref−ipr3/2Ve|Va−Vb|となり両入力電圧 の差の絶対値|Va−Vb|に応じたものとなる。
第4図にVeを500mVとした時のVa−Vbの関係の
実側値を示すが、|Va−Vb|=4Veαなるリニア
なグラフに示している。
次に第2の実施例について第3図を参照して説
明をする。第3図の実施例の回路構成は、第2図
の回路のダイオードD,D′及びOPアンプを第2
図に示した第3と第4のカレントミラー回路と抵
抗R4により置き換えたものである。トランジス
タQ6,Q7及びQ8からなる第3のカレントミラー
回路がダイオードDの代りに第1の端子cと電源
ラインとの間に接続され、トランジスタQ6′,
Q7′及びQ8からなる第4のカレントミラー回路が
ダイオードD′の代りに第2の端子dと電源ライ
ンとの間に接続される。トランジスタQ7とQ7′の
コレクタを相互に結合し抵抗値r4の出力抵抗R4
よつて接地し、結合点eから出力を取出してい
る。第3と第4のカレントミラー回路の電流の流
れる方向は第1図のダイオードDとD′の方向と
は逆であるので、その動作は第1図の回路と反対
である。即ち、Vb>Vaでは第2の差動増幅器の
みが働いて端子dに出力電流iputが流れ込み、Va
>Vbでは第1の差動増幅器のみが働き端子cに
出力電流iputが流れ込む。カレントミラー回路の
動作上端子c,dに流れる電流はトランジスタ
Q7,Q7′にも抵抗R4を介して流れるのでVput=iput
r4なる出力電圧を得ることができる。Vputは|Va
−Vb|に比例するので絶対値回路となる。第2
の実施例のもの1実施例に対し有利な点は、第1
の実施例の動作範囲が0<Vput<Vrefであるのに
対し第2の実施例の動作範囲は0<Vput<VCC
VCE(sat)であり電源電圧の利用効率が高いこと、又
第2実施例では1電源しか用いていない点であ
る。
本発明による絶対値回路の有利な点の1つは、
出力が電流であるので複数の絶対値回路の出力を
合成する場合は複数の出力を抵抗R3又はR4に接
続するだけで簡単にできることである。
また抵抗R3又はR4に並列にコンデンサを接続
するだけで交流入力の平滑回路として利用するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本的回路構成を示すブロツ
ク図、第2図は本発明の実施例の具体的回路図、
第3図は本発明の一方向性回路手段に関する他の
実施例の回路図、および第4図は本発明の絶対値
回路の直線性に関する測定値のグラフを示す図で
ある。 <主要部分の符号の説明>、3……第1の回
路、4……第2の回路、5……一方向性回路手
段、6……出力端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 定電流源と、該定電流源に左側抵抗器を介し
    て接続される左側増幅器と、該定電流源に右側抵
    抗器を介して接続される右側増幅器とをそれぞれ
    含み、それぞれ同じ特性を有する第1、第2の差
    動増幅回路を設けると共に、 前記左側増幅器に負荷として接続された電流主
    導回路と、前記右側増幅器に負荷として接続され
    た電流追従回路とをそれぞれ含み、それぞれ同じ
    特性を有する第1、第2のカレントミラー回路を
    設け、 第1入力信号を前記第1差動増幅回路の前記右
    側増幅器と前記第2差動増幅回路の前記左側増幅
    器とに入力し、第2入力信号を前記第1差動増幅
    回路の前記左側増幅器と前記第2差動増幅回路の
    前記右側増幅器とに入力するようになし、 前記第1カレントミラー回路の前記電流追従回
    路と前記第1差動増幅回路の前記右側増幅器とを
    接続する第1接続点と、前記第2カレントミラー
    回路の前記電流追従回路と前記第2差動増幅回路
    の前記右側増幅器とを接続する第2接続点との双
    方に接続された出力端子を設けると共に、 該出力端子に流れる出力電流が一方向にのみ流
    れるように規制する一方向性回路手段を設け、 前記第1入力信号が前記第2入力信号より大き
    いときは、前記両差動増幅回路の一方のみが作動
    して前記出力端子に前記一方向の出力電流を流
    し、前記第1入力信号が前記第2入力信号より小
    さいときは、前記両差動増幅回路の他方のみが作
    動して、前記出力端子に前記一方向の出力電流を
    流し、該出力電流から前記第1、第2の両入力信
    号の差の絶対値に比例した出力信号を発生するこ
    とを特徴とする絶対値回路。 2 特許請求の範囲第1項に記載の絶対値回路に
    おいて、 前記一方向性回路手段はカレントミラー回路か
    ら構成されている。
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