JPH05199760A - 絶対値回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 交流入力電圧からその大きさと絶対値が等し
い全波整流形の電圧を形成する絶対値回路の上限動作周
波数を拡大すること。 【構成】 交流入力電圧の各半波電圧をそれぞれ整流す
る増幅器（Ａ１）を共有した２つの半波整流回路（１，
２）と、いずれか一方の半波整流電圧の極性を反転する
増幅器（Ａ３）を備えた反転回路（３）と、同反転回路
から送出する極性の反転した半波整流電圧と上記他方の
半波整流電圧を増幅器（Ａ２）にて加算する加算回路
（４）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は特に広帯域の絶対値回
路に関するするものである。

【０００２】

【従来例】絶対値回路は全波整流回路の一種であって、
交流入力電圧の一方の半波の極性を他方の半波と同じ極
性に変換するものであり、一般に利用されている絶対値
回路の１つに図５に示すような例がある。

【０００３】同図の回路においては、例えば入力抵抗Ｒ
１、増幅器Ａ１、ダイオードＤ１，及び帰還抵抗Ｒ２を
組み合わせて正の半波出力を得る半波整流手段と、上記
入力抵抗Ｒ１及び増幅器Ａ１を共有し、ダイオードＤ
２、帰還抵抗Ｒ３を組み合わせて負の半波出力を発する
半波整流手段と、増幅器Ａ２及び抵抗Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６
を組み合わせた電圧加算手段を備えており、各抵抗値に
ついては通常、 Ｒ２＝Ｒ３ Ｒ４＝２・Ｒ６ に設定されている。

【０００４】したがって抵抗Ｒ１を介して増幅器Ａ１に
加わる信号に対する同増幅器の利得は、Ｒ２／Ｒ１＝Ｒ
３／Ｒ１である。また、抵抗Ｒ４を介して増幅器Ａ２に
加わる信号に対する同増幅器の利得はＲ５／Ｒ４であ
り、抵抗Ｒ６を介して加わる信号に対する利得は、Ｒ５
／Ｒ６＝Ｒ５／（Ｒ４／２）、すなわち２Ｒ５／Ｒ４で
あるから上記増幅度の２倍となる。

【０００５】ここで、例えば入力端子Ｔ１から抵抗Ｒ１
を介して増幅器Ａ１へ図６の（Ａ）に示すような最大値
をＥとする正弦波の交流電圧ｅ（ｉ）を加えると、その
正の半波に対しては増幅器Ａ１の出力が負となる。この
場合、増幅器Ａ１の−入力端子はイマジナリアースであ
るから、同増幅器の出力側は−入力端子より低電位とな
り、したがってダイオードＤ１はオフで、そのカソード
側電圧ｅ（ａ）は図６（Ｂ）に示すように接地電位すな
わちゼロとなる。

【０００６】入力電圧ｅ（ｉ）が負の半波の場合には増
幅器Ａ１の出力が正であるからダイオードＤ１はオンと
なり、例えばＲ１＝Ｒ２の場合には増幅器Ａ１が利得１
の増幅器として動作するから、ダイオードＤ１のカソー
ド側電圧ｅ（ａ）は同図６（Ｂ）に示すように入力電圧
ｅ（ｉ）と同じ大きさで極性が反転した半波整流形の電
圧 ｅ（ａ）＝−ｅ（ｉ） となる。

【０００７】上記半波整流電圧ｅ（ａ）は例えば抵抗Ｒ
６を介して増幅器Ａ２に加えられ、入力電圧ｅ（ｉ）は
抵抗Ｒ４を介して同増幅器に加えられる。この場合、電
圧ｅ（ａ）に対する増幅器Ａ２の増幅度は上記したよう
に２Ｒ５／Ｒ４で、電圧ｅ（ｉ）に対する増幅度はＲ５
／Ｒ４である。この増幅度にて増幅された電圧をそれぞ
れ図６の（Ｃ）と（Ｄ）に示す。これらの増幅電圧が上
記増幅器Ａ２で互いに加算されると、出力端子Ｔ２から
は図６（Ｅ）に示すように例えば負極性で、かつ、各半
波電圧の大きさが等しい全波整流電圧ｅ（ｏ）が得られ
る。

【０００８】ところで、ダイオード類にはそのアノード
とカソード間に加わる順方向電圧が、例えばシリコンダ
イオードで約０．６Ｖを超えるとオンとなって電流が流
れ、それ以下の電圧すなわち０〜０．６Ｖ間ではオンに
ならないという不感電圧帯がある。上記図５の整流手段
においては、ダイオードＤ１がオンになると同ダイオー
ドＤ１と抵抗Ｒ２からなる帰還ループが閉成され、増幅
器Ａ１は上記したように利得１の増幅器として動作す
る。

【０００９】他方、不感電圧帯ではダイオードＤ１がオ
フのため帰還ループは開放状態となるが、この場合増幅
器Ａ１は本来有する高利得、いわゆる裡の利得で動作す
る。よって例えば入力電圧ｅ（ｉ）の立ち上がりもしく
は立ち下がり近傍における極めて小さい電圧でも大きく
増幅し、不感電圧を超える出力を発してダイオードをオ
ンの状態にする。これによりダイオード類の不感電圧が
実質的に無視でき、上記図６（Ｅ）に示すような全波整
流形の出力電圧が得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】絶対値回路は交流を直
流などに変換する分野に広く利用されているが、扱う交
流信号の周波数が高くなるに伴って絶対値回路の広帯域
化が望まれるようになってきた。しかし従来の回路にお
いては全波整流形の出力電圧ｅ（ｏ）を得る際、交流電
力電圧ｅ（ｉ）の等倍増幅電圧と半波整流電圧ｅ（ａ）
の２倍増幅増電圧を増幅器Ａ２にて形成し、互いに加算
するようにしている。このため周波数の高い領域では、
例えば上記図６の（Ｆ）に示すように出力電圧ｅ（ｏ）
の１サイクル中、一方の半波電圧と他方の半波電圧間で
レベルや時間幅に不一致を生じ、適用周波数の上限値を
拡大することが困難という問題がある。

【００１１】この発明は上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的は、比較的簡単な構成で適用周波数の
上限値をほぼ従来装置の２倍に拡大可能な広帯域の絶対
値回路を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の実施例が示さ
れている図１を参照すると、上記の課題を解決するため
下記（１）ないし（４）の手段を備えている。すなわ
ち、 （１）例えば入力抵抗Ｒ１、増幅器Ａ１、ダイオードＤ
１、及び帰還抵抗Ｒ２を備え、交流入力電圧ｅ（ｉ）の
一方の半波電圧を整流する半波整流回路１。

【００１３】（２）例えば上記入力抵抗Ｒ１と増幅器Ａ
１を共有するとともにダイオードＤ２と上記帰還抵抗Ｒ
２と等しい値の帰還抵抗Ｒ３を備え、上記交流入力電圧
ｅ（ｉ）の他方の半波電圧を整流する半波整流回路２。

【００１４】（３）例えば入力抵抗Ｒ７と増幅器Ａ３及
び上記入力抵抗Ｒ７と等しい値の帰還抵抗Ｒ８を有し、
上記半波整流回路２の出力電圧を受けてその極性を反転
する反転回路３。

【００１５】（４）例えば等しい値の２つの入力抵抗Ｒ
４，Ｒ６と増幅器Ａ２、及び上記入力抵抗と等しい値の
帰還抵抗Ｒ５を備え、上記抵抗Ｒ４を介して一方の半波
整流回路１から半波整流電圧を受けるとともに、上記抵
抗Ｒ６を介して反転回路３から極性が反転した他方の半
波整流電圧を受け、両半波整流電圧を加算する加算回路
４。

【００１６】

【作用】上記（１）及び（２）の手段により、大きさが
入力電圧と等しく互いに極性が異なった正、負２つの半
波整流電圧が得られる。よって（３）の手段により１つ
の半波整流電圧の極性を反転すると、加算回路４に加わ
る２つの半波整流電圧は同一極性となる。この２つの半
波整流電圧を上記手段（４）により互いに等しい増幅度
で加算すると、その加算出力は、従来回路における動作
周波数の上限値のほぼ２倍近傍まで入力電圧ｅ（ｉ）と
絶対値が等しい全波整流形の電圧となる。

【００１７】［動作原理］以下、図２を参照しながらこ
の発明による絶対値回路の動作原理を説明する。図２の
（Ａ）において、例えば時間ｔ＝０のとき増幅器にある
電圧ｅを加えると、その出力が立ち上がってから入力電
圧ｅと同じ大きさに到達するまでには若干の時間がかか
る。この立ち上がりの速さを一般にスルーレートと称
し、カタログ仕様などでは例えば増幅器の増幅度を１に
した場合の入力電圧ｅと、同増幅器の出力が入力電圧ｅ
に到達するまでに要した時間ｔ１との比ｅ／ｔ１［Ｖ／
μｓ］をスルーレートとしている。

【００１８】出力電圧が立ち下がる場合も同様に定義さ
れ、例えばｔ＝ｔｎにおいて増幅器の入力電圧ｅをゼロ
にしたとき、その出力電圧が立ち下がってゼロに到達す
るのに要した時間をｔ２とすると、スルーレートはｅ／
ｔ２［Ｖ／μｓ］で表す。なお、出力電圧の立ち上がり
と立ち下がりの時間は必ずしも等しくはないが、実用上
はｔ２＝ｔ１として取り扱っても特に不具合は無いの
で、カタログ仕様等には通常１つのスルーレート値が記
載されている。

【００１９】よって、時間軸に対する出力電圧の立ち上
がり又は立ち下がりの傾斜角は等しいとみなし、それを
θとすると、 スルーレート＝ｅ／Ｔ ………（１） ＝ｔａｎθ ………（２） と書くことができる。これより θ＝ａｒｃｔａｎ（ｅ／Ｔ） ………（３） となる。

【００２０】すなわち、スルーレートの値は出力電圧の
立ち上がりもしくは立ち下がりの傾斜角θと対応し、こ
の傾斜角に沿った立ち上がり、立ち下がりの電圧が、入
力電圧に対して当該増幅器の応答し得る最高速の出力電
圧となる。言い換えると、θを超え９０°に至る間で立
ち上がる入力電圧もしくは立ち下がる入力電圧について
は、増幅器の出力が傾斜角θを超えることができず追随
し得ないことを表している。

【００２１】ここで、図２の（Ｂ）に示すように増幅器
の入力電圧ｅ（ｉ）を例えば、 ｅ（ｉ）＝Ｅｓｉｎωｔ ………（４） なる正弦波電圧とする。ただし、Ｅは最大値、ω＝２π
ｆでｆは周波数である。

【００２２】いま、ｔ＝０の点において入力電圧ｅ
（ｉ）に接線ＯＡを引き、この接線と横軸（時間軸）と
のなす角をθ（ｉ）とすると、θ（ｉ）は入力電圧ｅ
（ｉ）の立ち上がり角度を表す。よってθ（ｉ）の値は

【００２３】

【数１】 としておくことができる。上式に式（４）を代入すると θ（ｉ）＝ａｒｃｔａｎ（ωＥ） となる。このθ（ｉ）は上記図２（Ａ）のθを超えない
ようにしなければならないから、 θ（ｉ）≦θ である。等号を採ってθ（ｉ）＝θとすると、 θ＝ａｒｃｔａｎ（ωＥ） 増幅器のスルーレートをＳＲと表記すると、上式と式
（３），（１）より ωＥ＝ｅ／Ｔ ＝ＳＲ である。よって ２πｆＥ＝ＳＲ ………（５） から ｆ＝ＳＲ／２πＥ ………（５ａ） を得る。式（５）又は（５ａ）によると、スルーレート
ＳＲは増幅器に固有の値で、かつ既知であるから、同増
幅器が線形動作可能な交流信号ｅ（ｉ）の最高周波数ｆ
はその電圧Ｅの大きさによって決まることになる。も
し、実際に取り扱っている周波数が ｆ＞ＳＲ／２πＥ 又は電圧に関して Ｅ＞ＳＲ／２πｆ である場合には増幅器が追随不可能のとなり、出力電圧
波形にひずみが発生する。

【００２４】ここで、例えば上記電圧Ｅをｎ倍したとき
線形動作可能な周波数をｆ（ｎ）とすると、式（５ａ）
より ｆ（ｎ）＝ＳＲ／２πｎＥ となる。上式に式（５）を代入すると ｆ（ｎ）＝ｆ／ｎ を得る。すなわち、例えば装置内の各増幅器がほぼ等し
いスルーレートを有していて、それらの増幅器における
入出力信号の電圧レベルがＥであるとすると、装置が上
記スルーレート内で線形動作可能な周波数の上限値はｆ
となる。しかし、いずれかの増幅器がそのｎ倍の電圧ｎ
Ｅを入力又は出力とするような場合には、当該増幅器の
スルーレートをｎ倍大きくすることは困難であるから、
装置としての動作周波数帯域の上限を上記ｆの１／ｎに
制限する必要がある。

【００２５】例えばｎ＝２とした場合の一例を図２の
（Ｃ）に示す。同図におてい（イ）は最大電圧をＥとす
る上記式（４）の信号Ｅｓｉｎωｔであり、ＯＡはその
立ち上がり時点ｔ＝０における接線、θは増幅器のスル
ーレートに対応した傾斜角である。（ロ）は例えば最大
電圧を２Ｅとする信号２Ｅｓｉｎωｔであり、破線で示
すように上記θより大きい傾斜角で立ち上がる電圧もし
くは立ち下がる電圧に対しては増幅器が追随できず、そ
の応答出力は接線に沿った波形となってひずみが発生す
る。このような場合には（ハ）、（ニ）に示すように１
サイクルの繰り返し時間を（イ）又は（ロ）の２倍、す
なわち周波数をｆ／２にする。ちなみに、従来装置にお
いて周波数を１／２にしなかった場合、最終出力電圧が
入力電圧の絶対値と異なった値となる例を図３に示す。
なお、同図３の（Ａ）〜（Ｄ）と（Ｅ）はそれぞれ前記
図６の（Ａ）〜（Ｄ）と（Ｆ）に対応する。

【００２６】

【実施例】再び図１を参照すると、この発明に係る絶対
値回路は上記課題解決手段の項で述べたように、例えば
入力電圧の一方と他方の半波電圧をそれぞれ整流する２
つの半波整流回路１，２と、半波整流回路２の整流電圧
の極性を反転する反転回路３、および同回路にて極性が
反転した半波電圧と上記半波整流回路１が送出する半波
電圧とを加算する加算回路とを備え、かつ、各回路の増
幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３は増幅度１で動作するようにその
入力抵抗と帰還抵抗Ｒ１〜Ｒ８は、すべて等しい抵抗値
に設定されている。

【００２７】次に、図４を併せて参照しながら各部の動
作を説明する。同図（Ａ）に示すように例えば正弦波電
圧ｅ（ｉ）＝Ｅｓｉｎωｔが入力端子Ｔ１（図１）に加
わると、半波整流回路１，２は増幅度１で動作する増幅
器Ａ１とダイオードＤ１，Ｄ２によりそれぞれ図４の
（Ｂ）及び（Ｃ）に示すような半波整流電圧ｅ（ａ）と
ｅ（ｂ）を形成して送出する。

【００２８】そのうち、一方の半波整流電圧ｅ（ａ）は
例えば加算回路４の抵抗Ｒ４を介して増幅度１に設定さ
れた増幅器Ａ２に加えられる。また、他方の半波整流電
圧ｅ（ｂ）は例えば反転回路３の抵抗Ｒ７を介して同じ
く増幅度１に設定された増幅器Ａ３に加えられ、図４の
（Ｄ）に示すようにその極性が反転されたのち抵抗Ｒ６
を経て上記増幅器Ａ２に加えられる。増幅器Ａ２はこれ
ら２つのの半波整流電圧を等倍増幅して加算する。この
実施例においては装置内で取り扱う最大電圧をＥとして
いるので、上記動作原理説明の項で示した式（５ａ）を
満足する周波数ｆを使用周波数帯域の上限値とした場
合、増幅器Ａ２の加算出力ｅ（ｏ）は図４（Ｅ）に示す
ように入力電圧ｅ（ｉ）の大きさに対して絶対値が等し
い全波整流形の電圧となる。

【００２９】なお、上記は半波整流回路２の出力側と加
算回路４の入力抵抗Ｒ６間に反転回路３を設けた場合の
例であるが、半波整流回路１と加算回路４の入力抵抗Ｒ
４間に反転回路を設けてもよい。その場合図４（Ｅ）に
示す加算出力電圧の極性は正となるが、動作原理は上記
と同一なのでその説明は省略する。

【００３０】

【効果】以上、詳細に説明したように、この発明におい
ては入力電圧ｅ（ｉ）を半波整流する２つの整流回路１
及び２と、極性反転回路３、加算回路４とを備え、上記
各回路を構成する増幅器Ａ１，Ａ２，Ａ３の電圧増幅度
をそれぞれ１に設定するとともに、同増幅器のスルーレ
ートと上記入力電圧ｅ（ｉ）の最大値Ｅによって定まる
周波数ｆを動作周波数帯域の上限値としている。

【００３１】したがってこの発明によると、例えば信号
処理の過程で最大値が入力電圧の２倍の電圧２Ｅを必要
とする従来装置に比べて周波数帯域の上限値をほぼ２倍
まで拡大することが可能となり、広帯域の絶対値回路を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を適用した実施例の構成を示すブロッ
ク線図。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ） 動作原理説明用波形図。

【図３】動作原理説明用波形図。

【図４】各部の動作説明用波形図。

【図５】従来装置の構成を示すブロック線図。

【図６】従来装置の動作説明用波形図。

【符号の説明】

１ 半波整流回路 ２ 半波整流回路 ３ 反転回路 ４ 加算回路 Ａ１，Ａ２，Ａ３ 増幅器 Ｄ１，Ｄ２ ダイオード ｅ（ｉ） 交流入力電圧 ｅ（ａ），ｅ（ｂ） 半波整流電圧 ｅ（ｏ） 全波整流形出力電圧 Ｒ１，Ｒ４，Ｒ６ 入力抵抗 Ｒ２，Ｒ３ 帰還抵抗

【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図４】

【図５】

【図３】

【図６】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力抵抗（Ｒ１）、増幅器（Ａ１）、帰
   還抵抗（Ｒ２）、及び半導体整流素子（Ｄ１）を含み、
   交流入力電圧（ｅ（ｉ））の一方の半波電圧を整流する
   第１の整流回路（１）と、上記入力抵抗（Ｒ１）と増幅
   器（Ａ１）を共有するとともに、上記帰還抵抗（Ｒ２）
   と等しい値の帰還抵抗（Ｒ３）、及び半導体整流素子
   （Ｄ２）を含み、上記交流入力電圧（ｅ（ｉ））の他方
   の半波電圧を整流する第２の整流回路（２）とを含んで
   いる絶対値回路において、 増幅度１に構成した増幅器（Ａ３）を有し、上記第２の
   整流回路（２）から送出する半波整流電圧（ｅ（ｂ））
   の極性を反転する反転回路（３）と、 該反転回路（３）から送出する極性反転した半波整流電
   圧（ｅ（ｂ））と上記第１の整流回路（１）から送出す
   る半波整流電圧（ｅ（ａ））とをそれぞれ等しい値の入
   力抵抗（Ｒ６，Ｒ４）を介して受ける増幅器（Ａ２）を
   有し、同増幅器にて上記２つの入力を加算することによ
   り全波整流形の電圧（ｅ（ｏ））を形成する加算回路を
   （４）備えていることを特徴とする絶対値回路。