JPH07297657A - 差動増幅回路の増幅率調整装置および光電スイッチ - Google Patents

差動増幅回路の増幅率調整装置および光電スイッチ

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JPH07297657A
JPH07297657A JP6091840A JP9184094A JPH07297657A JP H07297657 A JPH07297657 A JP H07297657A JP 6091840 A JP6091840 A JP 6091840A JP 9184094 A JP9184094 A JP 9184094A JP H07297657 A JPH07297657 A JP H07297657A
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current
amplifier circuit
current mirror
amplification factor
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JP6091840A
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Inventor
Jiro Kamiya
二朗 神谷
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Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
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Sunx Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 調整用の外部接続端子を1個として小形化を
図りながら、低増幅率の設定まで外部ノイズの悪影響を
受けることなく安定に設定可能とする。 【構成】 光電スイッチなどの制御回路を構成するIC
内に設ける増幅回路部23は、差動増幅回路32,第
1,第2および第3のカレントミラー回路40,41,
42から構成される。第1のカレントミラー回路40の
電流I1は一定とされ、第2のカレントミラー回路41
の電流I2は調整用の外部接続端子22aを介して接続
される可変抵抗器25の調整により変更設定可能に設け
られる。第3のカレントミラー回路42の電流IoはI
2からI1を差し引いた電流が設定され、これによって
差動増幅回路32の増幅率Avを調整できる。可変抵抗
器25で電流をゼロに絞ることなくAvをゼロに設定で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ICに組み込まれる差
動増幅回路の増幅率を外部から調整するようにした差動
増幅回路の率調整装置および差動増幅回路を備えた光電
スイッチに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ICに用いられる差動増幅回路に
おいては、その増幅率を外部から調整する装置として、
次のようなものがある。すなわち、例えば、図5に示す
第1の増幅回路1は、差動増幅回路を有するオペアンプ
2,3を直列に接続して2段の増幅動作を行う構成のI
Cであり、初段のオペアンプ2の出力端子を調整用端子
1aに接続し、次段のオペアンプ3の入力端子をコンデ
ンサ4を介して調整用端子1bに接続している。そし
て、IC外部に導出された2つの調整用端子1a,1b
間に外部から可変抵抗器5を接続して増幅率を調整する
構成としているものである。これにより、初段のオペア
ンプ2の出力を可変抵抗器5により設定された抵抗値に
対応する出力に分圧して次段のオペアンプ3に入力する
ことにより、全体の増幅率を調整することができる。
【0003】また、図6に示す第2の増幅回路6は、差
動増幅回路7を備えた構成のもので、この差動増幅回路
7は、2個のnpn形の入力トランジスタ8,9のコレ
クタをそれぞれ出力端子として負荷抵抗10,11を介
して直流電源Vreg に接続し、ベースをそれぞれ入力端
子とし、エミッタを共通にしてゲイン調整回路12に接
続した構成としている。ゲイン調整回路12は3個のト
ランジスタ13〜15で構成されるもので、トランジス
タ13のベース電流を外部から調整することによりコレ
クタ電流を調整して増幅回路6の電流を設定するように
なっている。この場合、ゲイン調整は、トランジスタ1
3のベースに抵抗16を介して外部に接続したコントロ
ール電源17の出力電圧を変化させることにより調整す
るようになっている。
【0004】そして、図7に示す第3の増幅回路18
は、第2の増幅回路6と同じ構成の差動増幅回路7およ
びゲイン調整回路12を備えており、ゲイン調整は、ト
ランジスタ13のベースに外部から接続している可変抵
抗器19および定電圧電源20により行う構成である。
【0005】なお、上記第2および第3の増幅回路6お
よび18において、差動増幅回路7の増幅率Avは、電
流制御形の増幅器であるから、 Av=gm×Rc=(Io×Rc)/(4×VT ) という式で表すことができる。この場合、gmは入力電
圧に対する出力電流の変化を示すコンダクタンス,Rc
は負荷抵抗10,11の抵抗値,Ioはトランジスタ
8,9に流れる電流の和であり、VT は次式で表される
熱電圧である。 VT =kT/q (k:ボルツマン定数,T:絶対温度,q:電子の電
荷)
【0006】したがって、差動増幅回路7の増幅率Av
は、ゲイン調整回路12により電流Ioの値を設定する
ことにより所望の増幅率として得ることができるのであ
る。そして、第2の増幅回路6においてはコントロール
電源17の出力電圧を調整することで、また、第3の増
幅回路18においては可変抵抗器19を調整すること
で、差動増幅回路7の電流Ioを調整することができる
のである。また、この構成では、増幅率の調整のために
外部に設ける端子を1個とすることができる利点があ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
各増幅回路においては、次のような不具合がある。すな
わち、第1の増幅回路1においては、IC化された増幅
回路1の増幅度を調整するために、外部に2個の調整用
端子1a,1bを設ける必要があり、これは、ICの外
部端子が増えて全体が大形化する傾向となる不具合があ
る。
【0008】また、第2の増幅回路6においては、コン
トロール電源17が必要な構成であるために、構成が複
雑になる不具合がある。まず、コントロール電源17に
より増幅率を調整する場合には、温度特性を満たして低
電位まで安定な電圧を印加するために、温度補償用の複
雑な回路構成が必要になるからである。これは、例え
ば、トランジスタ13のエミッタ・ベース間の電圧VBE
の温度係数が−2mV/℃と大きいため、増幅回路6の
増幅率調整を行うために外部端子から印加する電圧が低
い状態では、電圧VBEの温度特性の影響が大きくなり、
全体として増幅回路6の温度特性が大きく変動すること
になるからである。
【0009】また、第3の増幅回路18においては、I
C内のトランジスタのVBEや拡散抵抗などの温度係数
と、外部に接続する調整用の可変抵抗器19の温度係数
とが一般に異なるので、増幅率の調整時にマッチングを
とるのが困難になる不具合がある。また、可変抵抗器1
9によって増幅率を調整する構成では、入力電流を絞り
切ることができず、増幅率をゼロ近傍に設定しようとす
る場合に調整が不能となる不具合がある。そして、これ
を解決するために、例えば、高抵抗値を有する可変抵抗
器を接続する構成とした場合には、回路全体が大形化す
ると共に、外部ノイズの悪影響を受けやすくなり、動作
が不安定となる不具合がある。
【0010】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、増幅率を調整するための外部接続端子
を1個だけとした構成としながら、低増幅率の設定まで
外部ノイズの悪影響を受けることなく安定に設定でき
て、全体として小形化を図ることができるようにした差
動増幅回路の増幅率調整装置および光電スイッチを提供
することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の差動増幅回路の
増幅率調整装置は、駆動電流の大きさに応じた増幅率で
動作する差動増幅回路を対象とするものであり、第1お
よび第2のカレントミラー回路と、これら第1および第
2のカレントミラー回路の通電電流の差の電流を前記差
動増幅回路の駆動電流として供給する駆動回路と、前記
第1および第2のカレントミラー回路のいずれか一方の
通電電流を変更設定可能な可変抵抗器とを設けて構成し
たところに特徴を有する。
【0012】また、前記駆動回路を、前記第1および第
2のカレントミラー回路の通電電流の差の電流が与えら
れる第3のカレントミラー回路により構成すると良い。
【0013】そして、本発明の光電スイッチは、差動増
幅回路を含んで構成され受光信号を増幅する増幅回路を
備えると共に、請求項1または2記載の差動増幅回路の
増幅率調整装置を備えた構成としたところに特徴を有す
るものである。
【0014】
【作用】請求項1記載の差動増幅回路の増幅率調整装置
によれば、第1あるいは第2のカレントミラー回路の通
電電流が可変抵抗器により設定されると、駆動回路によ
り、それら第1および第2のカレントミラー回路の通電
電流の差の電流が差動増幅回路の駆動電流として供給さ
れるようになる。差動増幅回路は、駆動電流の大きさに
より増幅率が設定される。この場合、駆動電流を第1お
よび第2のカレントミラー回路の通電電流の差の電流に
より設定するので、例えば、駆動電流を絞って設定して
増幅率をゼロ近傍にする場合でも、第1および第2のカ
レントミラー回路の電流を等しくなるように可変抵抗器
により電流値を設定すれば良いので、可変抵抗器によっ
て直接電流をゼロ近傍に絞るように設定する必要がなく
なり、これにより、可変抵抗器として非常に抵抗値が大
きいものを用いる必要がなくなり、外来ノイズや温度変
動に対する抵抗値変動の悪影響を受け難くい構成とする
ことができ、しかも、IC化した場合に、外部に1つの
接続端子を設けて可変抵抗器を接続する簡単な構成とす
ることができる。
【0015】請求項2記載の差動増幅回路の増幅率調整
装置によれば、駆動回路を第3のカレントミラー回路に
より構成しているので、簡単且つ安価な構成としなが
ら、第1および第2のカレントミラー回路の通電電流の
差の電流が与えられると、これに対応した駆動電流を差
動増幅回路に供給することができる。
【0016】請求項3記載の光電スイッチによれば、上
記のいずれかの差動増幅回路の増幅率調整装置を用いて
受光信号の増幅を行う増幅回路の感度調整を行う構成と
しているので、増幅回路部分をIC化する構成とした場
合に、外部に接続端子を1つ設けることで可変抵抗器を
接続すれば、受光感度をゼロ近傍に設定することがで
き、しかも、温度変動による抵抗値変動で増幅率が変動
するという悪影響を受け難くなり、全体として小形化を
図ることができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明を反射形光電スイッチの増幅回
路に適用した場合の第1の実施例について図1および図
2を参照しながら説明する。図2は、光電スイッチ21
の電気的構成を示すもので、制御回路22は、内部に本
発明でいうところの差動増幅回路に相当する増幅回路部
23および各種の信号処理を実行する処理回路部24を
含むと共に、マイクロコンピュータ,ROM,RAMな
どを含んで構成されるIC化されたものである。この制
御回路22は電源端子Vreg から給電されるようになっ
ている。
【0018】増幅回路部23は、後述するように、制御
回路22の外部端子22aに接続された可変抵抗器25
によりその増幅率が調整可能となっている。投光手段と
してのLED(発光ダイオード)26は、投光回路27
を介して制御回路22の出力端子22bに接続されてお
り、制御回路22から出力される投光信号によって投光
動作を行うようになっている。受光手段としてのPD
(フォトダイオード)28は、受光回路29を介して制
御回路22の入力端子22cに接続されており、入射し
た光を光電変換した受光信号を受光回路29を介して制
御回路22に入力する。
【0019】出力回路30は、制御回路22の出力端子
22dに接続されており、制御回路22からの出力信号
に応じて出力端子30aに接続された負荷を駆動するよ
うになっている。表示回路31は、制御回路22の出力
端子22eに接続されており、制御回路22からの表示
信号に応じて受光状態を示す表示をLEDなどを点灯さ
せることにより行うようになっている。
【0020】制御回路22においては、受光回路29を
介して入力される受光信号が増幅回路部23を介して処
理回路24に入力されるようになっており、増幅回路部
23にて増幅された受光信号が処理回路24にて受光状
態を判定する信号として処理すると共に、出力回路30
および表示回路31に信号を出力して検出状態に対応す
る動作を行なわせるようになっている。
【0021】図1は、制御回路22の増幅回路部23の
電気的構成を示している。この増幅回路部23には、ト
ランスコンダクタンス形(電圧入力電流出力形)の差動
増幅回路32と増幅率調整装置としてのゲイン調整回路
33が設けられている。差動増幅回路32は、2個のn
pn形トランジスタ34,35を用いており、トランジ
スタ34,35の各コレクタはそれぞれ負荷抵抗36,
37を介して直流電源端子Vreg に接続されており、各
エミッタは共に端子32aに接続されている。トランジ
スタ34のコレクタは信号出力端子32bに接続され、
ベースは信号入力端子32cに接続されている。また、
トランジスタ34,35のベースは、分圧抵抗38を介
して電源端子Vreg に接続されると共に、分圧抵抗39
を介してアースされている。
【0022】ゲイン調整回路33は、第1のカレントミ
ラー回路40,第2のカレントミラー回路41および駆
動回路としての第3のカレントミラー回路42から構成
されている。第1のカレントミラー回路40は4個のn
pn形トランジスタ43,44,45,46を用いた高
精度形のカレントミラー回路を構成している。電流比が
2対1となるようにトランジスタ43,44を共通にし
てそれらのコレクタを抵抗47を介して電源端子Vreg
に接続し、エミッタをそれぞれ抵抗48,49を介して
アースしている。またトランジスタ45のベースはトラ
ンジスタ43,44のベースと共通に接続され、エミッ
タは抵抗50を介してアースされいている。トランジス
タ46のコレクタは電源端子Vreg に接続され、ベース
はトランジスタ43,44のコレクタに接続され、エミ
ッタはトランジスタ43〜45のベースに接続されてい
る。
【0023】第2のカレントミラー回路41は、5個の
pnp形トランジスタ51〜55を用いたウィルソン形
のカレントミラー回路を構成している。電流比が3対1
となるようにトランジスタ51,52,53を共通に接
続してそれらのエミッタを抵抗56を介して電源端子V
reg に接続し、コレクタを共通に接続して抵抗57を介
して調整用入力端子22aに接続し、ベースを共通に接
続している。トランジスタ54のエミッタは抵抗58を
介して電源端子Vreg に接続され、コレクタはベースに
共通に接続すると共にトランジスタ55のエミッタに接
続し、ベースはトランジスタ51〜53のベースと共通
に接続されている。トランジスタ55のベースはトラン
ジスタ51〜53のコレクタに接続されている。
【0024】第3のカレントミラー回路42は、3個の
npn形トランジスタ59,60,61を用いた高精度
形のカレントミラー回路を構成している。トランジスタ
59のコレクタは、第1のカレントミラー回路40にお
けるトランジスタ45のコレクタに接続されると共に第
2のカレントミラー回路41におけるトランジスタ55
のコレクタに接続されている。トランジスタ59のエミ
ッタは抵抗62を介してアースされ、ベースはトランジ
スタ60のベースに接続されている。トランジスタ60
のコレクタは差動増幅回路32の端子32aに接続さ
れ、エミッタは抵抗63を介してアースされている。ま
た、トランジスタ61のコレクタは電源端子Vreg に接
続され、エミッタはトランジスタ59,60のベースに
接続され、ベースはトランジスタ59のコレクタに接続
されている。
【0025】次に、本実施例の作用について説明する。
まず、光電スイッチ21の検出動作について簡単に説明
する。すなわち、制御回路22は、図示しない検出プロ
グラムにしたがって検出動作を実行し、投光回路27を
介してLED26に投光信号を与えて投光動作を行なわ
せる。そして、例えば検出エリア内に物体が存在してそ
の物体による反射光がPD28に入射するようになる
と、制御回路22は、受光回路29を介して増幅された
受光信号を入力するようになる。
【0026】制御回路22内においては、増幅回路部2
3にて後述するようにして受光信号が増幅され、処理回
路部24に入力されるようになる。処理回路部24にお
いては、受光信号のレベルが所定レベル以上あるか否か
を判定し、「YES」である場合には出力信号を出力回
路30に与えて負荷を駆動させると共に、表示回路31
に表示信号を与えて物体検出状態を表示させるようにな
る。
【0027】さて、増幅回路部23においては、可変抵
抗器25により調整された抵抗値に応じた増幅率が設定
されるようになっており、次のようにして増幅動作を行
う。すなわち、第1のカレントミラー回路40は、電源
端子Vreg から抵抗47を介してトランジスタ43,4
4に供給される電流I1′の1/2と同じ電流I1がト
ランジスタ45に流すようになる。一方、第2のカレン
トミラー回路41においては、電源端子Vreg から抵抗
56を介してトランジスタ51,52,53に流れる電
流I2′の1/3と同じ電流I2がトランジスタ54お
よび55を介して流れるようになる。この場合、電流I
2′は、外部から可変抵抗器25の抵抗値を調整するこ
とにより、変化させることができるようになっており、
そのときに抵抗値に応じた電流I2が設定されるように
なっている。
【0028】さて、第3のカレントミラー回路42にお
いては、トランジスタ59に、第2のカレントミラー回
路41の電流I2から第1のカレントミラー回路40に
流れる電流I1を差し引いた電流Io(=I2−I1)
が通電されるようになる。これにより、トランジスタ6
0にはその電流Ioと同じ電流が通電されるようにな
り、もって差動増幅回路32に電流Ioが設定されるよ
うになる。
【0029】また、可変抵抗器25の抵抗値RV25の値
を調整して、第1および第2のカレントミラー回路4
0,41の電流値I1,I2を同じ値に設定することに
より、Ioをゼロに設定することができるので、そのと
きの差動増幅回路32の増幅率Avをゼロとすることが
できるようになる。
【0030】なお、一般に、IC内部に形成する抵抗5
7の温度係数は、1000〜3000 ppm/℃と大き
く、これに対して外部に接続する可変抵抗器25の温度
係数は±100 ppm/℃程度と小さいものであるから、
可変抵抗器25を第2のカレントミラー回路41に接続
することによって発生する第1のカレントミラー回路4
0と第2のカレントミラー回路41との間の温度特性の
傾向の相違を、IC内部に作り込んでいる抵抗57を可
変抵抗25に直列に接続することによって軽減してい
る。
【0031】このような本実施例によれば、増幅回路部
23を構成しているICの外部端子として調整用入力端
子22aを1個増設するだけで、外部に可変抵抗器25
を接続してその抵抗値を調整して差動増幅回路32の増
幅率Avを調整することができるようになり、ICを大
形化することなく簡単に増幅率の調整を行える。
【0032】そして、駆動回路としての第3のカレント
ミラー回路42の電流を第1および第2のカレントミラ
ー回路40,41の電流の差の電流として設定する構成
としたので、可変抵抗器25の抵抗値を非常に大きいも
のとすることなく増幅率Avをゼロ近傍に設定すること
もできるようになり、外来ノイズの悪影響を極力防止す
る構成とすることができる。
【0033】また、このような構成とすることにより、
温度補償回路を別途に設けることなく高精度で増幅率A
vを調整設定することができるようになり、総じて簡単
且つ安価な構成とすることができるようになる。
【0034】図3は本発明の第2の実施例を示すもの
で、第1の実施例と異なるところは、第2のカレントミ
ラー回路41に代えて、第1のカレントミラー回路40
の通電電流を変更設定する構成としたところである。
【0035】すなわち、第1のカレントミラー回路40
においては、トランジスタ43,44のコレクタを抵抗
64を介して調整用入力端子22aに接続しており、可
変抵抗器25を介して電源端子Vreg に接続する構成と
している。一方、第2のカレントミラー回路41におい
ては、トランジスタ51,52,53のコレクタを抵抗
65を介してアースする構成としている。
【0036】これによって、第1のカレントミラー回路
40の電流I1を可変抵抗器25により調整し、第2の
カレントミラー回路41の電流I2を一定とし、それら
の差の電流Ioにより第3のカレントミラー回路42の
電流Ioを設定する構成である。したがって、この第2
の実施例によっても、第1の実施例と略同様の作用効果
を得ることができるものである。
【0037】図4は本発明の第3の実施例を示すもの
で、第1の実施例と異なるところは、第1,第2および
第3のカレントミラー回路40,41,42の構成を若
干変えた第1,第2および第3のカレントミラー回路4
0a,41a,42aを設けると共に、差動増幅回路を
差動入力形として使用する構成の差動増幅回路32aに
適用しているところである。
【0038】すなわち、第1のカレントミラー回路40
aにおいては、トランジスタ43,44に代えて1個の
トランジスタ43aを用いた構成としており、第2のカ
レントミラー回路41aにおいては、トランジスタ5
1,52,53に代えて1個のトランジスタ51aを用
いると共に、トランジスタ66および抵抗67を設けた
高精度形のカレントミラー回路を構成しており、また、
第3のカレントミラー回路42aにおいては抵抗68を
付加した構成としているところが異なるところである。
【0039】そして、このような第3の実施例によって
も、可変抵抗器25の抵抗値を調整することにより差動
増幅回路32aの増幅率Avを調整することができるよ
うになり、第1の実施例と同様の作用効果を得ることが
できるものである。
【0040】本発明は、上記実施例にのみ限定されるも
のではなく、次のように変形または拡張できる。カレン
トミラー回路40,41,42は、その電流比率を適宜
の比率に設定して使用することができる。駆動回路とし
て、通電電流を制御することができる他の駆動回路を設
ける構成とすることもできる。光電スイッチ以外の増幅
回路にも適用でき、また、一般的な差動増幅回路にも適
用できる。各カレントミラー回路を構成するトランジス
タのタイプをnpn形とpnp形とを入れ替えたものを
用いて構成しても良い。
【0041】
【発明の効果】請求項1記載の差動増幅回路の増幅率調
整装置によれば、第1および第2のカレントミラー回路
およびそれらのいずれかの通電電流を変更設定する可変
抵抗器を設け、駆動回路により、これら第1および第2
のカレントミラー回路の通電電流の差の電流を差動増幅
回路の駆動電流として供給するように構成したので、駆
動電流をゼロ近傍に設定して増幅率をゼロ近傍にする場
合でも、第1および第2のカレントミラー回路の電流を
等しくなるように可変抵抗器により電流値を設定すれば
良いので、可変抵抗器として非常に抵抗値が大きいもの
を用いる必要がなくなり、外来ノイズや温度変動に対す
る抵抗値変動の悪影響を受け難くい構成とすることがで
き、したがって、IC化した場合に、外部に1つの接続
端子を設けて可変抵抗器を接続する簡単な構成とするこ
とができるという優れた効果を奏する。
【0042】請求項2記載の差動増幅回路の増幅率調整
装置によれば、駆動回路を第3のカレントミラー回路に
より構成しているので、簡単且つ安価な構成としなが
ら、第1および第2のカレントミラー回路の通電電流の
差の電流が与えられると、これに対応した駆動電流を差
動増幅回路に供給することができるという優れた効果を
奏する。
【0043】請求項3記載の光電スイッチによれば、上
記のいずれかの差動増幅回路の増幅率調整装置を用いて
受光信号の増幅を行う増幅回路の感度調整を行う構成と
しているので、増幅回路部分をIC化する構成とした場
合に、外部に接続端子を1つ設けることで可変抵抗器を
接続すれば、受光感度をゼロ近傍に設定することがで
き、しかも、温度変動による抵抗値変動で増幅率が変動
するという悪影響を受け難くなり、全体として小形化を
図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す増幅回路部の電気
的構成図
【図2】全体構成を示すブロック図
【図3】本発明の第2の実施例を示す図1相当図
【図4】本発明の第3の実施例を示す図1相当図
【図5】従来の第1の例を示す増幅回路の電気的構成図
【図6】従来の第2の例を示す増幅回路の電気的構成図
【図7】従来の第3の例を示す図6相当図
【符号の説明】
21は光電スイッチ、22は制御回路、23は増幅回路
部(増幅回路)、24は処理回路、25は可変抵抗器
(増幅率調整手段)、26はLED、28はPD、30
は出力回路、31は表示回路、32は差動増幅回路、3
3はゲイン調整回路、36,37は負荷抵抗、38,3
9は分圧抵抗、40,40aは第1のカレントミラー回
路、41,41aは第2のカレントミラー回路、42は
第3のカレントミラー回路(駆動回路)である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 駆動電流の大きさに応じた増幅率で動作
    する差動増幅回路において、 第1および第2のカレントミラー回路と、 これら第1および第2のカレントミラー回路の通電電流
    の差の電流を前記差動増幅回路の駆動電流として供給す
    る駆動回路と、 前記第1および第2のカレントミラー回路のいずれか一
    方の通電電流を変更設定可能な可変抵抗器とを設けて構
    成したことを特徴とする差動増幅回路の増幅率調整装
    置。
  2. 【請求項2】 前記駆動回路は、前記第1および第2の
    カレントミラー回路の通電電流の差の電流が与えられる
    第3のカレントミラー回路から構成されていることを特
    徴とする請求項1記載の差動増幅回路の増幅率調整装
    置。
  3. 【請求項3】 差動増幅回路を含んで構成され受光信号
    を増幅する増幅回路を備え、請求項1または2記載の差
    動増幅回路の増幅率調整装置を備えたことを特徴とする
    光電スイッチ。
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