JPH0748624B2 - 対数増幅器 - Google Patents

対数増幅器

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JPH0748624B2
JPH0748624B2 JP63149984A JP14998488A JPH0748624B2 JP H0748624 B2 JPH0748624 B2 JP H0748624B2 JP 63149984 A JP63149984 A JP 63149984A JP 14998488 A JP14998488 A JP 14998488A JP H0748624 B2 JPH0748624 B2 JP H0748624B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は放射線計測回路等に用いられる入力電流値の
対数に比例した出力電圧を発生する対数増幅器に関する
ものである。
〔従来の技術〕
第3図は従来の対数増幅器の一例を示す回路図であり、
図において、1は入力端子、2は演算増幅器(第1の演
算増幅器)、3はこの演算増幅器2のフィードバック素
子として用いられる対数変換素子であるトランジスタ
で、このトランジスタ3のコレクタは演算増幅器2の逆
相入力端子に接続され、エミッタは演算増幅器2の出力
端子4に接続されている。31,32はそれぞれトランジス
タ3のエミッタおよびベースの接合部から外部の電極ま
での間にある内部抵抗を示す。
次に動作について説明する。
トランジスタ3のコレクタ電流ICとベース〜エミッタ間
電圧Vの関係は次式で表わされる。
IC=IS(lqv/kT−1) (1) ここでIS:逆方向飽和電流 q:電子電荷 k:ボルツマン定数 T:絶対温度 式(1)を書き直すと次式となる。
ここでISはICに比べて非常に小さいので省略すると次式
となる。
第3図の回路において入力端子1に入力電流が与えられ
ると、演算増幅器2の作用により入力電流はトランジス
タ3のコレクタ電流ICとなり、トランジスタ3のエミッ
タには式(3)に示される対数化された電圧Vが発生す
る。この電圧は出力端子4から取出される。
従って第3図の回路の入力端子1に入力電流を供給すれ
ば、出力端子4に入力電流値の対数に比例した電圧が得
られる。
〔発明が解決しようとする課題〕 従来の対数増幅器は以上のように構成されているので、
トランジスタ3のエミッタ電極およびベース電極が有す
る内部抵抗31,32の電圧降下を含んだ対数電圧が得られ
る。すなわち、上記(1)式は理想的なトランジスタに
対する式であり、実際のトランジスタ3における(3)
式の電圧値Vは正確な対数電圧ではなく、内部抵抗31,3
2の値をそれぞれR31,R32とし、エミッタ電流をIe、ベ
ース電流をIbとすると、内部抵抗の作用を含めた対数電
圧値Vrは次式で表わされる。
この(4)式の第2項は対数特性に対する誤差であり、
入力電流が大きいほど誤差が大きくなるため、入力電流
の最大値が制限されるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、対数変換素子の内部抵抗に起因する対数変換
誤差電圧を除去し、正確な対数変換を行うようにして入
力電流の範囲を拡大した対数増幅器を得ることを目的と
する。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る対数増幅器は対数変換素子の内部抵抗に
よって発生する対数変換誤差電圧と同じ値の誤差相当電
圧を演算増幅器の出力端子に設けた抵抗器に発生させ、
対数変換素子の対数変換出力電圧から上記誤差相当電圧
を差し引く誤差補正手段を設けたものである。
〔作用〕
この発明における対数増幅器は抵抗器に対数変換素子の
順方向電流を流すことにより現われる電圧から上記対数
変換素子の内部抵抗に起因する対数変換誤差電圧を除去
することにより、正確な対数出力電圧を得ると共に、正
確な対数変換の可能な最大電流値も拡張するようにした
ものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明の一実施例を示す回路図であって、第1図
において第3図と同一または均等な構成部分には同一符
号を付して重複説明を省略する。第1図において、5は
トランジスタ3に直列接続される可変抵抗器(誤差電圧
発生抵抗)で、この可変抵抗器5の抵抗値R5に設定されている。
6は入力抵抗、7は帰還抵抗、8は誤差補正手段である
演算増幅器(第2の演算増幅器)で、この演算増幅器8
の逆相入力端子に入力抵抗6を接続すると共に、上記逆
相入力端子と演算増幅器8の出力端子との間に帰還抵抗
7を接続し、かつ入力抵抗6と帰還抵抗7との抵抗値を
同じ値にすることにより利得が1の反転増幅器が構成さ
れる。なお、上記可変抵抗器5,入力抵抗6,帰還抵抗7お
よび演算増幅器8により誤差補正手段を構成する。
次に動作について説明する。
入力端子1に入力電流が与えられると、トランジスタ3
のエミッタには入力電流値の対数に比例した電圧が得ら
れるが、この電圧は厳密には式(4)の第2項に相当す
る誤差を含んでいる。可変抵抗器5にはトランジスタ3
のエミッタ電流が流れるため、式(4)の第2項に比例
した電圧が現われる。すなわち、式(4)の第2項は次
のように書き直せる。
従って可変抵抗器5の抵抗値をR5とし、この可変抵抗器
5の抵抗値R5(6)式のように調整することにより可変抵抗器5の両
端には式(4)の第2項と等しいトランジスタ3の内部
抵抗31,32に起因する対数変換誤差電圧を再現できる。
また、入力抵抗6,帰還抵抗7および演算増幅器8は利得
が1の反転増幅器を構成しているので、出力端子4には
トランジスタ3のエミッタ電圧から可変抵抗器5に現わ
れた対数変換誤差電圧を差引いた電圧が現われる。この
結果、出力端子4に現われる電圧は式(4)の電圧値か
ら、その第2項の誤差成分を除去した値となり、式
(3)の電圧値に一致する。すなわち、上記の差引きに
より出力端子4には内部抵抗31,32に起因する対数変換
誤差電圧を含まない正確な対数出力電圧が現われる。ま
たこれにより正確な対数変換の可能な入力電流の最大値
も拡張される。この方法による入力電流の上限の拡張の
程度は前述の式(6)を満足させる精度にもよるが、通
常1桁〜2桁程度最大入力電流を拡大できる。
なお上記実施例では調整要素として可変抵抗器5を設
け、式(6)の関係を満すことによってトランジスタ3
の内部抵抗31,32に起因する対数変換誤差電圧の補償を
行ったが、このような補償を行うための調整要素として
は、入力抵抗6または帰還抵抗7のいずれかを可変抵抗
器としても同様の補償が可能である。
次に、第2図は本発明の他の実施例を示す回路図で、第
1図の実施例に温度補償回路10,15を加えたものであ
る。半導体接合の電流電圧特性を利用した対数増幅器
は、半導体接合の温度特性に起因する温度特性を有する
ので、高精度が要求される場合には温度補償を必要とす
る。すなわち、温度補償回路10は演算増幅器11、トラン
ジスタ12および定電流源13により構成され、また温度補
償回路15は演算増幅器16、温度補償抵抗17、可変抵抗器
18,19、定電圧ダイオード20、抵抗器21,22により構成さ
れている。そして、抵抗器19,21は出力電圧に一定のバ
イアス電圧を加えるためのものであり、抵抗器22および
定電圧ダイオード20はバイアス回路を構成する抵抗器1
9,21に一定の電圧を供給するためのものである。
しかして温度補償回路10の機能は以下のとおりである。
また、式(3)を書き直すと、 となり、トランジスタ12は定電流源13によってエミッタ
電流が一定に保たれているので、コレクタ電流も一定で
あり、これをIC′とする。トランジスタ12の逆方向飽
和電流ISはトランジスタ3のそれと等しいとするとトラ
ンジスタ12について次式が成立つ、 式(3)′と式(7)よりVとV12の差をとれば、 逆方向飽和電流ISが消去され、逆方向飽和電流ISの温度
変化に起因する温度変化が消去される。すなわち、上記
演算増幅器11は式(8)の演算を行っている。
一方、温度補償回路15において温度補償抵抗17は、その
抵抗値RTCが絶対温度Tに比例するように作られてお
り、これを RTC=R17×T ………(9) とする。このような温度補償抵抗17は銅や白金等の金属
の抵抗体を利用して作られることが知られている。可変
抵抗器18の抵抗値をR23とすると、温度補償回路15の利
得は となる。この温度補償回路15の入力電圧は式(8)の値
となるので、出力電圧V0は次式で表わされる。
式(11)の値には温度によって変化する要素が除去され
ており、温度補償が行われたことを示している。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば対数増幅器を対数変換素
子の内部抵抗に起因する対数変換誤差電圧とほぼ同じ電
圧が上記対数変換素子に流れる順方向電流が流れること
により現われる抵抗器と、この抵抗器の電圧を上記対数
変換誤差電圧から差引く演算増幅器とを付加して構成し
たので、対数変換の精度が改善され、また正確な対数変
換の可能な入力電流の上限も拡張されるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による対数増幅器の構成を示
す回路図、第2図は本発明の他の実施例を示す対数増幅
器の回路図、第3図は従来の対数増幅器を示す回路図で
ある。2は演算増幅器(第1の演算増幅器)、3はトラ
ンジスタ(対数変換素子)、5は可変抵抗器(誤差電圧
発生抵抗,誤差補正手段)、6は入力抵抗(誤差補正手
段)、7は帰還抵抗(誤差補正手段)、8は演算増幅器
(第2は演算増幅器,誤差補正手段)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の演算増幅器の出力端子と逆相入力端
    子との間に対数変換素子を並列接続し、半導体接合の電
    流対電圧特性の対数特性を利用してなる対数増幅器にお
    いて、上記第1の演算増幅器の出力端子と上記対数変換
    素子との間に接続された誤差電圧発生抵抗,上記対数変
    換素子と誤差電圧発生抵抗との接続点に正相入力端子が
    接続されると共に上記第1の演算増幅器の出力端子に入
    力抵抗を介して逆相入力端子が接続された第2の演算増
    幅器,その第2の演算増幅器の逆相入力端子と出力端子
    との間に接続された帰還抵抗によって成され、上記対数
    変換素子に流れる順方向電流を上記誤差電圧発生抵抗に
    流すことによりその対数変換素子の内部抵抗に起因する
    対数変換誤差電圧とほぼ同じ電圧をその誤差電圧発生抵
    抗器に発生させ、その誤差電圧発生抵抗器に発生された
    電圧をその対数変換誤差電圧を含む対数変換電圧から除
    去するように上記誤差電圧発生抵抗,入力抵抗および帰
    還抵抗が設定された誤差補正手段を備えたことを特徴と
    する対数増幅器。
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