JPH077337A - 両極性電圧/電流変換回路 - Google Patents

両極性電圧/電流変換回路

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JPH077337A
JPH077337A JP5171176A JP17117693A JPH077337A JP H077337 A JPH077337 A JP H077337A JP 5171176 A JP5171176 A JP 5171176A JP 17117693 A JP17117693 A JP 17117693A JP H077337 A JPH077337 A JP H077337A
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JP
Japan
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voltage
current
operational amplifier
transistors
connection point
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JP5171176A
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English (en)
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Kazuhiro Sugano
一博 菅野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 両極性の入力電圧に比例した出力電流を得る
電圧/電流変換回路において、広帯域において歪を生ず
ることなく、出力ダイナミックレンジが広い回路を提供
する。 【構成】 オペアンプA、トランジスタQ1,Q2、抵
抗Rによるフィードバック回路により、電圧/電流変換
を行う。このとき、ダイオードD1,D2によってトラ
ンジスタQ1,Q2を常時オンとなるようにバイアスし
ておく。これにより、オペアンプAの帯域内で歪が生じ
なくなる。また、トランジスタQ1,Q2のコレクタ電
流をカレントミラー1,2により負荷に供給するこで、
出力電圧範囲を略電源電圧一杯に取ることが可能にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は両極性電圧/電流変換回
路に関し、特に入力電圧の正負の極性に応じて出力電流
の極性(方向)も変化する両極性電圧/電流変換回路に
関する。
【0002】
【従来の技術】この様な両極性電圧/電流変換回路の例
を図2,3に示す。図2は特開昭53−10243号公
報に開示の回路と実質的に同じものであり、先ず図2の
回路につき説明する。
【0003】図2において、入力電圧VINは入力抵抗R
10を介して演算増幅器(以下、単にオペアンプと称
す)Aの反転入力となっている。このオペアンプAの出
力電圧は2つのトランジスタQ1,Q2のベース共通接
続点へ供給されている。これ等2つのトランジスタQ
1,Q2は互いに逆極性のバイポーラ素子であり、トラ
ンジスタQ1はNPN型,トランジスタQ2はPNP型
である。両トランジスタのエミッタ共通接続点の電位は
オペアンプAの反転入力へフィードバックされている。
【0004】これ等抵抗R10,オペアンプA,トラン
ジスタQ1,Q2のフィードバックループにより、入力
電圧VINは2つのトランジスタQ1,Q2の各コレクタ
電流に変換されることになる。
【0005】これ等変換されたコレクタ電流はカレント
ミラー回路1,2によって大きさが等しい電流となって
出力OUTに接続された負荷へ供給され、電圧/電流変
換がなされるのである。
【0006】尚、カレントミラー回路1はトランジスタ
Q3,Q4からなり、トランジスタQ3はダイオード接
続されトランジスタQ1のコレクタと正電源V+ との間
に接続されている。トランジスタQ4はトランジスタQ
3とベース共通接続されると共に、正電源V+ と出力O
UTとの間に接続されている。カレントミラー回路2も
同様に、トランジスタQ5,Q6からなり、トランジス
タQ5はダイオード接続されてトランジスタQ2のコレ
クタと負電源V- との間に接続されている。トランジス
タQ6はトランジスタQ5とベース共通接続されると共
に、負電源V-と出力OUTとの間に接続されている。
【0007】かかる構成において、入力電圧をVIN,出
力電流をIOUT (図の矢印方向である掃き出し方向を正
とする)とすると、VIN>0のときは、オペアンプAの
出力電圧はVOP<0となり、トランジスタQ2が順バイ
アスとなる。このとき、トランジスタQ1は逆バイアス
されるからカレントミラー回路1には電流は流れず、 IOUT =−VIN/R1 となる。
【0008】VIN<0のときは、VOP>0となり、トラ
ンジスタQ1は順バイアス、トランジスタQ2は逆バイ
アスとなり、IOUT は掃き出し方向となり、 IOUT =−VIN/R1 と表わされる。
【0009】VIN=0のときには、VOP=0であり、ト
ランジスタQ1,Q2は共にカットオフであるので、I
OUT =0となる。すなわち、入力電圧VINの全範囲に亘
って 、 IOUT =−VIN/R1 なる式が成立することになり、両極性の電圧/電流変換
がなされることが判る。
【0010】図3は従来例の他の回路を示す。これ例で
は、出力電流検出用の抵抗R1を負荷に直列に接続し、
この抵抗R1の両端に発生する電圧を、オペアンプA
1,A2,抵抗R2〜R5により形成されるオペアンプ
回路と、入力電圧VINとにより制御することにより、出
力電流IOUT の制御を行っている。この回路では、R2
〜R5が全て等しいとき、 IOUT =VIN/R1 となり、両極性の電圧/電流変換が可能となる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】図2の回路では、入力
電圧VINがゼロクロスするたびに、トランジスタQ1,
Q2のオンオフ状態が切換わるようになっているので、
オペアンプAの出力VOPは約0.7Vから−0.7V
へ、またその逆へ急速に変化する必要がある。
【0012】しかしながら、オペアンプのスルーレート
(通常は1〜10V/μs)により上記の切換わり速度
は制限され、その結果ゼロクロスするAC信号電圧VIN
の電圧/電流変換を行う場合、オペアンプの帯域よりも
はるかに低い(1/100以下)周波数から出力電流I
OUT に歪みが生じ、オペアンプの帯域の1/10程度以
上の周波数では、電圧/電流変換が全く行えないという
欠点がある。
【0013】図3の回路では、ほぼオペアンプの帯域内
の周波数で、ゼロクロスするAC信号電圧VINの電圧/
電流変換が可能である。しかしながら、出力OUTに発
生する電圧は、オペアンプの入出力電圧範囲(通常は
(V+ −1.5V)〜(V- +1.5V)程度)と、電
流検出用抵抗R1に発生する電圧降下とにより制限され
てしまい、出力OUTにおける出力電圧範囲が狭くなる
という欠点がある。
【0014】例えば、現在主流となっている電源電圧5
V(V+ =2.5V,V- =−2.5V)において考え
ると、抵抗R1は発生する電圧を0Vと仮定しても、出
力電圧範囲は−1.0V〜1.0Vとなり、電源電圧近
くまで負荷に電圧を発生させるような使用は不可能であ
る。
【0015】実際には、オペアンプの入力オフセット電
圧(数mV)に起因する電圧/電流変換誤差を小さくす
るめたに、抵抗R1にはある程度電圧を発生させること
が必要であり、よって出力電圧範囲は更に狭くならざる
を得ない。
【0016】そこで、本発明はこの様な従来技術の欠点
を解決すべくなされたものであって、その目的とすると
ころは、出力電圧範囲が広くかつ広帯域に亘って歪みが
生じない両極性電圧/電流変換回路を提供することにあ
る。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明による両極性電圧
/電流変換回路は、定電流バイアスされた2個の直列接
続されたダイオードと、入力電圧が供給されその出力電
圧が前記ダイオードの直列接続点に供給された演算増幅
器と、エミッタが共通接続されベースエミッタ間が前記
2つのダイオードにより夫々バイアスされた互いに逆極
性の2つのトランジスタと、前記エミッタ共通接続点と
基準電位点との間に接続された抵抗と、前記エミッタ共
通接続点の電位を前記入力電圧の電位に等しくすべく前
記演算増幅器の入力部へ前記エミッタ共通接続点の電位
をフィードバックするフィードバックループと、前記2
個のトランジスタの各コレクタ電流と等しい大きさの電
流を負荷へ夫々供給する2個のカレントミラー回路とを
含むことを特徴とする。
【0018】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例につ
いて詳細に説明する。
【0019】図1は本発明の実施例の回路図である。ダ
イオードD1,D2は互いに直列接続されており、定電
流源I1,I2によりバイアスされている。入力電圧V
INはオペアンプAの非反転入力に印加されており、その
出力電圧はダイオードD1,D2の直列接続点に供給さ
れている。
【0020】ダイオードD1のアノードはNPNトラン
ジスタQ1のベースに、ダイオードD2のカソードはP
NP型トランジスタQ2のベースに夫々接続されてお
り、両トランジスタQ1,Q2のエミッタは共通接続さ
れることにより、トランジスタQ1,Q2の各ベースエ
ミッタ間は各ダイオードD1,D2によりバイアスされ
ることになる。
【0021】トランジスタQ1,Q2のエミッタ共通接
続点とアースとの間には、電圧検出抵抗Rが挿入されて
おり、この抵抗Rのの両端電圧V(R)、すなわちトラ
ンジスタQ1,Q2のエミッタ共通接続点の電位が、オ
ペアンプAの反転入力へフィードバックされている。こ
のフィードバックループにより、オペアンプAの入力電
圧VINとトランジスタQ1,Q2のエミッタ共通接続点
の電位V(R)とが等しくなる様制御される。
【0022】そして、トランジスタQ1,Q2の各コレ
クタにはカレントミラー回路1,2が夫々接続されてお
り、これ等2つのカレントミラー回路1,2の各出力電
流が回路出力OUTとアースとの間の負荷へ供給される
ようになっている。
【0023】カレントミラー回路1及び2の各構成は図
2のそれと同一であってその説明は省略する。
【0024】次に、この回路の動作について説明する。
入力INの電圧をVINとする。ダイオードD1,D2に
より、トランジスタQ1,Q2のベースエミッタ間は常
に順バイアスされており、入力電圧如何にかかわらず常
にオン状態にある。
【0025】抵抗Rの両端に発生する電圧V(R)は、
オペアンプAによるフィードバックループの働きによっ
て常にV(R)=VINとなる。従って、抵抗Rに流れる
電流I(R)は、 I(R)=V(R)/R=VIN/R となる。
【0026】電流I(R)の経路は、トランジスタQ
1,Q2のみであり、2つのトランジスタQ1,Q2の
電流増幅率が十分大きいものとすると、各トランジスタ
Q1,Q2のコレクタ電流IC (Q1)とIC (Q2)
との関係は、 I(R)=IC (Q1)−IC (Q2) となる。
【0027】そして、2つのカレントミラー回路1,2
により、出力電流IOUT は、 IOUT =IC (Q1)−IC (Q2) となるから(電流の掃き出し方向を正とする)、結局出
力電流は、 IOUT =VIN/R となる。
【0028】図2の従来回路と異なり、入力電圧VINの
全ての範囲において、IC (Q1)>0,IC (Q2)
>0であり、VINのゼロクロス時に、オペアンプAの出
力電圧の急速な変化やトランジスタQ1,Q2のオンオ
フは何等発生しないことになる。そのため、ゼロクロス
するAC信号入力に対しても、オペアンプAの帯域内で
電圧/電流変換が可能となり、出力電流の歪みはなくな
る。
【0029】また、出力OUTの電圧範囲は、正負電源
電圧V+ ,V- に対して、V+ −VCESAT 〜V- VCESA
T となり、ほぼ電源電圧一杯まで取ることができ、図3
の回路の欠点はなくなる。尚、VCESAT はトランジスタ
の飽和電圧であり、約0.1〜0.2Vである。
【0030】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、電
圧/電流変換回路を形成するオペアンプを含むフィード
バックループ内のトランジスタを常時オン状態になるよ
うにバイアスすることにより、ゼロクロスするAC信号
入力に対して、オペアンプの帯域内で歪みのない電圧/
電流変換が可能になるという効果がある。
【0031】また、負荷に直列な電流検出用抵抗を用い
ることがないので、出力電圧範囲を略電源電圧一杯に取
ることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す回路図である。
【図2】従来の両極性電圧/電流変換回路の一例を示す
図である。
【図3】従来の両極性電圧/電流変換回路の他の例を示
す図である。
【符号の説明】
1,2 カレントミラー回路 A オペアンプ D1,D2 ダイオード I1,I2 定電流源 Q1,Q2 トランジスタ R 抵抗

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 定電流バイアスされた2個の直列接続さ
    れたダイオードと、入力電圧が供給されその出力電圧が
    前記ダイオードの直列接続点に供給された演算増幅器
    と、エミッタが共通接続されベースエミッタ間が前記2
    つのダイオードにより夫々バイアスされた互いに逆極性
    の2つのトランジスタと、前記エミッタ共通接続点と基
    準電位点との間に接続された抵抗と、前記エミッタ共通
    接続点の電位を前記入力電圧の電位に等しくすべく前記
    演算増幅器の入力部へ前記エミッタ共通接続点の電位を
    フィードバックするフィードバックループと、前記2個
    のトランジスタの各コレクタ電流と等しい大きさの電流
    を負荷へ夫々供給する2個のカレントミラー回路とを含
    むことを特徴とする両極性電圧/電流変換回路。
  2. 【請求項2】 前記フィードバックループは、前記エミ
    ッタ共通接続点の電位を前記演算増幅器の反転入力端子
    へフィードバックする手段を有し、前記入力電圧は前記
    演算増幅器の非反転入力端子へ供給されていることを特
    徴とする請求項1記載の両極性電圧/電流変換回路。
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