JPS5920152B2 - 開平演算装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばＤＣ１〜５■の如きベース分（１■）
を有する信号を入力および出力とする開平演算装置に関
する。

従来ベース分を有する信号の開平演算は、第１図に示す
ようにＤＣ１〜５Ｖの入力信号Ｅ１からベース分Ｅｂ１
（１■）を引き算して信号分（ＥＩＥｂｘ）のみを演算
増幅器等の高利得の増幅器１の入力とし、一方増幅器１
の帰還回路に掛算器等の二乗回路２を接続して、増幅器
１の出力端に信号分のみを開平演算した出力Ｅｘを得た
後、一旦引き算したベース分Ｅｂ２（ＩＶ）を加算して
ＤＣ１〜５■の演算出力Ｅｏとしている。

また計算機等と情報交換を行う場合には、演算出力Ｅｏ
を電圧。

パルス幅変換器３でパルス幅信号Ｐｏに変換している。

このように従来の開平演算装置では、開平演算とは別個
にベース分の引き算や加算を行っているため、引き算回
路や加算回路が別個に必要となり構成が複雑になる欠点
があった。

本発明は、開平演算と同時にベース分の処理を行うよう
にして、簡単な構成でベース分を有する信号を入力およ
び出力とする開平演算装置を実現したものである。

第２図は本発明装置の一実施例を示す接続図である。

第２図において、増幅器１の非反転入力端子（士には入
力信号電圧Ｅ１（ＤＣ１〜５Ｖ）が抵抗Ｒ１を介して加
えられるとともに、増幅器１の出力Ｅｘが抵抗Ｒ２を介
して加えられている。

また増幅器１の反転入力端子（→にはバイアス電圧Ｅｂ
が抵抗Ｒ３を介して加えられるとともに、増幅器１の出
力Ｅｘが二乗回路２および抵抗Ｒ４を介して加えられて
いる。

したがって、増幅器１の非反転入力端子（ト）の電位Ｅ
ｉおよび反転入力端子←）の電位Ｅｆはそれぞれ次式で
与えられる。

増幅器１はその利得が充分に大きく、Ｅ ｉ ＝Ｅ １
となるような出力電圧Ｅｘを発生するので、ＥｌとＥｘ
との関係は、 ｋ ＥＸ２−ｋ Ｅｘ＋ｋ Ｅ ＝Ｅ ・・・
・・・・・ （３）１ ２ ３
ｂ １ 。

となる。

ところで、入力信号Ｅ１はベース分Ｅｂｕ（１■）を有
しているので、Ｒ１゛の信号分（Ｅｌ−Ｅｂｔ ）と出
力電圧Ｅｘとの関係は次式の如くなる。

ここで、出力電圧Ｅｘについてもべ一分電圧Ｅｂ２を持
つとして、入力信号分を対応して（ＥＸ−Ｅｂｚ ）を
考えると、 （ＥＸ−Ｅｂ２）２−ＥＸ２−２Ｅｂ２ＥＸ＋Ｅｂ２′
（５）となる。

（４）式の左辺と（５）式の右辺とを比較して、ＥＸ２
．Ｅｘ 、Ｂｂ２２の各係数が等しければ、となり、ｋ
、、、、に１としてに２．に３を求めると（７）式％式
％ （方式から条件にに１．に２．に３を選べば、（４）。

（５）春は等しいから（４）式右辺、（５）式左辺より
、が得られる。

よって出力電圧Ｅｘは、となり、入力信号Ｅ１４の信号
分の開平演算を行うとともに、ベース分Ｅｂ２ （Ｉ
Ｖ ）の加算が同時にできる。

このように増幅器１の出力電圧Ｅｘがベース分Ｅｂ２を
含んでいるので、ＥｘがそのままＤＣ１〜５■の演算出
力Ｅｏとなり、また増幅器１の出力側に電圧・パルス幅
変換器３を接続することで、演算出力Ｅｏに比例したパ
ルス幅信号Ｐｏが得られる。

すなわち、ＤＣ１〜５ｖの入力電圧Ｅ１に対し、ＤＣ１
〜５■の電圧出力Ｅｏと、が同時に得られる。

なお、二乗回路２として入出力が反転するものを用いる
場合には、二乗回路２の出力を抵抗Ｒ４を介して増幅器
１の非反転入力端子（ト）に加えるようにしてもよく、
また第３図に示すように、増幅器１の出力Ｅｘを演算増
幅器ＯＰ２と抵抗Ｒ５、Ｒ６からなる反転増幅器４を介
して二乗回路２に加えるようにしてもよい。

この場合には増幅器１の出力を反転増幅器４および抵抗
Ｒ２を介して反転入力端子（へ）に加えてもよい。

また、入力信号電圧Ｅ１を第４図に示すように差動回路
で受けるように構成してもよい。

この場合には抵抗Ｒ，／をＲ，’＝ｓ基準基準電位の影
響を受けない利点がある。

なお第５図は本発明の他の実施例を示す接続図で、第２
図の実施例と異なるところは、二乗回路２として電圧・
パルス幅変換器３の出力パルス信号Ｐ。

を利用するようにして、さらに簡単な構成で高精度な開
平演算装置を実現したものである。

第５図において、電圧・パルス幅変換器３は、増幅器１
の出力電圧Ｅｘが抵抗Ｒ７を介して非反転入力端子（ト
）に加えられている演算増幅器ＯＰ３と、Ｏ２０に正帰
還を施す抵抗Ｒ８と、Ｏ２０の出力で駆動され基準電圧
ＥｓをオンするスイッチＳ１と、Ｓｌによってオンオフ
された電圧を平滑してＯ２０の反転入力端子（へ）に加
えるコンデンサＣ０と抵抗Ｒ９のフィルタ回路！１とか
らなっていいる。

このような構成の電圧・パルス幅変換器３においては、
まずＯ２０の非反転入力端子（−））の電圧Ｅ が反転
入力端子（へ）の電圧Ｅ、より大きいと、Ｏ２０の出力
が高レベルになり、スイッチＳ１をオン側ａに接続する
。

その結果フィルタ回路Ｆ１のコンデンサＣ１が時定数Ｃ
１Ｒ９で充電され、反転入力端子（→の電圧Ｅ、が上昇
する。

ＥｑがＥ、より大きくなると、Ｏ２０の出力が低レベル
に反転する。

Ｏ２０の出力が低レベルになるとスイッチＳ１がオフ側
すに倒れ、Ｃ１が時定数Ｃ１Ｒ９で放電し、Ｅ が減少
する。

Ｅ が減少しＥｐよりも小さくなると、Ｏ２０の出力は
再び高レベルになる。

このようにして、Ｏ２０とＳｌおよびＦｌからなるルー
プは周期Ｔでオンオフを繰り返し自励振動する。

ここでＯ２０に正帰還を施しているので、比較動作の立
上りを鋭くできるとともに、ヒステリシスをもたせるこ
とができる。

また自励振動ループの発振周期Ｔは、ヒステリシスの幅
とフィルタ回路Ｆ１の時定数および増幅器１の出力電圧
Ｅｘのレベルにより決定されるため、Ｏ２０や８１等の
特性の影響を受けない利点があり、発振動作が安定であ
る。

なお本実施例では自励振動ループの発振周波数は数ＫＨ
ｚに調整されている。

そしてＯ２０の利得は充分に大きいので、帰還電圧Ｅｑ
の平均値が増幅器１の出力電圧Ｅｘと等しくなるように
働き、自励振動ループのオン時間をｔとすると、パルス
幅出力ＰＯは、 となり、増幅器１の出力電圧Ｅｘに比例したものとなる
。

このパルス幅信号Ｐｏが二乗回路２に加えられる。

二乗回路２は、電圧・パルス幅変換器３からのパルス幅
信号Ｐｏに応じて増幅器１の出力Ｅｘをオンオフするス
イッチＳ２と、Ｓ２によりオンオフされた電圧を平滑す
るコンデンサＣ２と抵抗Ｒ１０からなるフィルタ回路Ｆ
２と、Ｆ２の出力に係数ｎを乗する演算増幅器ＯＰ４と
抵抗Ｒ１１Ｊ Ｒ１□を用いた係数回路Ｎとからなって
いる。

係数回路Ｎの係数ｎは抵抗Ｒ１□、Ｒ１□の分圧比で決
る。

したがって、二乗回路２の出力Ｅ２は、 抗ＲＩＯＩ Ｒ１１で調整すれば、二乗回路２の出力Ｅ
２は増幅器１の出力電圧Ｅｘの２乗に比例したものとな
る。

このように増幅器１の出力電圧Ｅｘを電圧・パルス幅変
換器３でパルス幅信号に変換し、このパルス幅信号を利
用して増幅器１の出力電圧Ｅｘの２乗に比例した電圧を
発生させるようにして、二乗回路２を電源変動や湿度変
動等が問題とならない構成としているので、全体構成を
簡単にできるとともに、動作の安定な開平演算装置が得
られる。

なお、二乗回路２の入出力を反転させる場合には、例え
ば第６図に示すようにフィルタ回路Ｆ２の出力を抵抗Ｒ
□１を介してＯＦ２の反転入・刃端子に加えるようにす
ればよい。

才た二乗回路２に増幅器１の出力Ｅｘを直接または反転
増幅器４を介して加える場合を例示したが、第７図に示
すように、パルス幅信号Ｐｏに応じてオンオフするスイ
ッチＳ３により基準電圧Ｅｒをオンオフした後、このオ
ンオフ電圧をコンデンサＣ３と抵抗Ｒｉｓからなるフィ
ルタ回路Ｆ３で平滑してＯＦ２の非反転入力端子（ト）
に加えて、ＯＦ２の出力に増幅器１の出力Ｅｘに比例し
た電圧を発生させるようにしてもよい。

才た上述では、電圧・パルス幅変換器３として自励振動
するものを例示したが、外部のクロック信号に同期する
もの等必要に応じて種々の構成のものを用いることがで
きる。

また、入力信号電圧Ｅ１が負の場合には、第８図に示す
ように入力信号電圧Ｅ１およびバイアス電圧Ｅｂを各々
抵抗Ｒ１，Ｒ３を介して増幅器１の反転入力端子←）に
加え、かつ増幅器１の出力Ｅｘを抵抗Ｒ２を介して反転
入力端子（へ）に帰還し、さらに二乗回路２の出力を増
幅器１の非反転入力端子（ト）に加えるとともに、二乗
回路２のスイッチＳ２のオン側ａの基準点に、オフ側す
を増幅器１の出力側に接続し、二乗回路ｍＥｘ ）で動
作させればよい。

この場合各係数演算抵抗Ｒ４を省略でき全体構成がより
簡単になる。

また電圧・パルス幅変換器３としては増幅器出力するも
のを用いてもよい。

この場合は二乗回路２のスイッチＳ２のオン側ａは増幅
器１の出力側に、オフ側すは基準点にそれぞれ接続され
る。

さらに開平演算装置においては、入力の小さい範囲では
出力が大きく拡大され、低入力における信号の不安定さ
等に基づく誤差が大きくなるため、例えば出力の１０％
（１，４Ｖ）以下をカットするゼロカット回路を必要と
することがしばしばある。

この場合には第８図に示すように、増幅器１の出力Ｅｘ
をスイッチＳｏを介して、電圧・パルス幅変換器３に加
えるようにし、かつ入力信号電圧Ｅ１と設定電圧ＥＬ
（１，０４Ｖ ）とを比較する演算増幅器ＯＰｏでスイ
ッチＳｏを駆動するように構成すればよい。

すなわちＥｌ〉ＥＬの状態ではスイッチＳｏは増幅器１
の出力側に接続されており通常の開平演算動作を行うが
、Ｅｌ＜ＥＬになるとＯＰ。

の出力でＳｏが増幅器１の出力側から一定電圧ＥＢ（Ｉ
Ｖ）側に切換えられ、ＥＢに基づく一定値の出力電圧Ｅ
ｏおよびパルス幅信号Ｐｏが出力される。

なお上述の各実施例におけるスイッチＳ ｏ ｔ Ｓｌ
ｒＳ２．Ｓ３としでは、例えばＣ−ＭＯＳ等の電子式
スイッチが好適である。

以上説明したように本発明においては、開平演算を行う
と同時に信号のベース分の処理を行うことができるので
、簡単な構成でベース分を有する開平演算装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の開平演算装置の一例を示す接続図、第２
図は本発明の開平演算装置の一実施例を示す接続図、第
３図〜第９図は本発明の他の実施例を示す接続図である
。 １・・・・・・増幅器、２・・・・・・二乗回路、３・
・・・・・電圧・パルス幅変換器、４・・・・・・反転
増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ベース分を有する入力信号電圧が加えられる高利得
   の増幅器と、この増幅器の出力の２乗に関連した電圧を
   該増幅器の入力側に帰還する手段と、前記増幅器の出力
   に比例した電圧を前記増幅器出力の２乗に関連した電圧
   とは差動的になるように該増幅器の入力側に帰還する手
   段と、バイアス電圧を前記入力側に加える手段とを有し
   、前記増幅器の出力端にベース分を有する出力信号電圧
   を得、この出力信号電圧を直接または電圧・パルス幅変
   換器を介して取り出すようにしてなる開平演算装置。 ２ 電圧・パルス幅変換器からのパルス幅信号により駆
   動される増幅器の出力に比例した電圧をオンオフするス
   イッチと、このスイッチによりオンオフされた電圧を平
   滑する回路とにより前記増幅器の出力を２乗に関連した
   電圧を発生するようにした特許請求の範囲第１項記載の
   開平演算装置。 ３ 増幅器出力に反比例したパルス増信号を出力する電
   圧・パルス幅変換器を用いてなる特許請求の範囲第２項
   記載の開平演算装置。 ４ 電圧・パルス幅変換器からのパルス幅信号の反転信
   号により１駆動され増幅器の出力に比例した電圧をオン
   オフするスイッチを用いてなる特許請求の第２項記載の
   開平演算装置。 ５ 増幅器の出力側にスイッチを設け、入力信号電圧が
   一定レベル以下になったとき電圧出力およびパルス幅出
   力を一定値に制限するようにした特許請求の範囲第１項
   および第２項記載の開平演算装置。