JPS5931119B2 - 自乗化回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自乗化回路に関し、特に、入力信号の平方根に
したがつて変化する信号を提供する送信機に用いるのに
好適な自乗化回路に関する。

流量測定送信機の分野において、入力パラメータの平方
根に比例する信号を提供する回路は知られている。この
ような回路は、例えば米国特許第３４９６３４６号およ
び第３５３９７９２号明細書に示されている。これら公
知の回路は、線形な入力信号を受取りその入力信号の平
方根にしたがつて変化する出力信号を提供する。しかし
ながら、これらの公知回路は、構成が複雑であり、また
、通常の２線式電流送信機に要求される動作電圧１２、
電流４〜２０ｍＡという低消費電力では動作することが
できず、したがつて、２線式送信機として使用するには
制限があつた。

本発明の自乗化目的は、低電力で十分に動作し、４〜２
０ミリアンペアの電流範囲の２線式送信機において、平
方根の演算を行うことができるような自乗化回路を提供
することにある。

第１図は自乗化回路を２線式電流送信機に適用した場合
のプロツク図であり、トランスジユーサ１０は測定して
いる可変状態の関係である出力電圧を端子１１に提供す
る装置を含む。

すなわち、このトランスジユーサ（変換器）は、２線式
送信機として動作するように、入力端子１２および１３
を介してのみ附勢されるように図示されているが、別の
電源により追加の電力を受取るようなものでも良い。

第１図において、差動入力比較増幅器３０および自乗化
回路５０は線１４により付勢され、線１５が帰線である
。

ゼナーダイオード１６は、線 Ｃｌ４と１５の間に接続
されており、この線間電圧を一定値に安定化させる機能
を有する。比較増幅器３０は、トランスジユーサ１０の
端子１１から、増幅器の一方の入力に与えられる出力信
号２を、自乗化回路５０から線１７を介して増幅器３０
の他方の入力端子に与えられる出力信号Ｖ。

と比較する。比較増幅器３０は、線１８を介して電界効
果トトランジスタ（ＦＥＴ）１９のゲートへ、その出力
信号を与える。

ＦＥＴｌ９のソースは線１５に、またそのドレインはト
ランジスタ２１のベースに、夫々接続している。トラン
ジスタ２１のコレクタは線１５に、またそのエミツタは
電源帰路端子２２に夫々接続している。トランジスタ１
９および２１は、電流制御増幅器２０を構成しており、
電流端子２３から電源帰路端子２２へ流れる全電流１Ｔ
は、線１８における増幅器出力信号に応じて制御される
。

フイードバツク抵抗２４は、電流端子２３と線１４の間
に接続されており、電流端子２３と電源帰路端子２２と
の間を流れる電流１Ｔの大部分を流す。

残りの電流は、端子２３と線１５の間の直列抵抗２５お
よび２６を流れる。抵抗２５と２６の共通接続点２７は
、線２８を介して自乗化回路５０の入力に接続している
。

自乗化回路５０は線１４と１５に接続しており、これら
から動作電力を受取る。第１図の回路の典型的な応用は
流量の測定である。

その場合のトランスジユーサ１０は、差動圧力（測定）
装置であり、その端子１１における電圧信号Ｖｐは、線
１４と１５の間の電圧の中間値に対し測つた電圧レベル
である。前記電圧信号Ｖｐは、オリフイスを横切る差圧
力に比例する。

換言すれば、前記電圧信号は前記オリフイスを通る流速
または流量の自乗化にしたがつて変化する。図示しない
外部の直流電源および記録機の如き指示計器が、端子２
２と２３の間に接続される。

典型的な電流送信機における電流１Ｔの変化範囲は、４
〜２０ミリアンペアである。抵抗２４，２５および２６
は、Ｋ２を定数として、接続点２７・における電圧Ｖ１
が、Ｖ１＝Ｋ２（ＩＴ−４） ・・・・・・・・
・（１）により電流Ｔに関係づけられるように選定され
る。

電圧Ｖ１は自乗化回路５０において自乗される。

したがつて、線１７における出力電圧。は、Ｋ４を定数
として、下記の（２）式ＶＯ−Ｋ４（ＩＴ−４）２
・・・・・・・・・（２）で表わされる。

差動増幅器３０は、増幅器入力端子に接続している端子
１１および線１７の間の電圧差に応答して、増幅器入力
（端子１１および線１７）における電圧差を零に減少す
るように、電流制御増幅器２０を流れる電流を変える。

前記電圧差が零、すなわちＶ。

＝Ｖｐのときは、Ｋ４（ＩＴ−４）２−Ｋ，ΔＰであり
、 と書ける。

上式から明らかなように、回路素子の値を適切に選定し
て定数ｋ１およびＫ４を決めることにより、電流１Ｔが
、測定する流量範囲において、トランスジユーサの感知
した流量の線形な関係として、４ミリアンペアから２０
ミリアンペアの範囲内で変化するようにすることができ
る。

したがつて、電流１Ｔは、オリフイスを横切る流量に比
例し、差圧力ΔＰの平方根にしたがつて変化する。第２
図は、本発明の実施例を２線式電流速信機に適用した構
成例を示す詳細プロツク図であり、同図において第１図
と同一符号は同一または同等部分を示している。第２図
の回路は、約４００ミリボルトの最大トランスジユーサ
出力信号に応答して４〜２０ミリアンペアの電流を提供
するのに好適である。

他の動作範囲は適切な動作範囲変更により達成できる。
第２図には、本発明の自乗化回路の一実施例が示されて
いる。この場合、４ミリアンペアの低電流限度に対して
正しく作動させるために、電力消費の少い回路素子を用
いる必要があることはもちろんである。この回路は、更
に「切換」機能を有している。

この切換機能により、出力信号を、比較的高入力の場合
の、入力信号の平方根で関連づけられた出力信号状態か
ら、予定の低入力信号値より低く零までの場合の、入力
信号に対して線形に関連づけられた線形出力信号状態に
切換えることができる。この切換機能は、平方根関数に
おける変化率が、トランスジユーサの零出力値において
、理論的には無限大であるために、入力変化に伴なう出
力変化が過大となり、しかも低入力それ自体が不安定で
あるので、動作を安定化するために設けるのが好ましい
。また、低い入力値は誤差率も大であり、実用上の測定
には不十分であるが、零点調節などには使用せざるを得
ないので、低入力範囲で線形動作を安定化することは、
実際の測定器としては極めて重要である。第２図のトラ
ンスジユーサ１０は、第１図のものと同じであり、附勢
端子１２および１３と出力信号端子１１を有する。

第２図の回路では２つの主電流供給線が示してあり、線
１４はゼナ一基準ダイオード１６Ａの正側に、線３３は
ゼナ一基準ダイオード１６Ｂの正側に夫々接続している
。抵抗３５は、ほぼ一定の電流がゼナーダイオード１６
Ｂに流れて、線３３に正確な電圧レベルが与えられるよ
うに、線１４と３３の間に接続されている。線１４は端
子１２に、また線１５は端子１３に夫々接続している。
更に、ゼナーダイオード１６Ａおよび１６Ｂの負側は、
共に線１５に接続している。差動入力比較増幅器３０お
よび電流制御増幅器２０は第１図の同符号の増幅器と同
じ機能を達成する。

比較増幅器３０は、線３９のトランスジユーサ出力信号
Ｖｐを、自乗化回路５０からの出力線１７を介する出力
信号と比較する。前記の比較増幅器３０の出力は、増幅
器２０への制御信号となり、それにより、比較増幅器３
０の制御の下に全電流１Ｔが変化させられる。

比較増幅器３０の入力に、図示の如く接続されている抵
抗４２および４３とコンデンサ４４は、ノイズを抑制す
るための素子である。比較増幅器３０は、線１４と１５
とに接続した電源端子により附勢され、その出力艮抵抗
４５を介してトランジスタ４７のベースに接続している
。

このトランジスタ４７は、第１段の電流調整器として機
能する。トランジスタ４７のコレクタは、主電流調整器
であるトランジスタ４８のベースに接続している。

トランジスタ４８のエミツタは、逆電圧保護ダイオード
４９を介して、電源すなわち電流端子２３に接続し、ト
ランジスタ４８のコレクタは線１４に接続している。「
ターンオン］抵抗５１は、トランジスタ４８のエミツタ
とコレクタとの間に接続している。

ＦＥＴ５２のソースおよびドレインは、トランジスタ４
７のエミツタと線１５の間に接続しており、そのゲート
は抵抗５３を介して線１４に接続している。ＦＥＴ５２
はトランジスタ４７のターンオンを助けるものであり、
トランジスタ４７のエミツタ抵抗としても作用する。低
入力の場合に、自乗化回路を不作動にするための「切離
し」回路が、第２図の左側に示してある。

この切離し回路暑ζ増幅器５５、ＦＥＴ６Ｏ、ポテンシ
ヨメータ５６，６１などから構成される。

まず最初に、切離し回路の構成および動作を、詳細に説
明する。増幅器５５は線１４と１５により附勢され、そ
の反転入力端子はトランスジユーサ１０の出力端子１１
に接続し、非反転入力端子はポテンシヨメータ５６のワ
イパーに接続して〜・る。

ポテンシヨメータ５６は一対の抵抗５７および５８の間
に接続しており、これらの直列回路は、線３３および１
５の間に接続している。増幅器５５は、端子１１におけ
るトランスジユーサ出力電圧を、ポテンシヨメータ５６
のワイバ一に現われる基準電圧と比較し、出力信号を、
抵抗５９を介してＦＥＴ６Ｏのゲートへ与える。

ＦＥＴ６Ｏのソースは、ポテンシヨメータ６１のワイパ
ーに接続している。ポテンシヨメータ６１は抵抗６２お
よび６３の間に接続されている。線３３と接続点６４の
間のこれら抵抗６１，６２および６３の組合せは分圧器
を構成している。第１フイードバツク抵抗６５は接続点
６４と線１５との間に、また第２フイードバツク抵抗６
６は接続点６４と電流出力端子２２の間に、夫々接続さ
れている。ＦＥＴ６Ｏのドレインは線１７に接続してい
る。

それ故に、増幅器５５からの負の出力に応答してＦＥＴ
６Ｏが導通すると、ポテンシヨメータ６１のワイパーは
有効に線１７に接続される。増幅器５５からの負の出力
は、ポテンシヨメータ５６のワイパー基準電圧値に比較
して、端子１１におけるトランスジユーサ出力電圧値が
大きいか、小さいかに応じて決定される。

第２図の実施例では、トランスジユーサ１０の出力電圧
は、測定している状態がその最大範囲において変化する
につれて、零から最大の負の値まで変化する。

ポテンシヨメータ５６のワイパーは増幅器５５の一方の
入力（非反転入力）端子にスレツシヨルド（閾値）電圧
を与えるように調節される。これにより、ＦＥＴ６Ｏは
、トランスジユーサ１０の出力信号が零で、増幅器５５
の出力がローレベルのときターンオン、前記出力信号が
前記スレツシヨルド電圧値以下にまで減少して前記増幅
器５５の出力がハイレベルになつたとき、ターンオフさ
れる。

このスレツシヨルド電圧は、例えば計測範囲の最大値を
基準にして、トランスジユーサ出力電圧が１０％だけ減
少した値に設定することができる。ノ 前述のように、トランスジユーサ１０の出力信号が小さ
い領域で、ＦＥＴ６Ｏが導通すると、ポテンシヨメータ
６１のワイパーの電圧が、ＦＥＴ６Ｏおよび線１７、抵
抗４３を介して、差動増幅器３０の一方の入力端子に供
給され、線３９および抵抗４２を介して他方の入力端子
に供給されるトランスジユーサ１０の出力電圧と比較さ
れることになる。

なお、このとき、前述したところから明らかなように、
増幅器５５の出力は負（ほＳ、線１５の電位）であるの
で、増幅器７０の動作用電源は供給されず、また発光ダ
イオード８０Ａは発光しない。

このため、可変ホト抵抗８５の値は十分に大きく、線１
７の電位２は抵抗７４および８５よりなる回路によつて
は何らの影響も受けない。したがつて、トランスジユー
サ１０の出力信号が小さい領域では、前記出力信号およ
びポテンシヨンメータ６１のワイパーに生ずる電圧が、
比較増幅器３０の関連した入力における制御用信号とな
る。比較増幅器３０の前記二つの入力に電圧差が存在す
ると、この差は増幅され、電流制御増幅器２０の入力に
制御信号として与えられる。それにより、比較増幅器３
０の制御の下に、変化した全電流１Ｔが流れる。線１７
上の信号に比較して、線３９上の入力信号が変化すると
、比較増幅器３０の出力が変化し、これに応じて全電流
１Ｔも変化する。

このようにして、接続点６４、およびこれと抵抗６３お
よびポテンシヨメータ６１のワイパー、ＦＥＴ６Ｏを介
して接続されている線１７には新たな信号が発生する。
前述の新たな信号は、比較増幅器３０からの出力制御信
号と線形な関係を有し、したがつて、比較増幅器３０の
入力における差電圧を零に減少させるように変化する。

したがつて、全電流Ｔは、他の作用がないとき（ＦＥＴ
６Ｏがオンの場合）、低い値のトランスジユーサ出力電
圧に対して、実質的に線形な関係を有する。

前述のような構成は、正確な平方根の値を得ることが実
用的でなく、かつトランスジユーサ出力電圧と全電流１
Ｔの間に十分正確な線形関係が存在するとき、低い値の
トランスジユーサ信号レベルにおいて、円滑な回路動作
をもたらすために設けられている。

前述のような、回路の線形動作の場合における、（端子
１１と１３の間で測つた）トランスジユーサ出力電圧Ｖ
ｐと全電流１Ｔの間の関係は、次の（３）式であられさ
れる。

但し、前記（３）式において、Ｒ１は抵抗６２とワイパ
ーより上のポテンシヨンメータ６１の部分の抵抗との和
であり、Ｒ２は抵抗６３とワイパーより下のポテンシヨ
メータ６１の部分の抵抗との和である。

また、Ｒｆはフイードバツク抵抗６５であり、ＶＲは線
３５と線１５との間の電圧である。前記（３）式はつぎ
のようにして導出される。第２図の回路において、端子
２２と端子２３の電流は同一電流値であり、電流制御回
路２０を通して出力電流１Ｔを制御するのでＩＴ−Ｋ−
Ｖｐ−ＫΔＰ ただし、Ｋ．Ｋは定数 となり出力電流は入力差圧に比例する。

したがつて、抵抗Ｒ１、Ｒ２の電流をｉ１、Ｒｆの電流
をＩ２とし、増幅器３０の十端子入力電圧がＶｐに等し
い条件を用いると、明らかにつぎの（４）式が成立する
。これらｉ１、Ｉ２を含まないＩＴの式を求めると前記
（３）式になる。

トランスジユーサ１０の出力が予定値以下にまで減少し
た結果、増幅器５５の出力信号が増加すると、ＦＥＴ６
Ｏはカツトオフになる。

すなわち、トランスジューサ１０の出力が、ポテンシヨ
メータ５６のワイパー位置によつて決まるスレツシヨル
ド電圧を超すと、ポテンシヨメータ６１のワイパーは線
１７から切離される。これにより前述の線形動作が停止
され、後述するように、自乗化回路５０の出力が、差動
増幅器３０の一方の入力に達している線１７に供給され
るようになる。

増幅器５５の出力は接続点６９にも接続されており、自
乗化回路５０に含まれている増幅器７０を附勢する。

増幅器７０の電力帰路は、線１５に接続している。ダイ
オード・ホト抵抗素子８０の発光ダイオード部８０Ａは
、接続点６９と増幅器７０の出力端子との間に接続され
ている。

保持用コンデンサ６８は、増幅器７０の出力端子と反転
入力端子の間に接続されている。増幅器７０の非反転入
力端子は、抵抗７１を介して接続点２７に接続している
。

抵抗７３は、接続点２７と電流出力端子２２の間に接続
されていると共に、フイードバツク抵抗６６および６５
を介して線１５に接続している。抵抗７４は、接続点２
７と線３３の間に接続されている。更に、２つの分圧回
路が、本発明の一実施例である自乗化回路５０に用いて
ある。

すなわち、抵抗７５が、線３３から接続点７６に接続し
ていると共に、線１５に接続した抵抗７７にも接続し、
第１の分圧回路を構成している。

また、抵抗７８が、線３３から接続点７９に接続してい
ると共に、線１５に接続した抵抗８１にも接続し、第２
の分圧回路を構成している。ダイオード・ホト抵抗素子
８０の光感応抵抗（ホト抵抗とも称する）８５の一端は
、接続点７９に接続していると共に、一対のＦＥＴスイ
ツチ８６および８７の第１端子にも接続している。

ホト抵抗８５の他端は、第２の一対のＦＥＴスイツチ８
８および８９の第１端子に接続している。スイツチ８６
の他端は線１７に、スイツチ８７の他端は増幅器７０の
反転入力端子に、スイツチ８８の他端は接続点７６に、
またスイツチ８９の他端は接続点２７に、夫々接続して
いる。保持コンデンサ９２は、線１７と１５との間に接
続されている。フリツプフロツプ回路９１は、常に線１
４と１５の間に接続されており、附勢電力がこれに与え
られると、２種の出力「Ａ」、［Ｂ」を交互に発生する
。

フリツプフロツプ回路９１の出力Ａは、スイツチ８７お
よび８８のゲートＡに夫々接続され、一方、出力Ｂはス
イツチ８６および８９のゲートＢに夫々接続されている
。

本実施例で用いられるフリツプフロツプ回路は任意構成
のもので良いが、好ましくは低電流の集積回路形式のも
のであつて、好ましくは、内部に発振器などを含み、電
源が投入されたとき、方形波対称出力を与えるものが用
いられる。

フリツプフロツプ回路９１は、その出力ＡおよびＢの各
々を、交互にローレベル（関連するＦＥＴをオン状態に
する）およびハイレベル（関連するＦＥＴをオフ状態に
する）に切換える。

前記出力ＡおよびＢは、ＦＥＴスィツチ８６〜８９のオ
ン・オフを制御し、後述するように、ホト抵抗８５を、
交互に２つの回路に接続する。出力Ａがオン状態すなわ
ちローレベルになつているときは、ＦＥＴスイツチ８７
および８８のゲートがそれらＦＥＴを導通させるレベル
になり、電流路が接続点７９からホト抵抗８５を介して
接続点７６へと形成される。

一方、この状態のときは、ＦＥＴスイツチ８６および８
９は導通しない。

この状態における自乗化回路５０の要部結線を第４図に
示し、以下に説明する。前述のように、フリツプフロツ
プ回路９１の出力Ａがローレベルで、ＦＥＴ８７および
８８が導通し、ＦＥＴ８６および８９が非導通である場
合、接続点２７における（線１５における電位に関して
の）電圧Ｖ１は、つぎの（５）式で表わされる。

但し、前式において、ＩＴは全電流、ＶＲはゼナーダイ
オード１６Ｂの両端の調整された電圧、ＲＦはフイード
バツク抵抗６５および６６の和抵抗である。

なお、上式の記号の下添数字は第２図に示す抵抗の番号
を表わしている。なお、前記（５）式はつぎのようにし
て導出される。

すなわち、第４図において、抵抗７４，７３，６６，６
５に流れる電流をｉ１とすると、つぎの２つの式が得ら
れる。Ｖ１＝Ｒ７３ｌｌ＋ＲＦ（１１−１Ｔ） ＶＲ＝（Ｒ７４＋Ｒ７３）ｉ１＋ＲＦ（１１−１Ｔ）こ
れらの式からｉ１を消去すれば、前記（５）式が得られ
る。

上述の例において、４〜２０ミリアンペアの全電流範囲
を有する場合は、抵抗７３および７４と、フイードバツ
ク抵抗６５および６６の値を適正に選定することにより
、つぎの（６）式で示される関係が成立するようにする
ことができる。

すなわち、増幅器７０の非反転入力に達している接続点
２７の電圧Ｖ１を、全電流１Ｔに比例させることができ
る。

なお、抵抗６５および６６は、ＦＥＴ６Ｏがオフの状態
では、１つのフイードバツク抵抗として作用する。

また、上式における「０．００４」は４ミリアンペアの
附勢電流を示すものとして用いてある。第２図および第
４図から明らかなように、増幅器７０の非反転入力端子
には、接続点２７の電圧Ｖ１が供給されている。

一方、増幅器７０の反転入力端子は、接続点７９からス
イツチ８７を介して入力を受取る。その他にも、前記反
転入力端子には、接続点７６からスイツチ８８、ホト抵
抗８５およびスイツチ８７を介して与えられる他の入力
が加算されている。

抵抗７８は、接続点７９の電圧がＶＲ／２になるように
、抵抗８１に等しいものが選ばれる。

抵抗７３，７４およびＲＦ（抵抗６５と６６の和）は、
所望附勢電流１Ｔが４ミリアンペアのときＶ１＝ＶＲ／
２で、かつ前記（５）式が下記の（６）式 ただし、 で表わされるように選定される。

前記増幅器７０の利得は、十分に大きく、この増幅器７
０は、その出力に応じて、発光ダイオード（ＬＥＤ）８
０Ａから成る光源の輝度を変え、ホト抵抗８５の抵抗値
を変化させて２つの入力電圧を強制的に等しい値にさせ
る。

こＸで、第４図中の第１の分圧回路（抵抗７５と７７）
、第２の分圧回路（抵抗７８と８１）および両者の接続
点７６および７９間に接続されたホト抵抗８５よりなる
゛回路網に関して、増幅器７０の反転入力端子に生ずる
入力電圧Ｖ（−）を計算すると、つぎの（８）式であら
れされる。

前記（８）式中のＲｘぱ、固定抵抗７５，７７，７８お
よび８１に加えて、可変ホト抵抗８５の値（Ｒ８５）に
も依存する。そして、前記Ｒｘに対する式は、次の（９
）式のとおりである。””（ミｙノ 前記（８）式の導出はつぎのようにして行なわれる。

第１、第２の分圧回路、ホト抵抗８５および定電圧源１
６Ｂ（ＶＲ）よりなる回路は、鳳−テブナンの定理によ
り第６図の等価回路で表わすことができる。第６図の等
価回路において、各抵抗Ｒａ，Ｒｂおよび電圧Ｖａ，Ｖ
ｂと、第４図の抵抗Ｒ７５′Ｒ７７ラＲ７８ラＲ８ｌ）
および電圧ＶＲつぎの関係が成立する。

との間には、 ここで、 この閉回路に流れる電流をｉとすれば Ｖｂ−８＝（Ｒａ＋Ｒｂ＋ＲＩ３５）１ であるから電流１はつぎの式であられされる。

また、が成立する。

この式に前記電流１の式を代入すると、が成立する。

前述のように、Ｒ７８とＲ８ｌとは等しく選ばれており
、電圧ｂはＶＲ／２であるから、最後の式Ｖ（一）に前
記のＲａ，Ｒｂ，Ｖａ，Ｖｂを代入すれば次の式が得ら
れる。この式の（）内を前記（９）式のごとくＲｘで置
きかえれば（８）式が得られる。

明らかなように、差動増幅器７０ぱ、そこへの２入力電
圧Ｖ，および（一）が等しくなるように、その出力を変
化する。

すなわち、前記（６）式および（８）式であられされる
Ｖ１およびＶ（−）は等しくなる。それ故に、つぎの（
１０）（１０ａ）式Ｋ３（ＩＴ−０．００４）＝ＲｘＶ
Ｒ・・・・・・・・・σ０）Ｒｘ＝Ｋ３〔Ｔ−０．００
４）／ＶＲ・・・・・・（１０ａ）が成立する。以上の
説明から明らかなように、フリツプフロップ回路９１の
出力Ａがローレベルになつて、ＦＥＴ８７および８８が
導通し、第２図の自乗化回路５０が、第４図のような結
線状態に保持されている間に、増幅器７０は発光ダイオ
ード８０Ａの発光輝度一すなわち、ホト抵抗８５の抵抗
値Ｒ８，を、（９）式および（代）式の関係が成立する
ように制御する。

フリツプフロツプ回路９１が、上記と反対の動作状態に
あり、出力Ｂが・・イレベルにあるときは、第２図にお
いて、ＦＥＴスイツチ８７および８８が開き、ＦＥＴス
イツチ８６および８９が閉じる。

この状態における自乗化回路５０の要部結線を第５図に
示し、以下に説明する。このとき、増幅器７０の反転入
力端子における電圧はほぼ一定に維持される。

その理由は、第５図から明らかなように、この反転入力
端子が、上記動作状態中、保持コンデンサ６８ＶＣ．接
続されているだけであるからである。そして、前記コン
デンサ６８は、ＦＥＴスイツチ８７および８８が閉じて
いる間に、増幅器７０の出力に応じた値に充電される。

それ故に、自乗化回路５０が第５図の結線状態にある間
中、ＬＥＤ８ＯＡには一定の電流が流れる。

これに伴なつて、ホト抵抗８５は、前記（９）式および
（自）式の関係を満足する値に保持される。第５図から
分るように、抵抗７３および７４の接続点２７の電圧Ｖ
１は、この時点では、スイツチ８９を介してホト抵抗８
５に供給され、更に、接続点７９からスイツチ８６を介
して、比較増幅器３０の非反転入力端子に接続している
線１７に与えられる。線１７の電圧をＶ２で示す。上記
状態の回路を分析すれば、つぎの（自）式が得られる。

但し、上記式中のＲＹは、固定抵抗７８，８１，７３，
７４およびＲＦに依存する外、ホト抵抗８５の値にも依
存する。

すなわち、ＲＹは次の（自）式で表わされる。また、上
記ｌ式中の定数Ｋ６は、抵抗７３，７４およびＲＦ（抵
抗６５と６６の和）の関数である。

前記ＡＤ式の導出はつぎのようにして行なわれる。

第５図中の閉回路１６Ｂ−７４−７３−６６６５−１６
Ｂを流れる電流１、抵抗６５，６６に流れる全電流をＩ
Ｔ、抵抗７３，７４、の接続点の電位をＥ１とすると、
つぎの（１２ａ）（１２ｂ）※（１２ａ）式からｉを求
め、これを（１２ｂ）式に代入し、また式が成立する。

とおくと これを前記（１２ｄ）式に代入すると、 となる。

ここで、 は、第２図の符号にもどすと、前記（自）式の右辺とな
り、これをＲＹと書き換えると、となり、ａｌ）式が得
られる。

全電流１Ｔの変化範囲を４〜２０ミリアンペアとするよ
うな構成例においては、ＩＴが４ミリアンペアのとき、
線１７の電圧Ｖ２はＶＲ／２である。

この条件を（自）式に代入すると、 となる。

この関係を前記（自）式に代入すると、電圧Ｖ２の式は
次の（自）式のようになる。第２図の回路構成において
は、固定抵抗７５，７７，７８および８１の値を適当に
選ぶことにより、つぎの（自）式が成立するようにする
ことができる。

この（自）式と前述の（１０ａ）式とを（自）式に代入
すると、下記のようにして（自）式が得られる。以上の
説明から理解されるように、自乗化回路５０は、（６）
式であられされるように（ＩＴＯ．ＯＯ４）に比例する
入力信号Ｖ１を、（自）式であられされるように、（Ｉ
Ｔ−０．００４）の２乗に比例する出力信号Ｖ２に変換
する機能を果している。

第２図および第５図から分るように、トランスジユーサ
１０は電圧Ｖｐを提供し、この電圧Ｖｐは、比較増幅器
３０において電圧Ｖ２と比較される。

この電圧Ｖ２は、スイツチ８６および８９が閉じている
ときの自乗化回路５０の出力であり、前言鳳試であられ
される。比較増幅器３０の出力信号は、電流制御増幅器
２０を制御するのに利用される。

すなわち、前記電圧ＶｐとＶ２（比較増幅器３０への電
圧入力）の差に応答して全電流１Ｔが制御され、これら
電圧の差が零に減少される。こＸで、トランスジユーサ
１０の出力Ｖｐは、その入力差圧力ΔＰに比例するので
、線１５を基準として前記出力Ｐを測定し、かつ差圧力
ΔＰが零のとき、出力ＶｐがＶＲ／２になるように回路
定数を選定すると、電圧Ｖｐは（自）式で表わされる。

但し、この式中のＫ５は、トランスジユーサ１０の性能
で決まるトランスジユーサ比例定数である。前述のよう
に、電圧Ｖ２とＰとが等しくなるように、比較増幅器３
０３が動作するので、（自）および（自）式を等しいと
おくと、（５）式の関係が得られ、これから次の（自）
式が得られる。

ここで、Ｋ７は計算できる比例定数である。このように
して、第２図における４ミリアンペア以上の全電流１Ｔ
は、感知した差圧力ΔＰの平方根に比例する。保持コン
デンサ９２が、線１５と線１７の間に接続されているの
で、フリツプフロツプ回路９１の出力Ａがローレベルと
なり、スイツチ８７および８８が閉じて、スイツチ８６
および８９が開いている結線状態−すなわち、第４図の
結線状態に自乗化回路５０が戻つたときでも、前記保持
コンデンサ９２により、比較増幅器３０の一方の（非反
転）入力に達している信号電圧Ｖ２は、ほぼ一定保持さ
れる。

したがつて、前記（自）式の関係は、フリツプフロツブ
９１の出力状態に関係なく、測定の全期間にわたつて保
持される。

第２図の回路は、４〜２０ミリアンペアの範囲で動作す
る電流送信回路に対し、入力信号の平方根を演算する機
能を有する。

このような動作が可能な理由は、回路の全部分が、低電
力レベルで動作できるからである。第２図に含まれてい
る本発明の自乗化回路は、上述した応用において特に重
要である。

その理由は、この回路が最少電力を用いて極めて正確な
自乗化機能を達成するからである。１つの低電力光源（
ＬＥＤ８ＯＡ）およびこれに対向配置された１つのホト
抵抗を用いることは、４〜２０ミリアンペアの電流範囲
を良好に達成するのに極めて重要である。

第２図の回路に用いる部品の値は、本明細書末尾の表１
に示してある。

フリツプフロツプの周波数は約１ＫＨ２である。送信機
は１４Ｖと４５Ｖの間の直流電源により付勢されるよう
に設計される。表１に示した値を有した回路素子で構成
した第２図の実施例装置は、トランスジユーサ１０に対
し約１．６ミリアンペアの電流を与え得ると共に、０か
らマイナス４００ミリボルトの間で、トランスジユーサ
１０の出力信号（端子１１において）が変化する場合に
、良好に動作する。

上記特性のトランスジユーサの例が、第３図に示してあ
る。

こＸでは、第２図の端子１１，１２および１３に、第３
図の端子１０１，１０２および１０３を、それぞれ接続
するように設計されている。第３図の回路でぱ、固定し
たコンデンサ極板の間で動くダイヤフラムを有する［Δ
Ｐ」感知器が用いてあり、これに相似なものは米国特許
第３６４６５３８号に開示されている〇［ΔＰ」組立体
は［１１０」で簡略化して示してあり、コンデンサＣ１
およびＣ２を形成している。

そして、前記各コンデンサの静電容量は、差圧力Ｐ１〜
Ｐ２の変化に応じて相互に逆方向を増減する。トランジ
スタ１２１を含む発振器１２０は、端子１０２および１
０３により附勢される増幅器１３０により附勢される。

増幅器１３０の出力は、タッピング抵抗１３１を介して
、一次巻線１２２の第１端子に接続している。巻線１２
２の他端は、トランジスタ１２１のコレクタに接続して
いる。

フイードバツク巻線１２３の第１端子は、端子１０３に
接続すると共に、更にフイルタコンデンサ１２４を介し
て、巻線１２２の第１端子に接続している。また、巻線
１２３の他端子は、トランジスタ１２１のエミツタに接
続している。トランジスタ１２１のベースは、直流バイ
アス抵抗１２５を介して、端子１０２に接続している。

減結合コンデンサ１２６は、トランジスタ１２１のベー
スと巻線１２３の第１端子との間に接続さＺＪれている
。

コンデンサＣ２は、順方向導通ダイオード１４０を介し
て、誘導性巻線１５０の第１端子に接続し、更に、逆方
向導通ダイオード１４１を介して、巻線１５１の第１端
子に接続している。

コンデンサＣ１は、逆方向導通ダイオード１４２を介し
て巻線１５２の第１端子に接続し、更に、順方向導通ダ
イオード１４３を介して巻線１５３の第１端子に接続し
ている。

また、巻線１５３の第１端子は、更にコンデンサＣ３の
第１極側に接続している。コンデンサＣ３の他極の側は
Ｊ訪向導通ダイオード１４４を介して、増幅器１３０の
非反転入力端子１３２に接続すると共に、更に、逆方向
導通ダイオード１４５を介して、増幅器１３０の反転端
子１３３に接続している。

巻線１５０および１５２の第２端子は、信号出力端子１
０１に接続している。

巻線５１の第２端子は端子１３２に、巻線１５３の第２
端子は端子１３３に夫々接続している。抵抗１３４は、
増幅器１３０の入力端子１３３と端子１０３の間に接続
される。

また、抵抗１３５は、増幅器１３０の入力端子１３２と
端子１０２の間に接続されている。これら両抵抗１３４
および１３５は、増幅器１３０への入力端子において加
算される基準電流を提供する。抵抗１３６は、入力端子
１３３と接続点１３８の間に接続され、抵抗１３７は入
力端子１３２と接続点１３８の間に接続される。これら
２つの抵抗１３６および１３７により、コンデンサＣｌ
，Ｃ２およびＣ３からの電流に対する電流集計回路が構
成される。可変抵抗１３９は、接続点１３８と端子１０
１の間に接続されており、トランスジユーサのスパン（
可変範囲）調整を可能にする。

ポテンシヨメータ１４９は、端子１０２と１０３の間に
接続されており、ポテンシヨメータ１４９のワイパーは
、抵抗１４８を介して端子１０１に接続している。

これによつて零バイアス電圧が提供され、トランスジユ
ーサの零調整が達成される。多くのフイルタコンデンサ
が、トランスジユーサ内の交流電流路を完成するのに使
用されている。

それらは、図示の如く、抵抗１３９に並列のコンデンサ
１６１．接続点１３８と端子１０２の間のコンデンサ１
６２、接続点１３８と端子１０３の間のコンデンサ１６
３、端子１３３と接続点１３８の間のコンデンサ１６４
、および端子１３２と接続点１３８の間のコンデンサ１
６５である。二次巻線１５０〜１５３の間の濾波作用は
、巻線１５０および１５１の各第１端子間に接続されて
いるコンデンサ１６６、巻線１５１および１５２の各第
１端子間に接続されているコンデンサ１６７、ならびに
、巻線１５２および１５３の各第１端子間のコンデンサ
１６８で達成される。

第３図の回路の動作は、上記米国特許第３６４６５３８
号明細書に開示されているものに相似である。

すなわち、二次巻線１５０〜１５３の夫々は、関連する
ダイオード１４０〜１４３とコンデンサＣ１またはＣ２
と共に、関連したダイオードの相対的極性に応じて［土
ＣＶｆ」なる直流信号を提供する。

増幅器１３０への２つの入力の差が零であるためには、
発振器１２０の周波数と振幅の積が（Ｃ１＋Ｃ２−２Ｃ
３）−１に比例しなければならない。

なお、電圧ｖは二次巻線１５０〜１５３のピーク・ピー
ク励振電圧であり、ｆは発振器１２０の発振周波数であ
る。したがつて、端子１０１における電圧は、（Ｃ１−
Ｃ２）Ｖｆ、 または （Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２−２Ｃ３）に比例する。

この比例関係は、米国特許第３６４６５３８号に示され
ている如き圧力感知器を用いたとき、圧力Ｐ１およびＰ
２に応じて感知した差圧力に応じて、出力が線形関係に
なることを示している。

第３図の回路に用いる部品頃本明細書の末尾の表２に示
してあり、励振電流が１．６ミリアンペアで、［Ｃ１−
Ｃ２」が約１５０ピコフアラツド変化するとき、約４０
０ミリボルトの出力を発生する。

第３図の回路からの出力信号は、前述のように、感知し
た差圧力に関して［線形」であり、この出力信号は、上
述した第１図または第２図の送信機の入力信号として使
用される。

以上の説明から明らかなように、第２図の実施例では、
増幅器７０と自乗化回路５０の出力とへ交互に結合され
る１つの光感応抵抗８５を用いることにより、相似では
あるが、２つの独立したホト抵抗を用いた回路を使用し
たときに現われる温度変化、または光の変動による問題
が除かれる。

しかしながら、上記問題が重大でない場合は、２つの別
個のホト抵抗を使用するように、回路構成を変更できる
ことは当然である。なお、上記のトランスジユーサは差
圧力を感知するものであつたが、入力信号は平方根の開
を得たい任意の形式のトランスジユーサから得ても良い
。

例えば、温度トランスジューサからの信号を、入力とし
て使用することもできる。以上の説明から明らかなよう
に、本発明によれば低消費電力で十分に動作し、折線近
似ではない連続的な自乗化特性を持ち、しかも構成が簡
単で信頼性の高い自乗化回路を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２線式送信機回路に本発明を適用した構成を示
すプロツク図、第２図は好適な本発明の実施例を含む２
線式送信機回路を示す図、第３図は第１図および第２図
の回路に関して使用する適切なトランスジユーサ回路図
、第４図および第５図は本発明の動作を説明するための
回路図、第６図および第７図は前記第４、第５図の等価
回路図である。 １０・・・・・・トランスジユーサ、３０・・・・・・
差動入力比較増幅器、５０・・・・・泊乗化回路、８０
・・・・・・ダイオード・ホト抵抗素子、９１・・・・
・・フリツプフロツプ、１１０・・・・・・差圧感知組
立体、１２０・・・・・・発振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 定電圧源１６Ｂに接続され、その分圧点７６に第１
   電圧信号を生ずる第１分圧抵抗回路網７５、７７と、前
   記定電圧源に接続され、その分圧点７９に、入力信号の
   自乗に比例した自乗信号が発生される第２分圧抵抗回路
   網７８、８１と、前記第２分圧抵抗回路網の分圧点７９
   に、その一端が接続され、受光量に応じて抵抗値の変化
   するホト抵抗８５と、入力抵抗６５、６６と直列に前記
   定電圧源に接続された第３分圧抵抗回路網７３、７４と
   、前記ホト抵抗の他端および第３分圧抵抗回路網の分圧
   点間に接続された第１スイッチ８９と、前記ホト抵抗の
   他端および第１分圧抵抗回路網の分圧点７６間に接続さ
   れた第２スイッチ８８と、第３分圧抵抗回路網の分圧点
   ２７が接続された第１入力端子、および第２分圧抵抗回
   路網の分圧点７９に第３スイッチ８７を介して接続され
   た第２入力端子を有する増幅手段７０と、前記入力抵抗
   および第３分圧抵抗回路網の接続点に接続され、前記増
   幅手段に入力信号を供給する入力信号端子２２と、前記
   増幅手段７０の第２入力端子およびその出力端子間に接
   続されたコンデンサ手段６８と、前記増幅手段の出力端
   子に接続され、その出力によつて輝度が変化され、前記
   ホト抵抗の抵抗値を制御するような前記ホト抵抗との位
   置関係に配置された可変輝度光源８０Ａと、第２分圧抵
   抗回路網の分圧点７９に一端が接続され、他端が自乗出
   力端子とされた第４スイッチ８６と、前記第１および第
   ２スイッチを交互にオン／オフすると共に、第３スイッ
   チ８７を第２スイッチ８８と同期して、また前記第４ス
   イッチを第１スイッチと同期して、それぞれオン・オフ
   制御する手段９１とを具備したことを特徴とする自乗化
   回路。