JPS5949726B2 - 電圧制御型抵抗回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は制御電圧によって抵抗値を可変制御できるよ
うにした電圧制御型抵抗回路に関する。

電圧制御型の抵抗回路としてはダイオードに流れるバイ
アス電流の変化による内部インピーダンスの変化を利用
して、ダイオードブリッジを構成し、この見かけ上の抵
抗を前記バイアス電流により変化させるようにしたもの
がある。

しかし、このダイオードブリッジに通すことのできる信
号は□小変化幅のもの（交流小信号）に限定され、しが
も歪みが多く、Ｓ／Ｎ比が悪いという欠点があった。

この発明は上記欠点を除去し、歪みの生じない安定な電
圧制御型抵抗回路を提供することを目的とする。

ここで抵抗回路とは、第１図に示すように抵抗値Ｒの逆
数を比例定数として、入出力電圧Ｖｉ、 Ｖｏの差に比
例した電流が流れる回路であり、その入力電流Ｉｉと出
力電流Ｉｏは等しい。

つまり、入力側から見ると、 という関係にあり、出力側から見ると、 という関係にあり、入力側及び出力側からみたインピー
ダンスは等しい。

この発明は上記の点に着目し、入力側及び出力側からみ
たインピーダンス（見かけ上の抵抗）が等しくなるよう
な回路を構成し、しかもその回路の入力及び出力側から
見たみかけ上の抵抗を制御電圧に応じて可変制御しつる
ようにしたものである。

すなわち、前記第（１）式、及び第（２）式から明らか
なように、入力電流Ｉｉと出力電流ＩＯは別個に解析す
ることができ、入出力電圧差が電流Ｉｉ （及びＩｏ）
に変換されて入力側（及び出力側）を流れると考えるこ
とができるので、入力側及び出力側に相互コンダクタン
ス変換回路を夫々設け、この相互コンダクタンス変換回
路に入出力電圧差を入力して夫々入出力側に入力電流Ｉ
ｉ及びＩｏを流すように構成し、その相互コンダクタン
スを制御電圧によって可変制御することにより入力側及
び出力側からみたみかけ上の抵抗値を制御するようにし
たものである。

以下図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第２図に示す電圧制御型抵抗回路１において、入力端子
２に加わる入力電圧Ｖｉと出力端子３に加わる出力電圧
Ｖｏはそれぞれ高入力インピーダンス、差動出力電圧型
の減算回路４及び５に入力され、その差電圧Ｖｏ −Ｖ
ｉ及びＶｉ−Ｖｏがそれぞれ得られる。

減算回路４の差電圧出力Ｖｏ −Ｖｉは一方の相互コン
ダクタンス変換回路６に入力され、入力電圧に応じた電
流Ｉｉが該相互コンダクタンス変換回路６から出力され
る。

相互コンダクタンス変換回路６ （及び７）は高入力イ
ンピーダンス出力電流型の一種の電圧−電流変換回路で
あり、その相互コンダクタンス胛が制御電圧Ｖｃによっ
て可変制御されるようになっている。

今、相互コンダクタンス変換回路６ （及び７）の出力
電流の方向は、入力電圧が正極性のときは流れ出るもの
とし、入力電圧が負極性のときは流れ込むものとすると
、回路６の出力電流Ｉｉは、次のように表わされる。

Ｉｉ＝−ｇｍ−（Ｖｏ−Ｖｉ） ＝（３）但し、ｖＯ−
ｖｉを負極性とし、出力電流Ｉｉが回路６に流れ込む方
向を−で表わした。

相互コンダクタンス変換回路６の出力は抵抗回路１の入
力端子２に接続されており、減算回路４及び５が高入力
インピーダンスであるため、相互コンダクタンス変換回
路６の出力電流Ｉｉはそのまま抵抗回路１の木刀端子２
を流れる入力電流Ｉｉとなっている。

他の減算回路５の差電圧出力Ｖｉ −Ｖｏは他の相互コ
ンダクタンス変換回路７に入力され、その入力電圧に応
じた電流Ｉｏが該相互コンダクタンス変換回路７から出
力される。

この相互コンダクタンス変換回路７は前記一方の相互コ
ンダクタンス変換回路６と同じ制御電圧Ｖｃによってそ
の相互コンダクタンス胛が制御されるようになっており
、両回路６．７の相互コンダクタンスｇｍは等しい。

前記減算回路４の出力Ｖｏ −Ｖｉが負極性であれば、
減算回路５の出力Ｖｉ −Ｖｏは正極性であり、相互コ
ンダクタンス変換回路７の出力電流Ｉ。

は流れ出る方向に流れるので、 Ｉｏ＝ｇｍ−（Ｖｉ −Ｖｏ） ・・・・・・（４）こ
と表わすことができる。

この相互コンダクタンス変換回路７の出力は抵抗回路１
の出力端子３に接続されており、前述と同に理由で相互
コンダクタンス変換回路７の出力電流■０はそのまま抵
抗回路１の出力端子３を流れる出力電流■０となってい
７る。

抵抗回路の入力電流と出力電流は同じ方向に流れねばな
らない。

ところで、この発明の抵抗回路１では一方の相互コンダ
クタンス変換回路６の出力電流Ｉｉと他方の相互コンダ
クタンス変換回路７′の出力電流Ｉｏが入力端子２及び
出力端子３に対してそれぞれ逆向きに与えられている。

そこで、減算回路４と５の被減数入力（＋）と減数入力
（−）を逆にして、それぞれ逆極性の差電圧Ｖｏ −Ｖ
ｉ及びＶｉ −Ｖｏを得るようにしたのである。

これ□によって、相互コンダクタンス変換回路６と７の
出力電流Ｉｉ、■０の向きは逆になるが、抵抗回路１の
入力端子２または出力端子３の一方からみると入力電流
Ｉｉと出力電流Ｉｏは同し向きになる。

第（３）式及び第（４）式の相互コンダクタンス胛を用
いて抵抗回路１の抵抗値Ｒを表わすと、Ｒ＝−一
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（５）ｇｍ である。

また、第（３）式と第（４）式とにより、Ｉｉ ＝ Ｉ
。

が成立する。

以上のことから、この電圧制御型抵抗回路１は、入力電
流Ｉｉと出力電流ＩＯの値が等しく、かつその向きが同
じであり、入力側から見たインピーダンス（第（３）式
及び第（１）式参照）と出力側から見たインピーダンス
（第（４）式及び第（２）式参照）が等しい、という抵
抗回路の条件を満足していることが確認できる。

抵抗回路１のインピーダンスつまり見かけ上の抵抗値Ｒ
は前記第（５）式に示したように相互コンダクタンス変
換回路６及び７の相互コンダクタンス胛の逆数である。

従って、制御電圧Ｖｃによって相互コンダクタンス四綺
変化させることにより、抵抗回路１の見かけ上の抵抗値
Ｒを可変制御することができる。

減算回路４及び５は公知の減算回路を使用することがで
きるが、高入力インピーダンスにするために第３図に示
すように構成するとよい。

抵抗ｒ１〜ｒ４及びオペアンプ８から成る差動増幅回路
（減算回路）の面入力側にオペアンプＯＰ１及びＯＦ２
を接続し、高入力インピーダンスにする。

そして一方のオペアンプＯＰ１に減数人力Ｖｉ （また
はＶｏ）を入力し、他方のオペアンプＯＰ２に被減数人
力Ｖｏ （またはＶｉ）を入力する。

また、相互コンダクタンス変換回路６及び７は第４図ま
たは第５図に示すように構成することができる。

第４図は、制御電圧Ｖｃを係数として掛算器６１におい
て減算回路４ （または５）から加ワル差ｉ圧Ｖｏ−Ｖ
ｉ （マタハＶｉ−Ｖｏ） ニ乗算Ｌ、その乗算出力電
圧を電圧−電流変換器６２に加え、電流Ｉｉ （または
Ｉｏ）に変換して出力するようにしたものである。

第５図に詳細を示す相互コンダクタンス変換回路６ （
または７）において、制御電圧Ｖｃは電圧−電流変換回
路１４のアンプ１５に加わり、該制御電圧Ｖｃの値に応
じた定電流２Ｉｃがトランジスタ１６のコレクタ側に流
れる。

トランジスタ１６のコレクタは差動トランジスタ１７．
１８の共通エミッタに接続されているから、制御電圧Ｖ
ｃに比例したコレクタ電流Ｉｃが差動トランジスタ１７
．１８にそれぞれ流れる。

トランジスタ１７のコレクタ電流ＩＣ１と同じ電流が、
カレントミラーを構成したトランジスタ１９．２０及び
トランジスタ２１．２２を介してトランジスタ２２のコ
レクタ側に流れる。

また、トランジスタ１８のコレクタ電流ＩＣ２と同じ電
流が、カレントミラーを構成したトランジスタ２３．２
４を介してトランジスタ２４のコレクタ側に流れる。

入力端１１に信号が加わっていなければ、ＩＣ１＝Ｉｃ
２＝ＩＣであり、トランジスタ２２と２４のコレクタ接
続点に設けられた出力端１２に電流は流れない。

このときのコレクタ電流値Ｉｃが動作点となり、入力端
１１からトランジスタ１８に入力信号が加わると、この
動作点を中心にコレクタ電流ＩＣ２が変化し、その変化
分が出力電流として、出力端１２を流れる。

従って、相互コンダクタンス変換回路６または７の相互
コンダクタンス胛は、差動トランジスタ１７ （または
１８）のコレクタ電流Ｉｃによって決定される。

この点を説明すると、トランジスタ１８のコレクタ電流
Ｉｃ （Ｉｃ２）とベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥと
の関係はダイオードの順方向特性を示すので、コレクタ
電流Ｉｃは Ｉｃ＝Ｉｏ （ｅｘｐＫＶＢＥ−１） ”＝”・（６）
であり、ＩＯは飽和電流、ｅｘｐは指数関数、Ｋは定数
である。

相互コンダクタンス胛はコレクタ電流Ｉｃを電圧ＶＢＥ
で微分したものに相当するから、である。

ここで、ｅＸｐＫＶＢＥ〉〉１であるから従って、相互
コンダクタンス胛はコレクタ電流Ｉｃにほぼ比例し、Ｉ
ｃは制御電圧Ｖｃに比例するから、ｇｍｏｃ Ｉｃｃｃ
Ｖｃ であり、制御電圧Ｖｃによって相互コンダクタンスｇｍ
が可変制御される。

入力端１１に減算回路４ （または５）から差電圧ｖＯ
−ｖｉ（またはｖｉ−ｖｏ）が加わると、該入力電圧及
び相互コンダクタンスｇｍに応じた電流ｉｃがトランジ
スタ１８のコレクタ側を流れる。

つまリコレクタ電流ＩＣ２は制御電圧Ｖｃによって与え
られた電流値Ｉｃを動作点として前記電流ｉｃに応じて
変化し、 ＩＣ２＝ＩＣ＋ｉＣ となる。

他のトランジスタ１７のコレクタ電流ＩＣ１は Ｉｃ１＝ Ｉｃ −ｉｃ となり、出力側のトランジスタ２２と２４のコレクタ電
流に差が生じる。

この差電流２ｉｃが出力電流Ｉｉ （またはＩｏ）とな
って出力端１２から流れ込む（もしくは流れ出る）。

入力端１１に加わる差電圧Ｖｏ−Ｖｉ（またはＶｉ−Ｖ
ｏ）が負極性のときＩＣ１〉ＩＣ２で゛あるから出力電
流Ｉｉ （またはＩｏ）は出力端１２に流れ込む方向と
なり、正極性のときはＩＣ１〈ＩＣ２であるから出力端
１２から流れ出る方向となる。

第６図はこの発明の電圧制御型抵抗回路 ＶＣＲ１、ｖＣＲ２をローパスフィルタに使用して電圧
制御型フィルタを構成した例を示すもので、制御電圧Ｖ
ｃによって抵抗回路ＶＣＲ１、ＶＣＲ２の見かけ上の抵
抗を制御することによりカットオフ周波数を可変制御す
ることができる。

このほか、電圧制御型発振器、電圧制御型増幅器など種
々の電圧制御型回路にこの発明の抵抗回路を応用するこ
とができる。

以上説明したようにこの発明によれば、入力側及び出力
側から見た見かけ上の抵抗が等しく、入出力電流の方向
が同じであるという抵抗回路一般の条件を満たし、かつ
その見かけ上の抵抗値を制御電圧によって可変制御でき
る電圧制御型抵抗回路が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は抵抗回路の原理説明図、第２図はこの。 発明に係る電圧制御型抵抗回路の一実施例を示すブロッ
ク図、第３図は第２図の減算回路の一例を示すブロック
図、第４図は第２図の相互コンダクタンス変換回路の一
例を示すブロック図、第５図は同相互コンダクタンス変
換回路の他の例を示す詳細回路図、第６図はこの発明の
電圧制御型フィルタに応用した例を示すブロック図であ
る。 １・・・・・・電圧制御型抵抗回路、２・・・・・・入
力端子、３・・・・・・出力端子、４．５・・・・・・
減算回路、６，７・・・・・・相互コンダクタンス変換
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力端子と出力端子と、入力電圧に対する出力電流
   の関係を表わす相互コンダクタンス胛が制御電圧に応じ
   て可変制御され、その出力端が前記入力端子に接続され
   た第１の相互コンダクタンス変換回路と、入力電圧に対
   する出力電流の関係を表わす相互コンダクタンス胛が制
   御電圧に応じて可変制御され、その出力端が前記出力端
   子に接続された第２の相互コンダクタンス変換回路と、
   前記入力端子および前記出力端子にそれぞれ接続された
   ２つの入力端を有し、この各入力端に加わる電圧の差に
   相当する差電圧を出力するものであって、その出力端が
   前記第１の相互コンダクタンス変換回路の入力端に接続
   された第１の減算回路と、前記入力端子および前記出力
   にそれぞれ接続された２つの入力端を有し、この各入力
   端に加わる電圧の差に相当しかつ前記第１の減算回路の
   差電圧とは逆極性の差電圧を出力するものであって、そ
   の出力端が前記第２の相互コンダクタンス変換回路の入
   力端に接続された第２の減算回路とを具え、前記第１お
   よび第２の相互コンダクタンス変換回路の相互コンダク
   タンス胛を前記制御電圧に応じて変化させることにより
   前記入力端子と前記出力端子との間の見かけ上の抵抗値
   を変化させるようにした電圧制御型抵抗回路。