JPS60104265A - Rmsコンバ−タ - Google Patents

Rmsコンバ−タ

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JPS60104265A
JPS60104265A JP59151144A JP15114484A JPS60104265A JP S60104265 A JPS60104265 A JP S60104265A JP 59151144 A JP59151144 A JP 59151144A JP 15114484 A JP15114484 A JP 15114484A JP S60104265 A JPS60104265 A JP S60104265A
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JP
Japan
Prior art keywords
transistor
output
amplifier
rms
collector
Prior art date
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Pending
Application number
JP59151144A
Other languages
English (en)
Inventor
ウイリアム ヘンリー ガーデイナー
ジエフリー アーサー ラツクハースト
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHIYURANBAAGAA ELECTONICS YUU
SHIYURANBAAGAA ELECTONICS YUU KEI Ltd
Original Assignee
SHIYURANBAAGAA ELECTONICS YUU
SHIYURANBAAGAA ELECTONICS YUU KEI Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHIYURANBAAGAA ELECTONICS YUU, SHIYURANBAAGAA ELECTONICS YUU KEI Ltd filed Critical SHIYURANBAAGAA ELECTONICS YUU
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06GANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G06G7/24Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for evaluating logarithmic or exponential functions, e.g. hyperbolic functions

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、RMSコンバータ、即ち、直流もしくは変化
する量例えば正弦波形のRMS値(実効値)を表わして
いる直流信号を発生する回路に係る。
従来の技術 成る既知の形式のRMSコンバータは、順方向にバイア
スされたp−n半導体接合部の対数小信号電圧/電流特
性を利用している。RMS値を測定すべき入力波形は、
整流されて、2つの直列なp−n接合部にまたがって与
えられ、入力波形゛電圧の対数値の2倍に比例する電圧
Viが発生される。この電圧Vi と、単一のp−n接
合部を用いて同様に発生された、コンバータ出力電圧の
対数イ1tXに比例する電圧Voとを使用して、第4の
p−n接合部が制御され、電圧ViとvOとの差の真数
に比例する信号が形成される。次いで、この信号を平均
化し、入力波形のRMS値を表わすコンバータ出力電圧
が発生される。
この回路は、集積回路技術を用いて製造されたI・ラン
ジスタの整合対を使用して形成される。
然し乍ら、このようにした場合でも、対にされたトラン
ジスタはその特性が各々若干異なるために利1!Iエラ
ーが生じ、ひいては、不正確なものになることが分かっ
ている。
発明の構成 本発明の1つの特徴によれば、変化する波形をその反転
入力に受け取るように構成された第1の差動増11J手
段と、コレクターエミツタ路が直列にされた第1及び第
2のトランジスタで構成されるフィードバック回路であ
って、上記第1トランジスタがに記載1増113手段の
出力に接続され、そして」;記載2トランジスタが上記
第1増巾手段の反転入力に接続されたようなフィードバ
ック回路と、平均化手段と、上記第1増11」手段の出
力と上記平均化手段の入力との間にコレクターエミツタ
路が接続された第3トランジスタ手段と、上記平均化手
段の出力信号をその反転入力に受け取るように構成され
ると共に、上記第3トランジスタ手段のベースに出力が
接続されているような第2差動増11」手段と、該第2
増rl]手段の反転入力と出力との間にコレクターエミ
ツタ路が接続された第4トランジスタ手段とを備えてい
て、に記平均化手段の出力信号が−1−配食化する波形
のRMS値を表わし、上記第1及び第3トランジスタ手
段各々と、上記第2及び第4トランジスタ手段各々との
選択された接続部を繰り返し交換させるように切り換え
手段が配置されていて、上記トランジスタ手段の作動特
性の相違により生じるエラーが減少されることを特徴と
するRMSコンバータが提供される。
以下、環41図面を参照し、本発明によるRMSコンバ
ータの一例を説明する。
実施例 第1図を説明すれば、RMSコンバータは、RMS値を
測定すべき整流波形を受け取る入力端子10を有してい
る。この入力端子lOは、抵抗器12によって演算増I
I器14の反転(−)入力に接続され、その非反転入力
(+)は、アースされている。増lJ器14の出力は、
第1トランジスタ16のエミッタに接続され、そのベー
ス及びコレクタは一緒に接続されて第2トランジスタ1
8のエミッタに接続されている。このトランジスタ18
のベースはアースされ、そのコレクタは、増II器14
の非反転入力に接続されている。
増11」器14の出力は、第3トランジスタ20のエミ
ッタにも接続され、そのコレクタは、演算項[1]器2
2の反転入力に接続され、該増巾器は、低域フィルタを
形成するようにフィードバックキャパシタ24及び抵抗
器25を有している。増+b器22の出力は、RMSコ
ンバータの出力信号を出力端子26に供給すると共に、
抵抗器28を経て演算項III器30の反転入力にフィ
ードバックされる。この増巾器30の出力は、第3トラ
ンジスタ20のベースに接続されると共に、第4トラン
ジスタ32のエミッタにも接続され、該トランジスタの
ベースはアースされ、そしてそのコレクタは増+1]器
30の反転入力1と接続される。
作動に際し、整流された入力波形が抵抗器12を経て増
II]器14へ送られ、増TI器14からトランジスタ
16及び18のベースーエミッタ接合部を経て出力電流
工を通流させる。この電流の大きさは、p−n接合部の
小信弓順方向バイアス特性に対する次の方程式からめら
れる。
I=Is (eqv/kT −1) (1)但し、 I Sは、逆飽和電流であり、 qは、電子の電荷であり、 ■は、接合部にまたがる電圧であり、 kは、ポルツマン定数であり、そして Tは、絶対温度である。
上記式(1)の各側の対数をとり(係数1は無視する)
、各p−n接合部に対しVについて上記式を解くと1次
のようになる。
V=kT/q log(I/Is)’ (2)電流■は
、増1jl器の利得により増+lJ器14への入力電流
に直接関係伺けされ、この電流は、次いで、入力インピ
ータンスによって入力端子viに直接関係伺けされる。
又、k、t、q及びIsは、各p−n接合部に対し定数
と考えることができる。
Vx Iogvi (3) 従って、2つのベース−エミッタ接合部の各々にまたが
る電圧Vは、入力電圧v1の対数に比例し、増Ill器
出力の電圧Viは、それらの和に等しくなる。従って、 Vi =2 1ozvi (4) 低域フィルタ増l】器22によって端子26に形成され
る回路の直流出力電圧vOにより、これに対応する電流
が、増IJ器30の人力の実質子のアースに向って抵抗
器28に通流される。この電流により、増11】器30
の出力から第4トランジスタ32のベースーエミッタ接
合部を経て電流が通流される。」−記の分析と同様に、
増rlJ器出力に現われる電圧■0は、上記出力電圧v
Oの対数値に比例する。
Vo ・x Iogvo (5) 従って、f53)ランジスタ20は、そのベース−エミ
ッタ間に次のような電圧が現われる。
(Vi −Vo ) c<2 1ogvi −1ogv
、2 =log v+ /vo (6) 再ひ、式(1)を参照すれば、第3トランジスタ20に
よって導通される電流は、接合部にまたかる電圧の指数
関数に関係伺けされる。即ち、2.2 ezp(log v+ /vo ) =v+ /vo 
(7)となる。この電流は、増II器22、フィードバ
ックキャパシタ24及び抵抗器25により低域ろ波され
(即ち、平均化され)、直流出力電圧vOが。
形成される。従って、 となり、故に、 2 −] vo :<vl そして voα J″v】 となる。即ち、出力電圧vOは、入力電圧viのRMS
に比例する。
上記の分析は、トランジスタ16.18.20及び32
の作動特性が同じであると仮定したものである。集線に
は、これは、集積回路技術によって一緒に製造されて同
じハウジング内に取りイf1けられた整合トランジスタ
対を使用することによって近似することができる。然し
乍ら、各トランジスタの小信号特性には若干の相違が残
されていて1回路全体として利得エラーを招く。
この問題を軽減する回路が第2図に示されており、第1
図に対応する部品は、対応する参照番ぢで示されている
第2図を説明すれば、第1及び第3トラノジスタ16及
び20は、トランジスタ40a及び40bの整合対で構
成され、そして第2及び第4トランジスタ18及び32
は、整合対42a及び42bで構成される。
整合対40a及び40bのエミッタは、増rl器14の
出力に直接接続される。それらのコレクタは、各々の電
界効果トランジスタ(FET)50及び52を経て低域
フィルタ増lJ器22の入力に接続される一方、各々の
FET54及び56を経てそれら自身のベースに接続さ
れる。これらのベースは、次いで、整合対のトランジス
タ42a及び42bのエミッタに各々直接接続されると
共に、各FET58及び60を経て増巾器30の出力に
接続される。
整合対のトランジスタ42a及び42 bノコレクタは
、各FET62及び64を経て増11]器14の入力に
接続されると共に、各FET66及び68を経て増II
J器30の入力に接続される。トランジスタ42bのベ
ースはアースされ、一方、トランジスタ42aのベース
は、2つの抵抗器70及び72より成る電圧分割器に接
続される。これらの抵抗器は、アースと、可変抵抗器7
4のスライダとの間に接続され、可変抵抗器74は、正
電圧+Vと負電圧−■との間に接続され、これらの電圧
は増11」器14.22及び30にも供給される。
FET52.54.60.62及び68のゲ−1・は、
各々の直列抵抗器を経て1発振器(図示せず)からの1
0H2方形波Qを受け取るように接続される。同様に、
FET50.56.58.64及び66のゲートは、各
々の直列抵抗器を経て、]二二倍信号と逆位相の10H
z方形波Q木を受け取るように接続される。
この回路の作動は、第3図及び第4図を参照して首尾よ
く説明できる。第3図及び第4図は、Q及びQ本信号が
各々高い電圧レベルにあり、従ってその関連FETを低
抵抗状態に切り換えるように作動する時の回路の実際の
相互接続を示している。これに対し、このように作動さ
れずに非常に高い抵抗状態にあるFETの接続が破線で
示されている。
従って、第3図に示されたように、Q信号が高い電圧で
ある時は、FET52.54.60.62及び68が作
動されて、トランジスタ40bのコレクタを増巾器22
に接続し、トランジスタ40aのコレクタをそのベース
に接続し、トランジスタ40bのベースを増巾器30の
出力に接続し、トランジスタ42aのコレクタを増Il
l器14に接続し、そしてトランジスタ42bのコレク
タを増巾器30の入力に接続する。これらの状態におい
ては、回路の相互接続状態が第1図の状態に正に匹敵し
、トランジスタ40a、42a、40b、及び42bは
、ft51図のトランジスタ16.18.20及び32
の機能を各々遂行する。
これに対し、第4図に示されたように、Q*低信号高い
電圧である時は、FET50.56.58.64及び6
6が作動され、トランジスタ40aのコレクタを増巾器
22に接続し、トランジスタ40bのコレクタをそのベ
ースへ接続し、トランジスタ40aのベースを増111
器30の出力へ接続し、トランジスタ42bのコレクタ
を増l〕器14へ接続し、そしてトランジスタ42aの
コレクタを増11J器30の入力へ接続する。従って、
トランジスタ40a及び42aが実際上トランジスタ4
0b及び42bと交換され、第1図のトランジスタ16
.18.20及び32の機能はトランジスタ40b、4
2b、40a及び42aによって実行される。
各対のトランジスタ40a、40b及び42a、42b
の機能がこのように繰り返し交換される結果1作動特性
のばらつきの影響力(低減されることが分かった。従っ
て、回路の長期間にわたる精度が改善される。トランジ
スタの機能をこのように交換できる理由は、各対のトラ
ンジスタが幾つかの厳密に共通の接続部を有していて、
その切り換えが不要であると共に、実際」−回路の作動
性能を下げることがないからである。
切り換え速度としては、1OHz程度の低い速度が好ま
しい、アナログ−デジタルコンバータを用いた場合には
、切り換え信号Q及び9本をコンバータの′測定サイク
ルに同期させて、ノイズ及び変調エラーを減少するのが
好ましい。
可変抵抗器74は1回路の作動を初期的にバランスして
、復調、ビート及びノイズの影響を減少するように調整
される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、公知のRMSコンバータを示す回路図、 第2図は1本発明によるRMSコンバータの回路図、そ
して 第3図及び第4図は、本発明コンバータの作動を説明す
るために第2図を変形した図である。 10・・・入力端子 12・・・抵抗器14・・・演算
項11」器 16・・・第1トランジスタ 18・・・t!S2トランジスタ 20@―・第3トランジスタ 22・・・演算項1]1器 24・・・フィードバックキャパシタ 25・φ・抵抗器 26・Φ・出力端子30・・・演算
項ri器 32・ゆ・ff54トランジスタ 40a、40b・・・整合トランジスタ対42a、42
b・・−整合トランジスタ対50.52.54.56.
58.60.62゜64.66.68、・・・FET 手続ttli正ν1・(方式) 1.事件の表示 昭和59年特詐願第151144号2
、発明の名称 RMSコンバーク 3、 ?dt正をするイを 事件との関係 出 願 人 4、代理人 5、 ?ili正命令の日付 昭和59年10月30日
6、補正の対象 願書 代理権を糺明する書面企図向

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)変化する波形をその反転入力に受け取るように構
    成された第1の差動増I11手段と、コレクターエミツ
    タ路が直列にされた$1及び第2のトランジスタで構成
    されるフィードバック回路であって、l−記載1トラン
    ジスタが上記第1増rl]手段の出力に接続され、そし
    て上記第2トランジスタが1−記ff1l増Ij手段の
    反転入力に接続されたようなフィート八・ンク回路と、
    平均化手段と、 ]−記載1増Ilj手段の出力と1.記平均化手段の人
    力との間にコレクターエミツタ路が接続された第3トラ
    ンジスタ手段と、 ト記平均化手段の出力信号をその反転入力に受け取るよ
    うに構成されると共に、上記第3トランジスタ手段のベ
    ースに出力が接続されているような第2の差動増11】
    手段と、 該第2の増i1手段の反転入力と出力との間にコレクタ
    ーエミ・ンタ路が接続された第4トランジスタ手段と4
    備えていて、 上記平均化手段の出力信号が上記変化する波形のRMS
    値を表わし、 上記第1及び第3トランジスタ手段各々と、上記第2及
    びff14トランジスタ手段各々との選択された接続部
    を繰り返し交換させるように切り換え手段が構成されて
    いて、上記トランジスタ手段の作動特性の相違により生
    じるエラーが減少されることを特徴とするRMSコンバ
    ータ
  2. (2)−h記載1及び第3トランジスタと、上記第2及
    び第4トランジスタは、各々、整合対として構成される
    特許請求の範囲第(1)項に記載のRMSコン/ヘータ
  3. (3)上記切り換え手段は、切り換えを行なう対として
    構成された複数の単極単投スイッチを含み、各対のスイ
    ッチは、相補的な切り換え信号によって作動される特許
    請求の範囲第(1)項又はEIR(2)項に記載のRM
    Sコンバータ。
  4. (4)各々のスイッチは、電界効果トランジスタで構成
    される特許請求の範囲第(3)項に記載のRMSコンバ
    ータ。
  5. (5)上記の交換繰り返し速度は、l OHz程度であ
    る特許請求の範囲第(1)項に記載のRMSコンバータ
  6. (6)アナログ−デジタルコンバータを備え、北記交換
    繰り返し速度がこのアナログ−デジタルコンバータの測
    定サイクルと同期された特許請求の範囲第(1)項に記
    載のRMSコンバータ。
JP59151144A 1983-07-23 1984-07-20 Rmsコンバ−タ Pending JPS60104265A (ja)

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EP (1) EP0133350B1 (ja)
JP (1) JPS60104265A (ja)
AU (1) AU573600B2 (ja)
DE (1) DE3483705D1 (ja)
GB (1) GB2143956B (ja)

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GB8319911D0 (en) 1983-08-24
AU573600B2 (en) 1988-06-16
EP0133350A2 (en) 1985-02-20
AU3073184A (en) 1985-01-24
GB2143956A (en) 1985-02-20
GB2143956B (en) 1986-11-19
EP0133350B1 (en) 1990-12-05
EP0133350A3 (en) 1988-03-16

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