JPS6022391B2 - 電流2乗回路 - Google Patents
電流2乗回路Info
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- JPS6022391B2 JPS6022391B2 JP50137976A JP13797675A JPS6022391B2 JP S6022391 B2 JPS6022391 B2 JP S6022391B2 JP 50137976 A JP50137976 A JP 50137976A JP 13797675 A JP13797675 A JP 13797675A JP S6022391 B2 JPS6022391 B2 JP S6022391B2
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- Japan
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- transistor
- current
- base
- collector
- emitter
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-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
- G06G7/20—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for evaluating powers, roots, polynomes, mean square values, standard deviation
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
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- Software Systems (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Description
この発明は入力電流値の2案に比例する値の出力電流を
出力する電流2乗回路に関するものである。 従来、電気的に2案機能を有するものとしては、差動熱
電対を用いた電力計、折線近似を用いた2案回路、もし
くはアナログ乗算器等があった。 しかし、いずれも入出力の有効範囲が狭く、出力の相対
誤差を1%程度に抑えられる動作範囲は出力で1〜2桁
であった。従って広い範囲の入力信号を扱うためには、
その入力に減衰器もしくは可変利得増幅器を附加して入
力レベルの範囲を制限する必要があった。この発明はこ
のような従来装置の欠点に鑑みてなされたもので、入力
側において約3桁、出力側において約6桁の有効範囲を
有し、10雌HZ以上の周波数まで動作し、全有効範囲
において相対誤差が1%程度の電流2乗特性を有する回
路を提供せんとするものである。 以下図面について詳細に説明する。図はこの発明の一実
施例を示す回路図で、図において、Q,はェミツタが第
1の定電圧源S,に接続され、ベースとコレクタとを接
続しこれを定電流源Aの一端に接続されたNPN型の第
1のトランジスタ、Q2はコレクタが第2の定電圧源S
2に接続され、ベースが第1のトランジスタQ,のベー
スへ接続され、且つェミッタが後述の第3のトランジス
タのェミッタに接続されたNPN型の第2のトランジス
タ、Q3はェミツタが第2のトランジスタQ2のェミッ
タに接続され、ベースとコレク夕とを接続しこれを入力
信号電流入力端子aに接続されたPNP型の第3のトラ
ンジスタ、Q4はェミツ夕が第1のトランジスタQ,の
ェミツタと第1の定電圧源S,とに接続され、ベースが
第3のトランジスタQ3のベースに接続され、且つコレ
クタが出力信号電流出力端子Cに接続されたPNP型の
第4のトランジスタである。 なお定電流源Aの他端、入力信号入力端子の池端bおよ
び出力信号出力端子の他端dはそれぞれ所定電位に保た
れる。この回路構成において入力信号電流linはトラ
ンジスタQ2およびQ3を流れ、トランジスタQ3のコ
レクタに現われる電圧はトランジスタQのベースに与え
られて、そのコレクタ電流を制御する。この時、このト
ランジスタQのコレクタ電流、すなわち出力信号電流l
omは入力信号電流linの2乗に比例するようになる
。以下これを詳細に説明する。トランジスタQ,はトラ
ンジスタQ2のベースに基準電圧E,を与えるもので、
この基準電圧E,は定電流源Aの電流値によって調節さ
れる。 さて、トランジスタQ,〜Q4の特性が揃っていると仮
定し、或るコレクタ電流loに対応するベース・ヱミッ
タ間電圧がいずれもVoであるとする。 このちおよびVoの値は、例えばL=1ミリアンベア、
V。 =0.6ボルト 〔1〕であるとする。このとき、各
トランジスタのコレクタ電流lcは次式で表わされる。 IC:Le台(V−V。 ) 〔2〕こ)で、Vはベース・ェミツタ間
電圧、qは電子電荷、kはポルツマン定数、Tは絶対温
度を示す。今、定電流源Aの出力電流をlo(1ミリア
ンベア)、各トランジスタの直流電流増幅率を8とする
と、各トランジスタの電圧、電流関係はそれぞれ次のよ
うになる。 トランジスタQ,:,C.=1。 三十・霧ル=・f穿くv・−V。)〔3〕トランジスタ
Q2:,C2=lin−IC4イタ=1。 e穿くv2−‐V。) 〔4〕1十1汐トランジスタQ
: lin−IC4イ汐=1。 el誌(V3−V。) 〔5〕lc3=1十格トランジ
スタQ: ,C4=,。 e器(v4−v。) 〔6〕・こ)でlc,
〜lc4はトランジスタQ,〜Q4のコレクタ電流、V
,〜V4は同じくそれぞれのトランジスタのベース・ェ
ミッタ間電圧である。トランジスタQ,〜Q4を一巡し
てV,一V2−V3十V4=0したがつて,C4=,。
e誌(V2十V3−VI−V。) 〔6〕トランジス
タQ,およびQ3のエミツタ・コレクタ間電圧はそれぞ
れのベース・ェミッタ間電圧に等しいが、トランジスタ
Q2およびQ4のェミッタ・コレクタ間電圧は定電圧源
S,およびS2からそれぞれ与えられる。各トランジス
タのェミツタ・コレクタ間電圧をほゞ等しくするために
、定電圧源S,,S2の各出力電圧E,,E2は次のよ
うに選ぶのが望ましい。EI=Vい E2=2V。 〔7〕〔4〕式×〔5〕式÷〔
3〕式から〔8〕式に〔4〕式を代入して こ)で1肌(lc4にほぼ等しい)に比べてlin(l
c2にほぼ等しい)は通常大きい。 但し入出力信号電流の上限では両者は同じオーダーとな
るように選ばれることが多い。又電流増幅率8は100
程度の値を有するから、,.n》芸、又午二個側刈浄い
、。 すると
出力する電流2乗回路に関するものである。 従来、電気的に2案機能を有するものとしては、差動熱
電対を用いた電力計、折線近似を用いた2案回路、もし
くはアナログ乗算器等があった。 しかし、いずれも入出力の有効範囲が狭く、出力の相対
誤差を1%程度に抑えられる動作範囲は出力で1〜2桁
であった。従って広い範囲の入力信号を扱うためには、
その入力に減衰器もしくは可変利得増幅器を附加して入
力レベルの範囲を制限する必要があった。この発明はこ
のような従来装置の欠点に鑑みてなされたもので、入力
側において約3桁、出力側において約6桁の有効範囲を
有し、10雌HZ以上の周波数まで動作し、全有効範囲
において相対誤差が1%程度の電流2乗特性を有する回
路を提供せんとするものである。 以下図面について詳細に説明する。図はこの発明の一実
施例を示す回路図で、図において、Q,はェミツタが第
1の定電圧源S,に接続され、ベースとコレクタとを接
続しこれを定電流源Aの一端に接続されたNPN型の第
1のトランジスタ、Q2はコレクタが第2の定電圧源S
2に接続され、ベースが第1のトランジスタQ,のベー
スへ接続され、且つェミッタが後述の第3のトランジス
タのェミッタに接続されたNPN型の第2のトランジス
タ、Q3はェミツタが第2のトランジスタQ2のェミッ
タに接続され、ベースとコレク夕とを接続しこれを入力
信号電流入力端子aに接続されたPNP型の第3のトラ
ンジスタ、Q4はェミツ夕が第1のトランジスタQ,の
ェミツタと第1の定電圧源S,とに接続され、ベースが
第3のトランジスタQ3のベースに接続され、且つコレ
クタが出力信号電流出力端子Cに接続されたPNP型の
第4のトランジスタである。 なお定電流源Aの他端、入力信号入力端子の池端bおよ
び出力信号出力端子の他端dはそれぞれ所定電位に保た
れる。この回路構成において入力信号電流linはトラ
ンジスタQ2およびQ3を流れ、トランジスタQ3のコ
レクタに現われる電圧はトランジスタQのベースに与え
られて、そのコレクタ電流を制御する。この時、このト
ランジスタQのコレクタ電流、すなわち出力信号電流l
omは入力信号電流linの2乗に比例するようになる
。以下これを詳細に説明する。トランジスタQ,はトラ
ンジスタQ2のベースに基準電圧E,を与えるもので、
この基準電圧E,は定電流源Aの電流値によって調節さ
れる。 さて、トランジスタQ,〜Q4の特性が揃っていると仮
定し、或るコレクタ電流loに対応するベース・ヱミッ
タ間電圧がいずれもVoであるとする。 このちおよびVoの値は、例えばL=1ミリアンベア、
V。 =0.6ボルト 〔1〕であるとする。このとき、各
トランジスタのコレクタ電流lcは次式で表わされる。 IC:Le台(V−V。 ) 〔2〕こ)で、Vはベース・ェミツタ間
電圧、qは電子電荷、kはポルツマン定数、Tは絶対温
度を示す。今、定電流源Aの出力電流をlo(1ミリア
ンベア)、各トランジスタの直流電流増幅率を8とする
と、各トランジスタの電圧、電流関係はそれぞれ次のよ
うになる。 トランジスタQ,:,C.=1。 三十・霧ル=・f穿くv・−V。)〔3〕トランジスタ
Q2:,C2=lin−IC4イタ=1。 e穿くv2−‐V。) 〔4〕1十1汐トランジスタQ
: lin−IC4イ汐=1。 el誌(V3−V。) 〔5〕lc3=1十格トランジ
スタQ: ,C4=,。 e器(v4−v。) 〔6〕・こ)でlc,
〜lc4はトランジスタQ,〜Q4のコレクタ電流、V
,〜V4は同じくそれぞれのトランジスタのベース・ェ
ミッタ間電圧である。トランジスタQ,〜Q4を一巡し
てV,一V2−V3十V4=0したがつて,C4=,。
e誌(V2十V3−VI−V。) 〔6〕トランジス
タQ,およびQ3のエミツタ・コレクタ間電圧はそれぞ
れのベース・ェミッタ間電圧に等しいが、トランジスタ
Q2およびQ4のェミッタ・コレクタ間電圧は定電圧源
S,およびS2からそれぞれ与えられる。各トランジス
タのェミツタ・コレクタ間電圧をほゞ等しくするために
、定電圧源S,,S2の各出力電圧E,,E2は次のよ
うに選ぶのが望ましい。EI=Vい E2=2V。 〔7〕〔4〕式×〔5〕式÷〔
3〕式から〔8〕式に〔4〕式を代入して こ)で1肌(lc4にほぼ等しい)に比べてlin(l
c2にほぼ等しい)は通常大きい。 但し入出力信号電流の上限では両者は同じオーダーとな
るように選ばれることが多い。又電流増幅率8は100
程度の値を有するから、,.n》芸、又午二個側刈浄い
、。 すると
〔9〕式は
入力信号電流linの最大値をloの値と等しく1ミリ
アンベアとすると、上式の分母ら−≠古汎。 とほぼ等しい。上記3つの近似によって生じる誤差は1
%の程度で、この近似を許すならば、上式は次のように
簡略化できる。.C4=宅=・out 〔10〕 従って、出力信号電流1。 utは入力信号電流linの2に比例することになる。
以上の説明では各トランジスタのコレクタ電流が所定値
し(1ミリアンベア)のときのベース・ェミッタ間電圧
Voが揃ったものとして扱ったが、実際に入手できるト
ランジスタでは個々に僅かな差がある。 これによって〔10〕式で表わされた2案特性に係数(
1ではない)が生じる。従って入出力間の利得調整に相
当する機能が必要になる。この目的のために定電流源A
の出力電流を調節することによって、トランジスタQ,
のェミツ夕・コレクタ間電圧V,を調整して電圧Voの
不揃いを補償する。トランジスタQ,〜Q4の配置に関
しては、トランジスタQ,,Q2がNPN型、Q3,Q
4がPNP型となっていることは、電圧値Voが、トラ
ンジスタQ,とQ2の対およびQとQの対で夫々揃って
いれば良い事を考慮して、トランジスタの選択を容易に
したものである。同一電導型のトランジスタの対には全
く同型のトランジスタを用いることができるので、電圧
値Voの揃ったものが得やすい。この回路が2乗特性を
維持できる入力信号電流の下限は、トランジスタQ2,
Qのコレクタ電流の減少による直流電流増中率の低下、
トランジスタQ4のベースコレクター間の逆方向飽和電
流等で制限される。 また、その上限はトランジスタQ2,Qのベース電流の
増加、各トランジスタの発熱等で制限される。トランジ
スタQ,〜Q4に小信号用高周波シリコントランジスタ
を適切に選択した場合、2乗特性を維持できる信号電流
範囲は、入力で約3桁、出力で約6桁である。入出力信
号電流lin,1。utの範囲の適切な例は下記の通り
である。1m:1ムA〜1机A I。 山:1nA÷・机A出力信号電流を供給するトランジス
タQ4は鰭流変化を最も大きく受けるが、その小電流域
での直流電流増中率8の低下は出力信号電流に直接に謀
畠≦をもたらすことはない。 直流電流増幅率Pの減少によってトランジスタQ4のベ
ース電流がトランジスタQ4のコレクタ電流に対して無
視できなくなる領域においても、トランジスタQ3のコ
レクタ電流に対しては無視できるので、全体の2案特性
は保たれる。なぜならば、4・電流領域に於てトランジ
スタQ4のコレクタ電流はトランジスタQ2,Q3のコ
レクタ電流より強く減少しているからである。実際に、
入力信号電流1山A、出力信号電流lnAという動作点
において、トランジスタQの電流増幅率8が0.1まで
減少しても、このことによる2案特性の誤差は約2%で
ある。更にこの事実はこの回路が、小電流領域において
も周波数応答が良いことと関係している。同じ理由によ
って、この回路の応答周波数上限は交流電流増中率が0
.1のオーダーまで低下する周波数に等しい。この値は
小信号用高周波トランジスタを用いた場合、小電流領域
においても容易に10雌HZ以上とすることができる。
図に示した実施例において、トランジスタの導電型をす
べて逆にし、各電源の樋性を逆にしたものは、入出力電
流の極性が逆で、同等の機能をもつ回路として成立する
。 以上詳述したように、この発明は特性の近似したNPN
型およびPNP型各2個のトランジスタと定電流源及び
定電圧源との組合わせという極めて簡単な回路構成によ
って従来装置では得られなかった動作範囲の広い2乗特
性回路を実現することができ、各種計測、制御その他各
方面への利用価値は大きい。
アンベアとすると、上式の分母ら−≠古汎。 とほぼ等しい。上記3つの近似によって生じる誤差は1
%の程度で、この近似を許すならば、上式は次のように
簡略化できる。.C4=宅=・out 〔10〕 従って、出力信号電流1。 utは入力信号電流linの2に比例することになる。
以上の説明では各トランジスタのコレクタ電流が所定値
し(1ミリアンベア)のときのベース・ェミッタ間電圧
Voが揃ったものとして扱ったが、実際に入手できるト
ランジスタでは個々に僅かな差がある。 これによって〔10〕式で表わされた2案特性に係数(
1ではない)が生じる。従って入出力間の利得調整に相
当する機能が必要になる。この目的のために定電流源A
の出力電流を調節することによって、トランジスタQ,
のェミツ夕・コレクタ間電圧V,を調整して電圧Voの
不揃いを補償する。トランジスタQ,〜Q4の配置に関
しては、トランジスタQ,,Q2がNPN型、Q3,Q
4がPNP型となっていることは、電圧値Voが、トラ
ンジスタQ,とQ2の対およびQとQの対で夫々揃って
いれば良い事を考慮して、トランジスタの選択を容易に
したものである。同一電導型のトランジスタの対には全
く同型のトランジスタを用いることができるので、電圧
値Voの揃ったものが得やすい。この回路が2乗特性を
維持できる入力信号電流の下限は、トランジスタQ2,
Qのコレクタ電流の減少による直流電流増中率の低下、
トランジスタQ4のベースコレクター間の逆方向飽和電
流等で制限される。 また、その上限はトランジスタQ2,Qのベース電流の
増加、各トランジスタの発熱等で制限される。トランジ
スタQ,〜Q4に小信号用高周波シリコントランジスタ
を適切に選択した場合、2乗特性を維持できる信号電流
範囲は、入力で約3桁、出力で約6桁である。入出力信
号電流lin,1。utの範囲の適切な例は下記の通り
である。1m:1ムA〜1机A I。 山:1nA÷・机A出力信号電流を供給するトランジス
タQ4は鰭流変化を最も大きく受けるが、その小電流域
での直流電流増中率8の低下は出力信号電流に直接に謀
畠≦をもたらすことはない。 直流電流増幅率Pの減少によってトランジスタQ4のベ
ース電流がトランジスタQ4のコレクタ電流に対して無
視できなくなる領域においても、トランジスタQ3のコ
レクタ電流に対しては無視できるので、全体の2案特性
は保たれる。なぜならば、4・電流領域に於てトランジ
スタQ4のコレクタ電流はトランジスタQ2,Q3のコ
レクタ電流より強く減少しているからである。実際に、
入力信号電流1山A、出力信号電流lnAという動作点
において、トランジスタQの電流増幅率8が0.1まで
減少しても、このことによる2案特性の誤差は約2%で
ある。更にこの事実はこの回路が、小電流領域において
も周波数応答が良いことと関係している。同じ理由によ
って、この回路の応答周波数上限は交流電流増中率が0
.1のオーダーまで低下する周波数に等しい。この値は
小信号用高周波トランジスタを用いた場合、小電流領域
においても容易に10雌HZ以上とすることができる。
図に示した実施例において、トランジスタの導電型をす
べて逆にし、各電源の樋性を逆にしたものは、入出力電
流の極性が逆で、同等の機能をもつ回路として成立する
。 以上詳述したように、この発明は特性の近似したNPN
型およびPNP型各2個のトランジスタと定電流源及び
定電圧源との組合わせという極めて簡単な回路構成によ
って従来装置では得られなかった動作範囲の広い2乗特
性回路を実現することができ、各種計測、制御その他各
方面への利用価値は大きい。
図はこの発明による電流2乗回路の1実施例を示す回路
図である。 図において、Q,,Q2,Q3,Q4はそれぞれ第1、
第2、第3、第4のトランジスタ、S,,S2はそれぞ
れ第1、第2の定電圧電源、Aは定電流源、a,bは入
力信号電流入力端子、c,dは出力信号電流出力端子で
ある。
図である。 図において、Q,,Q2,Q3,Q4はそれぞれ第1、
第2、第3、第4のトランジスタ、S,,S2はそれぞ
れ第1、第2の定電圧電源、Aは定電流源、a,bは入
力信号電流入力端子、c,dは出力信号電流出力端子で
ある。
Claims (1)
- 1 第1の所定電圧に保たれたエミツタと、互いに接続
され且つ定電流源に接続されたベースおよびコレクタと
を有する第1の導電形の第1のトランジスタ、第2の所
定電圧に保たれたコレクタと上記第1のトランジスタの
ベースに接続されたベースとを有する第1の導電形の第
2のトランジスタ、上記第2のトランジスタのエミツタ
に接続されたエミツタと互いに接続され且つ入力信号電
流入力端子の一方に接続されたベースおよびコレクタと
を有する第2の導電形の第3のトランジスタ、及び上記
第1のトランジスタのエミツタ接続されたエミツタと上
記第3のトランジスタのベースに接続されたベースと出
力信号電流出力端子の一方に接続されたコレクタとを有
する第2の導電形の第4のトランジスタを備えてなる電
流2乗回路。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP50137976A JPS6022391B2 (ja) | 1975-11-17 | 1975-11-17 | 電流2乗回路 |
US05/740,724 US4081696A (en) | 1975-11-17 | 1976-11-10 | Current squaring circuit |
GB47501/76A GB1558871A (en) | 1975-11-17 | 1976-11-15 | Current squaring circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP50137976A JPS6022391B2 (ja) | 1975-11-17 | 1975-11-17 | 電流2乗回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5262067A JPS5262067A (en) | 1977-05-23 |
JPS6022391B2 true JPS6022391B2 (ja) | 1985-06-01 |
Family
ID=15211131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP50137976A Expired JPS6022391B2 (ja) | 1975-11-17 | 1975-11-17 | 電流2乗回路 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4081696A (ja) |
JP (1) | JPS6022391B2 (ja) |
GB (1) | GB1558871A (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4267521A (en) * | 1976-12-27 | 1981-05-12 | Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha | Compound transistor circuitry |
FR2615636B1 (fr) * | 1987-05-22 | 1989-07-28 | Radiotechnique Compelec | Miroir de courant a tension de sortie elevee |
FR2615637B1 (fr) * | 1987-05-22 | 1989-07-28 | Radiotechnique Compelec | Miroir de courant a tension de sortie elevee |
US5134310A (en) * | 1991-01-23 | 1992-07-28 | Ramtron Corporation | Current supply circuit for driving high capacitance load in an integrated circuit |
US5723915A (en) * | 1992-12-04 | 1998-03-03 | Texas Instruments Incorporated | Solid state power controller |
US5714902A (en) * | 1995-11-30 | 1998-02-03 | Oak Crystal, Inc. | Polynomial function generation circuit |
US5945873A (en) * | 1997-12-15 | 1999-08-31 | Caterpillar Inc. | Current mirror circuit with improved correction circuitry |
US6448855B1 (en) * | 2000-04-13 | 2002-09-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Accurate power detection circuit for use in a power amplifier |
US6781459B1 (en) | 2003-04-24 | 2004-08-24 | Omega Reception Technologies, Inc. | Circuit for improved differential amplifier and other applications |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1600781A (ja) * | 1968-03-15 | 1970-07-27 | ||
NL7403202A (nl) * | 1974-03-11 | 1975-09-15 | Philips Nv | Stroomstabilisatieschakeling. |
-
1975
- 1975-11-17 JP JP50137976A patent/JPS6022391B2/ja not_active Expired
-
1976
- 1976-11-10 US US05/740,724 patent/US4081696A/en not_active Expired - Lifetime
- 1976-11-15 GB GB47501/76A patent/GB1558871A/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5262067A (en) | 1977-05-23 |
US4081696A (en) | 1978-03-28 |
GB1558871A (en) | 1980-01-09 |
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