JPS6033718A - 電流・電圧変換回路 - Google Patents

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 本発明は電流・電圧変換回路、詳しくは、低電圧電源に
より、直流入力電流に依存することなく、交流入力電流
を電圧変換することが可能な電流・電圧変換回路に関す
る。

従来例の構成とその問題点 電流の電圧変換回路が要求される。第１図は、従来のオ
ートフォーカス型カメラに用いられている電流・電圧変
換回路の構成図であり、フォト・ダイオード１の信号を
オペアンプ２によシミ圧変換して出力する回路構成で、
抵抗３により、回路の相互コンダクタンスを力えている
。この回路で、フォト・ダイオード１に生じる交流入力
電流をエム→ト 直流入力電流をＩｎとし、オペアンプ２の反転入力部の
基準１Ｌ圧をＶｒとして、同オペアンプ２の出力電圧ｖ
Ｏをみると、 で表わされる。ここで、Ｒ１は抵抗３の抵抗値、ｇｍは
回路の相互コンダクタンスで、ｇｍ＝１／Ｒ＋と等価で
ある。

いま、この回路を強い外光下、たとえば、太陽光直下で
動作させると、直流入力電流ＩＤが大きくなり、これに
よシ、出力電圧ｖＯが飽和し、交流入力電流エムに対す
る相互コンダクタンスの作用力；低下する。−ｇＡＩを
示す、Ｌ−Ｒ介Ｇ　２ＭΩの場合、太陽光直下で発生す
る直流入力電流Ｉｎが数百μＡに達する。仮シに、　■
Ｄ−６００μ人とすると、Ｒ＋・Ｉｎ；１１Ｖ　になり
、回路動作を円滑に行なわせるには、Ｖｒ＞１１Ｖが必
要になる。一方、この状況のもとで、被写体までの距離
が１．５ｍ〜１０ｍであれば、交流入力電流エムは、エ
ム２５０ｐＡ　〜２０ｎＡであり、したがって、Ｒ１−
Ｉ　Ａ　ｚｏ・１１〜４４ｍＶであるが、十分なダイナ
ミック・レンジを保つために、電源電圧Ｖｃｃは、最低
でも１３Ｖ程度が必要である。

このように、従来の回路では、高い電源電圧を要し、ま
た、直流入力電流も大きく、回路電圧も高いので、回路
での消費電力が多く、電池寿命も短かくなる。

発明の目的 本発明は、上述の問題点を解消した回路構成、すなわち
、低電圧動作ならびに低消費電力動作の可能な電流・電
圧変換回路を提供するものである。

発明の構成 本発明は、要約すると、オペアンプおよびコンパレータ
の各非反転入力部を基準電圧源に接続するとともに、前
記オペアンプの反転入力部および同出力部間を抵抗を介
して接続し、前記オペアンプの出力部を、逆方向ダイオ
ードを介して、前記コンパレータの反転入力部に接続し
、前記コンパレータの出力部直流レベル信号を前記オペ
アンプの反転入力部に結合する構成をそなえた電流・電
圧変換回路であり、これにより、直流入力電流に依存す
ることなく、交流電流信号を電圧信号に変換することが
可能で、広いダイナミック・レンジと低消費電力の電流
・電圧変換回路が実現される。

実施例の説明 第２図は本発明実施例の回路構成図であり、フォト・ダ
イオード１．オペアンプ２および抵抗３に加えて、オペ
アンプ２の出力信号が、逆方向ダイオード４を介して、
反転入力部に与えられるコンパレータ５、ならびに、こ
のコンパレータ５の出力を、フィルター回路部６および
アンプ回路部７を介して、前記オペアンプ２の反転入力
部に結合した構成を有し、また、コンパレータ６の非反
転入力部が前記オペアンプ２の非反転入力部と同じ基準
電圧Ｖｒに接続されたものである。

次に、第２図示の回路の動作を詳細に述べる。

外光入射に応じて、フォト・ダイオード１に交流入力電
流エムおよび直流入力電流ＩＤが発生すると、オペアン
プ２の出力電圧ｖＯは前述（１）式にしたがって低下す
る。そして、その出力電圧ｖＯが基準電圧Ｖｒよりダイ
オード４の順方向電圧Ｖｎをこえて低くなると、コンパ
レータ５が反転動作し、一定の直流電圧を発生する。そ
こで、この直流電圧を、フィルター回路部６で交流成分
を除去したのち、アンプ回路部７で所定電圧に直流増幅
して、オペアンプ２の反転入力部に帰還結合させると、
抵抗３に流れる直流電流が減少する。

これによって、オペアンプ２の出力部における直流レベ
ルを、（Ｖｒ　−Ｖｎ）に固定することができる。ダイ
オード４の順方向電圧Ｖ’ｎは、シリコンダイオードの
場合、Ｖｎ史、ＴＶであるから、この回路によると、基
準電圧Ｖｒが、Ｖｒ）○・了Ｖであれば十分に動作する
ことになる。

一方、交流入力電流エムに対する相互コンダクタンス（
ｇｍ　）の作用は不変であり、１／Ｒ１で与えられる。

したがって、第２図の回路によれば、基準電圧Ｖｒが０
．７ｖ以上に設定できる電源電圧を用いて動作させるこ
とができる。

第３図は、バイポーラトランジスタの集積化技術によっ
て、集積化した回路例であり、第２図と対応さぜると、
破線四部工がオペアンプ２、同■がコンパレータ５、そ
して同■１がフィルター回路部６およびアンプ回路部７
である。

第３図の回路の動作を詳しくのべる。ここで、オペアン
プ２は、通常、広く知られた回路構成であり、その動作
説明を省略する０ 破線四部■で示すコンパレータは、トランジスタ対Ｑ２
　、　Ｑ　５（７）ベース％位差（ＶＢ２−Ｖｎ３　）
　Ｋ依存して、トランジスタＱ５のコレクタ電流工Ｃ５
が生じる。すなわち、（ＶＢ２−ＶＢｓ　）≧Ｑのとき
、Ｉｃ５＝Ｏｆあり、（Ｖｎ１７−Ｖｎ３）　＜０（７
）（！ｌ：き、Ｉｃｓ＝ｇｍ２（ＶＢ２−Ｖｎ３．）に
なる。なお、ｇｍ２は＝＋７パレータの相互コンダクタ
ンスであり、で表わされる。ただし、Ｉａ＋　：電流源
トランジスタＱ１のコレクタ電流、に：ボルツマン定数
、Ｔ：絶対温度、ｑ：電子の電荷である。

コンパレータの出力は、破線回部■で示されるフィルタ
回路部およびアンプ部に導入される。トランジスタＱ６
〜Ｑ＋ｏおよび抵抗Ｒ７，Ｒ８により、電流利得Ｎ１の
アンプ（電流増幅器）を構成し、トランジスタＱ＋＋、
Ｑ＋２、抵抗Ｒ９，ＲＩＯおよびコンデンサＣで構成さ
れるローパスフィルター回路のＲ９／Ｒ＋ｏ比をＮ２に
設定すると、全電流利得Ｎが、Ｎ＝Ｎｊ・Ｎ２で与えら
れる。また、トランジスタＱ１２のコレクタ電、流Ｉ（
Ｎ２は、次式で表わされる。

２ Ｉｃ　＋ｚ’：：　（Ｖｒ−ＶＢＩ１７−ＶＢｉｌｌ−
Ｖａｘｓ６）Ｒ７＋Ｒ９ ここで、ＶＢｌ＋７．ＶＢ窓１１は、それぞれ、トラン
ジスタＱ７　＋　Ｑ”のベース・エミッタ間電圧であり
、”１ａｘｓ６はトランジスタＱ６の飽和電圧である。

具体例トシテ、Ｖｓｘ７＝ＶＢｚ＋＋＝Ｏ０ＴＶ　、　
Ｖｃｇｓ６＝　ｏ、１Ｖ　、　Ｒ＋＝Ｒａ−ｔ　ｔｓＫ
Ω、　Ｒ９＝ａＫΩ、　Ｒｈｏ　＝０．５にΩ、Ｖｒ＝
２７Ｖ、Ｖｃｃ＝４．５Ｖ［設定すると、ＩＣ＋２＝９
００μＡになる。この値は、太陽光のもとてフォト・ダ
イオード１に発生する直流入力電流ＩＤよシも十分大き
いので、この回路構成による出力の直流レベルを、（Ｖ
ｒ−ＶＤ）に固定することができる。しかも、これによ
っても、ダイナミック・レンジは何ら変化しない。

第４図は、フィルター回路部のコンデンサＧを１０μＦ
として、交流入力電流ＩＡの周波数１３ＫＨｚの場合の
交流出力電圧Ｖｏムを直流入力電流Ｉｎとの関係で示す
特性図である。本実施例によれば、実線で表わされた特
性曲線のように、より＞５００μ人の領域まで、はとん
ど、直流入力電流に依存せず、交流入力電流に対する不
変の感度が得られる。なお、第４図では、縦軸をｌｎ＝
０のときの交流出力電圧Ｖｏム、すなわち（Ｔｏム）、
。−８で規格化して示した。

因に、第１図示の従来例の特性をみると、前述の（１）
式からも明白なように、Ｖｒ：Ｒ＋・Ｉｎで出力電圧ｖ
Ｏが零になり、ここで、交流入力電流エムに対する感度
も急激に低下する。実施例回路に照１、テ、Ｖｒ：２．
ＴＶ、Ｒ＋＝２．２ＭΩとすると、交流感度は第４図中
の点線で示される特性曲線になり、Ｉｎ：；Ｖｒ／Ｒ＋
＝　１２３　μＡの点で、急激に１ｇ度を失うことにな
る。

発明の効果 本発明によれば、直流入力電流に依存しない回路構成を
とると共に、出力電圧の飽和値が実質的にダイオードの
順方向電圧（Ｖｎ）にまで引き下げられるので、低電圧
駆動用の電流・電圧変換回路の実現が容易である。本発
明は、また、直流入力電流に依存しないので、とくに、
交流入力電流に比し、直流入力電流の重畳の大きい場合
に有用であり、たとえば、オートフォーカス型カメラの
オートフォーカス制御回路には最適である０

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の回路構成図、第２図は本発明実施例の
回路構成図、第３図は本発明実施例の集積化回路図、第
４図は特性図である。 １・・・・・・フォト・ダイオード、２・・・・・・オ
ペアンプ、３・・・・・・抵抗、４・・・・・・ダイオ
ード、５・・・・・・コンパレータ、６・・・・・・フ
ィルター回路部、７・・・・・・アンプ回路部。 イ（埋入の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第
１図 ３ ０　Ｌ ＞　シ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. オペアンプおよびコンパレータの各非反転入力部を基準
   電圧源に接続するとともに、前記オペアンプの反転入力
   部および同出力部間を抵抗を介して接続し、前記オペア
   ンプの出力部を、逆方向ダイオードを介して、前記コン
   パレータの反転入力部に接続し、前記コンパレータの出
   力部直流レベル信号を前記オペアンプの反転入力部に結
   合する構成をそなえた電流・電圧変換回路。