JPS61196606A - 直流電圧レベルシフト回路 - 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】 Ａ　産業上の利用分野 本発明は、入力される直流電圧に１畳する交流成分を検
出して、その電圧を対応するｔ流に変換する制御［ｇ１
１１６によりコンデンサの電荷を充放電し。

それに対応してそれらを含む回路網から出力される直流
電圧を下げる動作を営む直流電圧レベルシフト回路に関
する。

Ｂ　発明のｍ景 本発明の直流電圧レベルシフト回路は電流源とレベルシ
フト用ＰＮＰ　トランジスタの間にエミッタ抵抗が接続
され、定電流回路の一端が上記電流源と上記エミッタ抵
抗の接続点に接続され、他端がコンデンサの光電電流源
に接続され、コンデンサの充１１］ｃ１１Ｌ流値を補償
する値の電流が上ｄビレペルシフト用ＰＮＰトランジス
タに流れるようになっ□ており、この直流電圧レベルシ
フト回路の出力電圧はコンデンサの充電電流の影４１を
受けない。

Ｃ従来の技術 第３図に示すように、ある直流電圧Ｖｉがある回路網２
０入力端子ＩＫ入力され、その回路網２でレベルシフト
処理され、出力端子３で直流電圧■ｏとして出力される
システムがある。このシステム゛では１人力されるａａ
ｉａ圧■ｉと出力ａｍｘ圧■。は１：１の関係を保つ必
要がある。つまり。

Ｖｊ−Ｖ。という関係で、Ｖｉが増加すればそれに応じ
て■。も全（同じたけ増加する。すなわちＶ十ΔＶ・＝
■十Δ■。

鳳凰０ 但し、ΔＶｉ＝Δ■。

しかしながら、実際にはＶｉ＝Ｖｏｔ　　ΔＶｉ−Δ■
。

という状態にはならない。それは、その回路網２でレベ
ルシフト処理するために、いろいろな能動素子や受動素
子が使用されているか、出力はそれらの素子間のばらつ
きおよび非常線形性に依存するからである。もつとも、
完全Ｋ　Ｖｉ　＝　Ｖｏにできな（とも、その状態に近
似させることは可能であり、かつ実用的に許容できる範
囲内に収めることができれば、さほど間趙とはならない
。

しかし巣４図に示す従来の構成では、理想状態からのず
れが大きく、またコンデンサＣを光電するための電流値
を変えると、そのずれのばらつきが大きくなり、したが
ってその光′ｗＬ電流を変えることのできる制ｆＪを設
けなければならなかった。

第４図に示す回路はつぎのよう忙動作する。

ＰＮＰトランジスタＱ１のベースに抵抗Ｒ１を通して直
流電圧Ｖｉが入力される。抵抗Ｒ０はＷ′＃Ｌ破壊防止
用、抵抗Ｒ２は入力抵抗を決定する抵抗である。すると
、トランジスタＱ□のエミッタはその入力直流電圧■ｉ
′４Ｉ：ｖＢ１ｃ、１だげ高めて出力する。

その出力はさらにＰＮＰトランジスタＱ２のベースに人
力され、エミッタには、さらに■□、２だけ島い電圧か
現れ、トランジスタＱ２のエミッタにおける直流電圧は
、（Ｖｉ士■ＢＩｌｉＱ１±ＶＢＩＣＱＩ　）となる。

定ｘｈ、源１１は、ＮＰＮトランジスタＱ３のベース−
バイアス電流とトランジスタＱ２およびＱｌのエミッタ
電流を供給する。ここで、トランジスタＱ２．Ｑ、のベ
ース−エミッタ電圧ＶＢｌｔＱ２　ｔ　ＶＢＩＱＩは、
この足電流源工、のｍ流値に依存する。通常■□、２〉
■Ｂよ、である。このベース−エミッタ間ただし・■Ｔ
：〒 に：ボルツマン定数（１，３８ＸｌＯＪＩＫ）Ｔ：絶対
温度（Ｋ） Ｉｓ、二進方向飽和電流　　　　□ ■８□：エミツタを流れる電流 したがって、トランジスタＱ２とトランジスタＱ１を比
較すれば、トランジスタ９□のエミッタ電流がかなり大
きい。

つぎに、トランジスタｌ９１２のエミッタ電位がトラン
ジスタＱ３のベース電位となるため、トランジスタＱ３
のエミッタ電位は、（Ｖ、＋Ｖ□、１十ＢＦｉｑ２　　
　ＢＦｉＱ３　）となる。そして、１／を流源Ｉ３の■
　　　　−■ 電流が流れていなければ、抵抗Ｒ３の両端の電位差はＯ
となり、その電位が抵抗Ｒ３す介してトランジスタＱ４
のベース電位となる。したがって。

トランジスタＱ４のエミッタ電位は（Ｖｉ＋ＶＢＫＱ、
＋Ｖ　　　十Ｖ　　　−Ｖ　　　＋Ｖ　　　）となる。

さＢＥＱ２　　　　　ＢＩＣ（１２Ｂ１ｅＱ３　　　　
　ＢＩＣＱ４らに、定を流源■４が光電電流源として働
き、　コンデンサＣへの光電が終わると、抵抗Ｒ４す通
して電流を流す。ｔｍは抵抗Ｒ５にも流れるが、トラン
ジスタＱ５のｈｆｅが大きいから、そのｉＬｋは無視で
きる程小さい。したかつて、トランジスタＱ５”、”へ
”ｋｈ位ハ（Ｖ１＋ｖＢＥ、１十ＶＢＩＣＱ２−ｖＢＦ
ｌｑ３十ＶＢＥＱ４　十Ｉ４Ｒ４）となる。トランジス
タＱ５のエミッタ電位はペース電位から■　　を引いた
電位ＩＱ５ である。したかつて、出力端子２に表われる直流電圧Ｖ
。はつぎのように表わされる。

Ｖ＝Ｖ＋Ｖ　　　＋Ｖ　　　−Ｖ　　　＋Ｖ　　　＋０
　　　　１　　　　　Ｂｌｌ：ＱＩ　　　　　ＢＩＱ２
　　　　　Ｂ凡Ｑ３　　　　　ＢＥＱ４”４”４−ＶＢ
ＥＱ５　　　ＶＢＱに の関係をグラフで表わすと、第５図に示すようになる。

それは第４図の回路において、■、−Ｉ２という関係か
ら ■−ｖ Ｅ］１ｉＱ２　　　　　ＢＫＱ３ となり、また袖、流Ｉ４はＩ５より小さい。すなわちＩ
、　（Ｉ５ ｖ　　　十ｖ　　　＜ｖ　　　十ｖ ＢＥＱＩ　　　ＢＩＩｔＱ４　　　ＢＥＱ５　　　Ｂ］
ＣＱ６という関係が成り立つからである。第５図中５は
理想状態を表わし、６，７はほらつきの大きさを表わす
。

さて、この−路網は直流電圧レベルシフト機能の中に、
入力される直Ｒ−圧に重畳する交流成分を検出して、そ
の交流成分の大きさに比例して七　　　゛の回路網から
出力される直流電圧を下げる動作も合わせて行な５ｍ舵
も宮んでいる。つまり、入力される直＃ｒ、′ｉ４１．
圧に重畳する又流成分を検出し、その電圧を′ｄＬ流に
笈侯する制御回路により、ＰＮＰトランジスタＱ４のベ
ース電圧を下げて、ＰＮＰトランジスタＱ４ヲオンにし
て、コンデンサＣＫ光篭されていた電荷を放電させ、放
電が終わったコンデンサＣを丹び光電するために充電電
流工。

をコンデンサＣに供給する。この制御回路が電流源ブロ
ック８で示されている。

Ｄ　発明が解決しようとする間踊点 以上の説明から明らかな通り、第４図に示す従来の回路
においては出力電圧■。はＩ４Ｒ４に依存するから、出
力−圧Ｖ。が理想状態から勾取り太き（ずれるだけでな
（、光電電流の大きさによって太き（ばらり（という欠
点があった。

本発明の目的は１入力直流電圧と出力直流電圧の関係を
１＝１の理想状態に近づけ、かつ出力電圧が光電電流の
変化に依存しないようにする直流電圧レベルシフト回路
を提供することである。

Ｅ　間踊点を解決するための手段 上記目的を達成するために１本発明による直流電圧レベ
ルシフト回路は、第４図に示す従来の回路がさらに定電
流源とＰＮＰ　トランジスタのエミッタの間に接続され
たエミッタ抵抗および一端が充＊ｔｍ源とコンデンサの
接続点、他端が上記定電流源と上記エミッタ抵抗の接続
点に接続され。

それらの点からアースに流れる電流を常に等しく保つ電
流側軸Ｎ路を含むことを要旨とする。

本発明の有利な実施の態様においては、上記電流制御１
ｇ回路はベース端子が互に接続された第１および第２の
二つのトランジスタから成り、充１１電流源側に接続さ
れている第１のトランジスタはダイオード接続されてお
り、第２のトランジスタのコレクタは上記定電流源と上
記エミッタ抵抗の接続点に接続されている。また、上記
エミッタ抵抗と放電時定数設足用抵抗の抵抗値は互に等
しい。

Ｆ　作用 コンデンサの光電電流を補償する電流がエミッタ抵抗を
通って流れ、出力電圧をコンデンサの充電電流に依存し
ないようにするだけではなく、理想状態に近づける。

以下に、図面を参照しながら、実施例を用いて本発明を
一ノー詳細に説明するが、それらは例示に洒ぎず、本発
明の枠を越えることなしにいろいろな変形や改良があり
得ることは勿論である。

Ｇ　実施例 第１図は本発明による直流電圧レベルシフト回路の一実
施例の回路図で、定電流回路工、および工。とアースの
間に接続されているトランジスタそれぞれＱ８およびＱ
７、および定電流回路１１とトランジスタＱ２の間に接
続されている抵抗Ｒ８を除けは、第４図に示す回路と全
＜　ＩＷＪじであり、したがって第４図で用いられた記
号がそのまま便用される。

第１図に示す回路はつぎのようＫｖＪ作する。

入力直流電圧が入力端子１に人力され、トランジスタＱ
１およびＱ２で電位が上昇させられることは第４図につ
いて説明した通りである。ここでは第４図に示す回路と
の違いのみを述べる。トランジスタＱ２とＱ３の間に抵
抗Ｒ８が接続され、かつトランジスタＱ３のペース端子
にトランジスタＱ７およびＱ８で構成される電流制御回
路が接続される。

この１ＦＬ流制動制御においては、トランジスタＱ７は
、コレクタとペースが接続され、ダイオード構成になっ
ており、トランジスタＱ７＆充電電流■４の分流値■４
が流れており、したがって、トランジスタＱ８のコレク
タを流れる電流値もＩ４′となる。

そして、光電電流工、の分流値Ｉ４　　はコンデンサＣ
Ｆｃ−光電後抵抗Ｒ４を流れて、トランジスタＱ４のエ
ミッタ電流となる。

ここで、ニーＩ’＋Ｉ　　（Ｉ　　＝Ｉ“となるように
構成） その他の動作は第４図で説明したものと同様である。し
たがって、入力直流電圧■・から出力１凰 流電圧Ｖ。に至るまでの経過を式で表わすとつぎのよう
になる。

■ｏ−■１＋■Ｂヨ１＋■Ｂ８，２＋（１１−■′４）
Ｒ８ここで、Ｒ４−Ｒ８という条件のもとで、Ｉ、’＝
Ｉ４つまり、■４Ｒ８−Ｉ４Ｒ８、したがって、ＶＯ−
■ｉ　＋ｖＢＥＱｌ　＋ＶＢＥＱ２　十ＩＩＲ８−ｖＢ
ＥＱ３十■ＢＩｃＱ４−ＶＢＥＱ５　　ＶＢＥＱにの式
では光電電流に依存する価が消去されており、光電電流
の変化に依、存しない出力直流電圧が得られることがわ
かる。

つぎに、定電流値Ｉ、　）　Ｉ４＝　Ｉ４＋Ｉ４　　と
いう条件であるから、その工１Ｒ８の電圧降下分だけ電
位は上昇する。その様子を第２図に示す。図中４は第１
図に示す回路の特性を示し、曲＆４は曲線６．７に較べ
（１１Ｒ８−Ｉ４Ｒ４）＝　（１ｌ−Ｉ４）Ｒ８に等し
い値だけ上にある。

つまり、光電′ａ流の変化に左右されず、さらに（１１
−Ｉ４）Ｒ８の電圧呻下分第４図に示す回路で得られる
値よりも高い値の特性となり、理想状態に近づく。理想
状態に近いということは、入力直流電圧が減尺すること
な（、出力直流電圧に現われるということを意味する。

Ｈ発明の詳細 な説明した通り、本発明によれば、コンデンサＹ充電す
るための電流値が変化しても人力と出力の直流電圧特性
が変化せず、筺たその特性が理想状態（減尺がない）Ｋ
近づくという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による直流電圧レベルシフト−路の回路
図、第２囚は第１図に示す回路の特性図、第３図は直流
電圧レベルシフト回路を説明するための概念図、第４図
は従来の直流電圧レベルシフト回路の回路図、第５図は
第４図に示す回路の特性図である。 １・・・入力端子、２・・・直流電圧レベルシフト回路
網、３・−・出力端子、４・・・本発明の回路によって
得られる特性線、５・・・３！１！想状悪７にボす特性
線、６゜７・・・従来の回路によって得られる特性線、
８・・・制御回路、１１＊　　Ｉ２９　　Ｉ４１　Ｉｓ
・・・定電流（ロ）路、Ｑｌ。 Ｑ２．Ｑ４・・・ＮＰＮ　トランジスタ、Ｑ３　ｓ　Ｑ
５　ｅ　　Ｑ６　＊Ｑ７．Ｑ８・・・ＰＮＰトランジス
タ。 第３図 、ｌ！４図の巨Ｉ各の入ｆｉ電涯−出力電万伺Ｉ畦第５
図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）定電流源をエミッタ側に有するレベルシフ
   ト用ＰＮＰトランジスタ。 （ｂ）放電時定数設定用抵抗を具備するコンデンサ、お
   よび （ｃ）該コンデンサを充電する充電電流源を備え、入力
   される直流電圧に重畳する電流電圧成分を検出して、そ
   の電圧成分を対応する電流に変換する制御回路によりコ
   ンデンサの電荷を充放電し、それに対応してそれらを含
   む回路網から出力される直流電圧を下げるように動作す
   る直流電圧レベルシフト回路において、さらに （ｄ）上記定電流源と上記ＰＮＰトランジスタのエミッ
   タの間に接続されたエミッタ抵抗、および （ｅ）一端が上記充電電流源と上記コンデンサの接続点
   、他端が上記定電流源と上記エミッタ抵抗の接続点に接
   続され、それらの点からアースに流れる電流を常に等し
   く保つ電流制御回路を有することを特徴とする直流電流
   レベルシフト回路。
2. （２）上記電流制御回路がベース端子が互に接続された
   第１および第２の二つのトランジスタから成り、充電電
   流源側に接続されている第１のトランジスタはダイオー
   ド接続されており、第２のトランジスタのコレクタが上
   記定電流源と上記エミッタ抵抗の接続点に接続されてい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の直流
   電圧レベルシフト回路。
3. （３）上記エミッタ抵抗と上記放電時定数設定用抵抗の
   抵抗値が互に等しいことを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項記載の直流電圧レベルシフト回路。