JPS61261910A

JPS61261910A - 対数増幅回路

Info

Publication number: JPS61261910A
Application number: JP60101342A
Authority: JP
Inventors: Fumiyasu Okido; 文康大木戸; Setsuo Arita; 節男有田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-05-15
Filing date: 1985-05-15
Publication date: 1986-11-20

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】〔発明の利用分野〕本発明は、温度補償型対数増幅器に係り、特に微弱電流
を対数増幅する際に、温度変化によって生ずる出力変動
を抑制した対数増幅回路に関する。

〔発明の背景〕

対数増幅回路は、例えば実用電子回路ハンドブック（２
）ＣＱ出出版社第１販に示されており、基本的には直流増幅器とこれに対数変
換素子としてトランジスタ、あるいは、ダイオードを並
列に接続して構成するがトランジスタあるいはダイオー
ドの出力特性は温度変化の影響を受けて変化する，この
ため、対数増幅回路には温度補償が必要である。

トランジスタあるいはダイオードと直流増幅器から成る
基本的な対数増幅器の出力電圧ｖ０は（１）式で与えら
れる。

ここで、に：ボルツマン定数Ｔ：絶対温度ｑ：電子の電荷量工１．二人力電流Ｉｌｌ琶トランジスタあるいはダイオードの逆飽和電流（１）式において、Ｉ　ａｍ〉〉Ｉｇ□であれば（１）
式は（２）式のように近似することができる。

ところで、■、□は（３）式に示すように絶対温度Ｔの
関数で表わされる。

ここで、Ｋ１：定数Ｅｇ：エネルギーバンドギャップこのように、対数増幅器の出力電圧ｖ０は温度変化に影
響されやすい。

このため、従来方式では、別のトランジスタあるいはダ
イオードに一定の電流を流して得られる電圧■。と（２
）式で表わす対数増幅電圧の差をとって逆飽和電流の温
度補償をしている。ｖｏは（４）式で表わされるため、
温度補償後の出力電圧Ｖ、、ｔは（５）式で表わされる
。

ここで、Ｉｏ　ニ一定電流値Ｉ、、：）−ランジスフあるいはダイオードの逆飽和電
流ｑｒ。　　ＩａＬいま、各トランジスタあるいはダイオードをペアタイプ
のものにすれば、■、□と工、ｌ□はほぼ等しく、出力
電圧Ｖ　＠　ＩＩ　ｔは逆飽和電流と無関係な値にする
ことができる。さらに、サーミスタ等を用いることによ
って、（５）式に示す絶対温度Ｔの影響を相殺すること
ができる。以上の結果、温度補償後の対数増幅器の出力
電圧Ｖは（６）式で表わされる。

ｖ＝−ＫＯＱ　ｎ　Ｌ、　　　　　　　　−−−−−−
（６）ここで、Ｋｏ：定数（６）式に示すように、出力電圧Ｖは、入力電流工３．
の対数値であり、しかも温度変化の影響を受けない。

しかし、出力電圧が（６）式で与えられる場合は、Ｉ　
Ｌｍ〉〉Ｉ　８１の条件が必要である。入力電流Ｉｆｉ
ａが１０−”〜１０−”Ａの程度になると、市販されて
いるトランジスタあるいはダイオードでは、上記条件が
満足されなくなる。この結果、ｖｏは（２）式で表わさ
れるのではなく、（１）式で表わされる。このため、Ｖ
　＃　ｗ　ｔは（７）式で表わされる。

ｑＩ。＋１．□ （７）式及び（３）式から明らかなように、Ｖ　＋＋　
＊　ｔは絶対温度Ｔの影響を大きく受けることになる。

従って、従来の温度補償方法によると、入力電流が逆飽
和電流と等しくなるような領域で対数増幅回路を使用す
ると温度補償ができないという問題が発生する。

〔発明の目的〕

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、その目的
とするところは、１０−”Ａ〜１０−１４Ａ程度の微弱
な電流を周囲温度が変化しても、精度よく対数増幅でき
る回路を提供するとるにある。

〔発明の概要〕

本発明は、直流増幅器とこれに並列に対数変換素子を接
続し、直流増幅器の出力に温度補償素子を接続して成る
対数増幅器において、温度を検出し、対数増幅器の温度
特性をもとにして、温度変化に対する出力変動を補正す
る補償信号を対数増幅器の出力信号に加えることにより
、周囲温度が変化しても１０”１２Ａ〜１Ｏ−１４Ａ程
度の微弱な入力電流を精度よく対数増幅できるようにし
たところに特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の具体的実施例について図面を用いて詳細
に説明する。

第１図に本発明の一実施例を示す。第１図においては、
対数変換素子及び温度補償素子にトランジスタを用いた
対数増幅回路の実施例を示したがダイオードを用いた対
数増幅回路についても同様である。

第１図において、対数増幅器２は、従来例と同様に、直
流増幅器６、対数変換用トランジスタ７゜温度補償用ト
ランジスタ８、抵抗１０．定電流源９からなる。この対
数増幅器２は、端子１に入力述したように、温度変化に
大きく影響される例えば、対数変換素子としてよく使用
されるインターシル社製ＩＴＬ２０型トランジスタでは
、第２図に示すように温度が０℃から７０℃変化すると
逆飽和電流ＩＭＰが約１Ｏ−１７Ａ　から１０−”Ａ　
も変化する。この結果、対数増幅器２の出力は、第３図
に示すように、対数増幅器２は動作温度範囲０℃〜６０
℃において、入力電流が１０−”Ａ以下であるような微
弱電流であると、温度変化の影響を受けて出力電圧が低
下する。

そこで、対数増幅器２の出力電圧と温度検出回路３の出
力電圧の１つの信号をもとにして補償信号を関数発生器
４で作成し、この補償信号を対数増幅器２の出力信号に
加算することにより温度変化による出力変動を補償する
。この補償信号の具体的な作成方法について以下に述べ
る。

まず、温度の特性は、第１図に示すように固定抵抗１３
〜１５、正又は負の温度係数をもつ抵抗器１６、電源１
２、直流増幅器１１で構成する温度検出器３によって達
成することができる。

関数発生器４では、対数増幅器２と上記温度検出器３か
らの信号を入力するが、回路構成は基本的には第４図に
示すように、アナログ／ディジタル変換器２５．マイク
ロプロセッサ２６、メモリ２７、ＲＯＭ２８、ディジタ
ル／アナログ変換器３１、及びアトレイバス２９、デー
タバス３０から成っている。

補償信号の作成手順を示すと第５図のようになるが、こ
れは上記マスクロプロセッサ２６によって実行される。

なお、第５図の各記号は下記に示すとおりである。

Ｖ、＝ｉ時刻における対数増幅器２の出力値、ただし、
ｉは上記マイクロプロセッサ２６のサンプリング周期ＶＴｔ：ｉ時刻における温度検出回路３の出力値ＶＴ、−□：ｉ−１時刻におけるおける温度検出回路３
の出力値 Δｖ７　：温度検出回路３の出力信号の今回値と前回値
の差（ＡＶ、＝ＶＴ、−ｖｒｔ−１）■、：補償信号マイクロプロセッサ２６は、アナログ／ディジタル変換
器２５を介して、Ｖ、、ＶＴえを取り込む、そして、２
６はＡＶアを求め、Ｖｔ　ｔ　ΔｖＴの値と対数増幅器
２の温度と出力電圧の関係をもとに周囲の温度変化によ
る該対数増幅器の出力の変化量を算出し、この変化量を
ディジタル／アナログ変換器３１により補償信号として
出力する。

第６図に対数増幅器２の温度対出力電圧の特性を示し、
この図をもとにして、さらに具体的に補償信号の作成方
法について述べる。まず、マイクロプロセッサ２６で検
出した温度の今回値がｔ工（”Ｃ）で、前回値がｔｏ　
　（”ｃ）である場合について述べる。

温度変化量は１１−１．になるが、対数増幅器２からの
出力電圧はＶｏＬと一定である。第６図に示す特性は、
あらかじめメモリ２７に格納されている。マイクロプロ
セッサ２６はこの特性をもとにして、この場合には温度
は変化しているが対数増幅器２の出力電圧が一定である
ことから、温度変化による出力変動は零であることを算
出する。

そして、零である補償信号ｖａをディジタル／アナログ
変換器３１を介して端子３２に出力する。

次に、マイクロプロセッサ２６で検出した温度の今回値
がｔ２　（℃）で前回値がｔｌ　（’Ｃ）である場合に
ついて述べる。

温度変化量は１．−１．になり、対数増幅器２からの出
力電圧はｖａ、からｖＩ、Ｓに低下する。この結果、マ
イクロプロセッサ２６は、メモリ２７に格納しである対
数増幅器２の出力特性から、温度変化による出力変動を
算出する。この場合には、Ｖ６１なる変化量になる。こ
のｖｌｌを補償信号Ｖ。

とじて端子３２に出力する。

以上のようにして、補償信号を決定するが、マイクロプ
ロセッサ２６は高速サンプリングが可能であるため、温
度検出信号及び、対数増幅器２の出力信号のわずかな変
化量を検出して、補償信号を決定することができるため
高精度の温度補償が可能となる。

以上、述べたようにして出力される補償信号は、第１図
に示すように、抵抗１８〜２０、直流増幅器１７で構成
する加算回路５に出力される。この加算回路５は、補償
信号と対数増幅器２からの出力信号とを加算し、第７図
に示すように温度変化の影響を受けることのない安定な
出力信号Ｖ　ｍ　ｗ　ｔを端子２１に出力することがで
きる。なお、第７図中のＶ、は補償信号を、ｖｏは対数
増幅器２の出力信号を示す。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、周囲温度が変化し
ても、これに影響されることなく。

１０−”Ａ〜１０−”Ａ程度の微弱な電流を精度よく対
数増幅することが可能であり、高精度な対数増幅器を必
要とする用途に本発明を適用すればその効果は大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であり、第２図は対数変換
素子の温度と逆飽和電流の関係を示したものである。第
３図は、対数増幅器の温度と出力電圧の関係を示す。第
４図は、関数発生器の構成を示したものであり、第５図
と第６図は、関数発生器における補償信号の出力方法を
示したものである。第７図は、対数増幅器の出力値と補
償信号と本発明による対数増幅回路の出力信号を示した
ものである。２・・・対数増幅器、３・・・温度検出回路、４・・・
関数発生器、５・・・加算回路、６，１７．１１・・・
直流増幅器、７，８・・・トランジスタ、１６・・・温
度係数付抵抗、２５・・・アナログ／ディジタル変換器
、２６・・・マスクロプロセッサ、３１・・・ディジタ
ル／アナログ変換器。　　　　　　　　　　　　　　　
　　２．−７）代理人　弁理士　小川勝屏・〜ノ名　１０卿２囚シ！！Ｌ庵（＃Ｃ）寮Ｊ　圀め４１！］も　６　てめｒ　の基壇　（・Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

１、直流増幅器と該直流増幅器の入力と出力の間に、対
数変換素子を接続し、該直流増幅器の出力に温度補償用
素子を接続した対数増幅器において、周囲の温度を検知
する温度検出回路を付加し、該温度検出回路の出力と対
数増幅器の出力を入力する信号入力手段、該信号入力手
段によつて得られる各々の信号と上記対数増幅器の温度
と出力の関係とをもとの周囲に温度変化による該対数増
幅器の出力信号の変化量を判定する出力変化量判定手段
と、該出力変化量判定手段によつて得られた結果を補償
信号として出力する手段とから成る関数発生器を付加し
、さらに上記対数増幅器の出力と該関数発生器の出力信
号を加算する加算回路を付加したことを特徴とする対数
増幅回路。