JPS62241412A - アナログ信号制御回路 - 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］ 本発明は増幅器や減衰器などの増幅度や減衰量を変えて
アナログ信号の撮幅を制御するアナログ信号ｉ、ＩＪ御
回路に関する。具体的には、可変抵抗素子を用いて回路
の伝達関数を制御するための改良された回路を提供せん
とするものである。

［従来の技術］ 従来の増幅器や減衰器の回路を第６Ａ図、第６Ｂ図、第
６Ｃ図に示し説明する。

第６Ａ図は差動増幅器を示している。（ａ＞において、
９ａおよび９ｂはそれぞれＥ、および−Ｅ、の信号を印
加するためのアナログ信号入力である。５１．５２は差
動増幅器を構成するトランジスタでおり、そのコレクタ
には抵抗７０．７１が接続されて、増幅されたアナログ
信号がアナログ信号出力１１ａ、１１ｂに得られる。２
１，２２はトランジスタ５１．５２のエミッタに接続さ
れた定電流源であり、両エミッタ間に抵抗６９と可変抵
抗５５が接続されており、可変抵抗５５の値を可変する
ことにより増幅度を可変している。

十Ｖおよび−Ｖは電源である。

この差動増幅器の増幅度Ｇは、抵抗６９および可変抵抗
５５の抵抗値をそれぞれＲ１およびＲ２、抵抗７０およ
び７１の抵抗値をそれぞれＲ３およびＲ４とすると、近
似的に Ｇ″＝Ｆ（Ｒ３＋Ｒ４）（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１・Ｒ２
〉　　　　　　　　（１）となり、Ｒ２を可変すること
により増幅度Ｇを可変することができる。

第６Ａ図（ｂ）において、８３はサーミスタであり、９
７はコンデンサである。周囲温度の変化により、トラン
ジスタ５１および５２の高周波における増幅率の変化を
温度とともにその抵抗値が変化するサーミスタ８３とコ
ンデンサ９７とによって補償して、一定の高周波特性を
維持しようとするものである。第６Ａ図（Ｃ）において
、１９は電界効果トランジスタであり、そのゲート電圧
を抵抗７２と可変抵抗５６とによって可変してソースと
ドレイン間の抵抗値を可変して増幅度を可変するもので
ある。（ａ）に示した可変抵抗５５に代えて、（Ｃ）に
示す電界効果トランジスタ１９を可変抵抗素子として用
いることは、その素子の形状が可変抵抗５５に比較して
著るしく小型であるために、高周波特性が良効であるこ
と、および、電圧制御であるために遠隔制御をすること
が可能である点に大きな特徴がある。

第６Ｂ図はエミッタ接地増幅器を示している。

（ａｒｋ：おいて、抵抗値がそれぞれＲ１およヒＲ２の
抵抗７３および可変抵抗５７がトランジスタ５１のエミ
ッタを接地している。ここで、この増幅器の増幅度Ｇは
近似的に Ｇ−ＦＲ３（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１・Ｒ２＞で表わされ
、Ｒ２を可変することにより増幅度Ｇを可変することが
できる。第６Ｂ図（ｂ）において、８４はサーミスタで
あり、９８はコンデンサである。これらは、第６Ａ図（
ｂ）の場合と同様に周囲の湿度変化に対して一定の高周
波特性を維持せんとするものである。

第６Ｂ図（Ｃ）に、ｉｊ（、Ｎでは、第６Ａ図（ｃ）に
おけると同様に、電界効果トランジスタ１９のゲ−ト電
圧を抵抗７５および可変抵抗５８によって得て、可変す
ることにより増幅度を可変しようとするものであり、良
好な高周波特性を得ること、および遠隔制御が可能であ
ることに利点がある。

第６Ｃ図はアナログ信号人力９を可変する減衰器を示し
ている。（ａ＞においては、可変抵抗５９を可変するこ
とにより、アナログ信号人力９の内部インピーダンスも
含む抵抗７４との分割ｊ比によって減衰した信号をアナ
ログ信号出力１１ａ、１１ｂ、に得ている。（ｂ）にお
いて、８５はサーミスタ、９９はコンデンサであり、周
囲温度の変化に対して一定の高周波特性を維持せんとす
るものである。（Ｃ）においては、電界効果トランジス
タ１９のゲート電圧を可変することにより、減衰量を可
変し、良好な高周波特性を得ること、および遠隔制御が
可能であることに特徴がある。

第６Ａ、Ｂ、Ｃ図において説明した可変抵抗器５５．５
７，５９．サーミスタ８３〜８５および電界効果トラン
ジスタ１９は適宜その目的に応じて、使い分けがなされ
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ すでに第６Ａ、Ｂ、Ｃ図に示したように、増幅度や減衰
量である伝達関数を可変するために可動部を有する可変
抵抗を用いることは、形状が大きくなりそのために漂遊
容量が増大して良好な高周波特性を得ることができず、
遠隔制御が不可能であるところから取付または設置位置
に著るしい制約があった。

サーミスタは温度によってその抵抗値が変化するという
特徴はあるものの、抵抗値の可変範囲を大きくとること
ができないことおよび、各素子の特性が均一でないとい
う問題点があった。

電界効果トランジスタ（またはバイポーラ・トランジス
タ）は、極めて小型であり、良好な高周波特性を得るこ
とができ、遠隔制御が可能であるという特徴を有するも
のの、周囲温度の変化によってその特性が変化し、ざら
に、均一な特性の素子を得ることが困難であり、回度さ
れる製品にこれを用いるときには、この特性の不均一性
や温度特性のために、選別や定数の選定や温度補償のた
めに多くの時間と費用を要するという問題点があった。

［問題点を解決するための手段］ 制御信号によって抵抗値を変化する特性が実質的に同一
である２つの電界効果トランジスタなどである第１可変
抵抗素子と第２可変抵抗素子と、第１可変抵抗素子に電
圧を印加する電圧源と、第１可変抵抗素子に流れる電流
を検出して電圧に変換する信号検出手段と、信号検出手
段の出力電圧と制御電圧とを比較するために印加されて
誤差出力を出力する演算増幅器と、この誤差出力を制御
信号として第１および第２可変抵抗素子に印加するよう
にした。

［作用］ 制御電圧を可変することによって第１可変抵抗素子の抵
抗値を正確に変化し、それと実質的に同じ値を示す第２
可変抵抗素子を増幅器などに用いることにした。これに
よって、第２可変抵抗素子の抵抗の値は制御Ｂ！圧の変
化に追従することになり、第１および第２可変抵抗素子
の間のペア特性が実質的に同一ならば、素子の異なるペ
ア間の特性がどのように不均一なものであっても、また
その温度特性がどのようなものであっても、制御電圧に
より定まる一定の抵抗値を示すものとなる。

［実施例］ 本発明の一実施例を第１図に示し説明する。第１図にお
いて、５は演算増幅器であり、その２つの入力端子に印
加された信号の差を増幅して誤差出力Ｖを出力する。

６は変換器であり、誤差出力Ｖを受けて、電圧、電流、
光、または磁気である制御信号Ｙを出力する。

３０および４０はそれぞれ第１および第２可変抵抗素子
であり、両者は同じ制御信号Ｙを受けて、それぞれの抵
抗値を変化するが、その抵抗変化の特性が実質的に同一
である。

２９は定電圧Ｅ。を第１可変抵抗素子３０に印加しそこ
に流れる電流ｉを検出するための第１可変抵抗素子３０
の抵抗値に較べて十分に小さな値の抵抗値Ｒ８を有する
抵抗である信号検出手段、７は抵抗６１および６２で構
成されたβ回路である。

８は増幅器などのアナログ信号回路であり、アナログ信
号人力９を印加されて、第２可変抵抗端子１３および１
４に接続された第２可変抵抗素子４０の抵抗値の変化に
より制御されたアナログ出力を、アナログ信号出力１１
に得°Ｃいる。

制御信号Ｙは、誤差出力Ｖの印加によって変換器６から
出力されたものであるから、誤差出力Ｖの関数Ｙ（ｖ）
として表わすことができる。第１および第２可変抵抗素
子の抵抗値も制御信号Ｙ（１）の関数であるからＲ（１
）として表わすことができる。β回路７の入力抵抗は第
１可変抵抗素子の抵抗値Ｒ（１）にくらべて十分に大き
くβ回路７には電流は流れ込まない。β回路７は、第１
可変抵抗素子の端子電圧！−Ｒ（ｙ）を１より小さな値
である０倍して演算増幅器５の子端子に印加する。一方
、演算増幅器５の一端子には制御電圧■。が印加されて
いる。

したがって誤差出力■は、 ■−μ（β１Ｒ（Ｙ）−■。）　　　（３）となる。こ
こでμは演算増幅器の増幅度であり、事実上、無限大で
ある。おる値である誤差出力■によって制御信号Ｙ（ｖ
）が得られ、それによって抵抗値Ｒ（Ｙ）が得られるも
のであるから、Ｖ／μ＝Ｏ（４） とすることができる。

ざらに ！　（Ｒ□　＋Ｒ（ｙ））＝Ｅ□　　　　　（５）なる
関係があるから、（３）、（４）、（５）式％式％） （６）式は第１および第２可変抵抗素子３０および４０
の抵抗値Ｒ（Ｙ）は、制御電圧■。によって任意に制御
できることを表わしている。ペアをなす第１．第２可変
抵抗素子３０．４０の特性が、異なるペア間においてど
のように不均一なものでおっても、画素子のペアとして
の特性が実質的に同一ならば、画素子は制御電圧Ｖ。に
対応した抵抗値を示す。

第１および第２可変抵抗素子３０および４０が電界効果
トランジスタである場合は誤差出力■をそのまま電界効
果トランジスタのゲートに印加すればよい。この電界効
果トランジスタはバイポーラトランジスタに代えること
も可能である。

また第１可変抵抗素子３０の一端を直接接地せずに適当
な定電圧源を介して接地してもよいことは、以上の説明
から明らかであろう。

誤差出力■が大きくなることによって第１可変抵抗素子
３０の抵抗値Ｒ（１）が大となるような素子が第１．第
２可変抵抗素子３０．４０として用いられる場合には、
演算増幅器の入力端子の極性（＋、−）は第１図に示し
たものと逆にすればよい。

第１および第２可変抵抗素子３０および４０が、光によ
りその抵抗値を変化するもの、あるいは磁気によりその
抵抗値を変化するものである場合は、変換器６は、光や
磁界を発生するものでなければならない。これについて
、第２図（ａ）に光の場合を、（ｂ）に磁気による場合
を示し説明する。

第２図（ａ）において、１６は発光ダイオードであり、
変換器６を構成している。第１および第２可変抵抗素子
３２および４２は、光量によってその抵抗値を変化する
光導電性のものであり、たとえば、硫化カドミウムヤセ
レン化カドミウム。

ホト・トランジスタ、光で制御可能な電界効果トランジ
スタなどである。ここで、発光ダイオード１６はレーザ
・ダイオード、白熱灯、蛍光灯、エレクトロ・ルミネセ
ンスなどの発光体であればいづれにも置換可能である。

第２図（°ｂ）において、１７は磁界を発生するための
コイルであり、変換器６を構成している。

第１および第２可変抵抗素子３３および４３は、磁界に
よってその抵抗値を変化する磁気抵抗効果を示すもの（
たとえば、■ｏＳｂや■。Ａ、など）である。

第２図においては、β回路７のβの値が１の場合を示し
た。

制御電圧Ｖ。とじてＤ／Ａ変換器の出力を用いるならば
、第１．第２可変抵抗素子３０．４０の抵抗値をディジ
タル的に制御することも可能である。

第３図にはこの制御電圧Ｖ。を温度の関数として１ｑる
場合を示している。この場合には、第２可変抵抗素子４
０をアナログ信号回路８（第１図参照）の温度補償に用
いることができる。第３図（ａ）〜（ｆ）において、８
１．８２はサーミスタであり、６３〜６８は抵抗である
。（ａ）〜（ｆ）の回路を用い、サーミスタの温度特性
に応じた制御電圧Ｖ。を１ｑで演算増幅器５に印加する
ことができる。

第４Ａ、Ｂ、Ｃ図および第５Ａ、８図は、第１゜第２可
変抵抗素子３０．４０として電界効果トランジスタを用
いた場合の具体的増幅器および減衰器を例示している。

これらの図において第６Ａ。

Ｂ、Ｃ図に示した各要素に対応するものには同じ番号お
よび記号を用いた。

第４Ａ図は差動増幅器を示しており、トランジスタ５１
．５２の両エミッタ間に電界効果トランジスタによる第
２可変抵抗素子４１を接続している。電界効果トランジ
スタ３１のソースを定電圧−Ｅ、に接続しており、電界
効果トランジスタ４１のソース電圧と実質的に等しくし
ている。これによって高周波特性の良好な広帯域増幅器
を実現することができ、その増幅度は制御電圧Ｖ。によ
り遠隔制御することが可能である。

第４Ｂ図はエミッタ接地増幅器に本発明を適用した場合
を示しており、トランジスタ５３のエミッタと接地との
間に接続された第２可変抵抗素子４１を制御電圧Ｖ。を
可変することにより制御して、増幅度を可変している。

第４Ｃ図の場合は減衰器に適用した場合を示している。

伝送線における信号のレベルを調整する場合にも用いら
れる。

第５Ａ図は高周波領域における特性を制御する場合を示
しており、第２可変抵抗素子４１には、コンデンサ９６
が直列に接続されている。（ａ＞および（ｂ）はそれぞ
れ差動増幅器およびエミッタ接地増幅器の高周波領域に
おける増幅度を大きくするために用いられ、（Ｃ）にお
いては高周波！￥域における減衰量を大きくするために
用いられている。

第５Ｂ図においては、第２可変抵抗素子４１はインピー
ダンス９１および９２と組合せて用いられており、特定
の周波数領域における（ａ）。

（ｂ）、（Ｃ）に示した差動増幅器、エミッタ接地増幅
器、減衰器の伝達関数を可変するようにしている。

第４Ａ図、第４Ｂ図、第５Ａ図および第５Ｂ図における
トランジスタ５１〜５３は電界効果トランジスタに置き
換えても同様の効果が得られることは以上の説明から明
らかであろう。

以上の説明から明らかなように、本発明によるならば、
ペア性の良い第１．第２可変抵抗素子の双方に同じ電圧
、電流、光、磁気による制御信号を印加してその抵抗値
を変化せしめ、第１可変抵抗素子には電流検出抵抗を介
して定電圧Ｅ。を印加し、第１可変抵抗素子の端子電圧
は接続手段（β回路を介してもしくは直接）により一方
の入力端子に制御電圧を印加された演算増幅器の他方の
入力端子に印加し、この演算増幅器を含む制御信号発生
手段が制御信号を出力して制御電圧に対応した抵抗値変
化を示す第２可変抵抗素子をアナログ信号回路に用いる
ようにしたから、ペア性が良好であるならば、素子の特
性が異なるペア間において不均一であっても、温度特性
が良くなくても使用上回の障害もない。

［発明の効果］ 本発明によるならば、小型のペア性の良い可変抵抗素子
を用いることができるから、遠隔制御可能な高周波特性
の良い伝達特性可変の増幅器や減衰器を１産性良く安価
に得ることができ、温度特性の良好な信頼性の高い製品
を実現することができるものであり、その効果は極めて
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図および
第３図は他の実施例を示す回路図、第４Ａ図、第４Ｂ図
、第４Ｃ図、第５Ａ図、および第５Ｂ図は本発明の他の
具体的な実施例を示す回路図、第６Ａ図、第６Ｂ図およ
び第６Ｃ図は従来例を示す回路図である。 ５・・・演算増幅器　　　　６・・・変換器７・・・β
回路　　　　　　８・・・アナログ信号回路９・・・ア
ナログ信号人力　１１・・・アナログ信号出力’１３．
１４・・・第２可変抵抗端子 １６・・・発光ダイオード　１７・・・コイル１９・・
・電界効果トランジスタ２ １．２２・・・定電流源　２９・・・信号検出手段３０
〜３３・・・第１可変抵抗素子４ ０〜４３・・・第２可変抵抗素子５ １〜５３・・・トランジスタ ５５〜５９・・・可変抵抗　６１〜７５・・・抵抗８１
〜８５・・・サーミスタ ９１．９２・・・インピーダンス ９６〜９９・・・コンデンサ Ｅｏ、Ｅｌ・・・定電圧　　Ｖ。・・・制御電圧Ｖ・・
・誤差出力　　　　　Ｙ・・・制御信号。

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一の制御信号を印加されることによつて抵抗値
   を変化する特性が実質的に同一である２つの素子である
   第１可変抵抗素子および第２可変抵抗素子と、 前記第１可変抵抗素子に定電圧を印加するための電圧源
   と、 前記第１可変抵抗素子に流れる電流を検出し電圧に変換
   する信号検出手段と、 制御電圧と前記信号検出手段からの信号電圧とを比較し
   て、その誤差に対応した前記制御信号を発生するための
   制御信号発生手段と、 前記第２可変抵抗素子の抵抗値の変化によつて伝達関数
   を変化するアナログ信号手段とを具備することを特徴と
   するアナログ信号制御回路。
2. （２）前記制御信号発生手段が、前記信号検出手段から
   の信号電圧と前記制御電圧とを比較して、その誤差を出
   力するための演算増幅器を含むものである特許請求の範
   囲第１項記載のアナログ信号制御回路。
3. （３）前記制御信号発生手段が発生する前記制御信号が
   電気信号であり、前記第１および第２の可変抵抗素子が
   前記電気信号を受けてその抵抗値を変化するものである
   特許請求の範囲第１項記載のアナログ信号制御回路。
4. （４）前記制御信号発生手段が発生する前記制御信号が
   光信号であり、前記第１および第２の可変抵抗素子が前
   記光信号を受けてその抵抗値を変化するものである特許
   請求の範囲第１項記載のアナログ信号制御回路。
5. （５）前記制御信号発生手段が発生する前記制御信号が
   磁気信号であり、前記第１および第２の可変抵抗素子が
   前記磁気信号を受けてその抵抗値を変化するものである
   特許請求の範囲第１項記載のアナログ信号制御回路。
6. （６）前記制御電圧がＤ／Ａ変換器によつて得られるも
   のである特許請求の範囲第１項記載のアナログ信号制御
   回路。
7. （７）前記制御電圧がサーミスタを含む回路によって得
   られるものである特許請求の範囲第１項記載のアナログ
   信号制御回路。
8. （８）前記アナログ信号手段が２つのトランジスタを含
   む差動増幅器であつて、前記第２可変抵抗素子が前記２
   つのトランジスタのエミッタ間に接続されたものである
   特許請求の範囲第１項記載のアナログ信号制御回路。
9. （９）前記アナログ信号手段が２つの電界効果トランジ
   スタを含む差動増幅器であつて、前記第２可変抵抗素子
   が前記２つの電界効果トランジスタのソース間に接続さ
   れたものである特許請求の範囲第１項記載のアナログ信
   号制御回路。
10. （１０）前記アナログ信号手段が１つのトランジスタを
    含むエミッタ接地増幅器であつて、前記第２可変抵抗素
    子が前記１つのトランジスタのエミッタと接地間に接続
    されたものである特許請求の範囲第１項記載のアナログ
    信号制御回路。
11. （１１）前記アナログ信号手段が１つの電界効果トラン
    ジスタを含むソース接地増幅器であって、前記第２可変
    抵抗素子が前記１つの電界効果トランジスタのソースと
    接地間に接続されたものである特許請求の範囲第１項記
    載のアナログ信号制御回路。
12. （１２）前記アナログ信号手段が減衰器であつて、前記
    第２可変抵抗素子が前記減衰器を構成する一辺の素子を
    なすものである特許請求の範囲第１項記載のアナログ信
    号制御回路。
13. （１３）前記アナログ信号手段が２つのトランジスタを
    含む差動増幅器であって、直列接続された２つのインピ
    ーダンスが前記２つのトランジスタのエミッタ間に接続
    され、前記第２可変抵抗素子が前記２つのインピーダン
    スのうちの一方のインピーダンスに並列接続されたもの
    である特許請求の範囲第１項記載のアナログ信号制御回
    路。
14. （１４）前記アナログ信号手段が２つの電界効果トラン
    ジスタを含む差動増幅器であつて、直列接続された２つ
    のインピーダンスが前記２つの電界効果トランジスタの
    ソース間に接続され、前記第２可変抵抗素子が前記２つ
    のインピーダンスのうちの一方のインピーダンスに並列
    接続されたものである特許請求の範囲第１項記載のアナ
    ログ信号制御回路。
15. （１５）前記アナログ信号手段が１つのトランジスタを
    含むエミッタ接地増幅器であって、直列接続された２つ
    のインピーダンスが前記１つのトランジスタのエミッタ
    と接地間に接続され、前記第２可変抵抗素子が前記２つ
    のインピーダンスのうちの一方のインピーダンスに並列
    接続されたものである特許請求の範囲第１項記載のアナ
    ログ信号制御回路。
16. （１６）前記アナログ信号手段が１つの電界効果トラン
    ジスタを含むソース接地増幅器であつて、直列接続され
    た２つのインピーダンスが前記１つの電界効果トランジ
    スタのソースと接地間に接続され、前記第２可変抵抗素
    子が前記２つのインピーダンスのうちの一方のインピー
    ダンスに並列接続されたものである特許請求の範囲第１
    項記載のアナログ信号制御回路。
17. （１７）前記アナログ信号手段が減衰器であって、直列
    接続された２つのインピーダンスが前記減衰器を構成す
    る一辺の素子をなし、前記第２可変抵抗素子が前記２つ
    のインピーダンスのうちの一方のインピーダンスに並列
    接続されたものである特許請求の範囲第１項記載のアナ
    ログ信号制御回路。
18. （１８）前記アナログ信号手段が２つのトランジスタを
    含む差動増幅器であって、前記第２可変抵抗素子がコン
    デンサと直列接続されたものが、前記２つのトランジス
    タのエミッタ間に接続されたものである特許請求の範囲
    第１項記載のアナログ信号制御回路。
19. （１９）前記アナログ信号手段が２つの電界効果トラン
    ジスタを含む差動増幅器であって、前記第２可変抵抗素
    子がコンデンサと直列接続されたものが、前記２つの電
    界効果トランジスタのソース間に接続されたものである
    特許請求の範囲第１項記載のアナログ信号制御回路。
20. （２０）前記アナログ信号手段が１つのトランジスタを
    含むエミッタ接地増幅器であって、前記第２可変抵抗素
    子がコンデンサと直列接続されたものが、前記１つのト
    ランジスタのエミッタと接地間に接続されたものである
    特許請求の範囲第１項記載のアナログ信号制御回路。
21. （２１）前記アナログ信号手段が１つの電界効果トラン
    ジスタを含むソース接地増幅器であって、前記第２可変
    抵抗素子がコンデンサと直列接続されたものが、前記１
    つの電界効果トランジスタのソースと接地間に接続され
    たものである特許請求の範囲第１項記載のアナログ信号
    制御回路。
22. （２２）前記アナログ信号手段が減衰器であって、前記
    第２可変抵抗素子がコンデンサと直列接続されたものが
    、前記減衰器を構成する一辺の素子をなすものである特
    許請求の範囲第１項記載のアナログ信号制御回路。