JPS6254242B2 - - Google Patents
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- JPS6254242B2 JPS6254242B2 JP56106518A JP10651881A JPS6254242B2 JP S6254242 B2 JPS6254242 B2 JP S6254242B2 JP 56106518 A JP56106518 A JP 56106518A JP 10651881 A JP10651881 A JP 10651881A JP S6254242 B2 JPS6254242 B2 JP S6254242B2
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 4
- 101100112673 Rattus norvegicus Ccnd2 gene Proteins 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/45—Differential amplifiers
- H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
- H03F3/4508—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using bipolar transistors as the active amplifying circuit
- H03F3/45098—PI types
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、入力電圧に応じた出力電流を得る
ための電圧・電流変換回路に関する。
ための電圧・電流変換回路に関する。
一般に、入力として与えられた電圧差を電流の
変化に変換する方法としては、第1図に示すよう
なエミツタ退化増幅器が用いられている。すなわ
ち、トランジスタQ1,Q2のエミツタが負荷素
子として働く抵抗Rを介して共通接続され、この
抵抗Rの両端が定電流源I1,I2を介して接地
される。そして、上記トランジスタQ1,Q2の
ベースにそれぞれ入力電圧Vin1、Vin2を与え、
このトランジスタQ1,Q2のコレクタ側に電流
「I+i」、「I−i」を得る。
変化に変換する方法としては、第1図に示すよう
なエミツタ退化増幅器が用いられている。すなわ
ち、トランジスタQ1,Q2のエミツタが負荷素
子として働く抵抗Rを介して共通接続され、この
抵抗Rの両端が定電流源I1,I2を介して接地
される。そして、上記トランジスタQ1,Q2の
ベースにそれぞれ入力電圧Vin1、Vin2を与え、
このトランジスタQ1,Q2のコレクタ側に電流
「I+i」、「I−i」を得る。
このようなエミツタ退化増幅器の動作は次式で
示される。
示される。
△Vin=Ri+VTInI+i/I−i ……(1)
ここで、
△Vin=Vin1−Vin2:差動入力電圧
i:出力電流
VT=kT/q:熱電圧
I:バイアス電流(I=I1=I2)
R:変換抵抗
今、仮に出力電流が小さい(I≫i)ものとす
ると、上記(1)式は△Vin=Riとなり、出力電流i
は入力電圧△Vinに比例する。この場合の回路の
コンダクタンスGは下式で示される。
ると、上記(1)式は△Vin=Riとなり、出力電流i
は入力電圧△Vinに比例する。この場合の回路の
コンダクタンスGは下式で示される。
G=1/R ……(2)
しかし、入力電圧が大きくなると出力電流も大
きくなり、上述した仮定は成立しなくなる。すな
わち、出力電流iが大きくなると、バイアス電流
Iに対してこの出力電流iの値が無視できなくな
り、(1)式における右辺第2項を省略できなくな
る。したがつて、入力電圧が大きくなつた時にこ
の第2項が誤差となつてしまう。
きくなり、上述した仮定は成立しなくなる。すな
わち、出力電流iが大きくなると、バイアス電流
Iに対してこの出力電流iの値が無視できなくな
り、(1)式における右辺第2項を省略できなくな
る。したがつて、入力電圧が大きくなつた時にこ
の第2項が誤差となつてしまう。
なお、エミツタ退化増幅器の差動入力電流△
Iinを求めると、 △Iin=Iin1−Iin2 =I+i/β−I−i/β=2i/β ……(3) ここで、 Iin1、Iin2:トランジスタQ1,Q2のベース
電流 β:トランジスタQ1,Q2のエミツタ接地電
流増幅率である。(1)、(3)式から差動入力抵抗Rin
が次式に示すように求まる。
Iinを求めると、 △Iin=Iin1−Iin2 =I+i/β−I−i/β=2i/β ……(3) ここで、 Iin1、Iin2:トランジスタQ1,Q2のベース
電流 β:トランジスタQ1,Q2のエミツタ接地電
流増幅率である。(1)、(3)式から差動入力抵抗Rin
が次式に示すように求まる。
Rin=△Vin/△Iin
=βR/2+β/2iVTinI+i/I−i……(4)
上記(4)式において、小信号時(I≫i)には下
式で表わせる。
式で表わせる。
Rin=βR/2
したがつて、変換抵抗Rのβ倍が入力インピー
ダンスとなつている。
ダンスとなつている。
この発明は上記のような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、入力信号電圧
が大きくても誤差の少ない電圧・電流変換回路を
提供することである。
もので、その目的とするところは、入力信号電圧
が大きくても誤差の少ない電圧・電流変換回路を
提供することである。
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説
明する。第2図はその構成を示すもので、第1、
第2の差動入力素子として働くトランジスタQ
1,Q2のエミツタが負荷素子として働く抵抗R
を介して共通に接続されて対称に配置され、この
トランジスタQ1,Q2のコレクタには定電流源
I1,I2が接続される。前記トランジスタQ
1,Q2のコレクタにはそれぞれトランジスタQ
3,Q4のベースが接続され、前記定電流源I
1,I2によつて導通制御される。このトランジ
スタQ3,Q4と直列に、それぞれトランジスタ
Q5,Q6が接続され、そのベースがトランジス
タQ1,Q2のベースと共通接続されて差動入力
端子Vin1、Vin2に供給された入力信号により共
通に導通制御される。上記トランジスタQ1,Q
2のエミツタは、トランジスタQ7,Q8を介し
て接地され、このトランジスタQ7,Q8はそれ
ぞれ、電流制御手段として働くトランジスタQ
3,Q5およびトランジスタQ4,Q6の直列回
路の導通状態により導通制御される。さらに、上
記トランジスタQ8のベースにトランジスタQ9
のベースが接続され、このトランジスタQ9のコ
レクタには定電流源I3が設けられ定電流が供給
される。したがつて、上記トランジスタQ2,Q
8を流れる電流と同じ電流がトランジスタQ9を
流れるので、このトランジスタQ9のコレクタ側
の出力端子OUTに電流が流れ込み、入力信号電
圧に対応した出力電流を得るようにして成る。
明する。第2図はその構成を示すもので、第1、
第2の差動入力素子として働くトランジスタQ
1,Q2のエミツタが負荷素子として働く抵抗R
を介して共通に接続されて対称に配置され、この
トランジスタQ1,Q2のコレクタには定電流源
I1,I2が接続される。前記トランジスタQ
1,Q2のコレクタにはそれぞれトランジスタQ
3,Q4のベースが接続され、前記定電流源I
1,I2によつて導通制御される。このトランジ
スタQ3,Q4と直列に、それぞれトランジスタ
Q5,Q6が接続され、そのベースがトランジス
タQ1,Q2のベースと共通接続されて差動入力
端子Vin1、Vin2に供給された入力信号により共
通に導通制御される。上記トランジスタQ1,Q
2のエミツタは、トランジスタQ7,Q8を介し
て接地され、このトランジスタQ7,Q8はそれ
ぞれ、電流制御手段として働くトランジスタQ
3,Q5およびトランジスタQ4,Q6の直列回
路の導通状態により導通制御される。さらに、上
記トランジスタQ8のベースにトランジスタQ9
のベースが接続され、このトランジスタQ9のコ
レクタには定電流源I3が設けられ定電流が供給
される。したがつて、上記トランジスタQ2,Q
8を流れる電流と同じ電流がトランジスタQ9を
流れるので、このトランジスタQ9のコレクタ側
の出力端子OUTに電流が流れ込み、入力信号電
圧に対応した出力電流を得るようにして成る。
このような構成の電圧・電流変換回路におい
て、トランジスタQ1のコレクタ電流は、定電流
源I1からQ3のベース電流を引いたものであ
り、トランジスタQ3の電流増幅率βが高いと仮
定すれば、トランジスタQ1のコレクタ電流はI
にほぼ等しくなる。トランジスタQ7のコレクタ
電流は「I−i」であるが、小信号時(I≫i)
にはIとなるので、トランジスタQ7のベース電
流はI/βとして良い。トランジスタQ5のベー
ス接地電流増幅率dpを1(dp=1)とすると、
トランジスタQ3のエミツタ電流はI/βであ
る。このトランジスタQ3のベース電流はその
I/βであるのでI/β2である。同様にして小
信号時のトランジスタQ4のベース電流もI/β
2である。
て、トランジスタQ1のコレクタ電流は、定電流
源I1からQ3のベース電流を引いたものであ
り、トランジスタQ3の電流増幅率βが高いと仮
定すれば、トランジスタQ1のコレクタ電流はI
にほぼ等しくなる。トランジスタQ7のコレクタ
電流は「I−i」であるが、小信号時(I≫i)
にはIとなるので、トランジスタQ7のベース電
流はI/βとして良い。トランジスタQ5のベー
ス接地電流増幅率dpを1(dp=1)とすると、
トランジスタQ3のエミツタ電流はI/βであ
る。このトランジスタQ3のベース電流はその
I/βであるのでI/β2である。同様にして小
信号時のトランジスタQ4のベース電流もI/β
2である。
ところで大信号入力時の入力電圧と出力電流i
との関係は次式で表わせる。
との関係は次式で表わせる。
上式はトランジスタQ3のベース電流を(I×
i)/β2として求めた。この式を前記(1)式と比
べると対数項における出力電流iの影響がβ2分
の1になつているため、(1)式に比べてリニアリテ
イが向上できる。したがつて、ほぼ △Vin=Ri となり、(6)式における対数項による誤差は無視で
きる。
i)/β2として求めた。この式を前記(1)式と比
べると対数項における出力電流iの影響がβ2分
の1になつているため、(1)式に比べてリニアリテ
イが向上できる。したがつて、ほぼ △Vin=Ri となり、(6)式における対数項による誤差は無視で
きる。
また、入力電流Iin1、Iin2はそれぞれ次式で表
わせる。
わせる。
Iin1=1/β(I−I−i/β2)−1/βpβ(I
−i)……(8) Iin2=1/β(I−I+i/β2)−1/βpβ(I
+i)……(9) ここで(8)式の右辺第1項はトランジスタQ1の
ベース電流、第2項はトランジスタQ5のベース
電流を表わす。また、(9)式における右辺第1項は
トランジスタQ2のベース電流、第2項はトラン
ジスタQ6のベース電流である。βpはpnp形ト
ランジスタQ5,Q6のエミツタ接地電流増幅率
を表わす。
−i)……(8) Iin2=1/β(I−I+i/β2)−1/βpβ(I
+i)……(9) ここで(8)式の右辺第1項はトランジスタQ1の
ベース電流、第2項はトランジスタQ5のベース
電流を表わす。また、(9)式における右辺第1項は
トランジスタQ2のベース電流、第2項はトラン
ジスタQ6のベース電流である。βpはpnp形ト
ランジスタQ5,Q6のエミツタ接地電流増幅率
を表わす。
(3)式と同様に差動入力電流△Iinを求める。
△Iin=2i/β3+2i/βpβ
=2i(1/β3+1/βpβ ……(10)
ここでβが充分に大きいと仮定すれば、
△Iin2i/β2
となる。(7)、(10)式より、この回路の差動入力抵抗
は下式のようになる。
は下式のようになる。
RinβpβR/2
したがつて、エミツタ退化増幅器に比べて、β
p倍だけ入力抵抗が大きくなつている。
p倍だけ入力抵抗が大きくなつている。
第3図は、上記第2図の回路の具体的な回路構
成例を示すもので、定電流源としてカレントミラ
ー回路を使用している。第3図において第2図と
同様な部分は同一符号を付してその説明は省略す
る。トランジスタQ1,Q2,Q9のコレクタ回
路には、それぞれトランジスタQp1,Qp2,
Qp3がベースを共通して接続され、この共通ベ
ースはトランジスタQp4のベースに接続され、
トランジスタQp4のコレクタとベースはそれぞ
れトランジスタQp5のベースとエミツタに接続
され、トランジスタQp4のコレクタ回路に接続
された定電流源I0によつて導通設定される。ま
た、トランジスタQ9のベース・コレクタ間には
発振防止用のコンデンサCが接続される。そし
て、出力端子OUTには抵抗RLが接続されて成
る。
成例を示すもので、定電流源としてカレントミラ
ー回路を使用している。第3図において第2図と
同様な部分は同一符号を付してその説明は省略す
る。トランジスタQ1,Q2,Q9のコレクタ回
路には、それぞれトランジスタQp1,Qp2,
Qp3がベースを共通して接続され、この共通ベ
ースはトランジスタQp4のベースに接続され、
トランジスタQp4のコレクタとベースはそれぞ
れトランジスタQp5のベースとエミツタに接続
され、トランジスタQp4のコレクタ回路に接続
された定電流源I0によつて導通設定される。ま
た、トランジスタQ9のベース・コレクタ間には
発振防止用のコンデンサCが接続される。そし
て、出力端子OUTには抵抗RLが接続されて成
る。
このような構成の回路において、集積回路用の
コンピユータ シユミレーシヨンプログラム
(SPICEプログラム)を使用してシユミレーシヨ
ン実験を行なうと、第4図に示すような特性を示
す。ここで変換抵抗「R=10KΩ」とし、負荷抵
抗「RL=10KΩ」とする。また、差動入力端子
Vin1には入力電圧Vinを印加し、端子Vin2を接地
している。入力電圧「Vin>0」のとき、出力端
子OUTには図の矢印の向きに電流iが流れるの
で出力電圧は負となる。すなわち、この回路はゲ
インが「−1」の反転増幅回路として働くことに
なる。第4図に示す波形図は、振幅が±2Vで周
期が4μsecの三角波を入力電圧Vinとして印加
している。図において破線が入力波形、実線が出
力波形である。この場合、反転増幅器として動作
していることが確認できる。
コンピユータ シユミレーシヨンプログラム
(SPICEプログラム)を使用してシユミレーシヨ
ン実験を行なうと、第4図に示すような特性を示
す。ここで変換抵抗「R=10KΩ」とし、負荷抵
抗「RL=10KΩ」とする。また、差動入力端子
Vin1には入力電圧Vinを印加し、端子Vin2を接地
している。入力電圧「Vin>0」のとき、出力端
子OUTには図の矢印の向きに電流iが流れるの
で出力電圧は負となる。すなわち、この回路はゲ
インが「−1」の反転増幅回路として働くことに
なる。第4図に示す波形図は、振幅が±2Vで周
期が4μsecの三角波を入力電圧Vinとして印加
している。図において破線が入力波形、実線が出
力波形である。この場合、反転増幅器として動作
していることが確認できる。
第5図a,b〜第7図a,bはそれぞれ、上記
第3図の回路における周波数特性を示すシユミレ
ーシヨン結果で、a図は「周波数−ゲイン特性
図」、b図は「周波数−位相特性図」である。第
5図a,bにおいては、コンデンサC=1pF、定
電流I0=500μAに設定している。a図において
周波数が20MHz付近でピークが発生しているが、
これは回路が発振していることを示している。第
6図a,bおよび第7図a,bはそれぞれコンデ
ンサCの容量を大きくしてシユミレーシヨンを行
なつたもので、第6図a,bにおいては、コンデ
ンサC=5pF、定電流I0=500μA、第7図a,
bにおいては、コンデンサC=5pF、定電流I0=
200μAである。このようにコンデンサCの容量
を適当な値に設定することにより、発振状態を表
わすゲインのピークは認められなくなる。
第3図の回路における周波数特性を示すシユミレ
ーシヨン結果で、a図は「周波数−ゲイン特性
図」、b図は「周波数−位相特性図」である。第
5図a,bにおいては、コンデンサC=1pF、定
電流I0=500μAに設定している。a図において
周波数が20MHz付近でピークが発生しているが、
これは回路が発振していることを示している。第
6図a,bおよび第7図a,bはそれぞれコンデ
ンサCの容量を大きくしてシユミレーシヨンを行
なつたもので、第6図a,bにおいては、コンデ
ンサC=5pF、定電流I0=500μA、第7図a,
bにおいては、コンデンサC=5pF、定電流I0=
200μAである。このようにコンデンサCの容量
を適当な値に設定することにより、発振状態を表
わすゲインのピークは認められなくなる。
ところで、エミツタ退化増幅器は、差動入力電
圧として取り扱うことができる電圧範囲には制限
がある。この点については第3図に示した回路に
おいても同様である。以下、リニアリテイの取れ
る最大入力電圧△Vin maxを求める。第1図の回
路におけるトランジスタQ1,Q2のコレクタ電
流は、図の矢印の向きに取つた時に電流値が正で
なければならないので、下式の条件を満たす必要
がある。
圧として取り扱うことができる電圧範囲には制限
がある。この点については第3図に示した回路に
おいても同様である。以下、リニアリテイの取れ
る最大入力電圧△Vin maxを求める。第1図の回
路におけるトランジスタQ1,Q2のコレクタ電
流は、図の矢印の向きに取つた時に電流値が正で
なければならないので、下式の条件を満たす必要
がある。
I+i>0
I−i>0
これは、コレクタ電流を負とするとトランジス
タが動作しないことに依る。したがつて、 −I<i<I となる。また、出力電流はその絶対値がバイアス
電流よりも小さくなることが必要である。(1)式を
iについて微分すると、下式のようになる。
タが動作しないことに依る。したがつて、 −I<i<I となる。また、出力電流はその絶対値がバイアス
電流よりも小さくなることが必要である。(1)式を
iについて微分すると、下式のようになる。
d/di△Vin=R+VT2I/I2−i2
I<i<Iの範囲ではd/di△Vinは正であり、ま
た、i=±Iでd/di△Vinは+∞に発散する。この
状態を第8図に示す。「i=0」の場合の△Vin
の傾きθ(コンダクタンスGの逆数)は下式で示
される。
の傾きθ(コンダクタンスGの逆数)は下式で示
される。
d/di△Vin=R+2VT/I ……(15)
上記(15)式におて、リニアテイの取れる範囲
は下式で示される。
は下式で示される。
|△Vin max|=(R+2VT/I)I
=RI+2VT ……(16)
したがつて、最大入力電圧はRIで決定され
る。なお、VTは約25mVに過ぎない。例えばR
=10KΩ、I=100μAとすれば|△Vin max|
=1Vである。上記(15)式からコンダクタンス
Gは下式で示すようになる。
る。なお、VTは約25mVに過ぎない。例えばR
=10KΩ、I=100μAとすれば|△Vin max|
=1Vである。上記(15)式からコンダクタンス
Gは下式で示すようになる。
ここで、R≫2VT/Iとすれば、(17)式は(2)式
と 一致する。2VT/Iは通常の使用では数百Ω程度
であり、変換抵抗Rを数KΩに設定すればこの項
の影響は無視できる。
と 一致する。2VT/Iは通常の使用では数百Ω程度
であり、変換抵抗Rを数KΩに設定すればこの項
の影響は無視できる。
第9図は、この発明の他の実施例を示す回路図
で、上記第2図の回路におけるトランジスタQ
5,Q6を取り除いたものである。このような構
成の回路においても電圧・電流変換が可能であ
り、特に低い電源電圧(例えば3VBE〜21V)で動
作させることができる。この回路では低い電源電
圧が精度良く電圧・電流変換を行なうことができ
る。
で、上記第2図の回路におけるトランジスタQ
5,Q6を取り除いたものである。このような構
成の回路においても電圧・電流変換が可能であ
り、特に低い電源電圧(例えば3VBE〜21V)で動
作させることができる。この回路では低い電源電
圧が精度良く電圧・電流変換を行なうことができ
る。
以上説明したようにこの発明によれば、入力電
流iによる影響を小さくできるので入力信号電圧
が大きくても誤差の少ない電圧・電流変換回路が
得られる。
流iによる影響を小さくできるので入力信号電圧
が大きくても誤差の少ない電圧・電流変換回路が
得られる。
第1図はエミツタ退化増幅器を示す回路図、第
2図はこの発明の一実施例に係る電圧・電流変換
回路を示す図、第3図は上記第2図の回路の具体
的な構成例を示す回路図、第4図は上記第3図の
回路の入力信号と出力信号の関係を示す波形図、
第5図a,b、第6図a,bおよび第7図a,b
はそれぞれ上記第3図の回路の周波数特性を示す
特性図、第8図はこの発明の電圧・電流変換回路
による出力電流の範囲を示す特性図、第9図はこ
の発明の他の実施例を示す回路図である。 Q1〜Q9……トランジスタ(Q1,Q2:差
動入力素子、Q3〜Q6:電流制御手段)、R…
…負荷素子、I1〜I3……定電流源。
2図はこの発明の一実施例に係る電圧・電流変換
回路を示す図、第3図は上記第2図の回路の具体
的な構成例を示す回路図、第4図は上記第3図の
回路の入力信号と出力信号の関係を示す波形図、
第5図a,b、第6図a,bおよび第7図a,b
はそれぞれ上記第3図の回路の周波数特性を示す
特性図、第8図はこの発明の電圧・電流変換回路
による出力電流の範囲を示す特性図、第9図はこ
の発明の他の実施例を示す回路図である。 Q1〜Q9……トランジスタ(Q1,Q2:差
動入力素子、Q3〜Q6:電流制御手段)、R…
…負荷素子、I1〜I3……定電流源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 エミツタが負荷素子を介して共通接続され互
いに対称配置される第1、第2の差動入力トラン
ジスタと、これら第1、第2の差動入力トランジ
スタの各コレクタと第1の電位供給源間にそれぞ
れ接続される第1、第2の定電流源と、上記第
1、第2の差動入力トランジスタの各エミツタと
第2の電位供給源間にそれぞれ接続される第1、
第2のトランジスタと、これら第1、第2のトラ
ンジスタの各ベースと上記第1の電位供給源間に
それぞれ接続され、ベースがそれぞれ上記第1、
第2の差動入力トランジスタの各コレクタに接続
される第3、第4のトランジスタと、上記第1あ
るいは第2トランジスタのベースにベースが接続
され、エミツタが上記第2の電位供給源に接続さ
れる第5のトランジスタと、この第5トランジス
タのコレクタと上記第1の電位供給源間に接続さ
れる第3の定電流源とを具備し、上記第5のトラ
ンジスタのコレクタ側から出力電流を得ることを
特徴とする電圧・電流変換回路。 2 前記特許請求の範囲第1項記載の電圧・電流
変換回路において、前記第1、第2のトランジス
タの各ベースと前記第3、第4トランジスタとの
間に、各ベースが前記第1、第2の差動入力トラ
ンジスタのベースにそれぞれ接続される第6、第
7のトランジスタを設けたことを特徴とする電
圧・電流変換回路。 3 前記特許請求の範囲第1項記載の電圧・電流
変換回路において、前記第1、第2のトランジス
タの各ベースと前記第3、第4トランジスタとの
間に、各ベースが前記第1、第2の差動入力トラ
ンジスタのベースにそれぞれ接続される第6、第
7のトランジスタを設けるとともに、前記第5ト
ランジスタのベースとコレクタ間にこの第5トラ
ンジスタの発振を防止するコンデンサを設けたこ
とを特徴とする電圧・電流変換回路。 4 前記特許請求の範囲第1項記載の電圧・電流
変換回路において、前記第1、第2の定電流源
は、カレントミラー回路から成ることを特徴とす
る電圧・電流変換回路。
Priority Applications (3)
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JP56106518A JPS589409A (ja) | 1981-07-08 | 1981-07-08 | 電圧・電流変換回路 |
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JP56106518A JPS589409A (ja) | 1981-07-08 | 1981-07-08 | 電圧・電流変換回路 |
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JPS589409A JPS589409A (ja) | 1983-01-19 |
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Family
ID=14435622
Family Applications (1)
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JP56106518A Granted JPS589409A (ja) | 1981-07-08 | 1981-07-08 | 電圧・電流変換回路 |
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- 1982-07-07 US US06/396,075 patent/US4442400A/en not_active Expired - Lifetime
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