JPS63146607A - 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器を変えて
アナログ信号の振幅を制御するアナログ信号制御回路に
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
ものでおる。

［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［ｇｓおよび−ＥＳ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あり、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。

２１，２２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。

＋Ｖおよび−ＶＧ、を電源である。

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→（Ｒ３＋Ｒ４）（Ｒ１＋Ｒ２） ／（Ｒ１・Ｒ２＞　　　　　　　　　（１）となり、Ｒ
２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はコンデンサでおる。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おる。

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。

（ａ）において、抵抗値がそれぞれＲ１、および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郷Ｒ３（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、９
８はコンデンサである。これらは、第６Ａ図（ｂ）の場
合と同様に周囲の温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）においては、第６Ａ図（Ｃ）におけると
同様に、電界効果トランジスタ１９のゲート電圧を抵抗
７５および可変抵抗５８によって１１で、可変すること
により増幅度を可変しようとするものでおり、良好な高
周波特性を得ること、および遠隔制御が可能でおること
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どの分割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はコンデンサでおり、周囲湿
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１
９のゲート電圧を可変することにより、減衰σ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
母でお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１ｑることかできず
、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めった。

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
特徴はおるものの、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、ω産さ
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
流を供給するための制御可能な電流源と、第１可変抵抗
素子の端子間電圧を印加されて所定の基準電圧と比較し
て誤差出力を出力する演口増幅器と、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］ 第１可変抵抗素子に供給する電流を制御することによっ
て第１可変抵抗素子の抵抗値を正確に変化せしめ、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
の抵抗の値は制御された電流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、異なる素子の特性がどのように不均一
なものでおっても、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１Ａ図に示し説明する。

第１Ａ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は変換器でおり、誤差出力■を受けて、電圧、電流、
光、または磁気で市るｆｌｉ制御信制御信号力する。

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。

２７は制御可能な定電流手段でおり、その出力電流１ｃ
は、第１可変抵抗素子３０に供給されている。

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１７でいる。

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■の関数Ｙ　（Ｖ
）として表わすことができる。第１ｄ′３よび第２可変
抵抗素子の抵抗値も制御信号Ｙ（ｖ）の関数であるから
Ｒ（１）として表わすことができる。第１可変抵抗素子
３０の端子電圧ｖ１は演算増幅器５の十端子に印加され
る。一方、演算増幅器５の一端子には零ボルトを含む一
定の基準電圧Ｖｒが印加されている。

演算増幅器５の増幅度は、事実上、無限大であるから、 Ｖ１＝■ｒ が得られる。

ここで、 Ｒ（ｙ）＝Ｖ！　／ＩＣ となるから、第１および第２可変抵抗素子３０．ｆ３よ
び４０の抵抗値Ｒ（１）は、定電流手段２７の出力電流
Ｉｃ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、
画素子は電流ＩＣ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か電界効果
トランジスタでおる場合は誤差出力■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Ｖ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（Ｙ）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１Ａ図に
示したものと逆にすればよい。

定電流手段２７は、たとえば第１Ｂ図に示すようになっ
ている。この場合演算増幅器５の非反転入力端子は、仮
想接地点になっているので可変抵抗５４または抵抗７６
が、第１可変抵抗素子３０の抵抗に比較して十分大きな
抵抗であれば、これらの抵抗５４．７６と電圧源Ｅ２　
、Ｅ３にて構成されている部分は実質的に定電流源とみ
なぜる。

第１Ｂ図（ａ）においては、定電圧源Ｅ２が可変抵抗５
４を介して第１可変抵抗素子３０に電流Ｉｃを供給して
いる。ここで可変抵抗５４の抵抗値は、第１可変抵抗素
子３０抵抗値よりも、常に十分に大きな値をとるように
設定されている。

（ｂ）においては電圧可変の定電圧源Ｅ３から、抵抗７
６を介して第１可変抵抗素子３０に電流ＩＣを供給して
いる。抵抗７６の抵抗値は、第１可変抵抗素子３０の抵
抗値よりも、常に十分に大きな値をとるように設定され
ている。この第１Ｂ図に示された定電流手段２７は、１
〜ランジスタや波峰増幅器を含む回路によって実現する
ことができることは明白であろう。

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、お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、光但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１−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必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く
たとえば、ＩｎＳｂやＩｎＡｓなど〉でおる。

定電流手段２７として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図にはこの電流の制御を）温度の関数として）する
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、４９
．５０はトランジスタでおる。（ａ）〜（ｆ＞の回路を
用い、サーミスタの温度特性に応じた電流Ｉ（、Ｅ−第
１可変抵抗素子３０に流すことができる。

第４Ａ、Ｂ、Ｃ図および第５Ａ、Ｂ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−Ｅｌ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、その増幅度は第１可変抵抗素子
３１に流す電流ＩＣ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、第１可変抵抗
素子３１に流す電流ＩＣ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
いては高周波領域における減衰口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図にあける
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ｊｌられることは以上の説明から
明らかでおろう。

ここで、本発明の実施態様には、以下のものが含まれて
いる。

（１）制御信号発生手段が、第１可変抵抗素子の端子電
圧と基準電圧とを比較しで、その誤差を出力するための
波峰増幅器を含むものでおるアナログ信号制御回路。

（２）制御信号発生手段が発生する制御信号が電気信号
でおり、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アナログ
信号制御回路。

（３）制御信号発生手段が発生する制御信号が光信号で
あり、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ｃ必るアナログ信号制御
回路。

（４）制御信号発生手段が発生する制御信号が磁気信号
であり、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おるアナログ信号
制御回路。

（５）定電流手段が、 ディジタル信号によって制御されるＤ／Ａ変換器を含む
ものであるアナログ信号制御回路。

（６）定電流手段が、 サーミスタによって制御される回路を含むものでおるア
ナログ信号制御回路。

（７）アナログ信号手段が２つの１〜ランジスタを含む
差動増幅器であって、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おるアナロ
グ信号制御回路。

（８）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必って、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
であるアナログ信号制御回路。

（９）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、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
でおる アナログ信号制御回路。

（１０）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おるアナログ信号制御回路。

（１１）アナログ信号手段が減衰器で市って、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
であるアナログ信号制御回路。

（１２）アナログ信号手段が２つのトランジスタを含む
差動増幅器で市って、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
、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おるア
ナログ信号制御回路。

（１３）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、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、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
たものでおるアナログ信号制御回路。

（１４）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、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
たものであるアナログ信号制御回路。

（１５）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、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、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アナログ信号制御回路。

（１６）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、第２可変抵抗素子が前記２つのインピ
ーダンスのうらの一方のインピーダンスに並列接続され
たものでおるアナログ信号制御回路。

（１７）アナログ信号手段が２つのトランジスタを含む
差動増幅器で市って、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アナログ信号制御回路。

（１８）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、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アナログ
信号制御回路。

（１９〉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、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アナログ
信号制御回路。

（２０）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、第２可変抵抗素子
がコンデンサと直列接続されたものか、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
おるアナログ信号制御回路。

（２１）アナログ信号手段が減衰器であって、第２可変
抵抗素子がコンデンサと直列接続されたちのが、前記減
衰器を構成する一辺の素子をなすものでおるアナログ信
号制御回路。

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可変抵抗素子には定電流手段２７に
おいて所定値に制御された電流を流し、第１可変抵抗素
子の端子電圧を所定の定電圧になるように基準電圧を印
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
不均一で必っても、温度特性が良くなくても使用上回の
障害もない。

「発明の効果コ 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量産性良く安価
に得ることができ、温度１２■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１Ａ図および第１Ｂ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１回路図、第４Ａ
図、第４Ｂ図、第４Ｃ図、第５Ａ図、Ｊｊ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１〜ランジスタ ２１．２２・・・定電流源　２７・・・定電流手段３０
〜３３・・・第１可変抵抗素子 ４０〜４３・・・第２可変抵抗素子 ４９〜５３・・・トランジスタ ５４〜５９・・・可変抵抗　６１〜７６・・・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、Ｆ２．Ｅ３・・・定電圧源ＩＣ・・・電流
　　　　　　Ｖｉ・・・端子電圧Ｖｒ・・・基準電圧　
　　　Ｖ・・・誤差出力Ｙ・・・制御信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 同一の制御信号を印加されること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可変抵抗素子に電流を流すための制御可能な定
   電流手段と、 前記第１可変抵抗素子の端子電圧を検出し、基準電圧と
   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
   抗値の変化によっ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
   。