KR0136875B1 - 전압-전류 변환기 - Google Patents

전압-전류 변환기

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KR0136875B1
KR0136875B1 KR1019890011745A KR890011745A KR0136875B1 KR 0136875 B1 KR0136875 B1 KR 0136875B1 KR 1019890011745 A KR1019890011745 A KR 1019890011745A KR 890011745 A KR890011745 A KR 890011745A KR 0136875 B1 KR0136875 B1 KR 0136875B1
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에프.제이.스미트
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    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
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Abstract

내용 없슴

Description

전압-전류 변환기
제 1a 도 및 제 1b 도는 본 발명에 따른 전압-전류 변환기의 기본 회로의 두가지 실시예를 도시하는 도면.
제 2 도는 본 발명에 따른 전압-전류 변환기의 제 1 실시예를 도시하는 도면.
제 3 도는 본 발명에 따른 전압-전류 변환기의 제 2 실시예를 도시하는 도면.
제 4a 도 및 제 4b 도는 본 발명에 따른 개시 회로를 포함하는 전압-전류 변환기의 실시예를 도시하는 도면.
본 발명은 입력 신호를 수신하기 위한 입력과 출력 신호를 공급하기 위한 출력 및, 임피던스를 통해 기준 전압점에 결합된 에미터와 다이오드 접속 제 2 트랜지스터의 베이스-에미터 접합을 통해 출력에 결합된 콜렉터를 가진 제 1 전도형의 제 1 트랜지스터를 포함하되, 제 2 전도형으로 된 제 3 트랜지스터의 에미터-베이스 접합이 제 2 트랜지스터의 베이스-에미터 접합과 병렬로 배열되어 있고, 상기 제 3 트랜지스터의 콜렉터가 제 1 트랜지스터의 베이스에 결합되고 또한, 제 1 트랜지스터의 에미터에 결합된 콜렉터를 가진 제 2 전도형의 제 4 트랜지스터의 에미터-베이스 접합을 통해 입력을 결합하는 그런 전압-전류 변환기에 관한 것이다.
이와 같은 전압-전류 변환기는 국제 특허원 WD 86/04196호로 부터 알려져 있는데, 주로 만일 제 1 트랜지스터의 에미터상의 전압 대신에 콜렉터에서의 전류가 출력 신호로서 취해지면 잘알려진 에미터-폴로워 구성과 동일한 방식으로 작동한다.
에미터-폴로워 구성은 입력 전압이 증가함에 따라 제 1 트랜지스터의 베이스-에미터 전압이 변화하는 것에 의해 야기되는, 입력 전압의 비선형 함수에 따라 출력 전류가 증가하는 결점을 갖고 있다.
공지된 전압-전류 변환기에서는, 출력 신호에 대한 제 1 트랜지스터의 베이스-에미터 전압의 영향이, 제 1 트랜지스터의 베이스를 입력에 베이스 에미터를 통해 직접 결합하고, 제 1 트랜지스터와 반대의 전도형으로된 제 4 트랜지스터의 베이스-에미터 접합을 통해 간접적으로 입력에 결합함으로써 보상된다. 전류 미러로서 배열되고 제 4 트랜지스터와 동일한 전도형으로 된 제 2 및 제 3 트랜지스터를 이용하여 제 1 및 제 4 트랜지스터의 베이스-에미터 전압을 등화함으로써 보상이 실현된다. 전류 미러는 제 1 트랜지스터의 콜렉터 전류를 제 4 트랜지스터의 에미터 전류와 동일하게 유지시키며, 그래서 제 1 및 제 4 트랜지스터의 베이스-에미터 전압이 거의 동일하다.
보상의 정확성은 전류 미러의 미러 비율과 제 1 및 제 4 트랜지스터의 포화 전류 사이의 비율에 의존한다. 제 1 및 제 4 트랜지스터가 반대의 전도형으로 되어 있기 때문에, 그 포화 전류사이의 비율을 고정하는 것은 비교적 실제적으로 문제가 있다. 실제적으로 전류 미러의 미러 비율도 또한 트랜지스터 파라미터에서의 전성에 기인하는 정확성을 보이게 된다. 이 결과 공지된 전압-전류 변환기에서 제 1 및 제 4 트랜지스터의 베이스-에미터 전압이 보상이 불완전하게 되며, 이것은 전압-전류 변환의 정확성에 역으로 영향을 미친다. 본 발명의 목적은 공지된 전압-전류 변환기의 전술한 결점을 없애고 전압-전류 변환의 정확성을 개선하는 것이다.
이 목적을 위해 서두에서 정의된 형태의 전압-전류 변환기에서는 제 2 트랜지스터가 제 1 트랜지스터와 동일한 전도형으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 제 3 및 제 4 트랜지스터는 제 1 및 제 2 트랜지스터와 반대의 동일한 전도형으로 이루어져 이다. 실질적으로, 제 1 트랜지스터의 전체 에미터 전류가 다이오드 접속 제 2 트랜지스터를 통해 흐르며, 제 4 트랜지스터의 전체 에미터 전류는 제 3 트랜지스터의 베이스-에미터 접합을 통해 흐른다. 제 1 및 제 2 트랜지스터의 베이스-에미터 전압이 결과적으로 거의 동일하며, 이것은 제 3 및 제 4 트랜지스터의 베이스-에미터 전압에도 적용된다. 제 2 및 제 3 트랜지스터의 베이스-에미터 접합이 병렬이기 때문에, 그 베이스-에미터 전압은 이들 트랜지스터가 반대의 전도형으로 되어 있다는 사실에도 불구하고 서로 동일하게 된다. 결과적으로 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 트랜지스터의 모든 베이스-에미터 전압이 실질적으로 서로 동일해진다. 제 1 및 제 4 트랜지스터의 포화 전류 사이의 비율과 전류 미러의 미러 비율은 전혀 영향을 미치지 않는다. 공통 임피던스를 가진 2 개의 전압-전류 변환기를 결합함으로써, 전압-전류 변환기의 제 1 실시예가 얻어지는데, 이것은 본 발명에 따라, 전압 전류 변환기가 한쌍의 동일한 전압-전류 변환기의 일부를 형성하며, 상기 변환기쌍 각각의 제 1 트랜지스터의 에미터는 다른 변환기 쌍의 임피던스에 대한 기준 전압점을 구성하는 것을 특징으로 한다. 이 실시예는 완전히 대칭이며, 두입력 및 두 출력을 갖고 있다. 출력 전류는 동일하지만 반대로 향하고 있으며, 두 입력에 대한 전압차에 비례한다. 한 변환기가 다른 변환기에 상보적인, 즉, 모든 대응하는 트랜지스터가 반대 전도형으로 되어 있는 2 개의 전압-전류 변환기의 조합은 전압-전류 변환기의 제 2 실시예를 형성하는데, 이것은 본 발명에 따라, 이 전압-전류 변환기는 한쌍의 상보 전압-전류 변환기의 일부를 형성하고, 변환기쌍 각각의 제 1 트랜지스터의 에미터는 다른 변환기쌍의 임피던스에 대한 기준-전압점을 구성하는 것을 특징으로 한다. 이 실시예는 전압-전류 변환기의 푸시-풀형으로서 간주될 수도 있다. 이 구성의 장점은 전류 미러의 사용없이 2 개의 상이한 전위 레벨에서 2 개의 출력 전류를 이용할 수 있다는 것이다.
이제 본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 상세하게 기술되게 된다.
제 1a 도 및 제 1b 도는 본 발명에 따른 전압-전류 변환기의 기본 회로의 두 실시예를 도시하고 있다. 제 1a 도는 쌍극성 트랜지스터를 포함하는 구성을 도시하고 제 1b 도는 단극성 트랜지스터를 포함하는 구성을 도시하는데, 두가지 구성의 동작은 동일하다. 이후 본 발명은 쌍극성 트랜지스터를 포함하는 실시예에 대해서만 기술되게 되지만, 단극성 트랜지스터를 사용하는 실시예의 동작은 베이스에 대한 소스 및 드레인과 에미터 및 콜렉터를 각각 판독함으로써 이해될 수 있다. 출력(2)과 NPN 트랜지스터 T1의 콜렉터 사이에는 다이오드 접속 NPN 트랜지스터 T2가 배열된다. PNP 트랜지스터 T3의 베이스-에미터 접합은 상기 다이오드 양단에 배열된다. 상기 트랜지스터 T3의 콜렉터는 트랜지스터 T1의 베이스와 PNP 트랜지스터 T4의 에미터 모두에 접속된다. 상기 트랜지스터 T4 의 베이스는 전압-전류 변환기의 입력(1)에 접속되고, 그 콜렉터는 트랜지스터 T1의 에미터에 접속된다. 트랜지스터 T1의 에미터는 임피던스에 의해, 기준 전압점(3)에 접속되는데, 현재 경우는 접지되어 있다. 이 회로구성은 전원 공급장치(도시 안됨)에 의해 전원이 공급되며, 출력 전류 Io 가 부하(도시 안됨)를 통해 흐른다. 입력(1)에는 입력 전압 Ui 이 인가되고, 변환기가 이 전압을 출력 전류 Io 로 변환하는데, 이 전류는 입력 전압에 비례하며, 출력(2)에서 이용할 수 있다. 비례 상수는 임피던스 Z 에 의해 지시되는데, 임피던스에 대해서는 저항이 선택되며, 그래서 비례 상수가 주파수와 무관하다. 그러나, 저항을 바이어스 전류원을 포함할 수도 있는 주파수-의존 임피던스로 대치하는 것이 가능하다. 출력(2)에서 흐르는 출력 전류 Io 는 만일 트랜지스터 T4의 베이스 전류가 무시된다면 임피던스 Z 를 통해 흐르는 전류 Iz 와 동일하다. 이 전류 Iz 는 임피던스 Z 양단의 전압 Uz 을 임피던스 Z 의 값으로 나눈것과 동일하며, 그래서 Io=Iz=Uz/Z 이다. 만일 Uz 가 입력 전압 Ui 가 동일하면, 전압-전류 변환이 이상적이다. 이때 출력 전류 Io 는 입력 전압 Ui 를 따라간다. 즉 Io=Ui/Z 이다. 만일 Z=R 이면, 이것은 Io=Ui/R을 이것은 전압-전류 변환기에 대한 이상적인 전달 함수이다. 임피던스 Z 양단의 저압 Uz 는 NPN 트랜지스터 T1의 베이스-에미터 전압이 동일하지만 반대 극성의 PNP 트랜지스터 T4의 에미터-베이스 전압에 의해 보상되므로 입력 전압 Ui 과 동일하게 된다. 이것은 다음과 같이 실현된다. 출력(2)에서 흐르는 전류 Io 는 NPN 트랜지스터 T1및 T2를 통해 흐르는 전류 I1와 PNP 트랜지스터 T3및 T4를 통해 흐르는 전류 I2로 나누어진다. 트랜지스터 T1및 T3의 베이스 전류는 무시될 수도 있다. 트랜지스터 T1을 통해 흐르는 전류가 I1가 또한 다이오드 접속 트랜지스터 T2를 통해서도 흐르기 때문에 트랜지스터 T2의 베이스-에미터 전압이 트랜지스터 T1의 전압과 동일하다. 트랜지스터 T4를 통해 흐르는 전류 I2도 또한 트랜지스터 T4와 동일한 트랜지스터 T3를 통해서도 흐른다. 트랜지스터 T4의 베이스-에미터 전압은 결과적으로 트랜지스터 T3의 전압과 동일하다. 트랜지스터 T3의 베이스-에미터 접합이 트랜지스터 T2의 그것과 병렬로 배열되기 때문에, 트랜지스터 T3및 T2의 베이스-에미터 전압이 동일하게 된다. 이것은 PNP 트랜지스터 T4의 베이스-에미터 전압이 NPN 트랜지스터 T1의 그 전압과 동일하다는 것이 이해된다. 그러므로 트랜지스터 T4의 베이스-에미터 전압은 임피던스 Z 양단의 전압 Uz 이 입력 전압 Ui 와 동일하게 되도록 트랜지스터 T1의 베이스-에미터 전압을 정확하게 보상한다.
이 보상 방법은 트랜지스터 T1을 차단시키지 않고 입력 전압 Ui 이 기준 전압점(3)상의 전압으로 감소되는 것을 허용한다. 이것은 트랜지스터 T3가 트랜지스터 T1으로의 베이스 전류가 유지되는 것을 보장하기 때문이다. 트랜지스터 T1, T2나 T3, T4양단의 가장 단순한 가능한 전압 강하는 한 콜렉터 에미터 포화 전압에 베이스-에미터 전압을 더한 것과 동일하다. 결과적으로, 에미터 전압은 출력(2)상의 전압 아래 거의 1V 까지 증가할 수도 있다. 일반적으로, 전류 I1및 I2는 트랜지스터 T2및 T3가 반대 전도형으로 이루어지기 때문에 동일하지 않게 된다. 그러나 전술한 보상 효과에 있어서 전류 I1및 I2사이의 비율은 관련이 없다.
제 2 도는 본 발명에 따른 전압-전류 변환기의 제 1 실시예를 도시하고 있다. 이것은 공통 임피던스 Z 를 가진 제 1 도에 도시된 바와 같은 2 개의 변환기의 조합을 포함한다. 참조 부호는 제 1 도에서의 동일한 의미를 가지며, 두 변환기중의 하나에 대해 준비된다. 꼭 그럴필요는 없지만 저항으로서 도시된 임피던스 Z 는 트랜지스터 T1및 T1' 의 에미터 사이에 접속되어 있다. 상기 두 변환기는 트랜지스터 T1및 T1' 의 에미터와 기준 전압점 사이에 바이어스 전류원 IDC및 IDC' 를 포함하고 있다. 입력 전압 Ui1및 Ui2는 입력(1 및 1')에 인가된다. 임피던스 Z 를 통해 흐르는 전류 Iz 는 전압 Ui1및 Ui2사이의 차에 비례하는데, 즉 I2= (Ui1- Ui2)/Z 이다. 상기 전류 Iz 는 출력(2)에서의 신호 전류 +Io 와 출력(2')에서의 신호 전류-Io 를 발생한다. 결과적으로 두 출력 신호 전류는 반대극성이지만 동일하다. 예를 들어 Ui2에서의 신호 전압 성분을 제로로 만듦으로써, 한 신호 전압을 2 개의 동일한 반대 극성의 신호 전류로 변환하는 전압-전류 변환기가 얻어진다.
제 3 도는 본 발명에 따른 전압-전류 변환기의 제 2 실시예를 도시하고 있다. 이것은 제 1 도에 도시된 바와 같은 두개의 전압-전류 변환기를 포함하고 있는데, 한 변환기는 다른 변환기에 상보적이며, 즉 모든 대응하는 트랜지스터가 반대 전도형으로 이루어져 있다. 도면에서 참조부호는 제 2 도에서와 동일한 의미를 갖는다. 입력(1)에는 신호 전압 Ui1이 인가되고, 입력(1')에는 신호 전압 Ui2가 인가된다. 전압 Ui1과 Ui2사이의 차에 비례하는 전류 Iz 는 임피던스 Z 를 통해 흐른다. 이 전류 Iz 는 출력(2)에서의 전류 +Io 를 발생하고, 출력(2')에서는 동일하지만 반대 극성의 전류-Io 를 발생한다. 출력(2,2')은 제 2 도에 도시된 구성에서의 출력에 대비하여 상이한 전위에 있다. 특정 입력 전압 Ui 이하에서, 제 1a 도에 도시된 전압-전류 변환기는 무전류 상태를 취할 수도 있으며, 만일 트랜지스터 T1및 T3의 콜렉터-베이스 전류가 매우 작다면 후속 입력 전압의 증가에도 불구하고 이 상태를 유지한다. 이 경우에 개시 회로를 가진 전압-전류 변환기를 제공하는 것이 바람직한 데, 이 두 실시예가 제 4a 도 및 제 4b 도에 도시되어 있다. 제 4 도에 도시된 회로는 제 1a 도에서와 동일하며, 대응하는 부분은 동일한 참조번호를 갖고 있다. 제 4a 도에 도시된 실시예에서, 개시 회로는 트랜지스터 T1및 T3의 콜렉터 사이에 저항 R 을 포함하고 있다. 이 개시회로는 매우 작은 입력 전압에서 작동하도록 되어 있다. 제 4b 도에 도시된 회로에서는 트랜지스터 T1과 동일한 전도형의 트랜지스터 T5의 콜렉터-에미터 경로가 트랜지스터 T1의 콜렉터-에미터 경로와 병렬로 배열되어 있다. 트랜지스터 T4의 베이스는 입력(1)에 접속되어 있다. 이 개시 회로는 트랜지스터 T5의 베이스-에미터 임계 전압보다 높은 입력 전압 Ui 을 형성하도록 작동한다. 명백하게, 상기 개시 회로는 또한 제 2 도 및 제 3 도에 도시된 전압-전류 변환기에 사용될 수 있다.
본 발명은 도시된 회로 구성에 제한되지 않는다. 쌍극성 트랜지스터는 단극성 트랜지스터로 대치될 수도 있으며, 반대 전도형의 트랜지스터가 사용될 수도 있다. 직류 전류의 통과를 허용하는 임피던스가 트랜지스터 T1및 T3의 콜렉터와 직렬로 배열될 수도 있으며, 그것에 의해 이 구성의 기본 작동이 영향을 받게 된다.

Claims (6)

  1. 입력 신호를 수신하기 위한 입력과, 출력 신호를 공급하기 위한 출력 및; 임피던스를 통해 기준 전압점에 결합된 에미터와 다이오드 접속 제 2 트랜지스터의 베이스-에미터 접합을 통해 상기 출력에 결합된 콜렉터를 가진 제 1 전도형의 제 1 트랜지스터를 포함하되, 제 2 전도형의 제 3 트랜지스터의 에미터-베이스 접합이 제 2 트랜지스터의 베이스-에미터 접합과 병렬로 배열되어 있고, 상기 제 3 트랜지스터의 콜렉터가 제 1 트랜지스터의 베이스에 결합되며 또한 이 콜렉터가 제 1 트랜지스터의 에미터에 결합된 콜렉터를 가진 제 2 전도형의 제 4 트랜지스터의 에미터-베이스 접합을 통해 상기 입력에도 결합되어 있는, 그런 전압-전류 변환기에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터가 제 1 전도형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전압-전류 변환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터의 콜렉터가 저항을 통해 상기 제 3 트랜지스터의 콜렉터에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전압-전류 변환기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 1 전도형의 제 5 트랜지스터가, 상기 제 1 트랜지스터의 콜렉터-에미터 경로와 병렬로 배열된 콜렉터-에미터 경로를 갖고 있으며, 또한 상기 입력에 결합된 베이스를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 전압-전류 변환기.
  4. 제 1 항에서 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압-전류 변환기가 한쌍의 동일한 전압-전류 변환기의 일부를 형성하며, 상기 한쌍의 변환기 각각의 제 1 트랜지스터의 에미터가 상기 변환기쌍의 다른 변환기의 임피던스에 대한 기준 전압점을 구성하는 것을 특징으로 하는 전압-전류 변환기.
  5. 제 1 항에서 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압-전류 변환기가 한쌍의 상보적인 전압-전류 변환기의 일부를 형성하며, 상기 한쌍의 변환기 각각의 제 1 트랜지스터의 에미터가 상기 변환기쌍의 다른 변환기의 임피던스에 대한 기준 전압점을 구성하는 것을 특징으로 하는 전압-전류 변환기.
  6. 제 1 항에서 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    쌍극성 트랜지스터가 단극성 트랜지스터로 대치되어 있는 것을 특징으로 하는 전압-전류 변환기.
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