JPH06347493A - 交流電圧信号の整流用回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２つのトランジスタから構成されかつ両方の
入力端に交流電圧信号を供給される差動増幅段により信
号源の交流電圧信号を整流する回路装置が，小さい供給
電圧で確実に動作し，小さい電流しか消費しないように
する。 【構成】 ２つの非対称な差動増幅段Ｔ_１，Ｔ_２；
Ｔ_３，Ｔ_４が，交流電圧信号を供給する共通な信号源４
から給電され，非対称性を考慮して，両方の差動増幅段
Ｔ_１，Ｔ_２；Ｔ_３，Ｔ_４が信号源４に異なる向きに接続
されている。これに反し両方の差動増幅段の出力端Ａ
_ｃ１，Ａ_ｃ２；Ａ_ｃ３，Ａ_ｃ４は，非対称を考慮して同
じ向きに接続されて，動作抵抗Ｒ_１，Ｒ_２を形成する出
力回路６ａに接続され，この出力回路６ａの出力端
Ａ_１，Ａ_２が，近似的に２乗特性を持つ整流された交流
電圧信号Ｕ_Ａを供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，信号源により発生され
る交流電圧信号を整流する回路装置が，少なくとも１つ
の第１及び第２のトランジスタから構成される差動増幅
段を持ち，この差動増幅段の両方の入力端へ交流電圧信
号が供給される，交流電圧信号の整流用回路装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】このような回路装置は，Ｕ．Ｔｉｅｔｚ
ｅ ｕｎｄ Ｃｈ．Ｓｃｈｅｎｋの″Ｈａｌｂｌｅｉｔ
ｅｒｓｃｈａｌｔｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ″，Ｓｐｒｉ
ｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，１９７８，４．Ａｕｆｌａｇ
ｅ，Ａｂｂｉｌｄｕｎｇ ２５．１３から公知である。
この回路装置では，差動増幅段の１つのトランジスタへ
交流電圧信号が供給され，第２のトランジスタのベース
電極は基準電位にある。差動増幅段の両方のトランジス
タのコレクタ電位は２つの並列接続されているエミツタ
ホロワへ供給されるので，正のコレクタ電位が出力端へ
伝達される。

【０００３】更にＣ．Ｔａｍａｚｏｕ，Ｆ．Ｊ．Ｌｉｄ
ｇｅｙ ａｎｄ Ｄ．Ｇ．Ｈａｉｇｈの″Ａｎａｌｏｇ
ＩＣ ｄｅｓｉｇｎ：ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ−ｍｏ
ｄｅａｐｐｒｏａｃｈ″，Ｐｅｔｅｒ Ｐｅｒｅｇｒｉ
ｎｕｓ Ｌｔｄ． Ｌｏｎｄｏｎ，１９９０，Ｆｉｇ．
２．１０から，別の交流電圧信号の整流用回路装置が公
知であり，その整流された信号がほぼ２乗特性を持つて
いる。この回路が図５に示され，３つのｎｐｎトランジ
スタＴ_７，Ｔ_８及びＴ_９により構成されている。中央ト
ランジスタＴ_８のエミツタ面積は他の両方のトランジス
タＴ_７及びＴ_９のエミツタ面積よりｎ倍大きい。これら
３つのトランジスタのエミツタ電極は，電流Ｉ_１を供袷
するただ１つの定電流源から給電される。トランジスタ
Ｔ_７とＴ_８又はＴ_８とＴ_９のベース間には，同じ抵抗値
を持つそれぞれ１つの抵抗Ｒ_７又はＲ_８が接続されてい
る。従つて信号源４から供給される交流電圧信号Ｕ
_Ｅは，トランジスタＴ_７のベース電極へ直接供給される
が，トランジスタＴ_８へは半分しか供給されない。トラ
ンジスタＴ_７及びＴ_９のコレクタ電極は直接動作電圧源
Ｕ_Ｂに接続され，中央トランジスタＴ_８のコレクタ電極
は動作抵折Ｒ_９を介して動作電圧源Ｕ_Ｂに接続されてい
る。

【０００４】この回路の動作を図６のＵ_Ｅ−Ｉ_Ｃ線図に
ついて以下に説明する。トランジスタＴ_８とＴ_７又はＴ
_８とＴ_９の面積比ｎにより，不動作状態でトランジスタ
Ｔ_８のＩ_１・ｎ／（ｎ＋２）のコレクタ電流Ｉ_Ｃ８が動
作抵抗Ｒ_９を通つて流れる。これは，図６の線図におい
て曲線Ｉ_Ｃ８と縦軸との交点である。

【０００５】これに反し，入力電圧Ｕ_Ｅ＝０では，トラ
ンジスタＴ_７又はＴ_９は，図６の曲線Ｉ_Ｃ７又はＩ_Ｃ９
で示すように，電流の増大する部分を引受ける。しかし
電流Ｉ_Ｃ８は減少し，入力電圧Ｕ_Ｅが値０の範囲（図６
の範囲ｄ）では，この電流Ｉ_Ｃ８の推移は２次の放物線
により近似される。従つてトランジスタＴ_８のコレクタ
の電圧は不動作値に対して上昇する。これは２乗特性を
持つ交流電圧信号Ｕ_Ｅの整流に相当する。

【０００６】しかし図５によるこの公知の回路では，両
方の抵折Ｒ_７及びＲ_８の電力消費が欠点である。更にこ
の回路の確実な動作は大きい入力電圧Ｕ_Ｅを必要にす
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は，小さ
い供給電圧で確実に動作し，更に僅かな電流しか消費し
ない，最初にあげた種類の回路装置を提示することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明によれば、第２の差動増幅段が設けられ，両方の
差動増幅段が非対称又は対称に構成されるが，機能的に
は適当なオフセツト電圧により非対称にされている。こ
れら両方の差動増幅段は，その非対称性を考慮して，異
なる向きで信号源に接続されるが，出力端は非対称性を
考慮して同じ向きに接続される。出力端は，整流された
交流電圧信号を供給する出力回路に接続されている。

【０００９】

【発明の効果】本発明による回路装置は，図５による回
路装置に対して，入力側分圧器がないため，同じ特性曲
線において，確実な動作のために半分の入力電圧しか必
要としないという利点を持つている。本発明によるこの
回路装置は，整流ダイオードで構成される普通のブリツ
ジ回路より著しく速く動作する。

【００１０】別の利点は，本発明による回路装置の出力
特性曲線は零点の範囲で近似的に２乗特性を持つてい
る。なぜならば，これにより電力に比例する量が存在す
るからである。

【００１１】

【実施態様】本発明による回路装置の有利な構成では，
両方の差動増幅段の非対称性が，これらの差動増幅段に
属するトランジスタの面積比又は幅比により生ずる。

【００１２】本発明の別の有利な構成では，両方の差動
増幅段の非対称性が，整流すべき交流電圧信号に重畳さ
れる補助電圧により生ずる。従つて差動増幅段は，エミ
ツタの面積比による代りに，外部のオフセツト電圧によ
り非対称にされ，本発明の有利な構成によれば，このオ
フセツト電圧が前置差動増幅段の動作抵抗のタツプを介
して生ずる。本発明の他の構成では，片側のエミツタ抵
抗により生ずる。対称に構成されるこのような差動増幅
段の使用は，同じトランジスタを使用できるという利点
を生ずる。

【００１３】更に本発明による回路装置では，出力回路
が差動増幅段の出力端にそれぞれ接続される２つのオー
ム動作抵抗を含んでいる。この場合回路装置の不動作状
態で合成出力電流が値０をとるようにするため，両方の
動作抵抗のコンダクタンスが，差動増幅段の非対称性の
値に等しい値の比に選ばれている。

【００１４】更に両方の出力端が電流鏡回路を介して接
続され，本発明の別の構成によれば，差動増幅段の非対
称性を形成する値に一致するように，電流鏡回路の鏡係
数が設定されるので，この場合も不動作電流は値０をと
る。同時に出力電流の２乗成分の和も有利に得られる。

【００１５】

【実施例】図面に示されている実施例により，本発明を
以下に説明する。

【００１６】図１による回路装置は，ｎｐｎトランジス
タＴ_１とＴ_２又はＴ_３とＴ_４により構成される２つの差
動増幅段を示している。信号源４は入力電圧として交流
電圧信号Ｕ_Ｅを発生し，この交流電圧信号が両方の差動
増幅段へ同時に供給される。両方の差動増幅段におい
て，それぞれ１つのトランジスタＴ_１又はＴ_３が，それ
ぞれの相手トランジスタＴ_２又はＴ_４のエミツタ面積よ
りｎ倍大きいエミツタ面積を持つように構成され，これ
は図にエミツタの二重矢印で示されている。差動増幅段
Ｔ_１，Ｔ_２は２つの入力端Ｅ_１及びＥ_２を持ち，これら
の入力端は信号源４のそれぞれの端子に接続されてい
る。これに反し第２の差動増幅段Ｔ_３，Ｔ_４は，第１の
差動増幅段Ｔ_１，Ｔ_２に対して非対称性を考慮して，入
力端Ｅ_３及びＥ_４を異なる向きに信号源４に接続されて
いる。従つて大きい方のトランジスタＴ_３の出力端
Ｅ_３，第１の差動増幅段Ｔ_１，Ｔ_２の対応する大きい方
のトランジスタＴ_１と同じように信号源４の端子に接続
されず，小さい方のトランジスタＴ_２の入力端Ｅ_２が接
続される信号源４の端子に接続されている。同じように
第２差動増幅段Ｔ_３，Ｔ_４の小さい方のトランジスタの
入力端Ｅ_４も，第１の差動増幅段Ｔ_１，Ｔ_２の大きい方
のトランジスタＥ_１が接続される信号源４の端子に接続
されている。

【００１７】これに反し両方の差動増幅段のコレクタ端
子Ａ_ｃ１及びＡ_ｃ２又はＡ_ｃ３及びＡ_ｃ４は，非対称性
を考慮して同じ向きに接続され，即ち第１の差動増幅段
Ｔ_１，Ｔ_２の大きい方のトランジスタＴ_１のコレクタ端
子Ａ_ｃ１は，第２の差動増幅段Ｔ_３，Ｔ_４の大きい方の
トランジスタＴ_３のコレクタ端子Ａ_ｃ３に接続されて，
第１の出力端Ａ_１を形成し，同じようにそれぞれ小さい
方のトランジスタＴ_２及びＴ_４のコレクタ端子Ａ_ｃ２及
びＡ_ｃ４も，第２の出力端Ａ_２となるようにまとめられ
ている。

【００１８】これら両方の出力端Ａ_１及びＡ_２には，第
１及び第２のオーム動作抵抗Ｒ_１及びＲ_２を持つ出力回
路６ａが接続され，この出力回路は一方で第１及び第２
の出力端Ａ_１及びＡ_２に接続され，他方で正の動作電圧
Ｕ_Ｂの電位にある。

【００１９】両方の出力端Ａ_１及びＡ_２から，一緒に接
続される両方のコレクタの電位の差である出力電圧Ｕ_Ａ
が取出し可能である。

【００２０】各差動増幅段Ｔ_１，Ｔ_２又はＴ_３，Ｔ
_４は，負の動作電圧−Ｕ_Ｂの電位にある定電流源１又は
２から給電される。従つて第１の差動増幅段Ｔ_１，Ｔ_２
には定電流Ｉ_１が流入し，第２の差動増幅段Ｔ_３，Ｔ_４
には定電流Ｉ_２が流入する。

【００２１】次に図１による本発明の回路装置の作用
を，図４のａ）〜ｃ）によるＵ_Ｅ−Ｉ_Ｃ特性曲線に関連
して説明する。不動作状態従つて交流電圧信号Ｕ_Ｅ＝０
では，流入する電流Ｉ_１又はＩ_２は面積比ｎに応じて分
配される。それにより出力端Ａ_１には，第１の差動増幅
段Ｔ_１，Ｔ_２からの電流Ｉ_Ｃ１と，第２の差動増幅段Ｔ
_３，Ｔ_４からの電流Ｉ_Ｃ３とが流入する。 Ｉ_Ｃ１＋Ｉ_Ｃ３＝ｎ（Ｉ_１＋Ｉ_２）／（ｎ＋１） これに反し第２の出力端Ａ_２には，小さい方の相手トラ
ンジスタＴ_２及びＴ_４の両方のコレクタ電流Ｉ_Ｃ２及び
Ｉ_Ｃ４の和が流入する。 Ｉ_Ｃ２＋Ｉ_Ｃ４＝（Ｉ_１＋Ｉ_２）／（ｎ＋１） Ｕ_Ｅ＝０における電流の値が図４のａ）及びｂ）にも示
されている。両方の抵抗Ｒ_１及びＲ_２のコンダクタンス
の比が，両方の差動増幅段のトランジスタの面積比に等
しく選ばれると，出力端には値０の不動作電流が現われ
る。

【００２３】正の制御では，第１の差動増幅段Ｔ_１，Ｔ
_２においてトランジスタＴ_１のコレクタ電流Ｉ_Ｃ１が更
に増大し，相手トランジスタＴ_２のコレクタ電流Ｉ_Ｃ２
が更に減少し，これに反し第２の差動増幅段Ｔ_３，Ｔ_４
の大きい方のトランジスタＴ_３のコレクタ電流Ｉ
_Ｃ３が，信号源４への異なる向きの接続のため減少し，
相手トランジスタＴ_４のコレクタ電流Ｉ_Ｃ４が増大す
る。対応する特性曲線が図４のａ）に示されている。両
方の出力端Ａ_１及びＡ_２へそれぞれ供給される和電流Ｉ
_Ａ１及びＩ_Ａ２の推移が図４のｂ）からわかる。こうし
て両方の出力端Ａ_１及びＡ_２は，Ｕ_Ｅ＝０の範囲で近似
的に２乗の特性を持つ同じ向きの交流電圧信号を供給す
る。出力電圧Ｕ_Ａは両方の出力端Ａ_１及びＡ_２に存在す
る電位の差であり，図４のｃ）に示され，Ｕ_Ｅ＝０の近
くでは，近似的に放物線状の推移が得られる。

【００２４】図１による回路装置は，非常に大きい制御
では，図４のｂ）からわかるように，出力電流Ｉ_Ａ１及
びＩ_Ａ２の値が入力電圧Ｕ_Ｅの極性に関係なく等しくな
るという特徴を持つている。

【００２５】図２は，出力回路６ｂのみが異なる回路装
置を示している。この出力回路６ｂは，２つのｐｎｐト
ランジスタＴ_７及びＴ_８を持つ電流鏡回路，及び直流電
圧源５と出力抵抗Ｒａとから成る後続段の等価回路を含
んでいる。ダイオードとして接続されるトランジスタＴ
_７は第１の出力端Ａ_１に接続され，電源トランジスタＴ
_８は第２の出力端Ａ_２に接続されている。更に直流電圧
源５と出力抵抗Ｒａから成る直列回路は，電流鏡回路の
電源トランジスタＴ_８のエミツタ−コレクタ区間を橋絡
している。電流鏡回路を形成するトランジスタＴ_７及び
Ｔ_８のエミツタ電極は，動作電圧源Ｕ_Ｂの正の電位に接
続されている。この電流鏡回路では，鏡値は差動増幅段
Ｔ_１，Ｔ_２又はＴ_３，Ｔ_４の面積比ｎに等しく，それに
より不動作電流は値０に補償され，即ち入力電圧Ｕ_Ｅ＝
０では，出力抵抗Ｒａを通つて値０の出力電流Ｉ_Ａが流
れる。その電流の推移が図４のｄ）及びｅ）に示されて
いる。ｅ）による出力電流Ｉ_Ａも値Ｕ_Ｅ＝０の入力電圧
の範囲で近似的に放物線の曲線を持ち，両方の出力電流
Ｉ_Ａ１及びＩ_Ａ２の２乗成分が加算されている。

【００２６】図３に示す本発明の実施例では，両方の差
動増幅段Ｔ_１，Ｔ_２及びＴ_３，Ｔ_４がそれぞれ同じトラ
ンジスタから構成されている。これら両方の差動増幅段
における非対称性は，分圧器Ｒ_３，Ｒ_４又はＲ_５，Ｒ_６
によりそれぞれ生ずる補助電圧Ｕ_Ｈ１又はＵ_Ｈ２によつ
て得られる。これら両方の分圧器は，ｎｐｎトランジス
タＴ_５及びＴ_６から構成される第３の差動増幅段の動作
抵抗である。ここで信号源４はトランジスタＴ_５及びＴ
_６のベースに直接接続され，これらのトランジスタのエ
ミツタ電極は第３の定電流源３から給電される。出力回
路として図１による出力回路６ａ又は図２による出力回
路６ｂを使用することができる。

【００２７】図１〜３による本発明の実施例は，逆の導
電型を持つバイポーラトランジスタからも構成すること
ができる。

【００２８】図に示す実施例による簡単な構造の差動増
幅段を使用する代りに，例えばダーリントン差動増幅
段，相補差動増幅段又はダーリントン相補差動増幅段の
ような複雑に構成される差動増幅段も使用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例としての回路装置の接続図であ
る。

【図２】図１による実施例の別の出力回路の接続図であ
る。

【図３】本発明の別の実施例としての回路装置の接続図
である。

【図４】本発明による回路装置の作用を説明するための
電流−電圧特性曲線図である。

【図５】従来の回路装置の接続図である。

【図６】図５による回路装置の電流−電圧特性曲線図で
ある。

【符号の説明】

１，２ 定電流源 ４ 信号源 ６ａ，６ｂ 出力回路 Ａ_１，Ａ_２ 出力端 Ａ_ｃ１〜Ａ_ｃ４ 出力端 Ｅ_１〜Ｅ_４ 入力端 Ｉ_１，Ｉ_２ 一定電流 Ｔ_１〜Ｔ_４ トランジスタ Ｕ_Ａ 整流された交流電圧信号 Ｕ_Ｅ 交流電圧信号

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号源（４）により発生される交流電圧
   信号（Ｕ_Ｅ）を整流する回路装置が，少なくとも１つの
   第１及び第２のトランジスタ（Ｔ_１，Ｔ_２）から構成さ
   れる差動増幅段を持ち，この差動増幅段の両方の入力端
   （Ｅ_１，Ｅ_２）へ交流電圧信号（Ｕ_Ｅ）が供給されるも
   のにおいて， ａ）第３及び第４のトランジスタ（Ｔ_３，Ｔ_４）から構
   成される第２の差動増幅段が設けられ， ｂ）両方の差動増幅段がそれぞれほぼ一定の電流
   （Ｉ_１，Ｉ_２）を供給され，これら両方の電流（Ｉ_１，
   Ｉ_２）が同じであり， ｃ）両方の差動増幅段が非対称に構成され， ｄ）非対称性を考慮して，第２の差動増幅段の両方の入
   力端（Ｅ_３，Ｅ_４）が，第１及び第２のトランジスタ
   （Ｔ_１，Ｔ_２）から構成される第１の差動増幅段に対し
   て異なる向きに信号源（４）に接続され， ｅ）非対称性を考慮して，両方の差動増幅段の出力端
   （Ａ_ｃ１，Ａ_ｃ２；Ａ_ｃ３，Ａ_ｃ４）が，それぞれ１つ
   の出力端（Ａ_１，Ａ_２）を形成して同じ向きに接続さ
   れ， ｆ）両方の差動増幅段に対して１つの出力回路（６ａ，
   ６ｂ）が設けられて，整流された交流電圧信号（Ｕ_Ａ）
   を形成することを特徴とする，交流電圧信号の整流用回
   路装置。
2. 【請求項２】 信号源（４）により発生される交流電圧
   信号（Ｕ_Ｅ）を整流する回路装置が，少なくとも１つの
   第１及び第２のトランジスタ（Ｔ_１，Ｔ_２）から構成さ
   れる差動増幅段を持ち，この差動増幅段の両方の入力端
   （Ｅ_１，Ｅ_２）へ交流電圧信号（Ｕ_Ｅ）が供給されるも
   のにおいて， ａ）第３及び第４のトランジスタ（Ｔ_３，Ｔ_４）から構
   成される第２の差動増幅段が設けられ， ｂ）両方の差動増幅段がほぼ一定の電流（Ｉ_１，Ｉ_２）
   を供給され，これら両方の電流（Ｉ_１，Ｉ_２）が同じで
   あり， ｃ′）両方の差動増幅段が対称に構成され，適当なオフ
   セツト電圧により機能的に非対称にされ， ｄ）非対称性を考慮して，第２の差動増幅段の両方の入
   力端（Ｅ_３，Ｅ_４）が，第１及び第２のトランジスタ
   （Ｔ_１，Ｔ_２）から構成される第１の差動増幅段に対し
   て異なる向きに信号源（４）に接続され， ｅ）非対称性を考慮して，両方の差動増幅段の出力端
   （Ａ_ｃ１，Ａ_ｃ２；Ａ_ｃ３，Ａ_ｃ４）が，それぞれ１つ
   の出力端（Ａ_１，Ａ_２）を形成して同じ向きに接続さ
   れ， ｆ）両方の差動増幅段に対して１つの出力回路（６ａ，
   ６ｂ）が設けられて，整流された交流電圧信号（Ｕ_Ａ）
   を形成することを特徴とする，交流電圧信号の整流用回
   路装置。
3. 【請求項３】 両方の差動増幅段の非対称性が，これら
   の差動増輻段に属するトランジスタ（Ｔ_１，Ｔ_２；
   Ｔ_３，Ｔ_４）の面積比又は幅比により生ずることを特徴
   とする，請求項１に記載の回路装置。
4. 【請求項４】 両方の差動増幅段の非対称性が，交流電
   圧信号（Ｕ_Ｅ）に重畳される補助電圧（Ｕ_Ｈ１，
   Ｕ_Ｈ２）により生ずることを特徴とする，請求項２に記
   載の回路装置。
5. 【請求項５】 第５及び第６のトランジスタ（Ｔ_５，Ｔ
   _６）を持つ第３の差動増幅段が設けられて，信号源
   （４）により制御され，補助電圧（Ｕ_Ｈ１，Ｕ_Ｈ２）が
   この第３の差動増幅段の動作抵抗（Ｒ_３，Ｒ_４；Ｒ_５，
   Ｒ_６）にあるタツプを介して得られることを特徴とす
   る，請求項４に記載の回路装置。
6. 【請求項６】 両方の差動増幅段の非対称性が片側のエ
   ミツタ抵抗により生ずることを特徴とする，請求項２に
   記載の回路装置。
7. 【請求項７】 出力回路（６ａ）が，差動増幅段の出力
   端（Ａ_１，Ａ_２）にそれぞれ接続される２つのオーム動
   作抵抗（Ｒ_１，Ｒ_２）を含んでいることを特徴とする，
   請求項１ないし６の１つに記載の回路装置。
8. 【請求項８】 両方の動作抵抗（Ｒ_１，Ｒ_２）のコンダ
   クタンスが，差動増幅段の非対称性の値に等しい値の比
   に選ばれていることを特徴とする，請求項７に記載の回
   路装置。
9. 【請求項９】 出力回路が電流鏡回路（Ｔ_７，Ｔ_８）を
   含み，両方の出力端（Ａ_１，Ａ_２）がこの電流鏡回路
   （Ｔ_７，Ｔ_８）を介して接続されていることを特徴とす
   る，請求項１ないし６の１つに記載の回路装置。
10. 【請求項１０】 電流鏡回路（Ｔ_７，Ｔ_８）が，差動増
    幅段の非対称性を形成する値に一致する鏡係数を持つて
    いることを特徴とする，請求項９に記載の回路装置。