JPH0125249B2 - - Google Patents

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JPH0125249B2
JPH0125249B2 JP51093419A JP9341976A JPH0125249B2 JP H0125249 B2 JPH0125249 B2 JP H0125249B2 JP 51093419 A JP51093419 A JP 51093419A JP 9341976 A JP9341976 A JP 9341976A JP H0125249 B2 JPH0125249 B2 JP H0125249B2
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JP
Japan
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transistor
voltage
current
capacitor
conversion circuit
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JP51093419A
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JPS5318362A (en
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Masataka Nakamura
Kazuo Takayama
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Denso Ten Ltd
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Denso Ten Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体インダクタンス素子に関する
ものである。
近年、電気回路の集積回路化に伴い、コイルに
代わるものとして半導体インダクタンス素子が開
発されてきている。かかる半導体インダクタンス
素子を得る方法として、 半導体中の小数キヤリア走行時間を利用した
もの トランジタのα位相回転を利用したもの RCによる位相回転を利用したもの ジヤイレータ(Gyrator)を利用したもの 負性インピーダンス変換器を利用したもの などがあるが、これまでは広い周波数範囲で高
Q、高安定なインダクタンスを実現することが困
難であつた。その原因は広帯域にわたつて正確な
位相回転を維持することができなかつたことにあ
る。また、正確な位相回転を得るために回路を複
雑にすると、トランジスタ個数が多くなりコレク
タ容量の影響が大きくなつて所期の目的が達成さ
れなくなるという問題もあつた。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので簡単に
して、かつコレクタ容量の影響しない回路構成の
高Q、高安定なジヤイレータ形半導体インダクタ
ンス素子を提供するものである。
この発明の半導体インダクタンス素子は、入力
信号源に第1の電圧−電流変換回路を接続してそ
の入力電圧に比例した電流を出力させ、該出力電
流を前記第1の電圧−電流変換回路と並列に接続
したコンデンサを通した後、該コンデンサ出力電
圧を第2の電圧−電流変換回路に印加して電流に
変換し、該変換出力電流を前記入力信号源に帰還
することにより、該信号源から見た入力インピー
ダンスが実質的にインダクタンスを呈するように
した半導体インダクタンス素子において、前記第
1の電圧−電流変換回路が、入力信号源に接続さ
れてかつエミツタホロアを形成する第1のトラン
ジスタと、前記コンデンサに接続されるベース接
地型の第2のトランジスタと、前記第1のトラン
ジスタのエミツタと第2のトランジスタのエミツ
タとの間に接続された抵抗で構成され、前記第2
の電圧−電流変換回路が、第3のトランジスタで
構成され、該第3のトランジスタのエミツタと接
地との間に抵抗と該第3のトランジスタのコレク
タベース間容量にほぼ等しい値を有するコンデン
サの並列回路を接続したことを特徴とするもので
ある。
以下、この発明の好ましい実施例を図面を参照
して詳細に説明する。
第1図はこの発明に係るジヤイレータ型半導体
インダクタンス素子の原理を説明するためのブロ
ツク図であつて、入力端子1,2間に供給される
入力信号電圧は第1の電圧−電流変換回路3で電
圧に比例する電流に変換され、さらにコンデンサ
4により積分され、入力電圧に対しπ/2位相の
遅れた電圧として取出される。該コンデンサ出力
電圧は第2の電圧−電流変換回路5により電流に
変換されるとともに、位相を反転されて前記入力
端子1に帰還される。このブロツク図において、
ジヤイレータはコンデンサ4を削除し、第1の電
圧−電流変換回路3の出力と第2の電圧−電流変
換回路5の入力に共通な端子(参照番号を6とす
る)を設けたものに他ならない。即ち、端子1に
入力される信号は第1の電圧−電流変換回路3を
介して端子6から出力され、また端子6から入力
される信号は第2の電圧−電流変換回路5を介し
て端子1から出力される。ここで、第1、第2の
電圧−電流変換回路3,5の変換係数を夫々G3
G5、端子1に流れる電流及びその電圧を夫々I1
V1、そして端子6に流れる電流、及びその電圧
を夫々I6,V6とすると、 I6=−G3V1 I1=G5V6 が成立し、これを基本行列Fで表すと、 F=0 1/G3 G5 0 となる。これはジヤイレータの基本行列Fに他な
らない。ジヤイレータ型インダクタンス素子とは
ジヤイレータを応用して端子6を削除し、コンデ
ンサ4を追加したものである。
この結果、入力端子1,2間の電圧−電流の位
相関係は、流入電流が印加電圧に比べてπ/2位
相遅れとなり、従つて入力端子1,2間は等価イ
ンダクタンスを呈することになるわけである。こ
の半導体インダクタンスの原理を具体化した例に
ついて、以下第2図を用いて説明する。
第2図は、この発明に係るインダクタンス素子
の基本的実施例を示す交流等価回路であり、図に
おいて、第1のトランジスタ11のベースを入力
端子12に、コレクタをアース端に、エミツタを
第1の抵抗13にそれぞれ接続する。第1の抵抗
13の他端は第2のトランジスタ14のエミツタ
に接続され、かつ該第2のトランジスタ14のベ
ースは接地されている。これらの回路素子は前記
第1の電圧−電流変換回路3を構成し、しかも第
1及び第2のトランジスタが共に理想電圧−電流
変換器を構成するために、第2のトランジスタ1
4の出力電流には位相遅れがほとんど生ぜず、か
つその値は入力電流に等しい。
しかして、前記第2のトランジスタ14のコレ
クタは積分機能として働く第1のコンデンサ15
に接続され、かつコンデンサ15の他端は接地さ
れている。該コンデンサ15によつて第2のトラ
ンジスタ14の出力電流は、π/2位相の遅れた
電圧に変換される。また、該コンデンサ15と第
2のトランジスタ14のコレクタとの接続点には
第3のトランジスタ16のベースが接続されてお
り、かつ該第3のトランジスタ16のエミツタは
第2の抵抗17と第2のコンデンサ18の並列回
路を介して接地されている。該第3のトランジス
タ16は第2の電圧−電流変換回路5を構成し、
前記第1のコンデンサ15から出力される電圧を
電流に変換するが、また同時に位相反転機能も兼
ね備えるためにその出力電流は位相反転され、結
局第3のトランジスタ16の出力電流は第2のト
ランジスタ14の出力電流に比しπ/2位相が進
んだものとなる。ここで、前記第2のコンデンサ
18は第3のトランジスタ16のコレクタベース
間容量によつて生ずる位相遅れの影響を補償する
ために設けられたものであつて、前記コレクタベ
ース間容量と同程度の値のものを用いるのが好ま
しい。
前記第3のトランジスタ16の出力電流は、定
電流回路を介して上記入力端子12に帰還され
る。該定電流回路はベース接地型の第4のトラン
ジスタ19からなり、かつそのエミツタが前記第
3のトランジスタ16のコレクタに、コレクタが
前記入力端子12にそれぞれ接続されている。こ
の第2図においてジヤイレータはコンデンサ1
5,18を削除し、トランジスタ14のコレクタ
及びトランジスタ16のベースに共通な入出力端
子(参照番号を20とする)を設けることにより構
成される。この構成は第1図におけるジヤイレー
タと同様であり、端子12に流れる電流及びその
電圧を夫々I12,V12、端子20に流れる電流及び
その電圧を夫々I20,V20、そして抵抗13,17
の抵抗値を夫々、R1,Rsとすると I20=−1/R1・V12 I12=1/Rs・V2
となり、これを基本行列Fで表すと、 F=0 R1 1/Rs 0 となる。これは、ジヤイレータの基本行列Fに他
ならない。本発明は、このジヤイレータを応用し
たものであり、コンデンサ15,18を設け、コ
ンデンサ18によりトランジスタ16のコレクタ
ベース間容量による影響を補償している。
かくして、入力端子12には入力電圧の位相よ
りπ/2遅れた電流が流入することになり、従つ
て入力端子12から見た入力インピーダンスは誘
導性インピーダンス、すなわち等価インダクタン
スを呈することが明らかであろう。該入力インピ
ーダンスを、第3図の等価回路によつて以下のと
おり算出する。
第3図において、第1および第2の抵抗13お
よび17の抵抗値をR1およびRs、第1および第
2のコンデンサ15および18の容量値をCおよ
びCs、第3のトランジスタ16のコレクタベー
ス間容量をCcとし、また入力端子−間の電
圧をV1、入力端子に流れる電流をI1、第1の抵
抗13を流れる電流をI2、第3のトランジスタ1
6のエミツタ電流をI3、ならびに前記コレクタベ
ース間容量に流れる電流をI4とすれば、各閉路
○イ,○ロおよび○ハにおける電圧平衡式は次のように
なる。
閉路○イに関し、 V1=R1I2 …(1) 閉路に○ロに関し、 1/jωC(I2+I4)=〔Rs/1+jωCsRs〕I3 …(2) 接点に関し、 I1=I3+I4 …(3) 閉路に○ハに関し、 1/jωCc・I4+1/jωC(I2+I4)=0 …(4) 上の(1)〜(4)式を整理し、マトリツクスを用いて
置換えると次のように書ける。
(5)式よりI1を求めると、 I1=−V1/△・C{1+jω(Cs−Cc)Rs}…(6) ここで△は、 △=−jωC(C+Cc)RsR1 …(7) 上の(6)および(7)式から入力端子−間の入力
アドミタンスYinは、 Yin=I1/V1=C{1+jω(Cs−Cc)Rs}/jωC(C
+Cc)RsR1=Cs−Cc/(C+Cc)R1+1/jω(C+Cc
)RsR1=Ge+1/jωLe…(8) 但し、 Ge={(C+Cc)R1/Cs−Cc}-1, Le=(C+Cc)RsR1 この(8)式から明らかなように、入力アドミタン
スYinは、(C+Cc)R1/Cs−Ccの等価抵抗と(C+Cc
) RsR1の等価インダクタンスを含み、第4図の近
似等価回路のように表せる。なお、上の(8)式にお
いて、CsとCcとの関係は前述したように、Cs≒
Ccに設定したことから等価抵抗1/Geはほぼ無
限大に等しく、従つて入力アドミタンスYinは、 Yin=1/jωLe とすることができる。ゆえに、入力インピーダン
スZinは、 Zin=jωLe=jω(C+Cc)RsR1 となり、純粋の等価インダクタンスを呈すること
になる。
これで、この発明に係る能動回路からインダク
タンス素子が得られることが明らかにされた。な
お、この場合の等価インダクタンスの性能指数Q
は(9)式で表される。
Q=1/ω(Cs−Cc)Rs …(9) ここで、この発明によれば、CsとしてPN接合
の容量を利用することによつて、温度変化による
Ccの変化にCsを追随させうる、換言すれば使用
トランジスタの寄生素子による位相回転をほぼ完
全に補償することが可能であり、安定した高いQ
を得ることができる。因みに、従来の半導体イン
ダクタンス素子では、正抵抗回路を付加すること
によつて、使用トランジスタに生ずる負性抵抗を
打消すよう構成しているが、この発明によれば上
記で明らかにしたように、前記負性抵抗回路を全
く必要としない。
本発明者らは第5図の回路を用いて、この発明
に係る半導体インダクタンス素子の、信号周波数
に対するQの変化の基礎実験を行つた。その結
果、200〔μH〕の等価インダクタンスを得るとと
もに、154〔PF〕の同調容量(図示せず)を外付
けした回路構成において、中波帯域の周波数に対
し110〜150の高いQが安定して得られることが認
められた。第5図の実験回路は、集積回路化を考
慮して必要以上のコンデンサ使用をなくし、また
回路をより安定化するためにダーリントン接続回
路、定電圧および定電流化された直流バイアス源
を採用して構成されている。第5図において、第
1および第3のトランジスタ11,16がダーリ
ントン接続回路で構成され、第5および第6のト
ランジスタ21,22を含む周辺回路が定電圧化
直流バイアス供給回路を、第7および第8のトラ
ンジスタ23,24を含む周辺回路が定電流化直
流バイアス供給回路をそれぞれ構成する。
以上の説明から明らかなように、この発明によ
れば、コンデンサによる位相遷移を利用するとと
もに、使用トランジスタの定数に影響されない回
路構成とすることにより、負性抵抗回路なしで高
いQの等価インダクタンスを得ることができ、し
かも該負性抵抗回路がないことからバイアスに対
する安定度が高く、また回路を極めて簡単化する
ことができる。さらに、集積回路化が容易である
等優れた実用的効果を奏する。
よつて、この発明の半導体インダクタンス素子
をラジオ受信機の同調回路や発振器に応用すれば
装置を小型化する上に極めて有利である。
なお、この発明における第2の電圧−電流変換
回路としては、上述の実施例のようなバイポーラ
型トランジスタに限らず、電界効果型トランジス
タの使用も可能である。
また、第2図に示す回路を、第6図に示すよう
にコンデンサ15(第2図)を取り去り、第2お
よび第3のトランジスタ14,16のコレクタと
ベース接続点に第2の端子20を付加した回路構
成に変形すればジヤイレータとして用いることが
できる。従つてこの図において、第2の端子20
にこれと接地との間でコンデンサを接続してやれ
ば第1の端子12から見て等価インダクタンスが
得られるのは当然であるが、さらに第1の端子に
これと接地との間でコンデンサを接続すれば、こ
の端子を入力端、第2の端子20を出力端とした
周波数選択増幅器を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明に係る半導体インダクタンス素
子を示すものであつて、第1図はその原理図、第
2図はその基本実施例を示す回路図、第3図は第
2図の交流等価回路図、第4図は第2図の等価回
路を示す図、第5図はその実験回路を示す図、第
6図はその応用実施例を示す回路図である。 図中、1および2は入力端子、3は第1の電圧
−電流変換回路、4は積分回路、5は第2の電圧
−電流変換回路、11,14,16,19,2
1,22,23および24は第1〜第8のトラン
ジスタ、13および17は抵抗、15および18
はコンデンサ、Leは等価インダクタンスをそれ
ぞれ示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 入力信号源に第1の電圧−電流変換回路を接
    続してその入力電圧に比例した電流を出力させ、
    該出力電流を前記第1の電圧−電流変換回路と並
    列に接続したコンデンサを通した後、該コンデン
    サ出力を第2の電圧−電流変換回路に印加して電
    流に変換し、該変換出力を前記入力信号源に帰還
    することにより、該信号源から見た入力インピー
    ダンスが実質的にインダクタンスを呈するように
    した半導体インダクタンス素子において、前記第
    1の電圧−電流変換回路が、入力信号源に接続さ
    れてかつエミツタホロアを形成する第1のトラン
    ジスタと、前記コンデンサに接続されるベース接
    地型の第2のトランジスタと、前記第1のトラン
    ジスタのエミツタと第2のトランジスタのエミツ
    タとの間に接続された抵抗で構成され、前記第2
    の電圧−電流変換回路が、第3のトランジスタで
    構成され、該第3のトランジスタのエミツタと接
    地との間に抵抗と該第3のトランジスタのコレク
    タベース間容量にほぼ等しい値を有するコンデン
    サの並列回路を接続したことを特徴とする半導体
    インダクタンス素子。 2 第2の電圧−電流変換回路が電界効果型トラ
    ンジスタからなることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の半導体インダクタンス素子。
JP9341976A 1976-08-04 1976-08-04 Semiconductor inductance element Granted JPS5318362A (en)

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JPS5318362A JPS5318362A (en) 1978-02-20
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2714269B2 (ja) * 1991-04-30 1998-02-16 三洋電機株式会社 等価インダクタンス回路
JP2991284B2 (ja) * 1996-06-17 1999-12-20 日本電気株式会社 等価インダクタンス回路

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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IEEE TRANSACTION ON CIRCUIT TKEORY=1968 *

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