JPH0145671B2 - - Google Patents

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JPH0145671B2
JPH0145671B2 JP55007782A JP778280A JPH0145671B2 JP H0145671 B2 JPH0145671 B2 JP H0145671B2 JP 55007782 A JP55007782 A JP 55007782A JP 778280 A JP778280 A JP 778280A JP H0145671 B2 JPH0145671 B2 JP H0145671B2
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JP
Japan
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amplifier
light
inverting
input
photocoupler
Prior art date
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JP55007782A
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English (en)
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JPS56105559A (en
Inventor
Yoshitoshi Yamauchi
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06GANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor
    • G06G7/16Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for multiplication or division
    • G06G7/163Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for multiplication or division using a variable impedance controlled by one of the input signals, variable amplification or transfer function

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  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Networks Using Active Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は複合フオトカプラと反転増幅器を利
用したアナログ演算器に関する。
従来のアナログ演算器としての乗算器又は除算
器は、乗数、被乗数又は除数、被除数を夫々対数
変換してから加算又は減算し、その結果を逆対数
変換して乗算又は除算を行なうようにしていた。
そのため、アナログ乗算器又は除算器は、夫々
基本的に少なくとも2個の対数変換器と1個の加
算器又は減算器および1個の逆対数変換器という
4機能を備える必要があり、それだけでも構成が
複雑になる。
また、対数変換器および逆対数変換器は、いず
れも温度変化に対してドリフトが生じ易く、高精
度の演算を行なうためには温度補償回路が必要に
なり、極めて複雑な構成になるという問題があ
る。
したがつて、また乗算と除算を行なうことがで
きるアナログ乗除算器は、その構成が一段と複雑
になることは明らかである。
この発明は上記の問題を解消するためになされ
たものであり、複数の入力電圧によつて直接乗算
又は除算の演算を行なうことができ、しかも特別
な温度補償回路を設けなくても温度による影響が
補償されて、高精度な演算を行なえるようにする
ことを目的とする。
この発明は上記の目的を達成するため、一つの
容器内に、1個の発光素子と同一ペレツト上に近
接して形成した増幅率及び温度ドリフトが略等し
い第1、第2の受光素子とを、この第1、第2の
受光素子が前記発光素子の発する光を各々略均等
に受光するように対置してなる複合フオトカプラ
と、その発光素子を負荷として接続して、反転入
力端子への入力電圧に応じて該発光素子を発光さ
せるオペアンプとを設け、電源とアース間に定電
流源と上記第1の受光素子とを直列に接続し、そ
の接続点を上記オペアンプの非反転入力端子に接
続して負帰還増幅器を構成すると共に、別のオペ
アンプとその反転入力端子に接続される入力抵抗
及びその反転入力端子と出力端子との間に接続さ
れる帰還抵抗とからなる反転増幅器を、その入力
抵抗と帰還抵抗のうちの少くとも一方として上記
複合フオトカプラの第2の受光素子を用いて構成
し、この反転増幅器の入力電圧と上記複合フオト
カプラを制御する負帰還増幅器の入力電圧との演
算結果に相当する出力電圧を該反転増幅器の出力
端子から得るようにしたことを特徴とするアナロ
グ演算器を提供するものである。
以下、この発明の実施例を添付図面を参照して
説明するが、実施例において使用している各オペ
アンプは、そのオフセツト電圧及び入力洩れ電流
を無視して理想オペアンプと考えて説明する。
第1図はこの発明において使用する複合フオト
カプラ及びそれを制御する増幅器の回路図であ
る。
図中、オペアンプ1の反転入力端子には、入
力端子a,b間の入力電圧Einが印加される。
複合フオトカプラ2は、一つの容器内に発光素
子としての発光ダイオードLEDと、同一ペレツ
ト上に近接して形成した第1、第2の受光素子と
してのバイポーラ型フオトトランジスタPT1
PT2とを、この第1、第2のフオトトランジスタ
PT1とPT2とが発光ダイオードLEDの発する光を
各々略均等に受光するように対置して形成されて
いる。
そして、この複合フオトカプラ2の発光ダイオ
ードLEDのアノードを抵抗R1を介してオペアン
プ1の出力端子に接続し、そのカソードを接地し
てある。また、第1のフオトトランジスタPT1
コレクタを定電流源3を介して正電源+Vに接続
するとともに、オペアンプ1の非反転入力端子
に接続して負帰還をかけ、そのエミツタは接地し
てある。
このようにして、全体として入力電圧Einに応
じて複合フオトカプラ2の発光ダイオードLED
を発光させるとともに、その第1のフオトトラン
ジスタPT1の出力を負帰還される負帰還増幅器が
構成されている。
次に、このように構成された増幅器の作用につ
いて説明する。
まず、オペアンプ1はその反転入力端子に印加
される入力電圧Einが高くなると、その出力電圧
が低下して複合フオトカプラ2の発光ダイオード
LEDに流す電流を減少させるので、発光ダイオ
ードLEDの発光量が減少する。それによつて、
第1のフオトトランジスタPT1の内部インピーダ
ンス(エミツタ・コレクタ間抵抗)Z1が大きくな
り、点の電圧Veが高くなる。
逆に、入力電圧Einが低くなると、オペアンプ
1はその出力電圧が上昇して発光ダイオード
LEDに流す電流を増加させるので、発光ダイオ
ードLEDの発光量が増加する。それによつて、
第1のフオトトランジスタPT1の内部インピーダ
ンスZ1が小さくなり、点の電圧Veが低くなる。
そして、いずれの場合でも、オペアンプ1はそ
の出力端子から発光ダイオードLEDに流す電流
を、非反転入力電圧となる点の電圧Veが反転
入力電圧Einと等しく(Ve=Ein)なるように制
御して平衡状態に保持する。
したがつて、入力電圧Einと第1のフオトトラ
ンジスタPT1の内部インピーダンスZ1、および定
電流源3から第1のフオトトランジスタPT1に流
れる電流Icとの間には、次式で示す関係が成立す
る。
Z1=Ve/Ic=Ein/Ic ……(1) この(1)式において、電流Icは定電流源3を使用
しているから一定である。したがつて、複合フオ
トカプラ2の第1のフオトトランジスタPT1の内
部インピーダンスZ1は入力電圧Einに比例して変
化する。
ところで、第1、第2のフオトトランジスタ
PT1とPT2は同一ペレツト上に近接して形成して
あるから、略同様に温度変化の影響を受ける。ま
た、第1、第2のフオトトランジスタPT1とPT2
は各々略均等に発光ダイオードLEDの光を受光
するように対置してある。
したがつて、第1、第2のフオトトランジスタ
PT1,PT2をその直流電流増幅率hFEおよび温度
ドリフトが略等しくなるように形成すれば、発光
ダイオードLEDが発光することによつて、第1、
第2のフオトトランジスタPT1,PT2には同量の
光電流が流れる。
すなわち、第1のフオトトランジスタPT1の内
部インピーダンスZ1と第2のフオトトランジスタ
PT2の内部インピーダンスZ2との間には次式に示
す関係が成立する。
Z2=Z1=Ein/Ic ……(2) したがつて、複合フオトカプラ2の第2のフオ
トトランジスタPT2の内部インピーダンス、すな
わち出力端子c−d間の出力インピーダンスZ2
は、第1のフオトトランジスタPT1の内部インピ
ーダンスZ1と同じに入力電圧Einに比例して変化
する。
次に、この回路において入力電圧Einに対する
複合フオトカプラ2の第2のフオトトランジスタ
PT2の内部インピーダンスZ2が決まつた時に、周
囲温度の変化が及ぼす影響について述べる。
例えば温度が上昇すると、第1、第2のフオト
トランジスタPT1,PT2は夫々直流電流増幅率
hFEが大きくなるから、夫々の光電流は直流電流
増幅率hFEの大きさにもよるが、略+1.0%/℃増
大する。
したがつて、この時には第2のフオトトランジ
スタPT2による端子c−d間の出力インピーダン
スが小さくなる傾向にある。
しかし、第1のフオトトランジスタPT1の光電
流が増大するとその内部インピーダンスが小さく
なるのでオペアンプ1への負帰還量が増加し、オ
ペアンプ1の出力電圧が低下する。それによつ
て、発光ダイオードLEDの発光量が減少するか
ら、第1、第2のフオトトランジスタPT1,PT2
の光電流は夫々温度変化による増大を抑制され
る。
逆に、温度が低下して第1、第2のフオトトラ
ンジスタPT1,PT2の直流電流増幅率hFEが小さ
くなると、フオトトランジスタPT1によるオペア
ンプ1への負帰還量が減少し、その出力電圧が上
昇して発光ダイオードLEDの発光量が増加する
ので、フオトトランジスタPT1,PT2の光電流の
減少が抑制される。
このように、第2のフオトトランジスタPT2
直流電流増幅率hFEが温度によつて変化しても入
力電圧Einに対する出力インピーダンスZ2は実質
的には変化しないことになる。
第2図は複合フオトカプラ2の第1、第2の受
光素子であるフオトトランジスタPT1,PT2
夫々バイポーラ型フオトトランジスタに代えて電
界効果型フオトトランジスタによつて構成した第
1図と同様な増幅器の回路図である。
この回路と第1図の回路とが異なる点は、その
構成において第1のフオトトランジスタPT1のド
レーンをオペアンプ1の非反転入力端子および
定電流源3を介して正電源+Vに夫々接続し、そ
のソースを接地したこと、およびそのドレーン・
ソース間抵抗を出力インピーダンスZ2としたこと
であり、その作用は第1図の増幅器と同様である
からその説明は省略する。
第3図はこの発明において使用する反転増幅器
の基本原理を示す回路図である。
この反転増幅器は、オペアンプ4の反転入力端
子を入力抵抗R2を介して入力端子fに、帰還
抵抗R3を介してその出力端子に夫々接続し、そ
の非反転入力端子を抵抗R4を介して接地して
構成されている。
この反転増幅器の入力端子f,g間に入力され
る入力電圧Einと、出力端子h,i間から出力さ
れる出力電圧Eoとの関係について説明する。
オペアンプ4を前述したように理想オペアンプ
と考えると、入力電圧Einが印加されたときに入
力抵抗R2および帰還抵抗R3を流れる電流I2とI3
等しくなる(I2=I3)。
そして、この時の入力電圧Einと出力電圧E0
の間には、公知のように次式に示す関係が成立す
る。
E0=−R3/R2・Ein ……(3) この(3)式におけるマイナス符号は位相反転を意
味する。
第4図はこの発明の実施例を示す回路図であ
り、それぞれ第2図の負帰還増幅器と同様に構成
された第1の増幅器A1および第2の増幅器A2と、
第3の増幅器としてのオペアンプ4とによつて、
全体として第3図と同様な反転増幅器を構成した
アナログ演算器で乗算と除算を同時に行うことが
できる。
すなわち、第1の増幅器A1の複合フオトカプ
ラ2の第2のフオトトランジスタPT2のドレーン
を入力端子fに、そのソースをオペアンプ4の反
転入力端子に夫々接続してある。つまり、第1
の増幅器A1の第2のフオトトランジスタPT2
反転増幅器の入力抵抗(第3図の反転増幅器にお
ける入力抵抗R2に相当)として使用している。
また、第2の増幅器A2の複合フオトカプラ
2′の第2のフオトトランジスタPT2′のドレーン
をオペアンプ4の反転入力端子に、そのソース
をオペアンプ4の出力端子に夫々接続してある。
つまり、第2の増幅器A2の第2のフオトトラン
ジスタPT2′を反転増幅器の帰還抵抗(第3図の
反転増幅器における帰還抵抗R3に相当)として
使用している。
このように構成したアナログ演算器の作用につ
いて説明する。
第1の増幅器A1の入力端子a,b間に第1の
入力電圧EiAを、第2の増幅器A2の入力端子a′,
b′間に第2の入力電圧EiBを、また反転増幅器の
入力端子f,g間に第3の入力電圧EiCを夫々印
加した時、反転増幅器の出力端子h,i間から得
られる出力電圧E0は、前述した(3)式に対応して
次式によつて求められる。
E0=−R3/R2・Ein=−Z2′/Z2・Eic ……(4) ここで、第1、第2の増幅器A1,A2の第2の
フオトトランジスタPT2,PT2′の内部インピー
ダンスZ2,Z2′は前述した(2)式に対応して次式に
よつて述められる。
Z2=EiA/Ic ……(5) Z2′=EiB/Ic′ ……(6) この(5)、(6)式を前述した(4)式に代入すると次式
が得られる。
E0=−EiB/Ic´/EiA/Ic・EiC=−Ic/Ic′・EiBEi
C/EiA……(7) ここで、−Ic/Ic′=K(一定)とすれば、出力電圧 E0と第1、第2、第3の入力電圧EiA,EiB,EiC
との間には次式で示す関係が成立する。
E0=K・EiB・EiC/EiA ……(8) このように、反転増幅器の出力電圧E0として、
第3の入力電圧EiCと第2の入力電圧EiBとの積を
第1の入力電圧EiAで除した結果が得られるので
乗除算を行なうことができる。
但し、回路の特性上、第1、第2の入力電圧
EiA、EiBは夫々EiA≧0、EiB≧0の範囲で、また
第3の入力電圧EiCはプラス、マイナス全域で使
用可能である。
また、第3図の反転増幅器における帰還抵抗
R3のみを、複合フオトカプラ2′の第2の受光素
子T2′に置き換えると、出力電圧E0は(4)式及び(6)
式から、次式によつて求められる。
E0=−Z2′/R2・EiC=−1/Ic′・R2・EiB・EiC
…(9) ここで、1/Ic′・R2は一定であるから、反転
増幅器の入力電圧EiBと第2の増幅器A2の入力電
圧EiCとの積に相当する出力電圧E0が得られるこ
とになり、アナログ乗算器として使用できる。
あるいはまた、第3図の反転増幅器における入
力抵抗R2のみを、複合フオトカプラ2の第2の
受光素子PT2に置き換えると、出力電圧E0は、(4)
式及び(5)式から、次式によつて求められる。
E0=−R3/Z2・EiC=−Ic・R3・EiC/EiA ……(10) ここで、Ic・R3は一定であるから、反転増幅
器の入力電圧EiCを第1の増幅器A1の入力電圧で
除した商に相当する出力電圧E0が得られること
になり、アナログ除算器として使用できる。
なお、上記説明においては第1、第2の増幅器
として第2図に示す増幅器を使用した例を示した
が、第1図に示す増幅器を用いてもよいことは勿
論である。
また、複合フオトカプラの発光素子として発光
ダイオードを用いた例を示したが、フイラメント
ランプ等を用いてもよく、また第1、第2のフオ
トトランジスタに代えてCdSやCdSe等の受光素
子を用いてもよい。
以上、実施例について述べたように、この発明
によるアナログ演算器は、乗数、被乗数、除数、
被除数を示す入力電圧によつて直接乗算又は除算
の演算を行なうことができ、また特別の温度補償
回路を設けなくとも温度による影響が補償される
ので、その構成が極めて簡単になるとともに、高
精度の演算を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、夫々この発明に使用す
る複合フオトカプラ及びそれを制御する増幅器の
異なる例を示す回路図、第3図はこの発明に使用
する反転増幅器の基本原理を示す回路図、第4図
は、この発明の一実施例を示す回路図である。 1,1′……オペアンプ、2,2′……複合フオ
トカプラ、3,3′……定電流源、4……オペア
ンプ(反転増幅器用)、PT1,PT1′……第1のフ
オトトランジスタ、PT2,PT2′……第2のフオ
トトランジスタ、A1……第1の増幅器、A2……
第2の増幅器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一つの容器内に、1個の発光素子と同一ペレ
    ツト上に近接して形成した増幅率及び温度ドリフ
    トが略等しい第1、第2の受光素子とを、この第
    1、第2の受光素子が前記発光素子の発する光を
    各々略均等に受光するように対置してなる複合フ
    オトカプラ2,2′と、その発光素子LED,
    LED′を負荷として接続して、反転入力端子への
    入力電圧に応じて該発光素子を発光させるオペア
    ンプ1,1′とを設け、電源とアース間に定電流
    源3,3′と前記第1の受光素子PT1,PT1′とを
    直列に接続し、その接続点を前記オペアンプ1,
    1′の非反転入力端子に接続して負帰還増幅器
    A1,A2を構成すると共に、 オペアンプ4とその反転入力端子に接続される
    入力抵抗及びその反転入力端子と出力端子との間
    に接続される帰還抵抗とからなる反転増幅器を、
    前記入力抵抗と帰還抵抗のうちの少くとも一方と
    して前記複合フオトカプラ2,2′の第2の受光
    素子PT2,PT2′を用いて構成し、 この反転増幅器の入力電圧Eicと前記複合フオ
    トカプラ2,2′を制御する負帰還増幅器A1,A2
    の入力電圧EiA,EiBとの演算結果に相当する出力
    電圧Eoを該反転増幅器の出力端子から得るよう
    にしたことを特徴とするアナログ演算器。
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IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLILEN=1961 *

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