JPH0156566B2 - - Google Patents

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JPH0156566B2
JPH0156566B2 JP20716682A JP20716682A JPH0156566B2 JP H0156566 B2 JPH0156566 B2 JP H0156566B2 JP 20716682 A JP20716682 A JP 20716682A JP 20716682 A JP20716682 A JP 20716682A JP H0156566 B2 JPH0156566 B2 JP H0156566B2
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JP
Japan
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transistor
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JP20716682A
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Katsumi Nagano
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00Networks using active elements
    • H03H11/02Multiple-port networks
    • H03H11/40Impedance converters

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  • Networks Using Active Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、負荷インピーダンスに比例する入
力インピーダンスを持つた電圧入力形のインピー
ダンス変換回路に関するもので、集積回路化に適
したものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
インピーダンス変換回路は、第1図に四端子回
路網として示すように、入力電圧V1および入力
電流I1に対して出力電圧V2、出力電流I2が負荷イ
ンピーダンスZLと比例関係にあり、その動作は下
式(1)で示される。
V1 I1=A B C DV2 I2 ……(1) 上式(1)において、A≠0、D≠0、B=C=0
となるものをインピーダンス変換回路と呼ぶ。図
において、Vioは入力電圧源、ZSは入力抵抗であ
る。
ところで、近年各回路の集積化に伴なつて上述
したインピーダンス変換回路をバイポーラ集積回
路で実現することが望まれている。
〔発明の目的〕
この発明は上記のような事情を鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、集積回路化に
最適なインピーダンス変換回路を提供することで
ある。
〔発明の概要〕 すなわち、この発明においては、電圧フオロワ
から成る電圧電流変換器に入力電圧を供給し、こ
の電圧電流変換器から第1のカレントミラー回路
に上記入力電圧に対応した電流を供給し、この電
流に対応した電流を第1のカレントミラー回路か
ら第2のカレントミラー回路に供給し、上記第2
のカレントミラー回路によつて得た電流を前記電
圧電流変換器の入力端に帰還することにより、電
圧電流変換器に接続した負荷インピーダンスに比
例した入力インピーダンスを有するように構成し
たものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例について図面を参照
して説明する。第2図はその構成を示すもので、
電圧フオロワから成る電圧電流変換器11
(NPN形トランジスタQ1)と正電源(電源の
一方)との間にPNP形のトランジスタQ2,Q3
ら成る第1カレントミラー回路12を設けるとと
もに、上記トランジスタQ1のエミツタと接地点
間に負荷インピーダンスZLを接続し、トランジス
タQ1のベース側入力端子13に入力電圧V1およ
び入力電流I1を供給することにより、上記トラン
ジスタQ1のコレクタ電流(入力電圧V1に比例)
を第1カレントミラー回路12を構成するトラン
ジスタQ2,Q3のベースに供給する。そして、上
記カレントミラー回路12によつて得たトランジ
スタQ1のコレクタ・エミツタ間電流に対応した
電流ICEを、一端が負電流(電源の他方)に接
続されNPNトランジスタQ4〜Q6から成る第2カ
レントミラー回路14に供給する。このカレント
ミラー回路14で得たトランジスタQ1のコレク
タ・エミツタ間電流に対応した電流をトランジス
タQ1のベースに帰還し、このトランジスタQ1
エミツタ側の出力端子15から出力電圧V2およ
び電流I2を得る。
上記のような構成において動作を説明する。入
力端子13に入力電圧V1が印加されるとトラン
ジスタQ1のベース電圧はV1となり、この時の出
力電圧V2は入力電圧V1からトランジスタQ1のベ
ース・エミツタ間電圧VBEを引いた値と等しくな
るので、出力電圧V2および電流I2は下式(2)、(3)で
示される。
V1=V2+VBE ……(2) −I2=V2/ZL=V1−VBE/ZL ……(3) 今、トランジスタQ1のベース接地電流増幅率
αが“1”とすると、トランジスタQ1のコレク
タ電流はI2に等しくなる。カレントミラー回路1
2,14の電流伝達比をそれぞれr12、r14とし、
トランジスタQ1のベース電流を無視できるもの
とすると、入力電流I1は、 I1=−r12・r14・I2 ……(4) となる。従つて、入力電圧V1がトランジスタQ1
のベース・エミツタ間電圧VBEに比べて十分大き
い場合には「V1V2」となり、入出力電圧の比
例関係が得られる。この場合の伝達行列は下式(5)
で示されるようになる。
V1 I1=1 0 0 −r12r14V2 I2 ……(5) A=1、B=0 C=0、D=r12、r14≠0 上式(5)は、前式(1)で示したインピーダンス変換
回路の定義に合致している。
前記第2図においては、カレントミラー回路1
2,14の伝達比r12、r14はそれぞれ「r12=1、
r14=2」となつているので伝達行列は、 V1 I1=1 0 0 −2V2 I2 ……(6) となる。
上述したインピーダンス変換回路は、第3図に
示すブロツクダイアグラムで表わせる。この回路
は前記第1図における入出力端の一方の電位を接
地電位として共通化したものと等価である。
このような構成によれば、負荷インピーダンス
に比例した入力インピーダンスが得られる。ま
た、第1カレントミラー回路を形成するトランジ
スタQ2とQ3とのエミツタ面積比、あるいは第2
カレントミラー回路14を形成するトランジスタ
Q4とQ5、Q6とのエミツタ面積比を変えることに
よつて電流伝達比r12、r14を変化させ、入力端子
13に帰還する電流を自由に設定できるので、所
望のインピーダンス変換特性を有するインピーダ
ンス変換回路が得られる。
上記第2図の回路の動作特性を調べるために第
4図に示すような回路を形成して実験を行なつ
た。図において、VSは可変直流電源(0〜10V)、
RSは入力抵抗(1kΩ)、RLは負荷抵抗(1kΩ)、
PNP形のトランジスタQ7およびNPN形のトラン
ジスタQ8はそれぞれカレントミラー回路12,
14の出力電流の補正用のトランジスタであり、
電源電圧Vcc=10V、カレントミラー回路12,
14の電流伝達比r12、r14をそれぞれ「r12=1、
r14=2」としている。このインピーダンス変換
回路の特性の理論式は下式で示すようになる。
VS=RSI1+VBE+RLI2 ……(7) I1=−2I2 ……(8) 抵抗RS、RLは共に1kΩであるので、 VS=−3RI2+VBE ……(7)′ となり、入力電圧V1は、 V1=VS−RI1=VS+2RI2=VS−2R/3R(VS−V
BE)=1/3VS+2/3VBE……(9) となる。トランジスタQ1のベース・エミツタ間
電圧VBEを無視できるものとすると、入力電圧V1
はVSの1/3となる。従つて、負荷抵抗RLの抵抗値
が1/2となつて入力端子13に接続されたことに
相当する。また、出力電圧V2は、 V2=−RI2=1/3(VS−VBE)……(10) となる。第5図に、印加する直流電源VSの電圧
に対する出力電圧V2の実測値を実線で、上式(10)
による理論値を破線で示す。
上述した(5)式の伝達行列式において、負荷のイ
ンピーダンスをZLとすると、 V2/−I2=ZL ……(11) である。このインピーダンス変換回路を入力側か
ら見た時の入力インピーダンスZioは、 Zio=V1/I1=V2/−r12r14I2=Z/r12r14 ……(12) であり、入力インピーダンスZioは負荷インピー
ダンスに比例している。
第6図は、負荷として容量CLを使用した場合
の回路図を示すもので、図において、第2図ある
いは第4図と同一構成部は同じ付号を付してその
説明は省略する。負荷として容量CLを使用する
場合は、この容量CLに充電された電荷を放電す
るためにトランジスタQ1のエミツタ・ベース間
にダイオードDを接続する。また、この回路は閉
ループを形成しているためトランジスタQ1のベ
ースと接地点間に発振防止用のコンデンサC11
設けている。この場合の入力インピーダンスZio
は、 Zio=1/jωCL×r12r14(j=√−1) ……(13) となるので、負荷容量CLがr12r14倍になつたもの
と等価である。従つて、r12r14=2とすると入力
側から見て2倍の容量(2CL)のコンデンサが接
続されているものと等価であり、小さな容量のコ
ンデンサで大きな時定数が得られる。
第7図に示すように、入力信号Vioとしてパル
ス状信号を印加すると、コンデンサCLの充電過
程においてはインピーダンス変換が働き、コンデ
ンサCLの放電時にはインピーダンス変換は働か
ないので、図示するように出力電圧V2は立ち上
がりが遅く立ち下がりが早くなる。入出力電圧
V1、V2の立上り時定数は2RSCL、立下がり時定
数はRSCLである。つまり、小さな容量のコンデ
ンサで大きな時定数が実現でき、例えばローパス
フイルタ等のように比較的大きな容量のコンデン
サを使用するものにこの発明を適用すれば、パタ
ーン面積を縮小でき高集積化が可能となる。RS
=1kΩ、CL=0.1μFとした場合の立上りおよび立
下り時定数を測定したところ、立上り時定数は
0.23msec、立下り時定数は0.12msecとなり、立
上り時定数は立下り時定数の略2倍になつている
ことを確認できた。
第8図は、この発明の他の実施例を示すもの
で、上記第2図、第4図および第6図の回路にお
いては、出力電圧V2に前式(2)に示したようにト
ランジスタQ1のベース・エミツタ間電圧VBEによ
る誤差があるため、これを補正するものである。
すなわち、電圧電流変換器11として第1のカレ
ントミラー回路12と負荷ZLとの間にNPN形の
トランジスタQ1を接続するとともに、非反転入
力端(+)に入力電圧Vioが供給され反転入力端
(−)に上記トランジスタQ1のエミツタ側電圧が
供給されその出力でトランジスタQ1を導通制御
するオペアンプ16を設けたものである。このよ
うな構成によれば、トランジスタQ1はそのエミ
ツタ電位と入力電圧Vioとの比較出力で導通制御
されるので、出力にはトランジスタQ1のベー
ス・エミツタ間電圧VBEによる誤差が現れない。
なお、出力端子15と接地点間に接続された直
流電流源Iaは負荷インピーダンスZLの電荷の放電
用であり、正電源と入力端子13間に接続され
た直流電流源Ibは上記直流電流源Iaによつて出力
電圧V2のレベルが低下するのを防止するための
補正用の電流源である。(Ia=Ib) 第9図および第10図はこの発明の他の実施例
を示すもので、上記各実施例では負荷インピーダ
ンスZLの一端を接地したが、負荷インピーダンス
ZLを接地電位から開放したものである。第9図の
回路においては、前記第2図の回路を対称配置し
たものに相当する。すなわち、入力電圧Vio
Vio′が供給されこの電圧に比例した電流を得る電
圧フオロワから成る一対の電圧電流変換器11,
11′(NPN形のトランジスタQ1、Q1′)を設け、
この電圧電流変換器11,11′と正電流電源
の一方との間にPNP形のトランジスタQ2,Q3
よびQ2′,Q3′から成る第1、第2カレントミラー
回路12,12′を配設するとともに、電圧電流
変換器11,11′と負電源(電源の他方)と
の間に一対の第1、第2定電流源Ia,Ia′を配設す
る。さらに、エミツタが負電源にそれぞれ接続
されたNPN形トランジスタQ4,Q5およびQ4′,
Q5′から成る一対の第3、第4カレントミラー回
路14,14′を設け、上記カレントミラー回路
12,12′の出力を供給し、カレントミラー回
路14,14′の出力をトランジスタQ1,Q1′の
ベースに帰還する。また、正電源から一対の第
3、第4直流定電流源Ib,Ib′を介して上記トラン
ジスタQ1,Q1′のベースに定電流を供給し、この
トランジスタQ1,Q1′のエミツタ側出力端子1
5,15′間に負荷ZLを接続して成る。
このような構成によれば、任意の負荷インピー
ダンスをフローテイング状態で入力端子13,1
3′間に得られる。従つて、回路網の任意のノー
ド間に接続可能である。
第10図はさらにこの発明の他の実施例を示す
もので、上記第9図の回路と同様に、前記第8図
の回路を対称配置して負荷インピーダンスZLを接
地電位から解放したものである。このような構成
においても上記第9図の実施例と同様な動作を行
ない、トランジスタQ1,Q1′のベース・エミツタ
間電圧VBEの誤差がないインピーダンス変換回路
が得られる。
〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、集積回
路化に最適なインピーダンス変換回路が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はインピーダンス変換回路のブロツク
図、第2図はこの発明の一実施例に係るインピー
ダンス変換回路を示す図、第3図は上記第2図の
インピーダンス変換回路をブロツク化して示す
図、第4図はこの発明によるインピーダンス変換
回路の動作を確認するために使用した実験回路
図、第5図は上記第4図の実験回路における印加
電圧と出力電圧との特性図、第6図はこの発明の
他の実施例を示す回路図、第7図は上記第6図の
回路の動作を説明するためのタイミングチヤー
ト、第8図〜第10図はそれぞれこの発明の他の
実施例を示す回路図である。 V1……入力電圧、I1……入力電流、V2……出
力電圧、I2……出力電流、11……電圧電流変換
器、12,12′,14,14′……カレントミラ
ー回路、13……入力端子、15……出力端子、
16,16′……オペアンプ、Q1〜Q8,Q1′〜
Q5′……トランジスタ、Ia,Ia′,Ib,Ib′……定電
流源、D……ダイオード、CL……負荷容量、C11
……コンデンサ、……正電源、……負電源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 入力電圧が供給される電圧フオロワから成る
    電圧電流変換器と、上記電圧電流変換器から入力
    電圧に対応した電流が供給される第1カレントミ
    ラー回路と、上記カレントミラー回路から供給さ
    れる電流で制御されこの電流に対応した電流を電
    圧電流変換器の入力端に帰還する第2カレントミ
    ラー回路とを具備し、上記電圧電流変換器と接地
    点間に接続された負荷に比例した入力インピーダ
    ンスを電圧電流変換器と負荷との接続点から得る
    ように構成したことを特徴とするインピーダンス
    変換回路。 2 上記電圧電流変換器は、コレクタが上記第1
    カレントミラー回路に接続されエミツタが負荷を
    介して接地されるとともに、ベースに入力電圧が
    供給されるNPN形のトランジスタから成り、こ
    のトランジスタのエミツタから出力を得るように
    構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のインピーダンス変換回路。 3 上記電圧電流変換器は、コレクタが上記第1
    カレントミラー回路に接続されエミツタが負荷容
    量を介して接地されるとともに、ベースに入力電
    圧が供給されるNPN形のトランジスタと、上記
    トランジスタのエミツタ・ベース間に接続される
    ダイオードと、このトランジスタのベースと接地
    点間に接続される発振防止用のコンデンサとから
    成り、上記トランジスタのエミツタから出力を得
    るように構成したことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載のインピーダンス変換回路。 4 上記電圧電流変換器は、コレクタが上記第1
    カレントミラー回路に接続されエミツタが負荷を
    介して接地されるNPN形のトランジスタと、非
    反転入力端に入力電圧が供給され反転入力端に上
    記トランジスタのエミツタ電圧が供給され出力で
    上記トランジスタを導通制御するオペアンプとか
    ら成り、上記トランジスタのエミツタから出力を
    得るように構成したことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のインピーダンス変換回路。 5 差動入力電圧が供給される電圧フオロワから
    成る一対の電圧電流変換器と、この電圧電流変換
    器それぞれと電源の一方との間に接続され差動入
    力電圧に対応した電流が上記一対の電圧電流変換
    器から供給される一対の第1、第2カレントミラ
    ー回路と、上記一対の電圧電流変換器それぞれと
    電源の他方との間に接続される一対の第1、第2
    定電流源と、一端が電源の他方に接続され上記第
    1、第2カレントミラー回路から供給される電流
    で制御されこの電流に対応した電流を上記一対の
    電圧電流変換器の入力端に帰還する一対の第3、
    第4カレントミラー回路と、前記一対の電圧電流
    変換器それぞれの入力端に定電流を供給する一対
    の第3、第4定電流源とを具備し、上記一対の電
    圧電流変換器と第1、第2定電流源との接続点間
    に配設された負荷に応じてインピーダンス変換さ
    れた出力をこの負荷の両端から得るように構成し
    たことを特徴とするインピーダンス変換回路。 6 上記一対の電圧電流変換器は、コレクタが上
    記第1あるいは第2カレントミラー回路に接続さ
    れエミツタが負荷を介して共通接続されるととも
    に差動入力電圧で導通制御される一対のNPN形
    のトランジスタから成り、上記負荷の両端から出
    力を得るように構成したことを特徴とする特許請
    求の範囲第5項記載のインピーダンス変換回路。 7 上記一対の電圧電流変換器は、コレクタが上
    記第1あるいは第2カレントミラー回路に接続さ
    れエミツタが負荷を介して共通接続される一対の
    NPN形トランジスタと、非反転入力端に差動入
    力電圧が供給され反転入力端に上記一対のトラン
    ジスタのエミツタ電圧がそれぞれ供給され出力で
    上記一対のトランジスタを導通制御する一対のオ
    ペアンプとから成り、上記負荷の両端から出力を
    得るように構成したことを特徴とする特許請求の
    範囲第5項記載のインピーダンス変換回路。
JP20716682A 1982-11-26 1982-11-26 インピ−ダンス変換回路 Granted JPS5997217A (ja)

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JPH03113910A (ja) * 1989-09-27 1991-05-15 Mitsubishi Electric Corp インピーダンス変換回路
US6820557B2 (en) 2002-01-25 2004-11-23 Daicel Chemical Industries, Ltd. Igniter for air bag system

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