JPH04219007A - 対数増幅器 - Google Patents

対数増幅器

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JPH04219007A
JPH04219007A JP3081031A JP8103191A JPH04219007A JP H04219007 A JPH04219007 A JP H04219007A JP 3081031 A JP3081031 A JP 3081031A JP 8103191 A JP8103191 A JP 8103191A JP H04219007 A JPH04219007 A JP H04219007A
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JP
Japan
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diode
current
voltage
logarithmic
anode
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JP3081031A
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JPH0783228B2 (ja
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Beitoman Guren
グレン・ベイトマン
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Tektronix Japan Ltd
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Sony Tektronix Corp
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    • 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
    • G06G7/24Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers specially adapted therefor for evaluating logarithmic or exponential functions, e.g. hyperbolic functions

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、対数増幅器、特に、入
力信号電流のレンジに適応するように利得を容易に変更
できる対数増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】対数増
幅器は、大きなダイナミック・レンジの入力信号を圧縮
して小さなダイナミック・レンジの出力信号にすること
が必要な場合に使用される。しかし、従来の対数増幅器
は、対数出力電圧を決める直線利得係数は、固定した関
数であるか、又は容易に変更不可能であるかのいずれか
であった。そこで、入力信号電流のレンジに適応し、対
数増幅器の次段の直線増幅器が大きなダイナミック・レ
ンジを必要としなくてもよいように、容易にダイナミッ
ク・レンジを変更可能な対数増幅器が必要とされる。
【0003】本発明の目的は、利得を容易に調整可能な
対数増幅器の提供にある。本発明の他の目的は、特定の
入力電流に対し、最大ダイナミック・レンジの電圧を出
力するように利得を最適化できる対数増幅器の提供にあ
る。本発明の他の目的は、100MHz以上の高周波数
で動作可能な対数増幅器の提供にある。
【0004】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明による対
数増幅器は、入力信号電流及び定常電流がアノードに供
給される第1ダイオードを有する。第1ダイオードのカ
ソードは、PNPトランジスタのエミッタに結合される
。PNPトランジスタのコレクタは、第2ダイオードの
アノードに結合される。バイアス電流を、PNPトラン
ジスタのエミッタに加え、且つコレクタから減じること
により、エミッタ抵抗が減少する。第2ダイオードのカ
ソードは、負荷抵抗を介して負の電源電圧に結合される
。エミッタ結合したNPNトランジスタ対を有する帰還
回路は、第2ダイオードのアノード電圧をサンプルし、
PNPトランジスタのベースから電流を引き出す。 第1ダイオードのアノードの電圧は増幅され、対数出力
電圧となる。出力電圧は減衰され、PNPトランジスタ
のベースに供給される。
【0005】
【実施例】図1は、本発明の対数増幅器10を示す。第
1ダイオード11のアノードは接続点62に接続され、
入力電流源26から入力信号電流INの一部及びバイア
ス電流源24から定常電流即ちバイアス電流ISTが供
給される。第1ダイオード11に流れ込む入力信号電流
のINの一部をI1とする。ダイオード11は、図示す
る様に、d1で示す理想ダイオード12及び抵抗値Rd
1の寄生抵抗素子30で構成される。PNPトランジス
タ14のエミッタは、第1ダイオード11のカソードに
結合される。PNPトランジスタ14は、図示する様に
、理想トランジスタQ1及び抵抗値RTの寄生抵抗素子
32で構成される。電流値IBIASのバイアス電流は
、PNPトランジスタ14のエミッタでバイアス電流I
STに加算される。バイアス電流源28は、PNPトラ
ンジスタ14のコレクタから同じバイアス電流IBIA
Sを減算する。バイアス電流IBIASは、PNPトラ
ンジスタ14のみを流れ、トランジスタのエミッタ・イ
ンピーダンスを減少させる。d2で示す理想ダイオード
16及び抵抗値Rd2の寄生抵抗素子34で構成される
第2ダイオードのアノードは、PNPトランジスタ14
のコレクタに結合される。第2ダイオードのカソードは
、抵抗値Rcの負荷抵抗である抵抗素子36を介して5
ボルトの電圧源に結合される。
【0006】帰還回路22は、第2ダイオード15のア
ノード電圧をサンプルし、この電圧を基準電圧と比較す
る。帰還回路22の出力は、PNPトランジスタ14の
ベースに結合される誤差電流である。誤差電流を発生す
る手段は、Q2及びQ3で示すNPNトランジスタ50
及び52を含む。トランジスタ50及び52のエミッタ
は、R3及びR4で示すエミッタ抵抗46及び48を介
して互いに結合され、IEで示すエミッタ電流源58に
結合されて差動増幅器を形成する。NPNトランジスタ
50のベース電圧が、NPNトランジスタ52のベース
電圧と等しくなければ、出力誤差電流がNPNトランジ
スタ50のコレクタに生じる。NPNトランジスタ52
のベース電圧は、抵抗値R5のバイアス素子即ち抵抗素
子54及びd3で示す第3ダイオードを有する基準電圧
発生器により供給される。基準電圧発生器が供給する電
圧は、第2ダイオード15のアノード電圧の温度変化に
追従する。したがって、NPNトランジスタ50のコレ
クタを流れる誤差電流は、入力電流IINにより決まる
第2ダイオード15のアノード電圧の関数のみで表され
る。
【0007】第2電流路は、抵抗値RIの入力抵抗素子
40及び抵抗値Rfの帰還抵抗素子38を含む。入力抵
抗40及び帰還抵抗38には、電流I2が流れる。負の
利得ーRf/RIを有する演算増幅器18は、接続点6
2の電圧を増幅し、接続点60に出力電圧eOUTを供
給する。対数出力電圧eOUTは、減衰回路20により
減衰され、PNPトランジスタ14のベースに供給され
る。減衰回路20は、抵抗値R2の直列抵抗素子44及
び抵抗値R1の分路抵抗素子42を含む。
【0008】演算増幅器10の動作を更によく理解する
ために、次の様に電圧を定義する。即ち、e1は接続点
62の電圧、e2は理想ダイオードd1のカソード電圧
、e3は第2ダイオード15のアノード電圧、e4はP
NPトランジスタ14のベース電圧である。すでに定義
された電圧及び電流と共に、これらの電圧は、直線的入
力電流に対する対数出力電圧を求めるために使用される
。最も重要な原理から始めると、ダイオードは次式で表
される。
【0009】
【数1】 ここで、K=nkt/q、ISは飽和電流である。ただ
し、ダイオードをバイアスするために定常電流を使用す
ると、ダイオードの式は次の様に変更される。
【数2】 ここで、ISTは定常電流である。ISTがISより大
幅に大きければ、ダイオードの式は、次の様に簡単にな
る。
【数3】
【0010】次の数4及び数5は、図1の回路から明か
である。
【数4】
【数5】
【0011】次の数6及び数7は、出力電圧eOUTを
減衰させた電圧及び抵抗42及び44の並列回路を流れ
るトランジスタ50のコレクタからの誤差電流により生
成される電圧の重ね合わせにより得られる。
【数6】
【数7】 ここで、Ax=R1/(R1+R2)、b=R1/(R
3+R4)である。
【0012】ダイオード15のアノードの電圧e3及び
e1の項である出力電圧eOUTは、夫々数8及び数9
で表される。
【数8】
【数9】
【0013】数8及び数9を数7に代入すると、次の式
になる。
【数10】
【数11】
【0014】数10を整理すると、次の式になる。
【数12】 αb(Rd2+Rc)=Rd1+RTであるように、R
Cを調整すると、
【数13】
【数14】
【0015】RCを適切に選択することにより、寄生抵
抗素子Rd1、Rd2及びRTを無視できる。Q1に高
いβ値のトランジスタを使用すると、α値は1に近づく
。αが1に設定されると、誤差は最小になる。IS1=
IS2と仮定し、式を整理すると、
【数15】
【0016】e1を解くと、
【数16】
【数17】
【0017】これより
【数18】
【数19】
【0018】e1=ーeOUT・R1/Rfであるから
【数20】 I2=ーeOUT/Rfであり、数4に代入すると、次
の式になる。
【数21】
【0019】数21は、直線的入力電流に対する対数出
力電圧を表す最終的式である。ここで、ダイオード11
、15及びPNPトランジスタの寄生抵抗素子が対数利
得特性に影響しないことに留意されたい。ただし、この
式は超越関数であり、出力電圧eOUTは、入力電流I
INの直接的関数として記述できない。数21をグラフ
で表現すると図2の様になる。図2は、入力信号電流の
対数関数として出力電圧を示すグラフである。入力電流
が約1μAより大きい場合、本発明による対数増幅器は
、グラフ上の直線で表される対数出力を生成する。電流
が1μAより小さい場合は、出力電圧は入力電流の直線
関数で表され、グラフ上で曲線で示される。対数増幅器
の利得特性の直線部分は、低レベルの入力信号電流を平
均化し、ノイズ・レベルが大きくなるにつれ、信号レベ
ルを確認するのに有効である。
【0020】増幅器の利得は、数21から分かるように
、容易に変更可能である。例えば、低入力信号電流に対
し大ダイナミック・レンジが必要であれば、次の成分値
が望ましい。 R1=150Ω R2=10KΩ Rf=300KΩ RI=1KΩ IST=1μA
【0021】他の例では、高い信号電流レベルに対して
、最高30MHzの最大帯域幅が必要であれば、次の成
分値が望ましい。 R1=150Ω R2=∞ Rf=30KΩ RI=1KΩ IST=50μA 上のいずれの例にも望ましい他の残りの成分の値は、I
BIAS=3mA IE=6mA R3=R4=120Ω R5=47KΩ 最適な周波数性能を得るためには、ダイオード11及び
15として、ショットキー・ダイオードを使用すること
が望ましい。
【0022】適切な動作状態の下であるなら、減衰係数
Axが0に設定される他の実施例を使用してもよい。こ
れは、抵抗RI、Rf及びR2と、演算増幅器18とを
除去することにより成し得る。この実施例では、数17
は、以下の様に簡単になる。
【数22】 本発明NO対数増幅器は、本発明の要旨を逸脱すること
なく、上述の好適な実施例に種々の変形、変更ができる
ことは明かである。例えば、トランジスタの極性は、バ
イアス電圧及び電流の極性と共に変更可能である。
【0023】
【効果】以上の様に、本発明の対数増幅器の利得特性は
、入力電流のレベルに対し最適になるように容易に調整
可能である。また、抵抗素子RCを適切に選択すること
により、この対数利得特性は、ダイオード及びトランジ
スタの寄生抵抗素子の値に影響されないことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の対数増幅器を示す回路図である。
【図2】図1の対数増幅器の入力信号電流ー出力電圧特
性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
11  第1ダイオード 14  トランジスタ 15  第2ダイオード 18  演算増幅器 22  帰還回路 RC   負荷抵抗素子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号電流が供給される入力端子及び出
    力端子を有する第1非直線素子と、該第1非直線素子の
    出力端子に結合される第1被制御端子、第2被制御端子
    及び制御端子を有する第1トランジスタと、該第1トラ
    ンジスタの第2被制御端子に結合された入力端子及び出
    力端子を有する第2非直線素子と、一端が上記第2非直
    線素子の出力端子に結合され、他端が電源に結合された
    負荷抵抗素子と、上記第2非直線素子の入力端子に接続
    された入力端子及び上記第1トランジスタの制御端子に
    結合された出力端子を有する帰還回路と、上記第1非直
    線素子の入力端子の電圧を受け、対数出力電圧を出力す
    る出力手段とを具えることを特徴とする対数増幅器。
JP3081031A 1990-03-19 1991-03-19 対数増幅器 Expired - Lifetime JPH0783228B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US495191 1990-03-19
US07/495,191 US5012140A (en) 1990-03-19 1990-03-19 Logarithmic amplifier with gain control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04219007A true JPH04219007A (ja) 1992-08-10
JPH0783228B2 JPH0783228B2 (ja) 1995-09-06

Family

ID=23967640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3081031A Expired - Lifetime JPH0783228B2 (ja) 1990-03-19 1991-03-19 対数増幅器

Country Status (4)

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US (1) US5012140A (ja)
EP (1) EP0447980B1 (ja)
JP (1) JPH0783228B2 (ja)
DE (1) DE69118957T2 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2241806B (en) * 1990-03-09 1993-09-29 Plessey Co Ltd Improvements in true logarithmic amplifiers
US5221907A (en) * 1991-06-03 1993-06-22 International Business Machines Corporation Pseudo logarithmic analog step adder
CH684805A5 (de) * 1992-07-20 1994-12-30 Balzers Hochvakuum Verfahren zur Wandlung eines gemessenen Signals, Wandler zu dessen Ausführung sowie Messanordnung.
US5491548A (en) * 1994-03-18 1996-02-13 Tektronix, Inc. Optical signal measurement instrument and wide dynamic range optical receiver for use therein
US5564092A (en) * 1994-11-04 1996-10-08 Motorola, Inc. Differential feed-forward amplifier power control for a radio receiver system
GB9514490D0 (en) * 1995-07-14 1995-09-13 Nokia Telecommunications Oy Improvements to a logarithmic converter
US5929982A (en) * 1997-02-04 1999-07-27 Tektronix, Inc. Active APD gain control for an optical receiver
US6265928B1 (en) * 1999-07-16 2001-07-24 Nokia Telecommunications Oy Precision-controlled logarithmic amplifier
JP3880345B2 (ja) * 2001-08-27 2007-02-14 キヤノン株式会社 差動増幅回路及びそれを用いた固体撮像装置並びに撮像システム
US9298952B2 (en) 2013-11-18 2016-03-29 King Fahd University Of Petroleum And Minerals CMOS logarithmic current generator and method for generating a logarithmic current

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3678947A (en) * 1970-07-16 1972-07-25 Melvin J Davidson Eyeliner
US3928774A (en) * 1974-01-24 1975-12-23 Petrolite Corp Bipolar log converter
JPS52106054U (ja) * 1976-02-09 1977-08-12
GB1571016A (en) * 1976-02-20 1980-07-09 Tokyo Shibaura Electric Co Voltage controlled variable gain circuit
US4125789A (en) * 1977-06-07 1978-11-14 Sundstrand Corporation Biasing and scaling circuit for transducers
DE2932655C2 (de) * 1979-08-11 1982-03-04 Hewlett-Packard GmbH, 7030 Böblingen Impulsgenerator
US4418317A (en) * 1981-05-18 1983-11-29 Tektronix, Inc. Logarithmic amplifier utilizing positive feedback
US4471324A (en) * 1982-01-19 1984-09-11 Dbx, Inc. All NPN variably controlled amplifier
US4507615A (en) * 1982-12-16 1985-03-26 Tektronix, Inc. Non-linear amplifier systems
SU1117660A1 (ru) * 1983-03-28 1984-10-07 Предприятие П/Я А-3726 Логарифмический преобразователь
US4739283A (en) * 1987-03-02 1988-04-19 Tektronix, Inc. Variable transient response control for linear integrated-circuit high-frequency amplifiers

Also Published As

Publication number Publication date
DE69118957T2 (de) 1996-10-24
JPH0783228B2 (ja) 1995-09-06
DE69118957D1 (de) 1996-05-30
EP0447980B1 (en) 1996-04-24
EP0447980A3 (en) 1992-01-22
US5012140A (en) 1991-04-30
EP0447980A2 (en) 1991-09-25

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