JPH0823786B2 - 波形変換回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、たとえば、サーボ制御装置の回転検出器
などから与えられる変動する直流電圧成分または直流電
流成分に重畳された交流電圧または電流を直流レベルの
変動に無関係に交流成分波形のみの絶対値波形変換に好
適な波形変換回路に関する。

従来の技術 第３図は、変動する直流成分を伴う交流信号の波形変
換を行う場合の従来の波形変換回路の一例を示してい
る。すなわち、入力端子２に加えられる変動直流成分を
伴った交流信号は、利得制御回路４で増幅された後、コ
ンデンサ６で直流成分を除し、かつ、抵抗８でその中点
電位が設定された後、絶対値回路10に加えられ、出力端
子12には交流信号を全波整流した形で与えられる絶対値
波形が現れる。

発明が解決しようとする問題点 このような積分回路による場合には、つぎのような不
都合がある。

（ａ） 直流成分の除去のための交流カップリングとし
てのコンデンサが必要であるとともに、コンデンサを設
置しているため、低周波の波形変換が困難であり、処理
信号周波数に制限を受ける。

（ｂ） 直流成分を除去するためのコンデンサは、容量
が大きいため、半導体集積回路上の容量素子で充当する
ことが困難であり、他の回路を半導体集積回路で構成し
た場合、コンデンサは外付け部品となり、その接続のた
めの端子（ピン）が必要になる。

そこで、この発明は、抵抗による中点処理の不都合を
除くとともに、周波数特性を改善した波形変換回路を提
供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 この発明の波形変換回路は、第１図に例示すように、
差動増幅器（26）と、出力回路（28）と、電流バイパス
回路（66、68）と、出力合成回路（73）とを有する波形
変換回路であって、差動増幅器（26）は、エミッタを共
通にしたトランジスタ対（29）を備えており、このトラ
ンジスタ対（29）のベースに信号源から入力信号を加
え、出力回路（28）は、第１の電流ミラー回路（49）、
第２の電流ミラー回路（57）及び第３電流ミラー回路
（61）を備えており、第１の電流ミラー回路（49）は外
部からの制御入力を受けて差動増幅器（26）の動作電流
を増減させて増幅利得を制御し、第２の電流ミラー回路
（57）は差動増幅器（26）の出力電流を取り出して第１
の抵抗（62）に流し、第３の電流ミラー回路は差動増幅
器（26）の出力電流を取り出して第２の抵抗（64）に流
すことにより、これら第１及び第２の抵抗（62、64）に
正側及び負側の波形出力を個別に取り出し、電流バイア
ス回路（66、68）は第１の電流ミラー回路（49）を構成
する第１のトランジスタ（70）及び第２のトランジスタ
（72）を備えており、第１のトランジスタ（70）は第１
の抵抗（62）に並列に接続し、第２のトランジスタ（7
2）は第２の抵抗（64）に並列に接続し、これら第１及
び第２のトランジスタ（70、72）により出力回路（28）
から直流電流分を除去し、出力合成回路（73）は、第１
及び第２のバッファ回路（74、76）を備えており、第１
のバッファ回路（74）は第１の抵抗（62）に得られる差
動出力を取り出し、第１のバッファ回路（74）は第２の
抵抗（64）に得られる差動出力を取り出すことにより、
これら差動出力から正負の波形出力を合成するものであ
る。

作 用 したがって、この発明は、差動増幅器の利得制御のた
めの動作電流の加減に応じて、差動増幅器の出力回路に
現れる出力中の動作電流分、すなわち、直流電流分を除
去し、交流信号波形のみを取り出して絶対値波形に変換
する。

実施例 以下、この発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。

第１図はこの発明の波形変換回路の実施例を示してい
る。

第１図において、波形変換すべき信号波形を発生する
信号源としてホール素子25が設置されており、このホー
ル素子25に発生した信号は差動増幅器26に加えられ、そ
の差動出力は出力回路28から取り出される。

ホール素子25は、たとえば、サーボモータ制御の回転
検出器して用いられ、モータの回転軸に取り付けられた
回転磁極からの交番磁界を受ける部位に設置される。こ
のホール素子25の電流端子間には、ホール電流を流すた
めの電圧源27が接続されており、ホール素子25には回転
磁極からの交番磁界によって交流電圧が発生し、その交
流信号の周波数は、モータの回転数に対応したものとな
る。

差動増幅器26は、トランジスタ対29を成すトランジス
タ30、32のエミッタ間に抵抗34、36を接続し、これら抵
抗34、36の中間接続点と接地側ラインとの間にトランジ
スタ38を接続したものであり、トランジスタ38に流れる
動作電流I_Oで増幅利得が調整される電流制御利得可変増
幅器を構成している。抵抗34、36は、差動増幅器26の直
線性を拡大させるために設置されている。

この差動増幅器26のトランジスタ30、32のベースに
は、個別に一定のバイアス電圧が加えられているととも
に、ホール素子25が発生した交流電圧が加えられてい
る。すなわち、トランジスタ30、32に加えられるバイア
ス電圧は、抵抗40、42の分圧回路で形成され、電源端子
46と接地側ラインとの間に印加される電圧Vccを抵抗4
0、42の抵抗比によって分圧形成しており、トランジス
タ32には抵抗40、42の分圧点から直接に印加され、トラ
ンジスタ30にはその分圧点から抵抗44を介して加えられ
ている。

また、トランジスタ38、48は第１の電流ミラー回路49
を構成しており、制御入力端子50に図示していない制御
回路から制御電流I_Oが与えられると、この制御電流I
_Oは、抵抗52を介してトラジスタ48に流れ込むととも
に、カレントミラー効果によってトランジスタ38に流
れ、差動増幅器26の動作電流となる。したがって、制御
電流I_Oの増減によって差動増幅器26の増幅利得が制御さ
れる。

この差動増幅器26の差動出力を取り出すための出力回
路28は、トランジスタ54、56、58、60、第１及び第２の
抵抗62、64で構成されている。トランジスタ54、56はト
ランジスタ30に対する能動負荷を成す第２の電流ミラー
回路57であり、また、トランジスタ58、60はトランジス
タ32に対する能動負荷を成す第３の電流ミラー回路61で
あり、それぞれトランジスタ30、32に流れる差動電流を
カレントミラー効果によって取り出し、抵抗62、64を介
して接地側ラインに放流する。

そして、各抵抗62、64には、出力回路28に流れる直流
電流分を接地側に放流する電流バイパス回路66、68が個
別に形成されている。この実施例の場合、電流バイパス
回路66は第１のトランジスタ70、電流バイパス回路68は
第２のトランジスタ72で構成され、各トランジスタ70、
72はトランジスタ48と電流ミラー回路を構成している。
すなわち、各トランジスタ70、72のエミッタ面積は、ト
ランジスタ48のエミッタ面積の1/2に設定されており、
制御入力端子50から加えられた電流I_Oは、差動増幅器26
に対する動作電流になるとともに、出力回路28の差動出
力に含まれる直流電流分は、トランジスタ70、72によっ
て減算されるようになっている。このため、抵抗62、64
には、差動出力中の交流信号分のみが発生し、たとえ
ば、抵抗62には交流信号の正相分、抵抗64には交流信号
の逆相分の反転出力が発生する。

各抵抗62、64に発生した信号成分は出力合成回路73に
加えられ、抵抗62、64に個別に発生した半波整流波形が
合成される。すなわち、各抵抗62、64に発生した信号成
分は、個別に第１及び第２のバッファ回路としての演算
増幅器74、76の非反転入力端子（＋）に加えられてい
る。演算増幅器74の出力端子とその反転入力端子（−）
との間には抵抗78が接続されており、演算増幅器74は全
帰還増幅器を構成している。同様に、演算増幅器76の出
力端子とその反転入力端子（−）との間には抵抗80が接
続され、演算増幅器76も全帰還増幅器を構成している。
各演算増幅器74、76の出力端子間には抵抗82、84が接続
され、これら抵抗82、84の中間点に発生する信号成分は
第３のバッファ回路としての演算増幅器86の非反転入力
端子（＋）に加えられている。演算増幅器86の出力端子
と反転入力端子（−）との間には抵抗88が接続され、演
算増幅器86は全帰還増幅器を構成し、演算増幅器86の出
力は絶対値波形出力として出力端子90a、90bから取り出
される。

以上の構成に基づき、その動作を第２図を参照して説
明する。

第２図のＡは、ホール素子25で得られた交流電圧波形
を示し、この交流電圧はトランジスタ30、32のベース間
に加えられる。

ここで、制御入力端子50からの制御電流I_Oが電流I_O1
から電流I_O2に減少し、差動増幅器26の増幅利得が変更
された場合を想定すると、第２図のＡに示す交流電圧の
印加に対応し、トランジスタ30のコレクタ側には第２図
のＢに示す電流、トランジスタ32のコレクタ側には第２
図のＣに示す電流がそれぞれ流れる。この場合、各電流
は、制御電流I_O1、I_O2の1/2の電流I_O1/2、I_O2/2に交流
成分が重畳した信号電流で与えられる。これらの信号電
流は、トランジスタ54とトランジスタ56、トランジスタ
58とトランジスタ60のカレントミラー効果によって、ト
ランジスタ30に流れる電流と同様の電流がトランジスタ
56に流れるとともに、トランジスタ32に流れる電流と同
様の電流がトランジスタ60に流れる。この場合、トラン
ジスタ70、72の各エミッタ面積は、トランジスタ48のエ
ミッタ面積の1/2に設定されているので、トランジスタ4
8に流れる制御電流I_O1、I_O2は、カレントミラー効果に
よって、トランジスタ70、72にはI_O1/2、I_O2/2の電流吸
い込みが行われる。したがって、トランジスタ56、60に
流れる信号電流中の直流電流分I_O1/2、I_O2/2は、バイパ
ス回路66、68のトランジスタ70、72を介して接地ライン
側に放流される。

この結果、抵抗62、64には、トランジスタ56、60に流
れる信号電流中の交流電流分のみが流れて電圧降下が発
生し、抵抗62には第２図のＤに示す半波整流波形の電
圧、抵抗64には第２図のＥに示す半波整流波形の電圧が
発生する。

これら各電圧波形は、出力合成回路73に加えられて合
成され、出力端子90a、90bには、第２図のＦに示すよう
に、合成出力である絶対値信号が取り出される。

したがって、制御電流I_OがI_O1〜I_O2のように加減され
て差動増幅器26の増幅利得が制御された場合、その出力
側には増幅利得に応じた直流電流分が現れるが、この直
流電流分は、バイパス回路66、68が設置されていない場
合には、出力波形の一部を成して絶対値波形を形成する
上での障害となるのに対し、増幅利得の制御に応じて電
流吸い込み能力が与えられるバイパス回路66、68によっ
て抜き取られることにより、差動増幅器26の増幅利得が
制御電流I_Oによってどのように制御されても、出力回路
28に現れる出力は交流信号成分のみとなり、直流電流分
の影響を受けることなく、その交流信号は全体値信号波
形に高精度に変換されることになる。

また、第１図に示す回路からも明らかなように、直流
回路のみで構成されるので、半導体集積回路化が容易で
あり、たとえば、サーボ制御回路などに用いて安定した
位相余裕を取ることができる。

発明の効果 以上説明したように、この発明によれば、次のような
効果が得られる。

（ａ） 差動増幅器の利得制御のための動作電流の調整
に応じて、差動増幅器の出力回路に現れる出力中の動作
電流分、すなわち、直流電流分を除去し、交流信号波形
のみを取出して絶対値波形に変換することができる。

（ｂ） 直流回路のみで増幅利得の制御を必要とする絶
対値演算処理が可能であり、半導体集積回路化が容易に
なる。

（ｃ） 大容量のコンデンサなどを必要としないので、
周波数特性が良好になり、たとえば、サーボ制御に応用
した場合、安定した位相余裕が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の波形変換回路の実施例を示す回路
図、第２図はその動作波形を示す説明図、第３図は従来
の波形変換回路を示すブロック図である。 26……差動増幅器 28……出力回路 29……トラジスタ対 49……第１の電流ミラー回路 57……第２の電流ミラー回路 61……第３の電流ミラー回路 62……第１の抵抗 64……第２の抵抗 66,68……電流バイパス回路 70……第１のトランジスタ 72……第２のトランジスタ 73……出力合成回路 74……演算増幅器（第１のバッファ回路） 76……演算増幅器（第２のバッファ回路） 86……演算増幅器（第３のバッファ回路）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】差動増幅器（26）と、出力回路（28）と、
   電流バイパス回路（66、68）と、出力合成回路（73）と
   を有する波形変換回路であって、 差動増幅器（26）は、エミッタを共通にしたトランジス
   タ対（29）を備えており、このトランジスタ対（29）の
   ベースに信号源から入力信号を加え、 出力回路（28）は、第１の電流ミラー回路（49）、第２
   の電流ミラー回路（57）及び第３電流ミラー回路（61）
   を備えており、第１の電流ミラー回路（49）は外部から
   の制御入力を受けて差動増幅器（26）の動作電流を増減
   させて増幅利得を制御し、第２の電流ミラー回路（57）
   は差動増幅器（26）の出力電流を取り出して第１の抵抗
   （62）に流し、第３の電流ミラー回路は差動増幅器（2
   6）の出力電流を取り出して第２の抵抗（64）に流すこ
   とにより、これら第１及び第２の抵抗（62、64）に正側
   及び負側の波形出力を個別に取り出し、 電流バイアス回路（66、68）は第１の電流ミラー回路
   （49）を構成する第１のトランジスタ（70）及び第２の
   トランジスタ（72）を備えており、第１のトランジスタ
   （70）は第１の抵抗（62）に並列に接続し、第２のトラ
   ンジスタ（72）は第２の抵抗（64）に並列に接続し、こ
   れら第１及び第２のトランジスタ（70、72）により出力
   回路（28）から直流電流分を除去し、 出力合成回路（73）は、第１及び第２のバッファ回路
   （74、76）を備えており、第１のバッファ回路（74）は
   第１の抵抗（62）に得られる差動出力を取り出し、第１
   のバッファ回路（74）は第２の抵抗（64）に得られる差
   動出力を取り出すことにより、これら差動出力から正負
   の波形出力を合成する 波形変換回路。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の波形変換回路
   において、 電流バイパス回路（66、68）は、差動増幅器（26）に動
   作電流を与えるトランジスタ（38）と第１のカレントミ
   ラー回路（49）を構成する第１及び第２のトランジスタ
   （70、72）を以て構成し、出力回路（28）から除くべき
   直流電流値を動作電流に対して1/2になるように設定し
   た 波形変換回路。