JPS60103809A - 変換回路 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、例えば電流・電流変換、電圧・電圧変換、
あるいはリミッタ−回路等として使用される変換回路に
関する。

〔発明の技術的背景とその間起点〕

一般に、この種の変換回路として、演算増幅器（オペア
ンプ）を用いた電圧・電流変換器が広く知られている。

しかし、このような従来の電圧・電流変換器は、いずれ
も信号入力端と出力端とが共通の電位（接地電位）を基
準として動作するもので、動作電圧範囲が狭く、血流の
反転を行なう場合には複数のカレントミラー回路を必要
とするため回路構成が複雑化する等の欠点があシ、回路
構成上の制約が多かった。このため、人、出力端間を電
気的に分離して動作電圧範囲を広げ、回路応用上の自由
度を向上できる変換回路が望まれている。

〔発明の目的〕

この発明は上記のような事惟に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、人、出力端間を電気的に分離
できるとともに動作電圧範囲が広く、回路応用上の自由
度を大幅に向上できるすぐれた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、人、出力端間を電気的
に分離するために、電流信号を光も号に変換する電光変
換素子と、この電光変換系子と光学的に結合され光信号
を電流信号に変換する光電変換素子とによって変換回路
を構成したもので、上記電光変換素子は、一方の入力端
に基準電圧が印加され他方の入力端に入力信号が供給さ
れる演算増幅器の帰還回路に設け、上記光電変換素子の
一端を出力端子に接続したものである。

〔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１図はその基本構成を示すもので、図において
、Ａはオペアンプで、このオペアンプＡの非反転入力端
（＋）（一方の入力端）は接地され、反転入力端（−）
（他方の入力端）には入力端子１ノが接続される。この
入力端子１１には電流源Ｊ２から入力電流工ＩＮが供銘
される。上記オペアンプＡの出力端には電光変換素子、
例えば発光ダイオード１３のカソード、アノ−間を介し
てその反転入力端（−）が接続される。上記発光ダイオ
ード１３には、光学的に結合された状態で光電変換素子
、例えばフォトトランジスタ１４が配設される。上記発
光ダイオード１３とフォトトランジスタ１４とはフォト
カプラＰＣ１を構成しておシ、フォトトランジスタ１４
のコレクタ（あるいはエミッタ）には出力端子１５（あ
るいは出力端子１５′）が接続すれ、エミッタ（コレク
タ）には負荷が接続されて成る。

上記のような構成において、入力端子１ノに正の電圧が
印加され、工ＸＮなる電流がオペアンプＡの反転入力端
（−）に流れ込んだとすると、このオペアンプＡの出力
電圧は負電圧となる（この時オペアンｆＡの反転入力端
（−）側ノードＳは接地電位）ので、発光ダイオード１
３には順方向バイアスが印加されて発光される。今、オ
ペアンプＡの入力電流が無視できるものとすると、上記
発光ダイオード１３を流れる電流ＩＦは入力電流ＩＩＮ
に等しくなる（　ＩＰ　＝工ＩＮ）。ここで、フォトカ
プラＰＣ１の変換効率をＫとすると、発光ダイオード１
３を流れる電流■、とフォトトランジスタノ４のコレク
タ電流工。との間には「Ｋ＝Ｉ。／工、」なる関係があ
る。従って、上述した変換回路の出力電流■。は次式（
１）で示される。

ｒＩｏ＝Ｋ・工□、」　・・・（１） すなわち、この回路は、Ｋという伝達比を持つ電流・電
流変換回路（力２図参照）と等価である。

なお、入力電流工□、の向きが逆の場合には、第３図に
示すように発光ダイオ−トノ３の向きを逆にすれば良い
。この場合は、入力端子１１に負の電圧が印加されると
、オペアンプＡの出力電圧は正電圧となる（この時ノー
ドＳは接地電位）ので発光ダイオード１３にｊし方向バ
イアスか印加されて発光される。

このような構成によれば、比較的簡単な構成であシなが
ら人、出力端間を電気的に分離できるとともに、入力側
（発光ダイオードＪ３側）と出力側（フォトトランジス
タ１４側）とをそれぞれ異なる電圧で動作させることも
可能であり、回路応用上の自由度を大幅に向上できる。

第４図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ前記第１図および第３
図の回路を元に形成した電圧・電流変換回路（反転型）
を示している。図において、前記第１図あるいは第３図
と同一構成部には同じ符号を付してその説明は省略する
。すなわち、（ａ）図は前記ｗＪ１図における入力回路
の′電流源１２を抵抗Ｒユに置換したものであり、（ｂ
）図は前記第３図における入力回路の電流源１２を抵抗
ＲＩＮに置換したものである。（ａ）図は正の入力電圧
（Ｖ、Ｎ＞Ｏ）、（ｂ）図は負の入力電圧（ＶｌＮ＜　
０）の場合の回路を示しておシ、入力電流工ＩＮ　％出
力電流工　はそれぞれ次式（２）　、　（３）で示され
る。

このように、前記第１図および第３図の変換回路を基本
構成として、反転型の電圧・電流変換回路を構成できる
。この場合、前記と同様に人。

出力端間を電気的に分離でき、且つ入力端と出力端とを
異なる電圧で作動できるのはもちろんである。

第５図（＆）　、　（ｂ）はそれぞれ非反転型の電圧・
電圧変換回路を示している。すなわち、前記第４図（ａ
）　、　（ｂ）においてはオペアンプＡを反転型増幅器
として作動していたのに対し、非反転型増幅器として作
動するもので、第５図（、）は第４図（、）に対応して
おυ、第５図（ｂ）は第４図（ｂ）に対応している。第
５図（ａ）　、　（ｂ）においては、それぞれオペアン
プＡの非反転入力端（＋）に入力電圧■ＩＮを印加する
とともに、抵抗ＲＩＮを接地したものである。なお、第
５図（ａ）は入力電圧ｖＩＮが負の場合、第５図（ｂ）
は入力電圧ｖＩＮが正の場合の回路であシ、人、出力電
流”ｒＮ＋　Ｉ。は削代（２）　、　、　（３）と同じ
である。

第６図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ電圧・電圧変換回
路を示している。すなわち、前記第４図（ａ）における
出力トランジスタ（フォトトランジスタ）１４の負荷と
して抵抗を使用したもので、第６図（、）においては、
フォトトランジスタ１４のコレクタには正電源ライン■
が接続され、エミッタには抵抗ｇｏを介して接地点が接
続されるとともに出力端子１５が接続される。そして、
上記フォトトランジスター−４のエミッタ電ＩＡｔ、　
Ｉを抵抗Ｒ０によって電圧に変換し、出力電圧Ｖ。

を得るようにして成る。一方、第６図（ｂ）においては
、フォトトランジスター４のコレクタには抵抗Ｒ０を介
して正電源ライン■が接続されるとともに出力端子１５
が接続され、エミッタには接地点が接続される。そして
、上記フォトトランジスター４のコレクタ電流■　を抵
抗Ｒ６によって電圧に変換し、出力電圧Ｖ　を得るよう
にして成る。

上記のような構成において、出力電圧Ｖはいずれの場合
も次式（４ンで与えられる。

なお、前記第４図（ｂ）および第５図（ａ）　、　（ｂ
）における出力トランジスタ（フォトトランジスタ）１
４に上記第６図（ａ）　、　（ｂ）と同様に負荷として
抵抗を設けても電圧・電圧変換回路を構成できるのはも
ちろんである。

第７図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ、′電流・電圧変
換回路を示すもので、前記第１図および第３図における
出力トランジスタ（フォトトランジスタ）Ｊ４のコレク
タには正電源ライン■が接続され、エミッタには抵抗Ｒ
８を介して接地点が接続されるとともに、出力端子１５
が接続される。そして、上記フォトトランジスター４の
エミッタ電流Ｉ　を抵抗Ｒによって電圧に変換し、出力
電圧Ｖ　を得るようにして成る。ここで、出力電圧■　
は次式（５）で表わせる。

Ｖ　＝、＝に−Ｒｏ・工、　・・・（５）なお、第７図
（ａ）　、　（ｂ）において、抵抗Ｒ６をフォトトラン
ジスター４のエミッタ側に設けたが、前記第６図（ｂ）
と同様にコレクタ１ｌＩｌ］に設けても良いのはもちろ
んである。

第８図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれこの発明の他の実
施例を示すもので、上記各実施例ではオ認アンゾＡの帰
還回路に１個の発光ダイオードを設けていたのに対し、
帰還回路に複数（２個）の発光ダイオード１３．．１３
２を直列（第８図（ａ）参照）あるいは並列（第８図（
ｂ）　参照）接続して設けるとともに、これら発光ダイ
オード１３１　。

１３２とそれぞれ光学的に結合されたフォトトランジス
タノ４１　ｒ１４ｚＣフォトカプラｐｃ１゜ＰＯ２）を
設けたものである。

第８図（、）において、発光ダイオード１３１　。

１３２を流れる電流はそれぞれ等しく、フォトトランジ
スタ１４１，１４２から得られる出力′電流■。４．■
ｏ２はそれぞれ次式（６＞　、　（７）で示される。

上式（６）、（７）において、Ｋ、ｒ　Ｋ２　Ｆ’Ｊ、
フ第１・カプラＰＣ１，ＰＯ２の伝達比で、この伝達比
に、とに２とが等しければ、フォトトランジスタ１４１
＋１４ｚＫ　同シ入力ＩＭ、流ＩＨ（■ＩＮ　＝　ｖｔ
Ｎ／　ＲＩＮ　）のに倍（Ｋ＝に、＝に２）の電流が流
れる。

一方、第・８図（ｂ）の回路は分流回路として働き・発
光ダイオード１３１，１３２の入力−流をそれぞれ’Ｆ
１１　工Ｆ２とし、これら発光ダイオード１３１．１３
２の特性が一致しているとすると、それぞれの発光ダイ
オード１３１　＋１３２にであシ、出力電流工。１．工
。２はそれぞれ次式（９）％式％ 上述した変換回路の動作および特性を試べるために、第
９図に示すような電圧・電圧変換回路を構成して特性試
験を行なった。オペアンプＡとしては東京芝浦電気株式
会社製のＴＡ７５０４Ｐを、フォトカゾラＰＣ１は同社
製のＴＬＰ　６２１　（伝達比Ｋが約１のもの）をそれ
ぞれ使用し、抵抗Ｒ，，，Ｒｏは１にΩのものを用いた
。なお、電源電圧Ｖｃｃ＝　１５　Ｖ、　Ｖ、、　＝　
−１５Ｖテアル。コノ結呆、第１０図に示すような入力
電圧Ｖユと出力電圧■　との関係か得られた。図示する
ように、入力電圧Ｖ１Ｎが正の時、出力電圧■。は「ｖ
ＯユｖＩＮ」であり、ｖＩＮが負の時、「ｖｏ＝０」で
ある。この時、小電圧領域においては直線性が失なわれ
ているが、「ｖｌＮ〉０」の時の精度は充分筒い。従っ
て、入力電圧ＶＩＮが正のω域では、電圧・電圧変換器
として応用でき、この場合の変換率（利得）はＲ６／　
ＲＩＮとＫとによって決定できる。また、入力電圧ｖＩ
Ｎが負の領域では電流が流れないことを利用して、リミ
ッタ−回路に応用することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、人。

出力端間を電気的に分離できるとともに動作を圧範囲が
広く、回路応用上の自由度を大幅に向上できるすぐれた
変換回路が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例に係る変換回路を説明する
ための図、第２図は上記第１図の回路の動作原理を説明
するための図、第３図ないし第８図はそれぞれこの発明
の他の芙施例を説す］するだめの回路図、第９図はこの
発明による変換回路の動作および特性を試べるための実
験に使用した回路を丞す図、第１０図は上記第９図の回
路における人、出力′電圧特性を示す図である。 Ａ・・・演満増幅器（オペアン７’）、１１・・・入力
端子、１３・・・発光ダイオード（電圧変換回路）、ノ
４・・・フォトトランジスタ（充電変換素子）、１５・
・・出力端子。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第３図 第４図 第４図 第５図 ＩＮ 第１０図 λ〃電万ＶＩＮ　（Ｖ）　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一方の入力端に基準電圧が印加され他方の入力端に入力
   信号が供給される演算増幅器と、この演算増幅器の出力
   端と他方の入力端間の帰還回路に設けられる電光変換素
   子と、この電光変換素子と光学的に結合され一端が出力
   端子に接続される光電変換素子とを具ψ１１シたことを
   特徴とする変換回路。