JPS6057728B2

JPS6057728B2 - 可変抵抗減衰器

Info

Publication number: JPS6057728B2
Application number: JP16078577A
Authority: JP
Inventors: 利夫長谷川
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1977-12-26
Filing date: 1977-12-26
Publication date: 1985-12-17
Also published as: JPS5489461A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は可変範囲が広くとれ、かつ入力整合特性の良好
な可変抵抗減衰器に関するものである。

可変抵抗減衰器は入力信号を任意量減衰させる手段とし
て各種の電子機器、通信機器に広く使用されている。第
１図に可変抵抗としてＰＩＮダイオードを用いた可変抵
抗減衰器の一実現例を示す。

ＰＩＮダイオード１の抵抗値をＲｘ）固定抵抗２、３の
抵抗値をそれぞれＲ、、Ｒ。、負荷抵抗４の抵抗値をＲ
。とすれば、入力端子対５、６と出力端子対７、８の間
の電圧伝達関数ＴはＲｏ１Ｒ。

Ｔ■Ｒｘ＋Ｒｏ１Ｒ２゜゜゜゜゜゜（１）と表わされる
。

本説明で用いる記号１は２つの抵抗値を並列に用いた時
の抵抗値を表わす。また、出力端子対７、８に抵抗値Ｒ
。なる負荷抵抗を接続した時の入力端子対５、６から見
た入力インピーダンスＺｉはＺｉ■Ｒ、１（Ｒｘ＋Ｒｏ
１Ｒ。

）・・・・・・（２）となる。なお、９、１０はＰＩ
Ｎダイオードの直流バイアス電流が他の回路素子に流入
するのを阻止するコンデンサである。ＰＩＮダイオード
１の抵抗値Ｒｘはそれに流れる電流により変化するので
、式（１）に従い入力信号の減衰量を任意に変えること
ができる。しかし、Ｌ形回路による可変抵抗減衰器のた
め、式（２）によりＲｘが変化するのに応じて入力イン
ピーダンスが変化する。このため入力点において外部回
路とインピーダンス整合をとることが不可能である。そ
こで入力インピーダンス整合の良い範囲でＲｘを変化さ
せて可変抵抗減衰器・として使用した場合、その減衰量
の可変範囲は小さい値となる。第２図は減衰量の可変範
囲が広く、かつ入力点でのインピーダンス整合がとれる
可変抵抗減衰器として良く知られている橋絡Ｔ形の回路
であるが、以下の理由により実現した場合の回路規摸が
大きくならざるをえない。

即ち、負荷抵抗１１の抵抗値をＲ。、可変抵抗１２，１
３の抵抗値をそれぞれＲｐ，Ｒｑとした場合、入力イン
ピーダンスをＲ。に保ちつつ減衰量を変化させるには良
く知られている様に常に式（３）を満足しなければなら
ない。しかし、２つの可変抵抗１２，１３の抵抗値Ｒｐ
，Ｒｑを式（３）の条件を満たしつつ変化させるには特
殊な制御回路が必要である。

したがつて、入力点でインピーダンス整合がとれ、広範
囲の減衰量が連続的にとれる橋絡Ｔ形による可変抵抗減
衰器を実現するためには構成が複雑になり回路規摸も大
きくなる。本発明はこれまで述べたような従来の可変抵
抗減衰器の欠点を改良すべくなされたものである。

即ち、本発明の目的はＰＩＮダイオードを用いた簡単な
回路て減衰量の可変範囲を広くとれ、かつ入力インピー
ダンスの整合をとることのできる可変抵抗減衰器を提供
することである。以下、本発明を図面により詳細に説明
する。

第３図は、本発明の可変抵抗減衰器の構成を示すもので
ある。従来の可変抵抗減衰器のＰｌＮダイオーード１４
に並列に固定抵抗１５を付加し、ＰＩＮダイオード１４
のカソード側にもう１つのＰＩＮダイオード１６のカソ
ードを接続した構成になつている。ＰＩＮダイオード１
４を流れる電流をＩＸｌその時の抵抗値をＲｘ．．ＰＩ
Ｎダイオード１６を流れる電．流をＩｙｌその時の抵抗
値をＲｙとする。ここで、ＰＩＮダイオードの順方向電
圧降下量はＰＩＮダイオードを流れる電流の大きさによ
り０．２〜０．８Ｖ程度の値をとり、電流が小さい時に
は無視できる程度に小さく、また計算での煩雑さを避け
るために電．−圧降下量をＯとして無視する。固定抵抗
１５の抵抗値をｒ１負荷抵抗１７の抵抗値をＲＯとする
。なお、固定抵抗１８及び１９はＰｆＳＪダイオードに
流れる電流を決めるもので抵抗値をそれぞれＲｌ，Ｒ２
とする。２０，２１，２２はＰＩＮダイオーードの直流
バイアス電流が他の回路素子に流入するのを阻止し、高
周波信号はそのまま伝えるためのコンデンサである。

２３，２４は電圧供給端子であり、それぞれに加えられ
る電圧をＶｘ，■ｙとする。

なお、■Ｘ，Ｖｙは第３図のように固定抵抗Ｒ２の１端
を接地し、そこを基準電位とする。

まず、本発明による可変抵抗減衰器の動作の概略を説明
する。

ＰＩＮダイオード１４及びＰＩＮダイオード１６により
Ｌ型回路が構成される。電圧供給端子２４の電圧Ｖｙを
一定にする事によりＰＩＮダイオード１４及び１６に流
れる電流値の和がほぼ一定になる。そこで電圧供給端子
２３に加える電圧Ｖｘを変化させると、Ｖｘと■ｙとの
関係によりＰＩＮダイオード１４及び１６に流れるる電
流を増減させる事ができ、この可変抵抗減衰器の減衰量
を変える事ができる。また、負荷インピーダンス程度の
抵抗値をもつ固定抵抗１５をＰＩＮダイオード１４に並
列に付加する事により入力インピーダンスの整合も良好
に保たれる。また、電圧供給端子２３を固定にし電圧供
給端子２４を変化させた場合にも同様の事が言える。す
なわち、Ｖｘ＜５Ｖｙとの相対値を変えることにより目
的を達成することが出来るものである。以下、具体的な
数値により第３図の本発明による可変抵抗減衰器の特性
を詳細に説明する。

ここで固定抵抗１８，１９の抵抗値Ｒｌ，Ｒ２は入力イ
ンピーダンスＺｉが負荷抵抗値Ｒ。から大きく変わらな
い程度に大きく、また電圧Ｖｘが大きくなりすぎない程
度な値がとられる。したがつて、ここではＲｌ，Ｒ２を
共に５００Ω、また負荷抵抗値■を５０Ωとする。入力
端子対２５，２６と出力端子対２７，２８間の電圧伝達
関数■はまた、入力インピーダンスＺｉはと表わされる。

ＰｌＮダイオードの抵抗値Ｘはそれぞれに流れる電流１
により変化し、動作抵抗Ｘは一般に次の近似式て表わさ
れることが知られている８ここに、Ｋ，ｈはダイオード
の物理的特性によつて定まる定数であり、通常ｋは数十
程度、ｈは０．７〜１の範囲にある。

本数値例におけるＰＩＮダイオードとして日本電気製高
周波ＰＩＮダイオードＩＳＵ３６（ｋ＝５８，ｈ＝０．
８２）を用いた場合を考える。第３図においてＰＩＮダ
イオード１４及びＰＩＮダイオード１６に流れる電流１
ｘ，Ｉｙは電圧供給端子２３，２４にそれぞれ加えられ
る電圧■Ｘ，■ｙにより制御される。通常人力インピー
ダンスＺｉとＲＯとの整合の良さを示す尺度として次式
で与えられる不整合減衰量ｒを用いることが多い。この
ｒの値が２０ｄＢ以上であれば不整合による信号の波形
劣化は実用上無視できる程度に小さい。今、ＲＯは５０
Ωなのでｒが２０ｄＢ以上となるインピーダンスＺｉは
４０．９〜６１．１Ωの範囲内である。ここで固定抵抗
１５は入力インピーダンスの整合を調整するもので、抵
抗値γは負荷インピーダンス程度にとれば整合は良好に
保たれる。その理由はＰＩＮダイオード１４の抵抗値Ｒ
ｘが大きくなり、減衰量が大きくなる場合、固定抵抗１
５の抵抗値γと負荷インピーダンスＲ。とがγくＲ。と
すると入力インピーダンスＺｉがＺｉくＲ。となり、ま
たγ〉ＲＯならばＺｉ〉ＲＯとなるため入力インピーダ
ンスの整合が悪くなるためである。ここでは以下の計算
を簡単にするために固定抵抗γの値をＲ。ｌＲ２に等し
く４５．５Ωとすると、式（４）、式（５）は次のよう
になる。また、Ｒｘ，Ｒｙは前述より式（代）で表わさ
れる。

第３図において、２つのＰＩＮダイオードの接続点２９
における電位は電圧供給端子２４に加えられる電ＥＥｓ
Ｉｙにほぼ等しく、Ｖｙを一定にしておけば２９の電圧
もほぼ一定となる。従つて、抵抗Ｒ２に流れる電流は一
定となり次式が成り立つ。に振分ける事が可能である。
ここで不整合減衰量ｒを２０ｄＢ以上に保ちつつとりう
る最大可変減衰量の値を求める。

式（９），０Ｉ，（１１）よりＯく■くＫとするとＺｉ
はＩＸ？に関して対称な下に凸な関数である。Ｚｉが最
大値をとるのは次の２つの場合である。（イ）Ｒｙ＝１
即ちＩｘ＝Ｋ（Ｉｙ＝０）この時（ロ）Ｒｘ＝１即ちＩ
ｘ＝０（Ｉｙ＝Ｋ）この時Ｖｘく■ｙまた、Ｚｉが最小
値をとるのは（ハ）ＲＸ＝Ｒｙ即ちＩＸ＝Ｉｙ＝？の場合である。

そこで第１の場合として、Ｚｉが最大値として６１．１
Ω（ｒ＝２０ｄＢ）をとる時を考える。

この時、前述よりＺ１が最大値６１．１Ωをとるのはの
時である。（イ）の時Ｖｘ＝１．１６■、Ｖｙ＝０．関
■であるからＲ２に流れる電流を一定にする様に■ｙ＝
０．５８Ｖに一定にすると、（口）の場合の成り立つの
はＶｘ＜．０．５８Ｖの時てある。この時のＺｉのとり
うる最小値はの時によりＺｉ＝５４．１Ωでありｒ〉２
０ｄＢになつている。

また１．１６Ｖ＞Ｖｘ＞０．５８Ｖの成り立つ時、Ｉｘ
＝０．５８ｒｎＡを境に０くＩｘく０．５８ｎ１ＡでＺ
ｉは単調減少、０．５８ｒｒ１Ａ＜Ｉｘく１．１６ｎ１
ＡでＺｉは単調増加となり■ｘ＝０．５８ｎ１Ａで最小
値となる。

以上のＺｉの様子を第４図の１で示したが、すべての場
合でｒ〉２０ｄＢとなつている。この時の減衰量は■の
大きさに従い３．７ｄＢ９．２ｄＢとなり、可変幅は５
．５ｄＢととなる。その様子を第５図の１に示した。な
お、Ｖｘ〉１．１６Ｖの時は、Ｖｘが大きくなる程秋が
大きくなり、それにつれてＲｘが小さくなり、その結果
Ｚｉが減少し、減衰量も小さくなるが電流■の制限とも
からみここでは略す。次に第２の場合としてＺｉが最小
値として４０．９Ω（ｒ＝２０ｄＢ）をとる時を考える
。

この時前述より（ハ）１ｘ＝１ｙ一１．４１ｍＡ，Ｒｘ
＝Ｒｙ＝４３．７ｊの時であり■ｙ＝１．４１Ｖ，ＶＸ
＝２．８２Ｖである。したがつて、Ｖｙ＝１．４１Ｖに
一定とした場合のＺｉの最大値はの時にとりＺｉ＝５４
．７Ωであり、ｒ〉２０ＪＢになつている。

以上のＺｉの様子を第４図の２で示したが、すべての場
合ｒ〉２０ｄＢとなつている。この時の減衰量はＩｘの
大きさに従い２．６ｄＢ〜１１．７ｄＢとなり、可変幅
は９．１ｄＢとなる。その様子を第５図の２に示した。
以上を整理すると、本発明の可変抵抗減衰器では、Ｖｙ
を０．５８Ｖく■ｙく１．４１Ｖの範囲に設定すれば常
にｒ〉２０ｄＢを維持でき、減衰量の可変幅を５．５ｄ
Ｂ〜９．１ｄＢまで自由にとれる。

ここで、第１図に示した従来の可変抵抗減衰器との特性
の比較を行つてみる。条件は第３図の場合と同様Ｒ１＝
Ｒ２＝５００Ω、ＲＯ＝５０Ωとし、ＰＩＮダイオード
も同一のものとする。式（１），（２）より第１図の可
変抵抗減衰器がｒ〉２０ｄＢを保ちつつとりうる減衰量
は■Ｘく１０■とすると、１．４ｄＢ〜３．７ｄＢとな
り可変幅は２．２ｄＢとなる。これに対して、本発明の
可変抵抗減衰器の可変幅は既述のように５．５〜９．１
ｄＢである。したがつて、本発明による可変抵抗減衰器
は従来のものど比較して入力インピーダンス整合が良好
で可変範囲が広くとれる利点を持つ。更には制御電圧Ｖ
ｘは従来のものに対して非常に小さな値ですむ。以上説
明したのは電圧供給端子２４の電圧■ｙを固定にし、Ｐ
ＩＮダイオード１４及び１６に流れる電流値の和■＋Ｉ
ｙをほぼ一定にし、電圧供給端子２３の電圧Ｖｘを変え
て減衰量を変化させた場合を考えたが、次に■ｘを固定
にしてＶｙを変化させる場合について考える。

この時、Ｖｘ＝（Ｒ１＋Ｒ２）Ｉｘ＋Ｒ２■ｙ＝ＣＯｎ
ｓｔａｎｔとなり、これはＰＩＮダイオード１４及び１
６に流す電流値１ｘ＜５１ｙとの重みづけ和が一定にな
るという条件である。その場合、電圧Ｖｙを変化させる
事により可変抵抗減衰器となりうる事を■の変化により
みる。まず、Ｉｘが最大値をとるのはＶｙ＜．Ｖｘ−１
−の場合で、Ｉｘ＝ー■羨一Ｒ，＋Ｒ２Ｒｌ＋Ｒ２ゝ
Ｉｙ＝０となり、減衰量は最小となる。

次にＩｘが０となるのはＶｙ〉■ｘの場合で、この時１
ｙは最大値？となり、減衰量は最小となる。また、Ｖｘ
〉■ｙ＞Ｖｘ−〜−のときにはＲ１＋Ｒ２となり、Ｖｙの値を変化させる事によりＰＩＮダイオー
ド１４及び１６に流す電流１ｘ，Ｉｙを任意に変える事
ができ減衰量が変えられる。

また、一定にした電圧Ｖｘの大きさを適当に選ぶ事によ
り不整合減衰量ｒが２０ｄＢ以上とれ、つ可変範囲の広
くとれる可変抵抗減衰器が実現できる。したがつて、第
３図の構成て電圧供給端子２３の電圧Ｖｘを固定にし、
電圧供給端子２４の電圧Ｖｙを変化させた場合でも、■
ｙを固定にしＶｘを可変にした場合と同様な機能をもつ
た可変抵抗減衰器を実現できる。なお、第３図の実施例
の説明においてγは負荷インピーダンスにみあうγ＝４
５．５Ωをとつたが、必要な不整合減衰量と減衰量の可
変幅の設定の仕方により他の適当な値をとることができ
る。

更に、上述の説明においては電圧供給端子２４に接続さ
れる電圧源を理想的としたが、電圧源のインピーダンス
が無視できない場合にはそのインピーダンスを既述のＰ
ＩＮダイオード１６の抵抗値Ｒｙに含ませて設計するこ
とができる。また、以上の説明においてＰＩＮダイオー
ドの向きを変えても即ち、カソードをアノード側にアノ
ードをカソード側に変えても全く同様な事が成り立つ。

従つて、ＰＩＮダイオードの向きの変更は、この発明の
本質を変えるものではない。以上、説明した様に、本発
明によれば簡単な回路で減衰量の可変範囲を広くとれ、
かつ入力インピーダンスの整合をとることのできる可変
抵抗減衰器が得られる。

その減衰量は１端子電圧を変化させることにより連続的
かつ電気的に制御することができる。

本発明の可変抵抗減衰器は入力の不整合がきわめて小さ
いから、信号の帯域が数＋ＭＨｚ〜数百ＭＨｚにわたる
様な高周波領域において使用しても入力端ての多重反射
による信号劣化をほとんど生じることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ従来の可変抵抗減衰器の１例
を示す回路図、第３図は、本発明による可変抵抗減衰器
を示す回路図、第４図は本発明による可変抵抗減衰器の
入力インピーダンス特性を、第５図は減衰特性を示す図
である。図において、１，１４，１６・・・・・ＰＩＮダイオー
ド、２，３，１５，１８，１９・・・・・・固定抵抗、
４，１１，１７・・・・・・負荷抵抗、５と６，２５，
２６・・・・・・入力端子対、７，８，２７，２８・・
・・・出力端子対、９，１０，２０，２１，２２・・
・コンデンサ、１２，１３・・・・・可変抵抗、２３，
２４・電圧供給端子、２９・・・・・接続点、をそれぞ
れ示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１アノード（またはカソード）を入力端とし、かつこ
のアノード（またはカソード）が抵抗を介して第１のバ
イアス電圧供給端子に接続され、カソード（またはアノ
ード）を出力端とし、かつこのカソード（またはアノー
ド）が抵抗を介して定電位点に接続され、また直流バイ
アス電流が入力側及び出力側に流れこまないように交流
結合された第１のＰＩＮダイオードと、出力端に接続さ
れる負荷インピーダンスとで構成される可変抵抗減衰器
において、前記第１のＰＩＮダイオードに並列に、かつ
直流バイアス電流が流れこまないように固定抵抗を付加
し、前記第１のＰＩＮダイオードのカソード（またはア
ノード）に第２のＰＩＮダイオードのカソード（または
アノード）を接続し、第２のＰＩＮダイオードのアノー
ド（またはカソード）を第２のバイアス電圧供給端子に
接続した構成を持ち、前記第１のバイアス電圧供給端子
の電圧と前記第２のバイアス供給端子の電圧との相対値
を可変にすることにより減衰量を調節することを特徴と
する可変抵抗減衰器。