JPS6144409B2 - - Google Patents

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JPS6144409B2
JPS6144409B2 JP53138246A JP13824678A JPS6144409B2 JP S6144409 B2 JPS6144409 B2 JP S6144409B2 JP 53138246 A JP53138246 A JP 53138246A JP 13824678 A JP13824678 A JP 13824678A JP S6144409 B2 JPS6144409 B2 JP S6144409B2
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Masayuki Katakura
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS6144409B2 publication Critical patent/JPS6144409B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00Networks using active elements
    • H03H11/46One-port networks
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/0005Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
    • H03G1/0017Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid-state elements
    • H03G1/0023Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid-state elements in emitter-coupled or cascode amplifiers

Landscapes

  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
  • Networks Using Active Elements (AREA)
  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は2つの端子間のインピーダンスを電気
的に制御し得る可変インピーダンス回路に係り、
特にモノリシツク集積回路形態に適した可変イン
ピーダンス回路に関する。
可変インピーダンス回路の最も簡単な実現方法
としては、ダイオードやFETの非線形を利用す
るのがある。しかしこれらのものは一般に線形領
域が非常に狭い上に、特にモノリシツク集積回路
内では素子や回路構成上の制約から実用性に乏し
い。このためこれ以外の可変インピーダンス回路
も考えられているが、それらのものはいずれも任
意の端子と接地端子間のインピーダンスを可変す
る接地形可変インピーダンス回路であつた。
可変インピーダンス回路を用途との関係で考え
た時、例えばAGC回路や利得制御回路において
は接地形可変インピーダンス回路でも特に問題は
生じない。ところが直流制御電圧により回路の伝
達関数を制御するような場合は、接地形可変イン
ピーダンス回路ではあまりにも回路構成上の自由
度が小さい。回路の伝達関数の制御への可変イン
ピーダンス回路の応用例としては、オーデイオ装
置におけるトーンコントロール回路や、能動フイ
ルタ等が挙げられる。
このような用途に用いる可変インピーダンス回
路は、接地形よりもフローテイング形の方が好都
合であることが多い。その理由は次の通りであ
る。
第1図は可変インピーダンス回路の概念図を示
したものである。すなわち、破線で囲んだRの部
分が可変インピーダンス回路であり、これには両
者間のインピーダンスが変化する2つの端子1,
2と、そのインピーダンス制御のための制御信号
が印加される端子3が設けられる。最も一般的な
回路では端子1,2のうち一方の2が接地されな
ければならないという制約があり、可変インピー
ダンス回路Rは端子1から見た時のみ可変インピ
ーダンスとして作用する。
ここで、接地形可変インピーダンス回路が伝達
関数の制御手段として不都合であることの第1の
理由は、1つの端子を接地した形でしか可変イン
ピーダンス回路を使用できないため、回路構成が
大幅に制約されることである。第2の理由は特に
モノリシツク集積回路形態においては、可変イン
ピーダンス回路がフローテイングである方が外付
素子接続のためのピン数を減少させ易いことであ
る。この第2の理由をトーンコントロール回路を
例にとつて具体的に説明する。
第2図はトーンコントロール回路の原理を示し
たもので、例えば第2図aのようにCR直列回路
を用意しこれに信号V0を印加すると、C,R
各々の両端に一次LPF出力Vcと一次HPF出力VR
が得られるので、Vo,Vc,VRの3種の電圧の利
得と時定数(C×R)を制御することで任意の低
域または高域の音質調整が可能である。この第2
図aの場合、Rは接地形可変インピーダンス回路
で構成することができるが、Cはフローテイング
となる。従つてモノリシツク集積回路形態におい
てはCを外付とするためのピンを2ピン必要とす
る。第2図bはCを接地形とした構成を示してお
り、この場合Cを外付とするためのピンで済む利
点があるが、Rとしてフローテイングの可変イン
ピーダンス回路を必要とする。
このようにフローテインング状態で使用し得る
可変インピーダンス回路は色々な点で、接地形の
ものよりも有利である。しかし従来の可変インピ
ーダンス回路、例えばFETのゲート・ソース間
の電圧を制御してドレインソース間のインピーダ
ンスを変化させるものでは、フローテイング状態
で使用するとゲート電位が信号電圧により変化し
てしまうため、ドレイン・ソース間のインピーダ
ンスが信号電圧に応じて大きく変化するという致
命的な欠点があり、フローテイング状態で使用す
ることはできなかつた。
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、
その目的はフローテイング状態で使用し得る可変
インピーダンス回路を提供することにある。
本発明の他の目的は、線形性の良好な可変イン
ピーダンス回路を提供することにある。
以下本発明を実施例により詳細に説明する。
第3図は本発明の第1の実施例を示したもの
で、可変インピーダンス回路は差動形電圧―電流
変換器(以下V/I変換器という)10と、この
V/I変換器10の出力電流を増幅する電流増幅
器20と、この電流増幅器20の出力電流を同一
分割比で分割する電流分割回路30と、この電流
分割回路30の出力電流の変化をV/I変換器1
0の差動入力端子対の一方に帰還する手段とから
なり、電流分割回路30の分割比を制御すること
によりV/I変換器10の差動入力端子対間のイ
ンピーダンスを変化させるように構成されてい
る。
すなわち、V/I変換器10は差動入力端子対
11,12およびこの入力端子対11,12への
入力電圧の差に対応した差動出力電流を取出す差
動出力電流を取出す差動出力端子対13,14を
有したもので、PNPトランジスタQ11,Q12のエミ
ツタ電極を抵抗R1を介して接続し、かつ電流源
16,17を介して電源入力端子15に接続した
構成であり、Q11,Q12のベース電極が差動入力
端子対11,12となり、コレクタ電極が差動出
力端子対13,14となる。なお、差動入力端子
対11,12は可変インピーダンス端子である第
1および第2の端子1,2に接続され、電源入力
端子15は正の電源+Vが印加される端子4に接
続される。
V/I変換器10の差動出力端子対13,14
は電流増幅器20の入力端子対21,22に接続
される。電流増幅器20は入力端子対21,22
への入力電流を増幅して出力端子対23,24へ
出力するもので、この例では一端が入力端子対2
1,22に接続され他端が抵抗R21,R22を介して
負の電源−Vが印加される端子5に接続された
PN接合Q21,Q22と、入力端子対21,22にベ
ース電極が接続され、エミツタ電極が抵抗R13
R14を介して−Vが印加される端子5に接続さ
れ、さらにコレクタ電極が出力端子対23,24
に接続されたトランジスタQ23,Q24とで構成さ
れる。
電流増幅器20の出力端子対23,24は電流
分割回路30の入力端子対31,32に接続され
る。電流分割回路30は入力端子対31,32へ
の入力電流を出力端子対33,34に任意の分割
比で分割して取出すもので、2組のエミツタ結合
差動トランジスタ対35,36からなる。すなわ
ち、エミツタ結合差動トランジスタ対35,36
を構成する各2個のトランジスタQ31,Q32およ
びQ33,Q34のエミツタ電極は入力端子対31,
32にそれぞれ共通接続され、Q31,Q34のコレ
クタ電極は+Vが印加される端子4に接続され、
さらにQ32,Q35のコレクタ電極が出力端子対3
3,34に接続されている。そしてエミツタ結合
差動トランジスタ対35,36の各ベース電極間
には制御端子3a,3bを介して制御電圧Vcが
印加されており、この制御電圧Vcによつて電流
の分割比が制御されるようになつている。
電流分割回路30の出力端子対33,34の一
方の端子33はカレントミラー回路40の入力端
子41に接続され、また他方の端子34はカレン
トミラー回路40の出力端子42に接続されると
共にV/I変換器10の差動入力端子対11,1
2の他方の端子12に接続されて帰還路を形成し
ている。
次に第3図の可変インピーダンス回路の動作を
説明する。V/I変換器10の差動出力電流は近
似的に次式で表わされる。
i3=I1−1/R(V1−V2) ……(1) i4=I1+1/R(V1−V2) ……(2) 1/RをK1,(V1−V2)をインピーダンス端の電圧 としてVimpとするとi3,i4は次式で求められる。
i3=I1−K1Vimp ……(3) i4=I1+K1Vimp ……(4) 一般的にはR21=R22,R25=R24であり、K2
R21/R23とすると電流増幅器20の出力電流i5
i6は i5=k2 i4=K2(I1+K1 Vimp) ……(5) i6=K2 i3=K2(I1−K1 Vimp) ……(6) と表わされる。ここで電流分割回路30の電流分
割比をf(Vc)とすると i7=f(Vc)・K2(I1+K1 Vimp) ……(7) i6=f(Vc)・K2(I1−K1 Vimp) となり、ここでf(Vc)は f(Vc)=1/1+exp(8Vc/kT) ……(8) であり、qは素電荷、kはボルツマン定数、Tは
絶対温度である。従つて出力電流i2は i2=i7−i8=f(Vc)・Vimp …(9) になり、制御電圧Vcによつてコンダクタンスが
変化しそのコンダクタンスはf(Vc)・K1・K2
表わされる。
従つて第3図の可変インピーダンス回路は、等
価的に第4図に示す如く可変インピーダンス素子
の一端側に電圧フオロワが接続された回路として
表わすことができる。
上記した構成によれば、端子1―2間のインピ
ーダンスは(9)式からも明らかなように端子1,2
個々の対接地電圧の変化には関係なく一定に保た
れる。従つて、端子1,2を両方共に接地電位か
ら浮かした状態、すなわちフローテイング状態で
使用できる利点がある。
また、端子1―2間のインピーダンスの可変を
電流分割回路30の分割比を制御することで行な
つていることから、端子1―2間のインピーダン
スの線形成が良好なものとなる。すなわち、一般
に第3図に示すように差動形電圧―電流変換器に
帰還を施すようにしたものでは、その帰還量を変
えることで端子1―2間のインピーダンスを変え
ることが可能であり、その具体的手段としては上
述のように電流分割回路の分割比を制御する方法
のほかに、帰還ループ中に設けられた電流増幅器
の利得を制御する方法も考えられる。この場合の
電流増幅器としては、入力電流をPN接合対で受
け、このPN接合対に生じる電圧をエミツタ結合
差動トランジスタ対のベース電極間に印加してコ
レクタ電極から出力電流を取出すようにし、エミ
ツタ結合差動トランジスタ対の共通エミツタ電流
を制御してその利得を変えるようなものが考えら
れる。しかしこのような電流増幅器はPN接合対
の各PN接合の電流―電圧特性の相異や、エミツ
タ結合差動トランジスタ対の各トランジスタのベ
ース・エミツタ間電圧対コレクタ電流特性の相異
がそのまま電流増幅器の非線形として現れる問題
がある。
これに対し、第3図に示す如く電流分割回路3
0の分割比を制御して端子1―2間のインピーダ
ンスを変えるようにすると、電流増幅器20とし
ては利得が固定のものでよいので差動形に代えて
直線性の良い単なる電流反転形のものを用いるこ
とができ、一方電流分割回路30においても非線
形の要素は小さい。従つて端子1―2間のインピ
ーダンスの線形成は非常に良好なものとなる。
このように本発明による可変インピーダンス回
路は、フローテイング状態で使用でき、さらに線
形性が良好であるため、特に可変インピーダンス
回路を伝達関数の制御要素とするオーデイオ用ト
ーンコントロール回路や能動フイルタを集積回路
化する場合に回路構成上の自由度の向上、コンデ
ンサなど外付素子の接続のためのピン数の減少を
図ることができて極めて好都合である。
第5図は本発明の第2の実施例を示したもの
で、2組の電流分割回路30a,30bを設け、
その各入力端子対31a,32aおよび31b,
32bを電流増幅器20の出力端子対23,24
に共通接続し、各出力端子対33a,34aおよ
び33b,34bをカレントミラー回路40a,
40bの入出力端子41a,42aおよび41
b,42bにそれぞれ接続すると共に、一方の出
力端子34a,34bをV/I変換器10の差動
入力端子対11,12にそれぞれ接続して帰還路
を形成したものである。この場合、電流分割回路
30a,30bは同一の制御電圧Vcにより分割
比が制御される。
この実施例の構成によれば端子1から見たコン
ダクタンスと 端子2から見たコンダクタンスは いずれも有限の値となる。従つてこの第5図の
可変インピーダンス回路は等価的に第6図に示す
如く一端側に電圧フオロワが接続された2つの可
変インピーダンス回路要素を逆並列接続したもの
として表わすことができる。
第7図は本発明の第3の実施例を示したもの
で、第5図と異なるところは電流増幅器20にト
ランジスタを2個追加して2組の出力端子対23
a,23bおよび23b,24bを設け、これら
を2組の電流分割回路30a,30bの入力端子
対31a,32aおよび31b,32bに接続
し、さらに電流分割回路30a,30bの制御電
圧Vca,Vcbを独立に変えることができるように
したものである。このようにすると、Vca,Vcb
により端子1,2からそれぞれ見たインピーダン
スを任意に異ならせることができる。
なお、本発明における差動形V/I変換器10
は第1〜第3の実施例中に示したものに限定され
ない。例えば第1〜第3の実施例中に示したV/
I変換器10は出力電流を流し出す電流源
(current souse)の形で構成したが、出力電流を
吸込み電流吸込み(current sink)の形で構成す
ることも可能である。しかし一般には電流源の形
で構成した方が直流的な制約が少なく、特別なレ
ベルシフト手段を考慮しないで済み好都合であ
る。
差動形電圧―電流変換器10の他の構成例とし
て、第8図に示すような2個のNPNトランジス
タQ12,Q14によるエミツタフオロワとその各エ
ミツタ側に挿入した抵抗R13,R14とからなる構成
としてもよい。この場合、差動出力端子対13,
14のインピーダンスが低い値を持つが、結果と
して差動形電流増幅器20に対し端子11(1)―1
2(2)間の電位差に比例した差動出力電流を与えれ
ばよいので、この点におけるインピーダンスは問
題とならない。
【図面の簡単な説明】
第1図は可変インピーダンス回路の概念を示す
図、第2図a,bは可変インピーダンス回路の使
用態様例を示す図、第3図は本発明の第1の実施
例を示す図、第4図はその等価回路図、第5図は
本発明の第2の実施例を示す回路図、第6図はそ
の等価回路図、第7図は本発明の第3の実施例を
示す回路図、第8図は本発明で用いる差動形電圧
―電流変換器の他の構成例を示す回路図である。 10……差動形電圧―電流変換器、20……電
流増幅器、30,30a,30b……電流分割回
路、40,40a,40b……カレントミラー回
路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 差動入力端子対および差動出力端子対を有す
    る差動形電圧―電流変換器と、 この電圧―電流変換器の前記差動出力端子対か
    らの電流が入力端子対に出力され、出力端子対よ
    り増幅した電流を出力する電流増幅器と、 この電流増幅器の出力端子対からそれぞれ出力
    される電流を同一電流分割比で分割して異なる出
    力端子に出力する2組のエミツタ結合差動トラン
    ジスタ対からなる電流分割回路と、 この電流分割回路の一方の出力端子に入力端子
    が接続され、出力端子が該電流分割回路の他方の
    出力端子および前記差動入力端子対の一方に接続
    されたカレントミラー回路とを備え、 前記電流分割回路の電流分割比の制御により前
    記差動入力端子間のインピーダンスが変化するこ
    とを特徴とする可変インピーダンス回路。 2 差動入力端子対および差動出力端子対を有す
    る差動形電圧―電流変換器と、 この電圧―電流変換器の前記差動出力端子対か
    らの電流が入力端子対に出力され、出力端子対よ
    り増幅した電流を出力する電流増幅器と、 この電流増幅器の出力端子対からそれぞれ出力
    される電流を同一電流分割比で分割して異なる出
    力端子に出力する2組のエミツタ結合差動トラン
    ジスタ対からなる第1の電流分割回路と、 前記電流増幅器の出力端子対からそれぞれ出力
    される電流を同一電流分割比で分割して異なる出
    力端子に出力する2組のエミツタ結合差動トラン
    ジスタ対からなる第2の電流分割回路と、 前記第1の電流分割回路の一方の出力端子に入
    力端子が接続され、出力端子が該電流分割回路の
    他方の出力端子および前記差動入力端子対の一方
    に接続された第1のカレントミラー回路と、 前記第2の電流分割回路の一方の出力端子に入
    力端子が接続され、出力端子が該電流分割回路の
    他方の出力端子および前記差動入力端子対の他方
    に接続された第2のカレントミラー回路とを備
    え、 前記第1および第2の電流分割回路の電流分割
    比の制御により前記差動入力端子対間のインピー
    ダンスが変化することを特徴とする可変インピー
    ダンス回路。 3 差動入力端子対および差動出力端子対を有す
    る差動形電圧―電流変換器と、 この電圧―電流変換器の前記差動出力端子対か
    らの電流が入力端子対に出力され、第1および第
    2の出力端子対より増幅した電流を出力する電流
    増幅器と、 この電流増幅器の第1の出力端子対からそれぞ
    れ出力される電流を同一電流分割比で分割して異
    なる出力端子に出力する2組のエミツタ結合差動
    トランジスタ対からなる第1の電流分割回路と、 前記電流増幅器の第2の出力端子対からそれぞ
    れ出力される電流を同一電流分割比で分割して異
    なる出力端子に出力する2組のエミツタ結合差動
    トランジスタ対からなる第2の電流分割回路と、 前記第1の電流分割回路の一方の出力端子に入
    力端子が接続され、出力端子が該電流分割回路の
    他方の出力端子および前記差動入力端子対の一方
    に接続された第1のカレントミラー回路と、 前記第2の電流分割回路の一方の出力端子に入
    力端子が接続され、出力端子が該電流分割回路の
    他方の出力端子および前記差動入力端子対の他方
    に接続された第2のカレントミラー回路とを備
    え、 前記第1および第2の電流分割回路の電流分割
    比の制御により前記差動入力端子対間のインピー
    ダンスが変化することを特徴とする可変インピー
    ダンス回路。
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