JPS621201B2 - - Google Patents

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JPS621201B2
JPS621201B2 JP9125279A JP9125279A JPS621201B2 JP S621201 B2 JPS621201 B2 JP S621201B2 JP 9125279 A JP9125279 A JP 9125279A JP 9125279 A JP9125279 A JP 9125279A JP S621201 B2 JPS621201 B2 JP S621201B2
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JP
Japan
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voltage
operational amplifier
inverting input
input terminal
transistor
Prior art date
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Expired
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JP9125279A
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English (en)
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JPS5614926A (en
Inventor
Akinori Takahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP9125279A priority Critical patent/JPS5614926A/ja
Publication of JPS5614926A publication Critical patent/JPS5614926A/ja
Publication of JPS621201B2 publication Critical patent/JPS621201B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44Electric circuits

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は変電変換素子を用いた光電変換回路に
関する。
従来、受光された光の強さに応じて光電変換素
子で光電流を得、これを電圧に変換する光電変換
回路として、第1図の様な回路がある。すなわち
演算増幅器1の反転および非反転入力端子に変電
変換素子であるフオトダイオード2が接続されて
いる。演算増幅器1の出力はダイオード3を介し
て反転入力端子へ帰還されていると共に、出力端
子8へ接続されている。演算増幅器1の非反転入
力端子は第2の演算増幅器4の出力が接続されて
おり、第2の演算増幅器4の出力はダイオード5
を介してこの反転入力端子へ接続されている。ま
た第2の演算増幅器4の反転入力端子は抵抗6を
介して接続されており、その非反転入力端子には
一定電圧VSが印加されている。この第2の演算
増幅器4およびダイオード5は、ダイオード3の
温度特性を補償するために設けられている。
今、フオトダイオード2に光7が入射される
と、この光の強さに応じて光電流IPがダイオー
ド3の方へ流れる。また、第2の演算増幅器の非
反転入力端子に印加されている一定電圧VSによ
り、ダイオード5に電流IKがこの出力から流れ
ている。従つて、出力端子8に得られる出力電圧
V0は V0=nKT/qlnI/I+VS ……(1) となる。ここで、qは電子電荷量、nはダイオー
ド3,5の製造によつて決まる定数、kはボルシ
ヤン定数、Tは絶対温度である。よつてフオトダ
イオード2により流れる入射された光7の強さに
応じた光電流IPはその対数に比例した電圧とし
て取り出される。
ところで、演算増幅器4は、数pA台という微
少の光電流IPまでをも信号として検出するた
め、初段に差動形成の絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタを用いた大きな入力インピーダンスをも
つものがより効果的である。そこで、演算増幅器
4として第2図のような回路構成をしたものが用
いられる。
すなわち、演算増幅器4の初段には、ゲート絶
縁膜として酸化膜が形成された所謂MOSFET
Q1,Q2はP―チヤンネル型であり、それらのソ
ースは共通接続され、MOSFET Q1のゲートは
演算増幅器4の反転(−)入力端子および
MOSFET Q2のゲートは非反転(+)入力端子
となる。そしてこれらのドレインには、トランジ
スタQ3,Q4の各々のベース・エミツタ間が共通
接続され、一方のトランジスタQ3のコレクタ・
ベース間が接続された所謂カレントミラー回路が
接続されている。MOSFET Q2のドレインに現
われる信号は、トランジスタQ5およびトランジ
スタQ6で増幅されて出力端子10へ供給され
る。この出力端子10は第1図の光電変換回路の
出力端子8へ接続される。
トランジスタQ6のコレクタは電源端子11へ
接続され、そのエミツタはトランジスタQ7のコ
レクタに接続されている。トランジスタQ7のベ
ース・エミツタ間はトランジスタQ8のベース・
エミツタ間にそれらのエミツタ側は抵抗R1を介
してそれぞれ接続されており、トランジスタQ8
のコレクタ・ベース間も接続されている。MOS
―FET Q1およびQ2、トランジスタQ5ならびに
トランジスタQ8には、そのコレクタ・ベース間
が接続されたトランジスタQ11と定電流源12と
に流れる電流に比例した一定電流がトランジスタ
Q9,Q10ならびにQ11をそれぞれ介して供給され
ている。
かかる第2図の演算増幅器を用いた第1図の光
電変換回路では、その出力端子8に得られる最低
出力電圧Vpnioは約0.7Vとなる。これは、トラン
ジスタQ7が定電流動作するための最小のコレク
タ・エミツタ間電圧であり、この電圧より低くな
ると演算増幅器としての回路機能を果たさなくな
る。また、ダイオード3,5の順方向電圧降下の
最小値は、その製造誤差および形状により異なる
がほぼ0.5V程度であり、従つて、演算増幅器1
の反転および非反転入力端子に印加される最低電
圧は1.2Vである。また、演算増幅器4の非反転
入力端子に印加される一定電圧VSの最小値は
0.7Vとなる。
そうすると、第2図の演算増幅器の動作電圧、
即ち電源端子11に印加される電源電圧の最小値
pptは次式のようになる。
ppt=VInio+VQ1+VCEQ9 ……(2) ここで、VInioは前記したように演算増幅器1
の反転入力端子に印加される最低入力電圧、VCE
Q9はトランジスタQ9のコレクタ・エミツタ間電
圧である。また、VQ1はMOSFETQ1の動作時の
ゲート・ソース間電圧で、このMOSFETQ1のし
きい値電圧VTHQ1と、この相互コンダクタンス
gmQ1およびドレイン電流IDQ1で決まる電圧Vと
の和として定義される。それぞれの値はVTHQ1
0〜1V,V=2IDQ1/gmQ1である。しきい値電圧
THQ1に範囲をもつのは製造工程での誤差が起因
するが、ここではVTHQ1=0.5Vとする。また、
MOSFETQ1の相互コンダクタンスgmQ1を100
〔μ〕、ドレイン電流IDを100μAとすればV=
0.2Vとなる。又、VCEQ9は前述したようにトラン
ジスタQ9のコレクタ・エミツタ間電圧であり、
詳述すればMOSFETQ1,Q2へ電流を供給し得る
最低電圧であり、その値は0.4Vである。
よつて、動作電圧Vpptは Vppt=1.2〔V〕+(0.5+0.2)〔V〕
+0.4〔V〕=2.3〔V〕 ……(3) となり、この値が第2図の演算増幅器が動作し得
る限界の最低電圧となる。
このため電池等で駆動する機器、例えばカメラ
等の機器では、その電力消費によつて電源電圧が
低下すると動作しなくなり、電源の使用能率が悪
いという欠点があつた。また新しい電池とひんぱ
んに取りかえなければならないわずらわしさもあ
つた。
従つて、本発明の目的は更に低い電源電圧で動
作する光電変換回路を提供するもので、本発明の
光電変換回路により電池等の電源の寿命が更にの
び、カメラ等の電池で駆動される機器に最適とな
る。
本発明によれば、反転および非反転入力端子な
らびに出力端子を有する演算増幅器と、この演算
増幅器の反転および非反転入力端子間に接続され
た光電変換素子と、前記の反転端子と出力端子間
に接続された第1の単一方向性素子と、出力端子
から第22の単一方向性素子を介して出力を取り出
す手段と、非反転入力端子に印加される一定電圧
により第2の単一方向性素子から一定電流を引き
込む定電流源とを具備する光電変換回路を得る。
以下、図面を参照しながら本発明をより詳細に
説明する。
第3図は本発明の一実施例を示す光電変換回路
の回路図である。すなわち、演算増幅器31の反
転および非反転入力端子間にフオトダイオード3
2が接続されており、反転入力端子はダイオード
33を介してこの出力端子に接続され、非反転入
力端子には一定電圧VKが印加されている。演算
増幅器31の出力端子はダイオード34を介して
第2の演算増幅器35の非反転入力端子に接続さ
れ、この演算増幅器35の出力端子36から出力
が取り出される。またこの出力端子36はこの反
転入力端子へ直接帰還されている。よつて演算増
幅器35はボルテージホロワを構成し、又、ダイ
オード34によつてダイオード33の温度特性を
補償している。ダイオード33,34としては、
通常集積回路ではコレクタとベースが共通接続さ
れたトランジスタのベース・エミツタ間接合が用
いられる。
また、演算増幅器31の非反転入力端子に印加
される一定電圧VKを抵抗R2,R3で抵抗分割し、
その分割された電圧は第3の演算増幅器38の反
転入力端子へ印加される。さらに、一定電圧VK
は抵抗R4を介してトランジスタQ31のコレクタに
印加され、このコレクタから演算増幅器38の非
反転入力端子へ直接帰還が施されている。トラン
ジスタQ31のベースは演算増幅器35の出力端子
へ接続され、そのエミツタは接地されると共に、
トランジスタQ32のベースおよびエミツタへそれ
ぞれ共通接続されている。トランジスタQ32のコ
レクタは第2の演算増幅器35の非反転入力端子
へ接続されている。よつて、これら第3の演算増
幅器38、抵抗R2〜R4およびトランジスタQ31
Q32でダイオード34から一定電流IKを引き込
む定電流源が構成されている。このため、第3図
のようにトランジスタQ33〜QKを接続すれば、
複数個の定電流源が得られ、他の回路の電流源と
して使用することができる。
今、フオトダイオード32に光37が入射され
ると、この光37の強さに応じた光電流IPがダ
イオード33に流れる。またダイオード34には
前述したように一定電流IKが流れている。よつ
て、出力端子36に得られる出力電圧V0′は V0′=nKT/qlnI/I+VK ……(3) となり、光電流IPは対数変換されて電圧とし
て得られる。ここで、(1)式と比較するとIP′,I
Kが逆転しているが、(1)式と同じ傾向をもつ出力
電圧V0′を得るには、出力端子36の後に電圧利
得1の反転回路を付加すればよい。この反転回路
は演算増幅器等を用いて容易に実現できる。
ところで、第2図の回路構成をもつ演算増幅器
を演算増幅器31として用いると、(2)式より最低
の動作電圧Vppt′は Vppt′=VK+(0.5+0.2) 〔V〕+0.4〔V〕=VK+1.1〔V〕 ……(4) となる。演算増幅器31の非反転入力端子と反転
入力端子は同電位とみなしてよいため、一定電圧
Kが反転入力端子へ印加されていることにな
る。そして、この一定電圧VKの最小電圧は、
MOS―FETQ1の動作し得るソース電位からゲー
ト・ソース間電圧を差引いた電圧でよい。
MOSFETQ1のソース電位は、このドレイン電流
が定電流特性をもつ最小のドレイン・ソース間電
圧VDSQ1nioとトランジスタQ3のベース・エミツ
タ間電圧VBEとの和であり、ゲート・ソース間電
圧は前述したMOSFETQ1の動作電圧、即ちこの
しきい値電圧VthQ1と相互コンダクタンスgnQ1
よびドレイン電流IDQ1で決まる電圧Vとの和で
ある。よつて VKnioは VKnio=VDSQ1nio +VBEQ3―(VthQ1+V) ……(5) となる。VDSQ1nio=0.4〔V〕,VBEQ1=0.5
〔V〕,VthQ1=0〜1〔V〕,V=0.2〔V〕であ
り、MOS―FETQ1のしきい値電圧VthQ1に範囲
をもつのは上述したようにその製造誤差によるも
ので、ここでも0.5〔V〕とする。これらを(4)式
に代入すると VKnio=0.4〔V〕+0.5〔V〕 −(0.5+0.2)〔V〕=0.2〔V〕……(6) となる。従つて、(4)式より最小の動作電圧Vpp
′は Vppt′=0.2〔V〕+1.1〔V〕 =1.3〔V〕 ……(7) となり、従来に比して1〔V〕も低い動作電圧V
ppt′で本実施例の光電変換回路は確実に動作す
る。
また、MOSFETQ1のしきい値電圧VthQ1がこ
の最小の電圧値0〔V〕であつてもVKnio=0.7
〔V〕となり、(4)式よりVppt′は Vppt′=0.7〔V〕 +1.1〔V〕=1.8〔V〕 ……(8) となつて、従来より0.5〔V〕低い動作電圧Vpp
′で動作する。
このように、本実施例の光電変換回路は第1図
の従来例よりさらに低い電源電圧で動作するの
で、電池等の電源の寿命が更にのびカメラ等の電
池で動作する機器にとつて極めて有効なものとな
る。
以上のように本発明によれば、より低い電源電
圧で動作し、電池等の電源の寿命が更にのびる光
電変換回路が提供される。
尚、本発明は上記実施例に限定されることな
く、第3の演算増幅器38、抵抗R2〜R4および
トランジスタQ31,Q32で構成した定電流源は他
の回路構成の定電流源、例えばトランジスタQ32
のベースに一定電圧を供給するだけでも性能的に
は劣るが本発明に適用できるものである。また、
第2の演算増幅器35を介して出力を取り出して
いるが、負荷インピーダンスが十分高い時にはこ
れを省略してダイオード34から直接出力を取り
出してもよい。さらに、ダイオード33,34は
NPNトランジスタのコレクタ・ベース間を接続
したものを用いてもよい。
又、第2図の演算増幅器において、P―チヤン
ネルMOSFETQ1,Q2は集積回路の製造工程で他
のトランジスタや抵抗素子と同等に形成し得るの
で、第3図の光電変換回路は集積回路化に適した
ものである。さらにまた、MOSFETQ1,Q2のゲ
ート絶縁膜は酸化膜以外の窒化膜やアルミナ等で
もよい。また、別に絶縁ゲート型でなくても接合
型やバイポーラトランジスタでもよく、ただし、
この場合には入力インピーダンスを高く設定する
方が有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光電変換回路を示す回路図、第
2図は光電変化素子によつて得られる微少電流を
検出するために、初段にMOSFETの差動増幅器
を用いた演算増幅器の回路図、第3図は本発明の
一実施例を示す光電変換回路の回路図である。 1,4,31,35,38……演算増幅器、
2,32……受光ダイオード、3,5,33,3
4……ダイオード、6……抵抗、7,37……入
射光、8,10,36……出力端子、11……電
源端子、VS,VK……一定電圧、Q1,Q2……P
―チヤンネルMOS―FET、Q3〜Q12,Q31
Q33,QK……トランジスタ、R1〜R4……抵抗。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 反転および非反転入力端子ならびに出力端子
    を有する演算増幅器と、該演算増幅器の反転およ
    び非反転入力端子間に接続された光電変換素子
    と、前記反転入力端子と前記出力端子間に接続さ
    れた第1の単一方向性素子と、前記出力端子から
    第2の単一方向性素子を介して出力を取り出す手
    段と、前記非反転入力端子に印加される一定電圧
    により前記第2の単一方向性素子から一定電流を
    引き込む定電流源とを具備することを特徴とする
    光電変換回路。
JP9125279A 1979-07-18 1979-07-18 Photoelectric conversion circuit Granted JPS5614926A (en)

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JP2739012B2 (ja) * 1992-07-16 1998-04-08 ニッテツ室蘭エンジニアリング株式会社 ポット式石油バーナ
JP2009272979A (ja) * 2008-05-09 2009-11-19 Oki Semiconductor Co Ltd 半導体回路

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