JPS6218103A - リミツタ回路 - 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］ この発明はオペアンプを用いた電流電圧変換回路におい
て、出力電圧の振幅を所定のレベルに制限して高速応答
性が得られるようにしたリミッタ回路に関するものであ
る。

［発明の技術的背景とその問題点］ 電流電圧変換回路として用いられるオペアンプは、出力
電圧の応答速度に一定の限界があり、この応答速度を表
わす特性としてスルーレートが用いられている。スルー
レートとは、単位時間の１μｓ当り出力電圧が何Ｖ変化
するかで応答速度を表わしたものである。

応答特性はスルーレートの値が大きいほど良好となり、
電流変換回路は、より一層高い周波数の信号を処理する
ことができる。

スルーレートは、出力電圧の振幅依存性を有し、出力電
圧の振幅が大１辰幅となって、オペアンプが飽和領域で
動作すると低下する。このため出力電圧の振幅を所定の
値に制限するとスルーレートが大になって、応答速度を
高速にすることができる。

第９図は、このような出力電圧の振幅を一定値に制限す
るようにした従来のリミッタ回路を示している。同図中
符号へはオペアンプで、非反転入力端子Φが設置され、
反転入力端子θと出力端子ＴＯとの間にフィードバック
抵抗Ｒｆが接続されている。フィードバック抵抗Ｒ［に
は、反転入力端子ｅから出力端子Ｔ１の方向が順方向と
なるようにダイオードＤが並列接続されている。ダイオ
ードＤの順方向電圧Ｖｆは、はぼ０．７Ｖである。

第１０図は、上記リミッタ回路の入出力特性を示すもの
で、入力電流［ｉｎが、一定電流値以下の範囲では、出
力端子Ｔ１に入力電流に比例した一１ｉｎ−Ｒ「の出力
電圧ｖｏｕｊが得られる。そして入）Ｊ電流が一定値以
上となって出力電圧Ｖｏｌｔが、−Ｖｆ　　（＝−０，
７Ｖ）以下となると、ダイオードＤ　ｈｉ　導通して、
出力電圧に振幅が−Ｖ［の電圧値で一定の値に制限され
る。

ところでスルーレートを所望の値に設定したいとき、ま
たは周波数特性を所望の周波数帯域に設定した上で、入
力電流に比例づる出力電圧の振幅範囲を可能な限り大に
設定したいとき等に、出力電圧の振幅制限電圧を任意の
（ｉｆｆに設定したい場合がある。

しかしながら、前述のリミッタ回路にあっては、振幅制
限電圧は、ダイオードの順方向電圧Ｖｆで、一定の値に
規定されてしまうため、振幅制限電圧を任意の狛に設定
することができなかった。

［発明の目的１ この発明は、上記事情にすづいてなされたもので、比較
的簡単な構成でありながら出力電圧を任意の振幅賄に制
限することのできるリミッタ回路を提供することを目的
とする。

［発明の概要］ この発明は、上記目的を達成するためにオペアンプにお
ける電流入力端子と出力端子との間にトランジスタを接
続し、このベース制御端子に印加づる基準電圧と前記出
力端子から得られる出力電圧とを比較し、該出力電圧が
前記基準電圧に対して所定の電圧レベルに達したときに
当該トランジスタをオン状態に転じさせることにより、
オペアンプの出力電圧を任意の値に設定できるようにし
たものである。

［発明の効果］ この発明によれば、電流の入力端子と出力端子との間に
フィードバック抵抗が接続され、入力電流に応じた出力
電圧を得るオペアンプと、上記の入力端子および出力端
子の間に接続されベース制御端子に印加される基準電圧
と前記の出力電圧とが比較されて該出力電圧が所定の電
圧レベルに達したときにオン状態に転じるトランジスタ
とを設けたので、比較的簡単な回路構成でありながらオ
ペアンプの出力電圧を前記の柚準電圧の設定値に応じた
任意の振幅値に制限することができる。したがってオペ
アンプによる電流・電圧変換の周波数特性を所要の高周
波に設定することができる。

［発明の実施例１ 以下この発明の第１実施例を第１図に基づいて説明する
。

なａ３第１図、および侵述の第３図、第４図ならび第６
図において前記第９図にお＋ｊる機器および回路素子等
と同一ないし均等のものは前記と同一符号を以て示し重
複した説明を省略する。

まず構成を説明すると、この実施例においては、オペア
ンプＡの後段に第１のトランジスタＱｔＪ３よび第２の
トランジスタＱ２の１対のｎｐｎ　トランジスタからな
る作動回路が配設されている。

第１のトランジスタＱ１は、そのコレクタがオペアンプ
Ａの反転入力端子ｅに接続され、ベース（ベース制御端
子）ｂｌには基！Ｉｔ！電圧Ｖ　ｒｅｆの入力端子丁１
が接続されている。一方、第２のトランジスタＱ２は、
そのコレクタに＋■電圧源が接続され、ベースｂ２はオ
ペアンプの出力端子Ｔ。

に接続されている。そして間トランジスタＱ１、Ｑ２は
エミッタが共通接続されて−Ｖ電圧源に接続されている
。

次に第２図のリミッタ特性図を参照して作用を説明する
。

入力電流１ｉｎが小さいｉ￥ｉ域では、入力電流１ｉｎ
はフィードバック抵抗Ｒｒ側に流れ、出力端子ＴＯに現
れる出力電圧ｖｏｕｔは Ｖｏｕｔ　−−Ｉ　ｉｎ−Ｒｆ　　　　　　−（１）と
なり、この出力電圧ｖｏｕｔは、基準電圧Ｖ　ｒｅｆよ
り高い。したがって作動回路は、第２のトランジスタＱ
２がオン状態で、第１のトランジスタはオフ状態となっ
ている。

入力電流［ｉｎが大きくなって、上記（１）式で表わさ
れる出力電圧ｖｏｕｔの値が低下し、基準電圧Ｖ　ｒｅ
ｆとの関係がＶ　Ｏｕｔ　＝　Ｖ　ｒｅｆとなると、第
２のトランジスタＱ２がカットオフとなり、第１のトラ
ンジスタＱ１がオン状態に転じる。したがって入力電流
１ｉｎは、フィードバック抵抗Ｒｆへの電流Ｉ「と、第
１のトランジスタＱ１のコレクタ電流Ｉｆｌとの和とし
て表わされ、 １ｉｎ−［ｆ＋ｉρ　　　　　　　−（２）となり、ま
た出力電圧ｙｏｕｔは Ｖｏｕｔ　−−Ｉｆ　−Ｒｒ　　　　　　−（３）とな
る。

このとき第１のトランジスタＱ１のエミッタ電流をｌｅ
とすると、コレクタ電流［ρは、そのベース・エミッタ
間のｐＨ接合の理論から誘導されて次のように表わされ
る。

ｒ　Ｊ２−　ｒｅ　／　（Ｔ＋ｅｘｐ　　（Δｖ　／ｖ
ｔ）　）　・＝　（４）ここに　△Ｖ　＝　ｖｏｕｔ　
−ｖｒｅｆ＝　。

ｖｔ職ｋＴ　／Ｑ ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度 ｑ：電子の電荷量 ΔｖゴＯであるので、上記（４）式を ＩＪ２１ｅ／（２＋Δｖ／ｖｔ） ＝　Ｈｅ　／　２）　　（１−（ΔＶ　／　２ｖｔ）　
）・・・（４）− と近似して、前記（３）式のｙｏｕｔを求めると、ｖｏ
ｕｔ　＝−Ｒｆ　　（Ｔ　ｉｎ　−１！１）−−Ｒｆ　
　（［ｉｎ　−（Ｉｅ　／　２＞・（１−（Δｖ　／　
２ｖｔ）　）　）＝−１’［ｆｒｉｎ−（１８／　２＞ ・［１−（ｖｏｕｉ−ｖｒｅｆ　／２ｖｔ　）　］　）
ｖｏｕｔ　　−−Ｒｆ　　　（ｒ　　ｉｎ（Ｉｅ　　／
　　２）−（Ｌ＋−（ｖｒｃｆ／２ｖｔ　　）　　）　
）／　（＋＋　（Ｒｆ　ｌｅ　／４ｖｔ　）　）・・・
（５） 上記（５）式においてエミッタ電流ｒｅを、入力電流Ｊ
ｉｎに比べて十分大きく設定してＪ３４プば、Ｒｆ　・
ｌｉｎの項が無視できるので出力電圧Ｖｑｕｔは、 ｖｏｕｔ＝　　（Ｒｆ　　　Ｉ　　ｃ　　ｖｒｅｆ／４
ｖｔ　　）　　／　　（ＲＩｅ　　／４ｖｔ　　）ｖｒ
ｅｆ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・　（６）となる。

上記（６）式は、出力電圧Ｖ　ｏｕｔが基準電圧Ｖｒｅ
ｆの近辺に至ると、当該出力電圧Ｖｒｅｆは、入力電流
に依存することなく基準電圧Ｖ　ｒｃｆの値で一定値に
制限されることを示している。したがって第２図に示づ
ように基準電圧Ｖ　ｒｅｆを所望の値に任意に設定すれ
ば、出力電圧ｙｏｕｔは、これに応じた振幅１直で一定
の＋ａに制限される。

次に第３図には、この発明の第２実施例を示す。

この実施例は、前記第１実施例が一対のトランジスタを
用いたのに対して、１個のトランジスタＱ５を用いたも
のである。トランジスタＱ５は、コレクタがオペアンプ
△における反転入力端子θに接続され、エミッタが出力
端子ＴＯに接続されており、ベースｂ３に基準電圧Ｖ　
ｒｅｆの入力端子Ｔ１が接続されている。

作用を説明すると、トランジスタＱ５のベース・エミッ
タ間電圧をＶｂｅとすると、Ａペアンプ△の出力電圧■
ｏｕｔ　＝　ｒ　ｉｎ−Ｒｆが、ｖｒｅｆ　−Ｖｂｅの
電圧に至ったときに、トランジスタＱ５がオンに転じ、
出力電圧ｙｏｕｔは、このＶｒｅ［−ｖｂｅの電圧で一
定の振幅（０に制限される。例えばトランジスタＱ５の
Ｖｂｅを０．７Ｖとし、堆準電ｆｆＥＶｒｅ［を０．２
Ｖ１．：設定したとすれば、Ｖｒｅ「−ｖｂｅ＝０．２
−０．７＝−０，５Ｖとなる。したがってオペアンプＡ
の出力電圧ｖＯｔＩムは、この−０゜５Ｖで一定の振幅
に制限される。

次いで第４図には、この発明の第３実施例を示Ｊ０この
実施例は、入力電流１ｉｎが、正、負何れの方向に対し
ても、出力電圧ｙｏｕｔを一定の振幅値に制限するよう
にしたものである。このため、この実席例では、前記第
１実施例と同様の第１の作動回路１の他に第３のトラン
ジスタＱ３および第４のトランジスタＱ４の１対のｐｎ
ｐ　ｌ−ランジスタからなる゛第２の作動回路２が付設
されている。

即ち第１の作動回路１における各トランジスタＱ１、Ｑ
２と、第２の作動回路２における各ｌ−ランジスタＱ３
　、Ｑ４とはコンプリメンタリ形のものが用いられてい
る。したがって、第２の作動回路２に印加する第２の基
準電圧Ｖｒｅｆ２、および第４のトランジスタＱ４のコ
レクタ電圧は、第１の作動回路１に印加づ−る各電圧と
、極性のみを逆にしたしのがそれぞれ用いられている。

第５図のリミッタ特性図を用いて作用を説明すると、第
４図中の入力電流（ｉｎがプラス方向（実線方向）のも
のに対しては、第１の作動回路１が、出力電圧ｖｏｕｔ
の制限作用をする。このときの作用は、前記第１実施例
のものとほぼ同様である。

出力端子Ｔｏの出力電圧ｖｏｕｔがＯｖ以下で上記のよ
うに第１の作動回路１により出力電圧Ｖｏｕｔの制限作
用が行なわれている間、第２の作動回路２は、第３の１
−ランジスタＱ３がオフ状態に保持されたままとなって
何ら出力制限作用は生じない。

一方、入力電流１ｉｎがマイナス方向（第４図の鎖線方
向）のものに対しては、上記と逆に、第２の作動回路２
側が作用して第５図に示すようにプラス出′ｊＪ電圧、
＋ｙｏｕｔに対する制限作用が行なわれる。この場合は
、前記第１実施例の場合の作用と、電圧、電流等の極性
のみを逆にしたほぼ同一内容の作用が生じ、出力電圧ｖ
ｏｕｔ　−Ｉ　ｉｎ−Ｒｆが第２の基準電圧＋−Ｖｒｅ
ｆ２の近辺に至ると、当該出力電圧ｖｏｕｔは、入力電
流１ｉｎに依存することなく、基準電圧＋ｖｒｅｆ２の
値で一定値に制限される。

［具体例〕 第６図には、前記第１実施例の具体例を示す。

第６図中符号３は、ＰＩＮホトダイオードを用いたホト
センサの等価回路を示し、このホトセンサ３から数Ｍｌ
−［，２０μＡｐｐらの入力電流■ｉｎがオ゛ベアンプ
Ａの反転入力端子ｅに入力している。

これに対し、リミッタ回路は基準電圧Ｖ　ｒｅｆが−０
，４Ｖに設定され、また共通エミッタの部分に流れるエ
ミッタ電流ｒｅは、入力電流１ｉｎの数倍に相当する８
０μＡに規定されている。

第７図は、上記リミッタ回路のリミッタ特性を示し、第
８図は周波数特性を示している。第７図に示すように出
力電圧ｖｏｕｔはほぼ−０，４Ｖ以下、云い変えれば入
力電流Ｉｉｎがほぼ４０μＡ以上になることが制限され
る。周波ａ特性は、はぼ１０ＭＨ２の周波数帯域まで伸
びている。したがってＰＩＮホトダイオードのような高
速応答性を有するホ１−センサからの高周波の信号電流
が適正に電圧変換される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係わるリミッタ回路の第１実施例を
示４回路図、第２図は同上実施例のリミッタ特性を示す
特性図、第３図はこの発明の第２実施例を示す回路図、
第４図はこの発明の第３実施例を示す回路図、第５図は
同上第３実施例のリミッタ特性を示す特性図、第６図は
この発明の具体例を示す回路図、第７図は同上具体例の
リミッタ特性を示す特性図、第８図は同上具体例の周波
数特性を示す特性図、第９図は従来のリミッタ回路を示
す回路図、第１０図は同上従来例のリミッタ特性を示ず
特性図である。 １．２・・・作動回路、　　　　Ａ・・・オペアンプ、
Ｑｌ、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５・・・トランジスタ、Ｒ
ｆ・・・フィードバック抵抗、 ＴＯ・・・出力端子、 Ｔ１・・・基準電圧の入力端子。 代理人　弁理士　ｌ′Ｉ１１　　近　憲　佑同　　　弁
理士　　大　　胡　　典　　夫−Ｖ 第４図 ！７図 一周濠秩（Ｈｚ） 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２個の入力端子のうちの一方の入力端子と出力端子との
   間にフィードバック抵抗が接続され、前記一方の入力端
   子への入力電流に応じた出力電圧を得るオペアンプと、 該オペアンプにおける前記一方の入力端子と前記出力端
   子との間に接続されベース制御端子に印加される所定値
   の基準電圧と前記出力電圧とが比較されて該出力電圧が
   所定の電圧レベルに達したときにオン状態に転じるトラ
   ンジスタと、 を有することを特徴とするリミッタ回路。