JPS6412405B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トランジスタのベース−エミツタ接
合の順方向にバイアスされたダイオード特性を用
いる電気的に変化しうるインピーダンス素子を有
するタイプの可変インピーダンス回路に関するも
のである。

公知の種類の電気的に変化しうるインピーダン
ス制御回路は、本願人に係る米国特許第3761741
号に開示されている。従来技術の構成と比較する
と、本願人の前記米国特許に係る発明は、高度の
直線性を保持しながら、広範囲のインピーダンス
値を与えることができる。第４図は前記米国特許
の第１図に示されているような従来回路を示し、
この従来回路では入力信号線２３の出力端子２２
と大地との間に接続されたダイオード接続トラン
ジスタ２１に可変電流源２５から所定の電流を供
給して出力端子２２と大地との間の分路インピー
ダンスを構成するこのダイオード接続トランジス
タ２１のインピーダンスを所定の値に調整するよ
うにしているが、信号源２４から入力信号線２３
を経て供給される入力信号がダイオード接続トラ
ンジスタ２１を流れる電流を変化してそのインピ
ーダンスを変化するため、30％程度の高い非直線
性を生ずる。この非直線性を低減するために、第
５図に示す前記米国特許の第４図の回路ではダイ
オード接続トランジスタQ₂を別のトランジスタ
Q₁と差動回路の形態に接続し、これらトランジ
スタを差動増幅器Q₃，Q₄の負荷として接続して、
信号線２６を経て供給される入力信号によりトラ
ンジスタQ₁及びQ₂の一方のエミツタ電流が増大
すると他方のトランジスタのエミツタ電流が等し
く減少するようにしてトランジスタQ₁及びQ₂の
ベース−エミツタ接合から成る出力端子２２と大
地との間の分路インピーダンスが一定に維維され
るようにしてあり、この回路によれば広いインピ
ーダンス範囲に亘つて1.5％程度の低い非直線性
が得られる。尚、トランジスタQ₅はトランジス
タQ₃及びQ₄にベース電流を供給してトランジス
タQ₁のエミツタ電流の変化をトランジスタQ₂の
ベースへ結合する回路のベース電流の損失を補償
するためのものである。

しかし、前記米国特許の回路構成によつてもつ
と広い可変インピーダンス範囲及びもつと大きな
出力電圧スイングを得るためには、第６図に示す
前記米国特許の第５図の回路のように、トランジ
スタQ₁及びQ₂のエミツタと可変電流源Q₂₂，Q₂₃
を構成するトランジスタQ₂₂のコレクタとの間に
それぞれ複数個のダイオード接続トランジスタ
Q₆，Q₈，Q₁₀，Q₁₂及びQ₇，Q₉，Q₁₁，Q₁₃を直列
に接続すると共にトランジスタQ₃及びQ₄のエミ
ツタと電源電圧＋Ｖとの間にそれぞれ複数個のダ
イオード接続トランジスタQ₁₄，Q₁₆，Q₁₈，Q₂₀
及びQ₁₅，Q₁₇，Q₁₉，Q₂₁を直列に接続する必要
がある。この回路によれば、トランジスタQ₁〜
Q₁₃が分路インピーダンスを構成するので、広い
可変インピーダンス範囲が得られると共に従来の
回路に比べてかなり改善された直線性が得られる
が、この回路は依然として多くの重大な欠点を有
している。

前記米国特許の第５図の回路は、このように直
列に接続されたトランジスタQ₁〜Q₂₁を導通状態
にバイアスする必要があるため、この従来回路は
適切な動作のためには少くとも約８ボルトの電源
電圧を必要とすること明らかである。実際には、
前記米国特許の第５図の回路は、市販されている
ドルビー（Dolby）プロセツサ集積回路の可変イ
ンピーダンス素子として用いられており、この回
路は適切な動作のために少なくとも８ボルトの電
源電圧を必要とする。さらに、この従来回路は16
個のダイオード接続トランジスタを使用すること
が必要であり、一層高い電圧変動が必要ならばこ
のようなトランジスタをさらに設けなければなら
ない。このような構造は、チツプ分野では複雑か
つ不経済である。携帯用蓄電池動作装置の大衆性
を増大するためには、本願人の従来の可変インピ
ーダンスの発明を、低電圧で動作する回路で優秀
に使用できることが望まれるようになつた。特
に、公称６ボルト蓄電池からこのような回路に電
力を供給することが必要であり、この回路によれ
ば最小約４ボルトまで動作することができる。

本発明の目的は、本願人の先行発明の改善され
た直線性およびインピーダンス範囲特性を与え、
さらに低電源電圧で動作することのできる可変イ
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、多数の直列接続ダイオー
ドを必要とすることなしに、広範囲のインピーダ
ンス値および大きな出力変動を与えることのでき
る可変インピーダンス回路を提供することにあ
る。

本発明によれば、これらの目的は、信号の供給
によつて生じる非直線性を、入力信号の供給によ
つて加えられた入力電流を相殺する帰還回路を用
いてほとんど減少させることによつて達成され
る。さらに、直線性に所望の改善を得るための帰
還回路を用いることによつて、帰還ループのゲイ
ンを調整して、本願人による従来回路のように追
加の直列接続ダイオードを設ける必要性なしに、
必要なインピーダンス範囲および出力変動を得る
ことができる。これらの直列接続ダイオードを排
除することによつて、回路はかなり低い電圧で動
作できる。

本発明は、本願人の前記米国特許の第１図に示
される公知の種類の可変減衰器回路に基いてい
る。この可変減衰器回路によれば、直列入力抵抗
をその出力端子において、Ｐ−Ｎ接合を能動領域
に適切にバイアスすることにより形成される電気
的に変えうる分路インピーダンスによつて分路さ
れている。このような構造では、出力電圧は、分
路接合抵抗と直列入力抵抗との和により除算され
た分路接合抵抗に等しい減衰率により乗算された
入力電圧に等しい。

本発明では、この電気的に変えうる分路インピ
ーダンスを、抵抗信号線の出力端子と共通端子と
の間に同一の極性で直列に接続した少なくとも２
個のダイオード接続トランジスタによつて与え
る。本明細書では、ダイオード接続トランジスタ
を以降簡単にダイオードと称し、ダイオード記号
によつて図に示す。ダイオードという用語が用い
られ、あるいはダイオード記号が図示されている
場合には、実際にはダイオード接続トランジスタ
（すなわち、ベース端子とコレクタ端子とを互い
に接続したトランジスタ）が企図されていること
に留意すべきである。これら直列接続ダイオード
の所望の静止（quiescent）分路インピーダンス
値は、抵抗信号線の出力端子に接続した電流源に
よつて確立される。この電流源の電流レベルを選
ばれた値に設定することによつて、直列接続ダイ
オードのインピーダンスを、本願人による前記米
国特許に記載した所望値に設定することができ
る。信号の供給に基づく入力インピーダンスの変
動によつて生ずる非直線性を補償するためには、
２個の直列接続ダイオード間の接続点から出力端
子へ帰還接続を設けて、ダイオード電流したがつ
てダイオードの分路インピーダンスをほぼ一定の
レベルに保持する。

実施例では、帰還回路は、ベース領域を前記直
列接続ダイオード間の接続点に接続し、エミツタ
領域を回路の共通端子に接続し、コレクタ領域
を、直接にまたは１組の電流ミラーを経て、抵抗
信号線の出力端子に接続したトランジスタを有し
ている。

他の実施例では、可変インピーダンス回路は、
差出力信号を与える差動増幅器回路を有してい
る。

以下、本発明を図面に基いて説明する。

第１図は、本発明可変インピーダンス回路の基
本となる回路を示す。入力信号V_ioを、抵抗値が
R₁の抵抗信号線の入力端子１に供給する。直列
接続ダイオードD₂およびD₃を具える電気的に変
えうる分路インピーダンス素子を、抵抗線の出力
端子４から共通端子５この場合には大地に接続す
る。したがつて、この回路は、減衰率によつて乗
算された入力信号V_ioに比例する出力電圧V_putを
端子４に発生する。この減衰率は、直列接続ダイ
オードD₂およびD₃の分路インピーダンス値の、
R₁と分路インピーダンス値との和に対する比に
等しい。

この分路インピーダンスの静止値は、素子Q₁，
D₁，Q₂を具える電流源によつて決定される。制
御電流I_cを、トランジスタQ₁のベースに接続され
た入力端子２に供給する。この制御電流は、トラ
ンジスタQ₁のコレタタ回路に所望の基準電流を
生じさせる。この基準電流は、ダイオードD₁と
トランジスタQ₂とから成る電流ミラーによつて
反射され、トランジスタQ₂のコレクタを経てダ
イオードD₂とD₃とから成る可変インピーダンス
素子に基準電流を与える。このようにして、抵抗
信号線の出力端子を経る所望の静止分路インピー
ダンスレベルを、端子２に適切な制御電流I_cを供
給することによつて設定することができる。

しかし、前記米国特許第3761741号明細書に十
分に説明しているように、AC入力信号V_ioが入力
端子１に供給されると、これにより端子４の電位
が変化すると共にダイオードD₂およびD₃を流れ
る電流が変化して直列接続ダイオードの分路イン
ピーダンス値が変化する。AC信号の供給による
インピーダンスレベルのこの変動は、もし補償さ
れないならば、出力信号にかなりの非直線性を生
じ、これは30％程度になり得る。このような非直
線性を補償するためには、帰還トランジスタQ₃
のベース領域を直列接続ダイオードD₂とD₃との
接続点に接続し、エミツタ領域を共通または接地
端子５に接続し、コレクタ領域を出力端子４に接
続する。このトランジスタの目的は、直列接続ダ
イオードを経る静止電流レベルの変動を検出し、
トランジスタQ₂のコレクタから流れる基準電流
の多くの部分または少しの部分を流すことによつ
て前記変動を補償して、入力信号の変動に対して
ダイオード電流をほほぼ一定に保つことである。
説明のために、抵抗信号線の入力端子１に増加
（positive−going）入力信号V_ioが供給されるも
のとする。このことは、端子４の出力電圧V_putを
対応して増加させる。これは、ダイオードD₂お
よびD₃を流れる電流を増加させようとする。し
かし、ダイオードを流れる電流のこの増加は、ト
ランジスタQ₃で反射され、その結果そのコレク
タ電流を増加させる。このようにして、ダイオー
ドD₂およびD₃を流れる過剰な電流は、トランジ
スタQ₃を経て大地に流れる。ダイオードD₃（実際
には前述したようなダイオード接続トランジスタ
である）とトランジスタQ₃のエミツタ面積の比
を適切に選ぶことによつて、所望のインピーダン
ス範囲および出力変動を保持しながら、変動する
入力信号に対してダイオードD₂およびD₃を流れ
る電流をほぼ一定に保持するようにループゲイン
を調整することができる。このダイオード電流を
ほぼ一定に保つことによつて、出力端子４を経る
分路インピーダンスレベルをほぼ一定に保持し、
非直線性を約１〜２パーセントにかなり減少させ
る。さらに、本願人の先行発明においては十分な
ダイナミツク・レンジを達成するのに必要な直列
接続ベース・エミツタ接合の長い列はないので、
第１図に示す回路は６ボルトの公称電源電圧で動
作できおよびこの回路は約４ボルトの低い電源電
圧で適切に動作する。トランジスタQ₃により与
えられる帰還のために、多数の連続した直列接続
ダイオードを必要とすることなく、十分なダイナ
ミツク・レンジが得られる。

第２図は、本発明の電気的に変化しうるインピ
ーダンス回路の他の実施例を示す。第２図の回路
の多くの部分は、第１図の対応部分と同一であ
り、第１図のこれら部分についての説明は、第２
図の対応部分に同様に適用できる。第２図は第１
図とは主に次の点で異なつている。すなわち、帰
還トランジスタQ₇のコレクタは、第１図のよう
に出力端子に直接に接続されるのではなく、トラ
ンジスタQ₆とダイオードD₇とから成る電流ミラ
ーの入力端子に接続されている。この電流ミラー
の出力端子を、トランジスタQ₅とダイオードD₄
とから成る他の電流ミラーの入力端子に接続す
る。この他の電流ミラーの入力端子を、また、第
１図のトランジスタQ₁に相当する制御電流トラ
ンジスタQ₄の出力端子に接続する。この電流ミ
ラーの出力端子すなわちトランジスタQ₅のコレ
クタを、可変インピーダンス回路の出力端子９に
接続する。

動作中、制御電流と回路の制御端子７に供給し
て、ダイオードD₄とトランジスタQ₅とから成る
電流ミラーによつて、ダイオードD₅およびD₆に
基準電流を確立させる。基準電流がダイオード
D₅およびD₆を流れると、これら２個のダイオー
ド間の接続点における電圧の関数としてトランジ
スタQ₇がバイアスされる。その結果、トランジ
スタQ₇にコレクタ電流が流れ、このコレクタ電
流は電流ミラーQ₆−D₇によつて反射されて、ト
ランジスタQ₆にコレクタ電流を発生させせる。
このコレクタ電流に、他の電流ミラーのダイオー
ドD₄から流れる電流を加えたものは、トランジ
スタQ₄のコレクタに流れ込む制御電流に等しい。
入力信号V_ioが入力端子６に供給されると、出力
端子９の電圧が変化し、この変化は、もし補償さ
れないならば、直列接続されたダイオードD₅お
よびD₆を流れる電流に変化を生じさせ、したが
つてこれらダイオードの分路インピーダンスに不
所望な影響を生じさせる。本発明においてこのイ
ンピーダンス変動がどのように補償されるかを明
瞭にするために、端子６の入力電圧を増大させ、
したがつてダイオードD₅およびD₆を流れる電流
を増大させる。これは、入力端子が２個のダイオ
ード間の接続点に結合されているトランジスタ
Q₇のコレクタ電流を増大させる。トランジスタ
Q₇のコレクタ電流の増大は、電流ミラーQ₆−D₇
で反射されて、トランジスタQ₆のコレクタ電流
を増大させる。前述したように、Q₆，D₄，Q₄を
接続する共通接続点からの電流は一定制御電流で
あるため、トランジスタQ₆からこの共通接続点
に流れ込む電流の増大は、他の電流ミラーのダイ
オードD₄により与えられる同一の電流増加によ
つて平衡されなければならない。この電流減少
は、他の電流ミラーによつて反射されて、トラン
ジスタQ₅のコレクタ電流を減少させる。トラン
ジスタQ₅のコレクタ電流がダイオードD₅および
D₆に基準電流を与えるので、入力電圧の増加に
基づく電流のもとの増加が、ダイオードへの基準
電流の同一の減少によつて補償されており、ダイ
オードを流れる電流およびそれらのインピーダン
スレベルが、入力電圧の変動に対してほぼ一定に
保たれることがわかる。このように、第２図の回
路は、第１図の回路と同じ基本的な帰還概念を用
いているが、構造がわずかに複雑である。しか
し、第２図の回路に設けられている２個の電流ミ
ラーは、より大きい帰還ループゲインを与え、こ
のことが直線性およびダイナミツク・レンジをさ
らに改善する。

第３図に示す回路では、第１図の基本構造を、
低電圧で用いるのに適するドルビー（Dolby）プ
ロセツサに設けられるような差動増幅器構造を用
いる一層複雑な回路に用いている。入力端子１２
に供給される制御電流は、電流ミラーQ₉−Q₁₀−
Q₁₁−Q₁₂によつて２つの基準電流出力を発生す
る。これら２つの基準電流出力は、トランジスタ
Q₁₁およびQ₁₂から取出される。これら基準電流
を、それぞれ、ダイオード列D₈−D₉およびD₁₂−
D₁₃に供給する。これら２つの基準電流の和は、
ダイオードD₁₀およびD₁₁を流れる。トランジス
タQ₁₃およびQ₁₄を具える差動増幅器を、ダイオ
ードD₁₁およびトランジスタQ₁₅を経てバイアス
する。トランジスタQ₁₃およびQ₁₄へのコレクタ
電流入力は、トランジスタQ₁₁およびQ₁₂によつ
てそれぞれ供給される。前述の実施例のように、
入力信号V_ioを、抵抗R₃を有する抵抗信号線の入
力端子１１に供給し、この場合にはダイオード列
D₈−D₉−D₁₀−D₁₁を有する電気的可変分路イン
ピーダンス素子を、抵抗信号線の出力端子から共
通または接地端子１６に接続する。

ダイオード列への基準電流を、トランジスタ
Q₉，Q₁₀，Q₁₁，Q₁₂より成る電流ミラーによつて
供給する。第３図の回路では、電流ミラーは、前
述したものとはわずかに異なる回路構成を用いて
いる。第３図の各電流ミラーの入力トランジスタ
（トランジスタQ₉，Q₁₇，Q₂₄）は、他のトランジ
スタ（それぞれQ₁₀，Q₁₈，Q₂₃）のベース−エミ
ツタ接合を、直接に短絡するよりもそのコレクタ
−ベース接合を経て接続して、第２図の電流ミラ
ーにおけるようにダイオード接続トランジスタを
構成する。この変形の目的は、入力回路のゲイン
を増大させ、これによつて電流ミラーの精度に対
するベース電流の影響を減少させることである。
入力トランジスタQ₉およびQ₁₀を有する電流ミラ
ーは、並列接続されたベース−エミツタ接合を有
する１組の出力トランジスタQ₁₁およびQ₁₂を有
している。これら２個の並列接続出力トランジス
タは、ダイオード列D₈−D₉およびD₁₂−D₁₃にそ
れぞれ基準電流を供給する。

インピーダンス制御は、第１図について前述し
たと同様に行なう。第１図におけるように、信号
線を経て接続されているダイオードのインピーダ
ンスは、補償を行なわなければ、入力信号の変動
に対して変化する傾向にある。再び、入力信号電
圧が増大する場合を考えると、ダイオード列D₈
−D₉−D₁₀−D₁₁を流れる電流は、供給電圧のた
めに増大する傾向にある。この増加電流はトラン
ジスタQ₁₅によつて検出され、これにより差動増
幅器トランジスタQ₁₃を流れる電流を増大させ、
したがつてトランジスタQ₁₄を流れる電流を減少
させ、トランジスタQ₁₄とダイオードD₁₂との接
続点に一定の電圧およびインピーダンスを保持す
る。その結果、差動増幅器トランジスタは追加の
電流に対して異なるモードで電流シンク（sink）
として機能し、したがつてダイオード列D₈−D₉
−D₁₀−D₁₁の電流およびそのインピーダンスを
ほぼ一定に保持する。

増幅器Q₁₃−Q₁₄の差動出力端子を、ダーリン
トン差動バツフア増幅器Q₁₉−Q₂₀−Q₂₁−Q₂₂に
接続し、このバツフア増幅器の差動出力端子を、
電流ミラーQ₁₆−Q₁₇−Q₁₈およびQ₂₃−Q₂₄−Q₂₅
を経て、相補出力段D₁₄−Q₂₅−Q₂₇に結合する。
この相補出力段は、出力端子１５に接続された負
荷抵抗R₄を駆動する。ダーリントン差動増幅器
へのバイアス電流を、トランジスタQ₂₆によつて
供給する。このトランジスタは、バイアス入力端
子１７のバイアス制御電流入力I_bによつて制御す
る。バツフア増幅器は自身の電流源を有するの
で、この回路はすぐれた分離を与える。さらに、
第１図の基本的な可変インピーダンス回路を第３
図の差動モードおよびバツフア増幅器構造に用い
ることによつて達成される共通モード阻止
（rejection）によつて、回路性能を高めることが
できる。

以上、本発明を一定の実施例について説明した
が、当業者であれば本発明の範囲内で種々の変形
が可能なことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明可変インピーダンス回路を示
す図、第２図は、本発明可変インピーダンス回路
の他の実施例を示す図、第３図は、差動増幅器回
路に第１図の基本概念を導入した可変インピーダ
ンス回路を示す図、第４図、第５図及び第６図は
米国特許第3761741号明細書の第１図、第４図及
び第５図に示されている従来の可変インピーダン
ス回路をそれぞれ示す図である。 １，６，１１……入力端子、２，７，１２……
制御電流入力端子、４，９，１５……出力端子、
５，１０，１６……共通端子、１７……バイアス
入力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 抵抗信号線の出力端子と共通端子との間に電
   気的に可変の分路インピーダンスを与える可変イ
   ンピーダンス回路において、 前記抵抗信号線の出力端子と前記共通端子との
   間に同一の極性で直列に接続され、前記抵抗信号
   線の出力端子と前記共通端子との間の分路インピ
   ーダンスを形成する少なくとも２個の第１及び第
   ２ダイオードであつて第１ダイオードが前記出力
   端子に接続されている直列接続ダイオードと、 前記出力端子に接続され、前記直列接続ダイオ
   ードに電流を供給して、前記出力端子と共通端子
   との間に所望の静止分路インピーダンス値を設定
   する電流源手段と、 前記第１および第２の直列接続ダイオード間の
   接続点から前記出力端子に接続され、前記ダイオ
   ード電流を前記出力端子の信号レベルの変動に対
   してほぼ一定レベルに保持して、前記ダイオード
   の分路インピーダンス値をほぼ一定に維持する帰
   還回路手段とを具えることを特徴とする可変イン
   ピーダンス回路。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の可変インピー
   ダンス回路において、前記帰還回路手段が、ベー
   ス領域を前記直列接続ダイオード間の接続点に接
   続し、エミツタ領域を前記共通端子に接続し、コ
   レクタ領域を前記出力端子に接続したバイポーラ
   トランジスタを具えることを特徴とする可変イン
   ピーダンス回路。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の可変インピー
   ダンス回路において、前記電流源手段が、制御電
   流源と第１電流ミラーとを具え、前記帰還回路手
   段が、第２電流ミラーと、ベース領域を前記直列
   接続ダイオード間の接続点に接続し、エミツタ領
   域を前記共通端子に接続し、コレクタ領域を前記
   第２電流ミラーの入力端子に接続したバイポーラ
   トランジスタとを具え、前記第２電流ミラーの出
   力端子および前記第１電流ミラーの入力端子を共
   に前記制御電流源の出力端子に接続し、前記第１
   電流ミラーの出力端子を抵抗信号線の出力端子に
   接続したことを特徴とする可変インピーダンス回
   路。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の可変インピー
   ダンス回路において、前記第１および第２ダイオ
   ードに対し且つ互いに同一極性で、前記第１およ
   び第２ダイオードに直列に接続した第３および第
   ４ダイオードをさらに具え、この第３ダイオード
   を前記第２ダイオードに接続し、前記第４ダイオ
   ードを前記第３ダイオードと前記共通端子との間
   に接続し、前記帰還回路手段が、前記第１および
   第２直列接続ダイオード間の共通接続点に接続し
   たベース領域と、前記出力端子に接続したコレク
   タ領域と、エミツタ領域とを有する第１バイポー
   ラトランジスタと、前記第３および第４直列接続
   ダイオードの間の接続点に接続したベース領域
   と、前記第１バイポーラトランジスタのエミツタ
   領域に接続したコレクタ領域と、前記共通端子に
   接続したエミツタ領域とを有する第２バイポーラ
   トランジスタと、ベース領域と、前記電流源手段
   に接続したコレクタ領域と、前記第１トランジス
   タのエミツタに接続したエミツタ領域とを有する
   第３バイポーラトランジスタと、前記第３トラン
   ジスタのコレクタ領域とベース領域との間に接続
   した第５ダイオード及びこれと同一極性に前記第
   ３トランジスタのベース領域から前記第２および
   第３ダイオード間の接続点に接続した第６ダイオ
   ードと、前記第１および第３トランジスタのコレ
   クタに接続した入力端子と前記分路インピーダン
   スの値に比例する信号を供給する出力端子とを有
   する差動増幅器手段とを具えることを特徴とする
   可変インピーダンス回路。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の可変インピー
   ダンス回路において、前記差動増幅器手段が、前
   記第１および第３トランジスタのコレクタに接続
   した差動入力端子と差動出力端子とを有するダー
   リントン差動増幅器と、前記差動増幅器出力端子
   にそれぞれ接続した入力端子を有する第１および
   第２電流ミラーと、これら電流ミラーの出力端子
   にそれぞれ接続した入力端子と前記分路インピー
   ダンスの値に比例する信号を供給する出力端子と
   を有する相補直列接続出力増幅器とを具えること
   を特徴とする可変インピーダンス回路。