JPS642035B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はゲルマニウムダイオードを使用した整
流時定数回路の特性に近似する特性を備えたシリ
コンダイオードを使用した整流時定数回路を提供
することを目的とする。

オーデイオシステムにおける雑音低減装置やオ
ーデイオ信号レベルのレベル制御を行なう利得制
御装置（例えばオーデイオリミターなど）等にお
いては、オーデイオ信号の制御信号への変換に整
流時定数回路が使用されているが、その整流時定
数回路の整流素子としては、ゲルマニウムダイオ
ードやシリコンダイオードがよく用いられる。

ところで、ゲルマニウムダイオードとシリコン
ダイオードとは基本的に順方向電流対順方向電圧
特性（IF―VF特性）や逆方向電流対逆方向電圧
特性（IR―VR特性）等において相違するため、
整流素子としてゲルマニウムダイオードを使用し
た整流時定数回路と、整流素子としてシリコンダ
イオードを使用した整流時定数回路とは入力信号
レベル対制御信号レベル特性や回路の出力インピ
ーダンス特性が異なるものとなる。例えば、回路
の出力インピーダンス特性などはダイオードに加
わる順方向電圧を0.2Vとした場合において、整
流素子としてシリコンダイオードを用いた整流回
路では、整流素子としてゲルマニウムダイオード
を用いた整流回路に比べて500〜1000倍の出力イ
ンピーダンスを示すものとなる。

第１図は、ダイオードのIF―VF特性を例示し
たものであり、図中の曲線Ｇはゲルマニウムダイ
オードの特性例、図中の曲線Ｓはシリコンダイオ
ードの特性例を示している。

ここで、第２図を参照して従来の整流時定数回
路の構成や動作の説明を行なつて、従来回路にお
ける問題点の所在を明らかにする。

第２図において、Ａ，Ｂは増幅器であり、入力
信号eiがコンデンサＣと抵抗R₁とからなる入力回
路を介して増幅器Ａに与えられると、増幅器Ａで
は入力信号eiを増幅して、その出力をダイオード
D₁及び増幅器Ｂに与える。第２図において、R₂
〜R₅は抵抗、C₂はコンデンサである。

増幅器Ｂでは、増幅器Ａの出力信号の位相を反
転した出力信号をダイオードD₂に与える。前記
した２つのダイオードD₁，D₂のカソード側は共
通接続されて抵抗R₄によつて接地されているか
ら抵抗R₄の両端には整流出力が現われる。

前記の整流出力は、抵抗R₅とコンデンサC₂と
で構成された時定数回路に与えられ、時定数回路
からは制御電圧Eoが出力される。

前記のような第２図示の従来の整流時定数回路
において、ダイオードD₁，D₂としてゲルマニウ
ムダイオードを使用した場合には、回路の入力信
号レベル対制御電圧レベル特性は、第６図中のＧ
曲線で示されるものとなり、また、前記のダイオ
ードD₁，D₂としてシリコンダイオードを使用し
た場合には、回路の入力信号レベル対制御電圧レ
ベル特性は第６図中のＳ曲線で示されるものとな
る。

なお、第６図に示す曲線は、シリコンダイオー
ドを用いた整流回路と、ゲルマニウムダイオード
を用いた整流回路とについて、それぞれの制御電
圧レベルが大信号レベルにおいて等しくなるよう
に増幅器Ａの利得を変えた状態として求めたもの
である。この第６図から明らかなように、第２図
示の従来例回路では整流素子として使用されるダ
イオードが、ゲルマニウムダイオードの場合と、
シリコンダイオードの場合とでは、回路の入力信
号レベル対制御電圧レベル特性が、特に小信号入
力レベルにおいて大きく異なつていることが判か
る。

さて、整流時定数回路の入力信号レベル対制御
信号レベル特性は、雑音低減装置においては信号
のレベル圧縮特性及び信号の伸長特性に関係し、
また、オーデイオリミターにおいては信号のレベ
ル圧縮特性に関係する。また、整流時定数回路の
出力インピーダンス特性は、前記のそれぞれの装
置において制御時定数、すなわちアタツクタイム
に関係する。

したがつて、整流素子としてゲルマニウムダイ
オードを用いた整流時定数回路では、実際の動作
レベルにおけるダイオードの内部抵抗が、シリコ
ンダイオードに比べて500分の１から1000分の１
というように低いために、制御時定数の設定を外
付けの固定抵抗とコンデンサとによつて行なうこ
とが容易であるということから、雑音低減装置の
整流時定数回路としては、整流素子としてゲルマ
ニウムダイオードを用いた整流時定数回路がよく
用いられている。しかし、反面、ゲルマニウムダ
イオードはモノリシツク集積回路化には適してい
ないため、集積回路化を考慮した整流時定数回路
としては、整流素子としてシリコンダイオードを
用いた整流時定数回路が使われる。

ところで、整流素子としてシリコンダイオード
を用いた整流時定数回路は、それに用いられてい
るシリコンダイオードの内部抵抗が高く、かつ、
内部抵抗は入力信号レベルに反比例して変化する
ということから、整流素子としてシリコンダイオ
ードを用いた整流時定数回路の実際の動作に当つ
ては、小信号レベル時にアタツクタイムが長くな
り、また、大信号レベル時にはアタツクタイムが
短くなる、というように、入力信号レベルに応じ
て整流時定数回路のアタツクタイムが大巾に変化
する。

このように、整流素子としてシリコンダイオー
ドを用いた整流時定数回路は、回路中で用いられ
ているシリコンダイオードの内部抵抗が制御時定
数に直接に関係するために、シリコンダイオード
の内部抵抗のバラツキなどにより、制御時定数が
定まらないなどの欠点をもつている。

前記した雑音低減装置は、それの動作に伴なう
副作用として、いわゆる雑音変調現象（一般に
Breathing Effect＜息づき効果＞と呼ばれている
音質を悪化させる現象）を生じるが、前記の現象
の発生には制御時定数が直接に関係するため、制
御時定数の変化が雑音変調現象に悪影響を及ぼす
場合が多い。

以上のような事情があることから、雑音低減装
置などに使用される整流時定数回路の理想形とし
てはゲルマニウムダイオードと同様なIF―VF特
性が整流素子としてシリコンダイオードを用いて
も等価的に得られるようにした整流時定数回路を
考えることができる。

本発明は、前記した理想形の時定数回路を近似
的に実現して、集積回路化に適する特性の優れた
整流時定数回路を提供することを目的としてなさ
れたものであり、以下、本発明の整流時定数回路
の具体的な内容を添付図面を参照しながら詳細に
説明する。

第３図は本発明の整流時定数回路の一実施態様
のものの回路図であつて、この第３図において１
は信号の入力端子であり、入力端子１には第５図
ａ図示のような入力信号eiが与えられる。また、
２は絶対値回路、３は整流回路、４は時定数回
路、５は出力端子であつて、前記した絶対値回路
２と整流回路３と時定数回路４とは縦続接続され
ている。

絶対値回路２は、入力端子１にそれぞれの一端
が接続されている抵抗R₁₁（第１の抵抗），抵抗
R₁₂（第２の抵抗）と、前記の抵抗R₁₁の他端が入
力端子に接続されている反転増幅器IC₁₁（第１の
反転増幅器）と、前記の反転増幅器IC₁₁の出力に
アノードが接続されているダイオードD₁₁（第１
のダイオード）と、前記の反転増幅器IC₁₁の出力
端子にカソードが接続されているダイオードD₁₂
（第２のダイオード）と、前記のダイオードD₁₂
のアノードに一端が接続されている抵抗R₁₃（第
３の抵抗）と抵抗R₁₄（第４の抵抗）などで構成
されており、前記のダイオードD₁₁のカソード及
び前記した抵抗R₁₃の他端は反転増幅器IC₁₁の入
力端子に接続されている。

また、整流回路３は前記した抵抗R₁₄と、抵抗
R₁₄の他端が入力端子に接続されている反転増幅
器IC₁₂（第２の反転増幅器）と、反転増幅器IC₁₂
の入出力端間に接続されている抵抗R₁₅（第５の
抵抗）と、反転増幅器IC₁₂の出力端子にアノード
が接続されたダイオードD₁₃（第３のダイオード）
と、ダイオードD₁₃のカソードと反転増幅器IC₁₂
の入力端子との間に接続された抵抗R₁₆（第６の
抵抗）とによつて構成されている。

さらに、時定数回路４は前記した抵抗R₁₆と、
ダイオードD₁₃と、抵抗R₁₇（第７の抵抗）と、コ
ンデンサＣとによつて構成されている。

次に、入力端子１に入力信号eiが与えられた際
の絶対値回路２の動作を第４図ａ，ｂ図、及び第
５図ａ〜ｄ図を参照して説明すると以下のとおり
である。第４図ａ，ｂ図は、第３図中に示されて
いる構成態様の絶対値回路２の動作説明のための
回路図であり、まず、第４図ａ図示の回路に対し
て、第５図ａ図示の入力信号e_iが与えられた場合
に、それの正の半サイクルにおいては、ダイオー
ドD₁₂がオン、ダイオードD₁₁がオフとなるから、
この状態においてダイオードD₁₂のアノード側か
ら反転増幅器IC₁₁の出力側をみた出力抵抗は、抵
抗R₁₂〜R₁₄に比べて極端に小さなものとなり、
したがつて、第４図ａ図示の回路では入力信号e_i
の正の半サイクルの期間に出力信号は現われるこ
とがない。

次に、第４図ａ図示の回路に入力信号e_iの負の
半サイクルが加わつた場合には、ダイオードD₁₂
がオフ、ダイオードD₁₁がオンとなり、抵抗R₁₄
の両端には次の(1)式で示されるような負の半波直
線検波出力e₁｛第５図ｂ図｝が生じる。

e₁＝R₁₃／R₁₂＋R₁₃＋R₁₂・R₁₃／R₁₄・e_i ……(1) また、第４図ｂ図示の回路に入力信号e_iが供給
された場合における第４図ｂ図示の回路の動作
は、入力信号e_iの正の半サイクル及び負の半サイ
クルについてそれぞれ次のようなものとなる。

まず、入力信号e_iの正の半サイクルにおいて、
第４図ｂ図の回路におけるダイオードD₁₁はオ
フ、ダイオードD₁₂はオンとなり、したがつて、
抵抗R₁₃の両端には入力信号e_iが位相反転された
信号における負の半波直線検波出力e₂｛第５図ｃ
図｝が生じる。

e₂＝−R₁₃／R₁₁・e_i ……(2) 入力信号e_iの負の半サイクルにおいては、第４
図ｂ図示の回路におけるダイオードD₁₂がオン、
ダイオードD₁₁がオフとなるから抵抗R₁₃の両端
には出力信号が生じない。

このように、第３図中の絶対値回路２は、入力
信号e_iが正の半サイクルの期間においては、第４
図ｂ図を参照して説明したような回路動作に基づ
いて、抵抗R₁₃の両端に(2)式で示されるような入
力信号e₂を生じ、また、入力信号e_iが負の半サイ
クルの期間においては、第４図ａ図を参照して説
明したような回路動作に基づいて、抵抗R₁₄の両
端に(1)式で示されるような出力信号e_iを生じる。

前記した(1)，(2)式において、それらの各式の右
辺における抵抗の比を表わす部分に着目してみる
と、両式において分子は共にR₁₃となつているか
ら、両式における分母も等しくなるように抵抗
R₁₁〜R₁₄の値を選定して、次の(3)式が成立つよ
うにすると、 α＝R₁₃／R₁₂＋R₁₃＋R₁₂・R₁₃／R₁₄＝R₁₃／R₁₁……(3
) 絶対値回路２からの出力端信号e_cを次の(4)式で示
されるようなものとすることができる。

e_c＝α｜e_i｜ ……(4) 前記した(4)式で示される絶対値回路２からの出
力信号e_c｛第５図ｄ図｝が整流回路３に供給され
ると、整流回路３からは第５図ｅ図示のような整
流出力信号e_pが出力される。

今、整流回路３における反転増幅器IC₁₂の裸利
得A_pを無限大とし、ダイオードD₁₃の順方向抵抗
をR_dfとすると、整流回路３の利得e_p／e_cは、次
の(5)式によつて示されるものとなる。

e_p／e_c＝−R₁₅・R₁₆／R₁₄（R₁₅＋R_df＋R₁₆） ……(5) また、整流回路３の出力インピーダンスZ_pは絶
対値出力信号e_cの伝送時には、 Z_p＝R_df・R₁₆／R₁₅＋R_df＋R₁₆ ……(6) 前記の６式で表わされるものとなり、また、入
力信号e_iが供給されていない状態における整流回
路３の出力インピーダンスZ_p′は、この状態にお
けるダイオードD₁₃の順方向抵抗R_dfが無限大とな
ることから、次の(7)式で示されるものとなる。

Z_p′＝R₁₆ ……(7) 前記した整流回路３において、抵抗R₁₅と抵抗
R₁₆との抵抗値は、R₁₅＝15〜20R₁₆のように設定
される。

整流回路３からの整流出力信号e_pは、時定数回
路４における抵抗R₁₇を介してコンデンサ４に蓄
積されることにより、コンデンサＣの両端に制御
電圧E_pが得られ、これが出力端子５に送出され
る。

さて、入力信号e_iが供給されている時の整流回
路３の出力インピーダンスZ_pは、前記した(6)式に
示すとおりであるが、出力インピーダンスZ_pはダ
イオードD₁₃の順方向抵抗R_dfが負帰還の作用によ
りR_df′に変化した場合と等価であるので、R_df′は
次の(8)式のように示すことができる。

R_df′＝R_df・R₁₆／R₁₅＋R_df＋R₁₆ ……(8) したがつて、本発明の整流時定数回路における
制御時定数はそれぞれ次のように示される。

さず、アタツクタイムT_aは T_a＝（R_df′＋R₁₇）Ｃ ……(9) 前記の(9)式で示されるものとなり、またリカバ
リータイムT_rは次の(10)式で示されるものとなる。

T_r＝（R₁₇＋R₁₆）Ｃ ……(10) このように、本発明の整流時定数回路は、それ
のリカバリータイムT_rが(10)式から明らかなよう
に、固定抵抗R₁₇，R₁₆とコンデンサＣとだけに
よつて決定できるから、整流時定数回路中で整流
素子として用いられるダイオードの種類は、リカ
バリータイムT_rの設定に関しては考慮しなくて
もよいが、アタツクタイムT_aは(9)式から明らか
なように、整流時定数回路中で整流素子として用
いられるダイオードの順方向抵抗によつて変化す
るから、(9)式中のR_df′としては(8)式のダイオード
の順方向抵抗R_dfがゲルマニウムダイオードの順
方向抵抗であつたとして得られるR_df′となるよう
に抵抗R₁₅，R₁₆の抵抗値を選定すればよい。

第６図に示す入力信号レベル対制御電圧レベル
特性曲線図において、曲線Ｇは整流素子としてゲ
ルマニウムダイオードを用いた場合の従来例回路
の特性曲線、ならびに、本発明の整流時定数回路
の特性曲線を示し、第６図中の曲線Ｓは整流素子
としてシリコンダイオードを用いた場合の従来例
回路の特性曲線を示す。

第６図中の曲線Ｈ，Ｉ，Ｊは、本発明による整
流時定数回路において、抵抗R₁₅の抵抗値を変え
た場合に得られる回路の特性の変化傾向を示す曲
線であつて、本発明の整流時定数回路において、
抵抗R₁₅をR₁₅≪R₁₆の関係を満足するようなもの
とした場合には、回路の特性は曲線Ｓに近づき、
また抵抗R₁₅をR₁₅＞R₁₆の関係を満足するような
ものとした場合には回路の特性は曲線Ｈ，Ｉに示
すような傾向のものとなり、さらに、抵抗R₁₅を
R₁₅≫R₁₆の関係を満足するようなものとした場
合には、回路の特性は曲線Ｊの特性に近づく。こ
のように本発明の整流時定数回路では抵抗R₁₅の
抵抗を変えることによつて、それの入力信号レベ
ル対制御電圧レベルの特性を、第６図中の曲線
Ｓ，Ｈ，Ｉ，Ｇ，Ｊのように任意に変えることが
できる。

以上、詳細に説明したところから明らかなよう
に、本発明の整流時定数回路では、整流素子とし
てシリコンダイオードを用いても、整流素子とし
てゲルマニウムダイオードを用いた従来の整流時
定数回路で得られていた諸特性を近似的に得るこ
とができるのであり、したがつて、本発明の整流
時定数回路を、例えば雑音低減装置に応用した場
合には、雑音変調現象の生じない雑音低減装置を
容易に提供でき、また、本発明の整流時定数回路
は、それに使用するダイオードの順方向抵抗値に
多少のバラツキが存在しても、そのバラツキによ
つて制御時定数が影響され難く、さらに、温度特
性についても優れた特性を有しており、さらにま
た、整流素子としてシリコンダイオードを使用し
ているので集積回路化が容易である等の諸特徴を
有するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイオードのI_F―V_F特性曲線図、第２
図は従来例回路を示す回路図、第３図は本発明の
整流時定数回路の一実施態様のものの回路図、第
４図ａ，ｂ図は絶対値回路の動作説明用の回路
図、第５図ａ〜ｅ図は動作説明用の波形図、第６
図は入力信号レベル対制御電圧レベル特性曲線図
である。 １……入力端子、２……絶対値回路、３……整
流回路、４……時定数回路、５……出力端子、
R₁₁〜R₁₇……抵抗、Ｃ……コンデンサ、D₁₁〜
D₁₃……ダイオード、IC₁₁，IC₁₂……反転増幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１の反転増幅器と、前記した第１の反転増
   幅器の入出力端間に接続した第１のダイオード
   と、前記した第１の反転増幅器の入力端と入力端
   子との間に接続した第１の抵抗と、前記した第１
   の反転増幅器の出力端に接続した第２のダイオー
   ドと第４の抵抗との直列接続回路と、前記した第
   ２のダイオードと第４の抵抗との接続点と入力端
   子との間に接続した第２の抵抗と、前記した第２
   のダイオードと第４の抵抗との接続点と前記した
   第１の反転増幅器の入力端との間に接続した第３
   の抵抗とによつて構成された絶対値回路と、前記
   した第４の抵抗が入力端に接続された第２の反転
   増幅器と、前記の第２の反転増幅器の入出力端間
   に接続された第５の抵抗と、前記した第２の反転
   増幅器の入出力端間に接続された第３のダイオー
   ドと第６の抵抗との直列接続回路とによつて構成
   されていて、前記した第３のダイオードと第６の
   抵抗との接続点を出力端とする整流回路と、前記
   した整流回路の出力インピーダンスと、第３のダ
   イオードと、前記した第６の抵抗と、前記した第
   ３のダイオードと第６の抵抗との接続点と出力端
   子との間に接続した第７の抵抗と、前記した第７
   の抵抗を含む回路に橋絡的に接続されたコンデン
   サとによつて構成された時定数回路とを縦続接続
   して構成したことを特徴とする整流時定数回路。