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JPS5833595B2 - signal generator - Google Patents
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JPS5833595B2 - signal generator - Google Patents

signal generator

Info

Publication number
JPS5833595B2
JPS5833595B2 JP8797877A JP8797877A JPS5833595B2 JP S5833595 B2 JPS5833595 B2 JP S5833595B2 JP 8797877 A JP8797877 A JP 8797877A JP 8797877 A JP8797877 A JP 8797877A JP S5833595 B2 JPS5833595 B2 JP S5833595B2
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JP
Japan
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capacitor
switch
operational amplifier
signal
semiconductor device
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JP8797877A
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Japanese (ja)
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JPS5423354A (en
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直樹 関
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Works Ltd
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Publication date
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  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コンデンサと半導体装置とで構成した時間の
双曲線関数あるいは時間の双曲線関数の対数に比例した
信号を発生する信号発生装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a signal generator that generates a signal proportional to a hyperbolic function of time or a logarithm of a hyperbolic function of time, which is constructed of a capacitor and a semiconductor device.

従来よりコンデンサと抵抗とを使用し、時間とともに直
線的、あるいは対数的に変化する信号を発生する回路は
広く実用化されているが、時間の双曲線あるいは双曲線
の対数に比例した信号を発生ずる精度の高い回路は適当
なものがなかった。
Conventionally, circuits that use capacitors and resistors to generate signals that change linearly or logarithmically over time have been widely put into practical use, but the accuracy of generating signals that are proportional to the hyperbola of time or the logarithm of the hyperbola is There was no suitable circuit with a high value.

本発明は、コンデンサおよび接合を有する半導体装置の
もつ特性を巧みに利用して双曲線関数信号あるいは双曲
線関数の対数に比例した信号を得られるようにしたもの
であって、その原理図を第1図に示す。
The present invention makes it possible to obtain a hyperbolic function signal or a signal proportional to the logarithm of a hyperbolic function by skillfully utilizing the characteristics of a semiconductor device having a capacitor and a junction. Shown below.

第1図において、1はコンデンサ、2はこのコンデンサ
1に接続された半導体装置で、ここではトランジスタを
ダイオード接続したものを例示する。
In FIG. 1, 1 is a capacitor, and 2 is a semiconductor device connected to the capacitor 1. Here, a diode-connected transistor is shown as an example.

半導体装置はPN接合をもつダイオードであってよい。The semiconductor device may be a diode with a PN junction.

この回路において、コンデンサ1と半導体装置2とは、
コンデンサ1の電位差eと半導体装置2の電位差とが等
しくなるように、また、コンデンサ1に流れる電流に比
例した電流が半導体装置に流れるように接続されている
In this circuit, the capacitor 1 and the semiconductor device 2 are
The capacitor 1 is connected so that the potential difference e of the capacitor 1 is equal to the potential difference of the semiconductor device 2, and so that a current proportional to the current flowing through the capacitor 1 flows through the semiconductor device.

いま、コンデンサ1にスイッチSを介して直流電圧Es
を与えた後Sを開いた場合、コンデンサ1に流れる電流
(ここでは半導体装置2に流れる電流と同一)iと、半
導体装置2に加わる電圧(ここではコンデンサ1の電位
差と同一)eは、それぞれ(1)式および(2)式で表
わされる。
Now, a DC voltage Es is applied to the capacitor 1 via the switch S.
When S is opened after applying , the current i flowing through the capacitor 1 (here the same as the current flowing through the semiconductor device 2) and the voltage e applied to the semiconductor device 2 (here the same as the potential difference of the capacitor 1) are respectively It is expressed by equations (1) and (2).

ただし、C:コンデンサ1の静電容量 に:ボルツマン定数 T二手導体装置の接合面温度 q:電子電荷 Ico :半導体装置の逆方向電流 (1)式および(2)式からeを消去すると(3)式が
得られる。
However, C: Capacitance of capacitor 1: Boltzmann constant T Junction surface temperature of two-handed conductor device q: Electronic charge Ico: Reverse current of semiconductor device Eliminating e from equations (1) and (2) gives (3 ) formula is obtained.

(3)式において、 i (o) ioとすれば、この特異 解は(4)式の通りとなる。In equation (3), i (o) If io, this singularity The solution is as shown in equation (4).

(4)式において、kTC/qおよびkTC/qioは
いずれも一定な値であるから、コンデンサ1に流れる電
流iは、第2図に示すように時間tに対して双曲線関数
となる。
In equation (4), since kTC/q and kTC/qio are both constant values, the current i flowing through the capacitor 1 becomes a hyperbolic function with respect to time t, as shown in FIG.

また、半導体装置2に加わる電圧eは、(4)式を(2
)式に代入すれば明らかなように双曲線関数の対数に比
例した信号となる。
In addition, the voltage e applied to the semiconductor device 2 can be calculated by converting equation (4) into (2
), it becomes clear that the signal is proportional to the logarithm of the hyperbolic function.

第3図は第1図に示す信号発生装置を周波数信号を電圧
信号に変換する回路に適用した場合の接続図である。
FIG. 3 is a connection diagram when the signal generator shown in FIG. 1 is applied to a circuit that converts a frequency signal into a voltage signal.

図において、30はたとえば第4図イに示すような変換
すべき周波数fのパルス列信号sfが印加される端子、
Mlはこのパルス列信号sfでトリガされる単安定マル
チバイブレークで、第4図中こ示すようなサンプリング
パルスPS1を発生する。
In the figure, 30 is a terminal to which a pulse train signal sf of frequency f to be converted is applied, as shown in FIG. 4A, for example;
Ml is a monostable multi-by-break triggered by this pulse train signal sf, and generates a sampling pulse PS1 as shown in FIG.

M2はPSlでトリガされる単安定マルチバイブレーク
で、第4図ハに示すようなスイッチSを駆動する周波数
fの駆動パルスPS2を発生する。
M2 is a monostable multi-by-break triggered by PSl, which generates a drive pulse PS2 of frequency f that drives the switch S as shown in FIG. 4C.

スイッチSが、駆動パルスPS2によって△t(△tは
単安定マルチバイブレークM2の回路定数で決まる)の
開駆動されると、コンデンサ1はこの間に充電され、半
導体装置2には第4図二に示すような電流が流れる。
When the switch S is driven to open by Δt (Δt is determined by the circuit constant of the monostable multi-bibreak M2) by the driving pulse PS2, the capacitor 1 is charged during this time, and the semiconductor device 2 has a voltage as shown in FIG. A current flows as shown.

スイッチSがオフになると、コンデンサ1に流れる電流
、すなわち、半導体装置2に流れる電流iは、(4)式
で示されるような双曲線関数信号となる(第4図二の波
形参照)。
When the switch S is turned off, the current flowing through the capacitor 1, that is, the current i flowing through the semiconductor device 2 becomes a hyperbolic function signal as shown in equation (4) (see the waveform in FIG. 4-2).

この信号は、帰還抵抗Rfを有する演算増幅器OPの入
力端に与えられ、To−△を時間後にはその出力端から
(5)式で示されるような信号eyを得ることができる
This signal is applied to the input end of an operational amplifier OP having a feedback resistor Rf, and a signal ey as shown in equation (5) can be obtained from its output end after a time of To-Δ.

ただし、Rf:帰還抵抗Rfの抵抗値 To:変換すべきパルス信号の周期 (5)式において、スイッチSがオンとなる時間△tお
よびまたはioを△を−kTCなる関係に設lO 定すると、(5)式は(6)式の通りとなる。
However, Rf: the resistance value of the feedback resistor Rf To: the period of the pulse signal to be converted In equation (5), if the time during which the switch S is turned on △t and/or io is set in a relationship such that △ is −kTC, then lO is obtained. Equation (5) becomes as shown in Equation (6).

(6)式から明らかなように、演算増幅器OPの出力信
号eyは、変換すべき周波数tに比例した値となる。
As is clear from equation (6), the output signal ey of the operational amplifier OP has a value proportional to the frequency t to be converted.

サンプルホールド回路SH1は、この信号eyを次の入
力パルスと同期したサンプリングパルスPS1によって
サンプリングし、出力端子31に、パルス間隔Toの逆
数すなわち、周波数fの瞬時値に比例した第4図二の破
線e。
The sample-and-hold circuit SH1 samples this signal ey with a sampling pulse PS1 synchronized with the next input pulse, and outputs to the output terminal 31 the dashed line in FIG. e.

に示すような電圧信号を出力する。Outputs a voltage signal as shown in .

また、サンプルホールド回路SH2は、コンデンサ1の
電位差をサンプリングし、出力端子32に周波数fの対
数に比例した信号を出力する。
Further, the sample and hold circuit SH2 samples the potential difference of the capacitor 1 and outputs a signal proportional to the logarithm of the frequency f to the output terminal 32.

従来、周波数信号を電圧信号に変換する回路に例えば特
公昭51−14393号公報記載のような、コンデンサ
の定電流充電と短絡放電によって得られる三角波信号の
振幅をサンプルホールドするようにしたものがあるが、
このような回路においては、周波数に比例した信号を得
るために、逆数変換演算を行なわなければならない。
Conventionally, as a circuit for converting a frequency signal into a voltage signal, there is a circuit that samples and holds the amplitude of a triangular wave signal obtained by constant current charging and short-circuit discharging of a capacitor, as described in Japanese Patent Publication No. 51-14393. but,
In such a circuit, a reciprocal conversion operation must be performed in order to obtain a signal proportional to frequency.

本発明に係る信号発生回路を使用した第3図回路によれ
ば、逆数変換演算を行なうことなしに周波数に比例した
信号または周波数の対数に比例した信号を直ちに得るこ
とができる。
According to the circuit shown in FIG. 3 using the signal generation circuit according to the present invention, a signal proportional to the frequency or a signal proportional to the logarithm of the frequency can be immediately obtained without performing reciprocal conversion operations.

さて、第3図の装置においては、演算増幅器OPのオフ
セット電圧によって誤差が生じる。
Now, in the device shown in FIG. 3, an error occurs due to the offset voltage of the operational amplifier OP.

すなわち第3図の装置の主要部を第5図のように書直し
、これについて考察すれば(ただし出力電圧eyを正極
性とするために入力回路の極性は逆にしである)、スイ
ッチSがオンになってコンデンサ1に所定の充電が行な
われたとき次式の関係が成立する。
In other words, if we rewrite the main part of the device in Figure 3 as shown in Figure 5 and consider this (however, the polarity of the input circuit is reversed to make the output voltage ey positive), we can see that the switch S When the capacitor 1 is turned on and the capacitor 1 is charged to a predetermined value, the following relationship is established.

したがってスイッチがオフになった瞬間に半導体装置2
に流れる電流iは ここで初期条件が と定められているから となる。
Therefore, the moment the switch is turned off, the semiconductor device 2
The current i flowing through is because the initial condition is determined here.

すなわち放電電流の初期値がi。とは異なったものとな
り、又、eoffは環境条件により変動するため、iは
ioが一定でも変動することになるので、周波数変換結
果に誤差が生じる。
That is, the initial value of the discharge current is i. In addition, since eoff varies depending on environmental conditions, i will vary even if io is constant, resulting in an error in the frequency conversion result.

このような問題を解決した回路を第6図に示す。A circuit that solves this problem is shown in FIG.

第6図においては、定電流源CCがスイッチSを通じて
演算増幅器OPのサミングジャンクションに接続され、
演算増幅器OPの出力端子とサミングジャンクションの
間には帰還抵抗Rf、およびコンデンサ1と半導体装置
2と第2の帰還抵抗R’fからなるT形回路がそれぞれ
スイッチS′およびS′を通じて接続される。
In FIG. 6, a constant current source CC is connected to the summing junction of the operational amplifier OP through a switch S,
A feedback resistor Rf, and a T-shaped circuit consisting of a capacitor 1, a semiconductor device 2, and a second feedback resistor R'f are connected between the output terminal of the operational amplifier OP and the summing junction through switches S' and S', respectively. .

スイッチS′、S〃はスイッチSと連動してオンオフ動
作する。
The switches S', S〃 are turned on and off in conjunction with the switch S.

スイッチSとS″は同位相で動作し、スイッチS′は逆
位相で動作する。
Switches S and S'' operate in phase, and switch S' operates in opposite phase.

スイッチS 、 S//がオン、スイッチS′がオフの
ときコンデンサ1は定電流源CCの電流ioによって充
電され、スイッチS、S“がオフ、スイッチS′がオン
のとき、コンデンサ1の電荷が半導体装置2を通じて放
電される。
When switches S and S// are on and switch S' is off, capacitor 1 is charged by current io from constant current source CC, and when switches S and S'' are off and switch S' is on, the charge on capacitor 1 is is discharged through the semiconductor device 2.

放電時の回路構成は第5図の回路と等価になり、演算増
幅器OPの出力電圧eyは時間の双曲線関数となる。
The circuit configuration during discharging becomes equivalent to the circuit shown in FIG. 5, and the output voltage ey of the operational amplifier OP becomes a hyperbolic function of time.

スイッチS、S“がオンになってコンデンサ1に所定の
充電が行われたとき次式の関係が成立する。
When the switches S and S'' are turned on and the capacitor 1 is charged to a predetermined value, the following relationship holds true.

一方、スイッチS 、 S//がオフ、スイッチS′が
オンになった瞬間に半導体装置2に加わる電圧はとなる
On the other hand, the voltage applied to the semiconductor device 2 at the moment the switches S 1 and S// are turned off and the switch S' is turned on is .

すなわち半導体装置2にはコレクタ・エミッタ間に順方
向に電圧e1が加えられる。
That is, a voltage e1 is applied to the semiconductor device 2 in the forward direction between the collector and the emitter.

したがってこのとき半導体装置2には(11)式の電流
iが流れ、演算増幅器OPのオフセット電圧にかかわら
ず、放電電流の初期値はi。
Therefore, at this time, a current i according to equation (11) flows through the semiconductor device 2, and the initial value of the discharge current is i regardless of the offset voltage of the operational amplifier OP.

となって誤差は生じない。Therefore, no error occurs.

以上説明したように、本発明によれば、極めて簡単な回
路構成で、双曲線関数信号あるいは双曲線関数の対数に
比例した信号を高精度で得ることのできる装置が実現で
きる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a device that can obtain a hyperbolic function signal or a signal proportional to the logarithm of a hyperbolic function with high accuracy using an extremely simple circuit configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の原理的装置を示す接続図、第2図は第
1図装置の動作説明図、第3図は第1図の装置の応用と
しての周波数信号電圧信号変換器の接続図、第4図は第
3図回路の動作説明図、第5図は第3図回路の装置の要
部説明図、第6図は本発明装置の実施例を示す接続図で
ある。 1・・・・・・コンデンサ、2・・・・・・半導体装置
、S・・・・・・スイッチ手段、OP・・・・・・演算
増幅器、SHl、Sn2・・・・・・サンプルホールド
手段、M12M2・・・・・・単安定マルチバイブレー
ク、CC・・・・・・定電流源、Rf。 「f・・・・・・帰還抵抗。
Fig. 1 is a connection diagram showing the principle device of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of the operation of the device shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a connection diagram of a frequency signal voltage signal converter as an application of the device shown in Fig. 1. , FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the circuit of FIG. 3, FIG. 5 is an explanatory diagram of the main part of the device of the circuit of FIG. 3, and FIG. 6 is a connection diagram showing an embodiment of the device of the present invention. 1... Capacitor, 2... Semiconductor device, S... Switch means, OP... Operational amplifier, SHl, Sn2... Sample hold. Means, M12M2... Monostable multi-bi break, CC... Constant current source, Rf. “f...Return resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 演算増幅器、定電流源、この定電流源の電流を前記
演算増幅器のサミングジャンクションに供給する第1の
スイッチ、前記演算増幅器の出力端子とサミングジャン
クションの間に設けられた第1の帰還抵抗、前記第1の
スイッチとは逆位相でオンオフ動作し前記第1の帰還抵
抗による帰還路を断続する第2のスイッチ、PN接合部
を持つ半導体装置を前記演算増幅器のサミングジャンク
ションに導かれる直列肢とし第2の帰還抵抗を前記演算
増幅器の出力端子に導かれる直列肢としコンデンサを並
列肢とするT形回路、および、前記第1のスイッチと同
位相でオンオフ動作し前記T形回路の第2の帰還抵抗が
存する直列肢を断続する第3のスイッチを具備する信号
発生回路。
1 an operational amplifier, a constant current source, a first switch that supplies the current of the constant current source to the summing junction of the operational amplifier, a first feedback resistor provided between the output terminal of the operational amplifier and the summing junction, A second switch that turns on and off in an opposite phase to the first switch and connects and disconnects the feedback path by the first feedback resistor, and a semiconductor device having a PN junction as a series limb led to the summing junction of the operational amplifier. A T-type circuit having a second feedback resistor as a series limb led to the output terminal of the operational amplifier and a capacitor as a parallel limb; A signal generation circuit comprising a third switch that connects and disconnects the series leg in which the feedback resistor is present.
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