JPS59117815A

JPS59117815A - 電気抵抗制御回路

Info

Publication number: JPS59117815A
Application number: JP57228909A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yokoyama; 健司横山
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Priority date: 1982-12-25
Filing date: 1982-12-25
Publication date: 1984-07-07
Also published as: US4568840A; JPH0344455B2

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】この発明は、純電気的に抵抗値を変化させることができ
る電気抵抗制御回路に関する。

２端子間の電気抵抗値を変化させる手段としては、一般
に、機械式の可変抵抗器が用いられている。しかしなが
ら、この種の可変抵抗器は摺動片の摩耗あるいは汚れ等
によって経年変化を起こし易く、抵抗値を変化させる手
段としての安定性あるいは信頼性に乏しい。また、この
種の可変抵抗器は、電気的に抵抗値を変化させることが
厄介であり、また信号経路に挿入すると８／Ｎを劣化さ
せ易いという問題もある。一方、純電気的暑こ抵抗値を
変化させる手段としては、所謂ＶＣＡ、あるいは電界効
果トランジスタ（以下、ＦＩＳＴという）等の半導体の
導通特性変化を利用した可変抵抗回路（所蛸電子ボリュ
ーム）などが知られている。

しかしながら、ｖＣＡには、フローティング状態の可変
抵抗素子として使用することができないという使用上の
制約があり、またＦＥＴを用いた可変抵抗素子瘉こは、
素子自体の特性により耐入力電圧が低く、かつＦＥ’ｌ
’が非線形素子であるため歪を発生させ易いという問題
があり、さら（こＦ’ＥＴを用いた可変抵抗回路には、
接地点との間の抵抗値を制御する方式のものが多いため
、前記７０人と同様に使用上の制約がある。

この発明は、以上の事情に鑑みてなさね、たもので、そ
の目的とするところは、純電気的に抵抗値を変化させる
ことができ、かつ低歪率であって、しかもフローティン
グ状態の可変抵抗素子として使用することができる電気
抵抗制御回路を提供することにある。そして、この発明
の特徴は、ベースとコレクタとが第１の端子なこ接続さ
れた第１のトランジスタとベースが第２の端子に接続さ
れた第２のトランジスタとをエミッタ共通接続したトラ
ンジスタペアと、前記第１．第２のトランジスタの各コ
レクタに等しい電流を供給する負荷回路と、前記第１．
第２のトランジスタの共通エミッタ（こ一定′亀流を流
す定電流（ロ）路とからなる回路を２回路対称に接続し
、これら回路における各定′岨流回路の電流値を制御す
ることによって前記第１゜第２の端子間の抵抗値を変化
させるようにしたことをこある。

以下、この発明の実施例を、図面を参照しながら詳細に
説明する。

まず、この発明の原理を第１図番こ示す基本回路（こ基
づいて説明する。この図ｆこ示す基本回路１は、第１の
端子２にベースおよびコレクタが接続されたＮＰＮ　）
ランジスタ３（＠１のトランジスタ）と第２の端子４に
ベースが接続さ石、たＮＰＮ　トランジスタ５（第２の
トランジスタ）とをエミッタ共通接続して構成したトラ
ンジスタペア６と、前記トランジスタ３，５の各コレク
タに等しい電流を供給するためのカレントミラー回路７
（負荷回路）と、前記トランジスタ３，５の共通エミッ
タに一定電流を流すための定電流回路８とから構成さ右
ている。この場合、前記カレントミラー回路７は、コレ
クタが前記トランジスタ３のコレクタに接続され、かつ
エミッタが正電源端子９（電圧＋Ｖｏｏ）に接続さ雇た
ＰＮＰ　トランジスタ１０と、ベースおよびコレクタが
前記トランジスタ５のコレクタに接続されるお共に前記
トランジスタ１０のベースに接続され、かつエミッタが
前記正電源端子９に接続されたＰＮＰ　トランジスタ１
１とから構成され、ている。また前記定′覗流回路８の
電流出力端は、負電源端子１２（電圧−ＶＥｇ）に接続
され、ている。

次に、以上の構成におけるこの基本回路１の動作につい
て考察する。まず、端子２，４間に印加さζ１．る鎮圧
をｖｌｌこの電圧ｖ１　　により端子２からトランジス
タ３のベース側へ供給される電流をｉいｌ・ランジスタ
３，５の各コレクタ電流を’！＋”Ｒ１定電流回路８の
電流値を１とする。この場合、トランジスタ３，５のベ
ース電流を無視して考えると、電流”Ｉｅｉｔｒ”Ｓの
間には、カレントミラー回路７の性質から、１−ｉ＝ｉ　　　・・・川・ｍｍ・・　（１）＋１　　
　　　１　　　　　　３　　　　　”なる関係が成り立
ち、才た電流’！＋ｉ３は、１２−４−ｉ３＝■　　・
川・川・・・・・・・　（２１なる関係にある。一方、
電流”２　＋　１８と電圧Ｖ。

七の間には、トランジスタ３，５のＰＮ接合の性質から
、ｉ、＝ｉ、°ｅｘｐ　（Ｋｖ、　）　　・−川、　　（
３）（ただし、Ｋ　＝　−；ここでｑは電子の１荷、ｋ
Ｔはボルツマン定数、Ｔは接合温度である。）なる関係が
成立する。したがって、この（３）式に、前記（２）式
を代入すイ９ば、ｉｔ　＝（ｌ−１ｔ）　’　ｅｘｐ（Ｋｖ、　）なる（
４）式が得られる。他方、電流１１は、（１）式および
（２）式から、ｉ、＝２ｉ、−Ｉ　　・・山１川川・・・・・　（６）
と表わすことができるから、この（５）式に前記（４）
式を代入すね、ば、が得られる。

ところで、ティラーの定理によれば、１ｘ１がＯｌこ近
けむ、ば　ｅＸ中１＋Ｘと近似することができるから、
前記（６）式は、ｌＫｖ、ｌがＯに近い値であるとすれ
ば、さ表わすことができる。したがって、この（７）式から
、電圧ｖ１が小さい領域においては、電圧ｖ１と電流ｉ
１が比例する、言い換えれば、端子２゜４間は抵抗値Ｉ
Ｒ６（、−の抵抗であると見做し得ることが解る。

ところで、２端子間（こ接続された回路を、完全にフロ
ーティング状態の抵抗であると見做し得るには、キルヒ
ホッフの法則から、一方の端子から流入された電流に等
しい電流が、他方の端子から流出しなけわばならない。

そこで、上記条件を考慮して構成したこの発明の一実施
例を第２図に示す。

この＠２図に示す電気抵抗制御回路人（こおいて、符号
１ａで示す回路は、第１図（こ示した基本回路１と同様
に構成さ１．たもので、対応する各構成要素にはサフィ
ックスａが付さねている。また、符号１ｂで示す回路は
、この回路１ａと同様に構成されているが、端子２，４
に対して回路１ａとは逆関係（対称））こ接続されたも
ので、対応する各構成要素警こはサフィックスｂが付さ
れている。

この構成（こおいて、端子２，４間に印加さｎる′ぼ圧
をｖｌ、端子２から流入する電流を１１、端子４から流
出する電流をｉｔとし、また定電流回路８ａ（第１の定
電流回路））こ流れる電流を工、定・直流回路３ｂ（第
２の定電流回路）に流れる電流をＩ′とすれば、電流’
Ｉ、”Ｉは、となる。したがって、■−■′　と設定すればｉ。

−ｉ；　　となり、端子２，４間の回路は、完全にフ０
−ティング状態の抵抗（値匹＝訂）であると見做すこと
ができる。かくして、この第２図における定電流回路８
ａ、８ｂを互い（こ連動する可変定′道流回路とすれば
、この第２図に示す電気抵抗制御回路Ａの等価回路は、
第３図に示すものおなる。次に、第２図に示した電気抵
抗制御回路Ａのダイナミックレンジを考察すると、各ト
ランジスタ３ａ、５ａ、３ｂ、５ｂは、それら（７）、
１ミツタ側が定電流回路８ａ、８ｂによって高インピー
ダンスとなっており、またコレクタ側もカレントミラー
回路７ａ（第１の負荷回路）、カレントミラー回路７ｂ
（第２の負荷回路）によって高インピーダンスとなって
いるから、前記各トランジスタ３ａ、５ａ、３ｂ、５ｂ
の動作点変化可能範囲は電源電圧＋Ｖｏｏと電源電圧−
ＶＥＥとの間の範囲となる。したがって、電圧ｖ１の変
化可能範囲も電圧＋Ｖｏａ〜−ＶＥＰＩの間であって、
ダイナミックレンジは極めて大きな値となる。

りで構成することによって低歪化を計ったこの発明の他
の実施例を第４図に示す。この図（こおいて、第１のト
ランジスタペア６ａはＮＰＮ　）ランジスタ３ａ、５ａ
から構成され、一方第２のトランジスタペア６ｂはＰＮ
Ｐ　）ランジスタ３ｂ、５ｂから構成されている。そし
て、こ口らトランジスタ３ａ、５ａ、３ｂ、５ｂｉこは
、こわら各トランジスタのＶＢＥ−Ｉｏ特性を揃えるた
めに、ＮＰＮトランジスタ３ａ、５ａの各エミッタには
ダイオード接続さ石たＰＮＰ　ｌ−ランジスタ１３ａ、
Ｌ５ａが、またＰＮＰ　ｈランジメタ３ｂ、５ｂの各エ
ミッタにはダイオード接続されたＮＰＮ　トランジスタ
１３１３，１５ｂが、各々直列に接続されている◇また
、トランジスタ３ａ、５ａの負荷回路となるカレントミ
ラー回路７ａにおいて、ＰＮＰトランジスタ１０ａ、ｌ
ｌａの各エミッタには抵抗１６ａ。

１７ａ（値は共（こｒ）が各々直列に接続さ右、ている
。また、トランジスタ３ｂ、５ｂの負荷回路となるカレ
ントミラー回路７ｂは、これらトランジスタ３ｂ、５ｂ
のコレクタと負電源端子１２との間に介挿され、このカ
レントミラー回路７ｂにおいて、ＮＰＮトランジスタ１
０ｂ、ｌｌｂの各エミッタには抵抗１６ｂ、１７ｂ（値
は共にｒ）が各々直列に接続されている。また、定電流
回路８ａは、端子１８にベースが接続されたＮＰＮ　ト
ランジスタ１９と、同トランジスタ１９のエミッタと負
電源端子１２との間に介挿された抵抗２０（値Ｒ）とか
ら構成されており、前記端子１８Ｇこ印加される制御電
圧ＶＣに応じた一定゛畦流を前記トランジスタ１３ａ、
１５ａの共通コレクタ（こ流すようをこなっている。ま
た、定電流回路８ｂは、端子１８にベースが接続された
ＮＰＮトランジスタ２１とこのトランジスタ２１のエミ
ッタと負電源端子１２との間に介挿された抵抗２２（値
Ｒ）とからなす前記トランジスタ２１のコレクタに前記
制御電圧Ｖｏに応じた一定電流を得るようにした回路と
、ＰＮＰ　）ランジスタ２３，２４とこれらトランジス
タ２３．２４の各エミッタと正′区源端子９との間に各
々介挿され、た抵抗２５，２６（値は共（こＲ）とから
なり前記トランジスタ１３ｂ、１５ｂの共通コレクタに
前記トランジスタ２１のコレクタ電流に等しい電流を流
すカレントミラー回路２７とから構成されている。

この第４図（こ示す電気抵抗制御回路人によれば、トラ
ンジスタペア６ａとトランジスタペア６ｂが互い（こ逆
導電性のトランジスタで構成さね、ているので、トラン
ジスタ３ａ、５ａのベースに流入する電流と、トランジ
スタ３ｂ、５ｂのベースから流出する電流とが略等しく
なり、これによってベース電流の流入／流出゛樅の差に
よって生ずる誤差を略完全に除去することができる。ま
たこの場合、トランジスタ３ａ、５ａ、３ｂ、５ｂの各
ＶＢ−Ｉｃ　特性は、これらトランジスタに互いに逆導
電性のトランジスタ１３ａ、１５ａ、１３ｂ、１５ｂが
各々付加されているため略等しくなるから、これらトラ
ンジスタの特性のバラツキをこよる歪も極小比さぜるこ
とができる。さら（こ、この実施例によれば、トランジ
スタペア６ａ、カレントミラー回路７ａ、定′シ流回路
８ａからなる回路と、トランジスタペア６ｂ、カレント
ミラー回路７ｂ、定電流回路８ｂからなる回路とは、端
子２，４間に印加さ石、る相反する極性の信号（こ対し
て全く対称（こ動作するから、偶数次歪も略完全に除去
することができる。なお、前記各トランジスタペア５ａ
。

６ｂの共通エミッタ電流は端子１８に印加され、る電圧
Ｖｃと、トランジスター９，２１．２３．２４の各エミ
ッタに介挿されている抵抗の値Ｒによって決まり、その
値工は各トランジスタのＶＢＥを無視すれば工＝：Ｖ７
ａ　となる（ここで、上記トランジスタ１９　、２１　
、２３　、２４＋１ＤＶｎＪ（全テ同シであればこ口、
らトランジスタのコレクタ’ｔｉは完全（こ一致する）
。従って端子２，４間の等価抵抗ｍは、第２，３図のも
のと同様にＢ−灯であるのでこの第４，５図の実施例で
は、ＲＩＲ−＝ＫＶｉＥ−となり、ＶＣに反比例してＢをコン
トロールし得る。したがって、この第４図（こ示した電
気抵抗制御回路Ａの等価回路は、第５図のようになる。

次に、この発明による電気抵抗制御回路の応用例を、第
６図ないし第９図に示す。第６図は、この電気抵抗制御
回路Ａを電子ボリュームとして応用した場合を示すもの
で、端子４と接地点との間に介挿された抵抗２８の抵抗
値を小さく設定しておけば、端子２，４間の抵抗値を無
限大（こして音量を絞った場合争こも残留ノイズを少な
くでき、良好な８／Ｎ　を得ることができる。

また、笛７図は、この発明による電気抵抗制御回路Ａ％
可変形のローパスフィルタに応用した場合を示すもので
ある。

さらに、第８図は、この発明による電気抵抗制御回路を
アナログスイッチ回路（こ応用したイ１ｊを示すもので
ある。このアナログスイッチ回路は、入力端子２９−１
，２９−２．２９−３に入力される信号ｖＩ、■６．ｖ
、を、制御端子１８−１．１８−２．１８−３の各制御
信号によって選択し、出力端子３゜から出力するもので
ある。このアナログスイッチ回路においては、電気抵抗
制御回路Ａ−１〜Ａ−３の回路開閉比が極めて大きい（
なぜなら、これら′電気抵抗制御回路の抵抗値は、対応
する定電流回路のＴｌｌ流を零にすると、ＰＮ接合の逆
バイアス時のインピーダンスに略等しい値になるから）
という利点が得られると同時をこ、使用する電源電圧を
適宜選定することによって、Ｃ−ＭＯＳ　ゲート等を用
いた従来のアナログスイッチ回路（この種のアナログス
イッチ回路の許容入力電圧は１２Ｖ前後に過ぎない）ｆ
こ比べて、充分に高い許容人力′電圧を容易に得ること
ができる。

以上の説明から明らかなよう（こ、この発明（こよる電
気抵抗制御回路は、ベースとコレクタとが第１の端子に
接続された第１のトランジスタとベースが第２の端子警
こ接続された第２のトランジスタとをエミッタ共通接続
して構成したトランジスタペアと、前記第１．第２のト
ランジスタの各コレクタ（こ等しい電流を供給する負荷
回路と、前記第１、第２のトランジスタの共通エミッタ
に一定電流を流す定電流回路とを有してなる回路を２回
路対称に接続し、これら回路（こおける各定電流回路の
電流値を制御することによって、前記第１．第２の端子
間の抵抗値を変化させるよう（こしたものであるから、 ■　定電流回路の電流値を変化させるという純電気的手
法蚤こよって抵抗値を変化させることができ、しかも半
導体素子を用いて構成されているから、特性の劣化がな
く、高い信頼度が得られると同時に良好な８／Ｎを得る
ことができ、しかも遠隔操作が容易である。

■　完全蚤こフローティング状態の可変抵抗器として扱
うことができるから、電子ボリューム、フィルタ、アナ
ログスイッチ等の広い分野に、高い設計自由度で応用す
ることができる。

■　ダイナミックレンジは回路の電源゛電圧で決まるの
で、許容入力電圧を充分（こ高い値まで自由に選定する
ことができる。

■　回路構成が対称となっているので歪率が小さく、オ
ーディオ用の回路（こ用いて好適である。

■　集積回路化が容易である。

等の利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本回路の構成を示す回路図、第２
図はこの発明の一実施例の構成を示す回路図、第３図は
同実施例の等価回路図、第４図はこの発明の他の実施例
の構成を示す回路図、第５図は同実施例の等価回路図、
第６図はこの発明を応用した電子ボリュームの一例を示
す回路図、第７図はこの発明を応用した可変形のローパ
スフィルタの一例を示す回路図、第８図はこの発明を応
用したアナログスイッチ回路の一例を示す回路図である
。２・・・・・第１の端子、３ａ・・・・・・第１のトラ
ンジスタ、３ｂ・・・・・第３のトランジスタ、４・・
・・・・第２の端子、５ａ・・・・・第２のトランジス
タ、５　ｂ、、、、、、第、４のトランジスタ、６ａ・
・・・・・第１のトランジスタペア、６ｂ・・・・・・
第２のトランジスタペア、７ａ・・・・・・第１の負荷
回路（カレントミラー回路）、７ｂ３８１００．第２の
負荷回路（カレントミラー回路）、８ａ・・・・・第１
の定゛銃流回路、８ｂ・・・・・第２の定電流回路、入
・・・電気抵抗制御回路。第４図ｑ第５図

Claims

【特許請求の範囲】 ■　ベースとコレクタとが第１の端子番こ接続された第
１のトランジスタと、ベースが第２の端子に接続された
第２のトランジスタとからなり、かつ互いのエミッタが
共通接続された第１のトランジスタペアと、＠　ベースとコレクタとが前記第２の端子に接続された
第３のトランジスタと、ベースが前記第１の端子に接続
された第４のトランジスタとからなり、かつ互いのエミ
ッタが共通接続された第２のトランジスタペアと、 θ　前記第１．第２のトランジスタの各コレクタに等し
い電流を供給する第１の負荷回路と、Ｏ前記第３．第４
のトランジスタの各コレクタ（こ等しい電流を供給する
第２の負荷回路と、■　前記第１．第２のトランジスタ
の共通エミッタ（こ一定電流を流す＠１の定電流回路と
、θ　前記第３．第４のトランジスタの共通エミッタに
一定電流を流す第２の定電流回路と、からなり、前記第
１．第２の定電流回路の電流値によって前記第１．第２
の端子間の抵抗値を変化させることを特徴とする電気抵
抗制御回路。