专利名称：对数/反对数转换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如在进行辐射测量等时，对于从检测辐射的脉冲类检测器输出的电流信号进行对数/反对数转换的对数/反对数转换电路。
背景技术：
从检测中子等辐射的正比计数器等检测器会输出具有与辐射强度相应的脉冲数的脉冲信号。在前置放大器等放大该脉冲信号之后，在频率/电流转换器将其转换为与脉冲信号的脉冲数相应的电流信号并输出。而且，构成一种组合了运算放大器和晶体管并利用了晶体管的对数特性和反对数特性的对数/反对数转换电路来作为用于对这种电流信号进行处理的信号处理电路(例如，参照下述专利文献I)。此处，设置对数转换电路的原因在于，从脉冲类检测器输出的脉冲数具有大约为IO0Cps IO6Cps的宽泛的动态范围，从而有必要用对数转换来压缩信号以使后级的信号处理变得容易。另外，对于在对数转换电路进行了对数转换后的输出信号用反对数转换电路进行反对数转换的原因在于，有必要对其输出信号的一部分范围的增益进行调整并详细观察其特性。现有技术文献专利文献1:实开平2-63464号公报
发明内容
本发明要解决的问题由于现有的对数/反对数转换电路构成为使用晶体管等的对数/反对数特性，因此特别是对于对数转换后在反对数转换电路进行反对数转换时得到的输出信号为了保持线性需要始终进行温度校正，因此存在着为了校正产生多余的时间和劳力的问题。本发明是为解决上述问题而得到的，目的在于提供一种即使不进行温度校正，也能够使在反对数转换电路进行反对数转换时得到的输出信号保持线性的对数/反对数转换电路。用于解决问题的方法本发明所涉及的对数/反对数转换电路具备对数转换电路和反对数转换电路，所述对数转换电路对输入的电流信号进行对数转换并输出，所述反对数转换电路对通过所述对数转换电路的电流信号进行反对数转换并输出，所述对数转换电路具备运算放大器，所述运算放大器在供所述电流信号输入的倒相输入端子的前级连接有输入电阻且构成为在该倒相输入端子和输出端子之间串联连接有对数转换用元件和电流反馈用元件，所述反对数转换电路由电流/电压转换电路和减法电路组成，将通过所述电流反馈用元件的电流信号输入所述电流/电压转换电路，所述所述电流/电压转换电路输入将该电流信号转换为与该电流信号对应的电压值，所述减法电路输出所述电流/电压转换电路的输出电压和预先设定的基准电压的差，设定所述减法电路的电路常数，使所述减法电路的差分输出具有与所述电流信号成正比的线性。发明的效果根据本发明的对数/反对数转换电路，在反对数转换电路对输入的电流信号进行反对数转换的情况下，即使不进行温度校正，也能够使反对数转换后的输出信号保持线性，因此能削减现有的为了温度校正而产生的多余的时间和劳力。
图1是示出本发明的第一实施方式中的对数/反对数转换电路的结构的电路图。图2是示出本发明的第二实施方式中的对数/反对数转换电路的结构的电路图。图3是示出本发明的第三实施方式中的对数/反对数转换电路的结构的电路图。图4是示出本发明的第四实施方式中的对数/反对数转换电路的结构的电路图。图5是示出作为本发明的参考例的对数/反对数转换电路的结构的电路图。
具体实施例方式
首先，对作为本发明的参考例的对数/反对数转换电路进行详细说明。图5是示出作为本发明的参考例的对数/反对数转换电路的结构的电路图。在图5中，对数转换电路100由输入电阻Rin、运算放大器101、电容C、对数转换用晶体管TR1、以及反馈电阻R12组成。该对数转换电路100的输出电压Voutl由下式赋值。Voutl= (KT/q).ln(Ir/Iin)…(I)其中，K是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，q是电荷，Iin是由点划线示出的经由输入电阻Rin流过对数转换用晶体管TRl的电流，Ir是对数转换用晶体管TRl的集电极和基极之间的截止电流。在对数转换电路100进行对数转换后的输出电压Voutl经过由运算放大器501组成的缓冲电路500后作为对数转换后的检测信号而输出。另外，反对数转换电路200由反对数转换用晶体管TR4、运算放大器201、反馈电阻Rf、温度校正用的可变电阻R13、以及分压电阻R14组成。该反对数转换电路200的输出电压Vout2由下式(2)赋值。Vout2=Iin*.Rf.exp {VEEF.(q/KT).R13/ (R13+R14)}…(2)其中，K是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，q是电荷，Iin *是由点划线示出的随着流过对数转换用晶体管TRl的电流Iin而流过反馈电阻Rf的电流，Veef是施加在分压电阻R14上的基准电压。此处，由于(I)、(2)式中包含了绝对温度T的项，因此对数转换电路100的输出电压Voutl和反对数转换电路200的输出电压Vout2都受到温度的影响。特别是，反对数转换电路200的输出电压Vout2受到温度影响的话就无法保持线性，对检测精度带来不利影响。因此，在图5所示出的电路中，由于对数转换电路100的温度特性导致其输出电压Voutl发生变动的情况下，通过对可变电阻R13的电阻值进行调整，让流过反馈电阻Rf的电流信号Iin *和流过对数转换用晶体管TRl的电流信号Iin—致，从而实施温度校正，以使反对数转换电路2的输出电压Vout2保持线性。如上所述，由于在图5中示出的对数/反对数转换电路构成为使用晶体管等的对数/反对数特性，因此特别是对于对数转换后在反对数转换电路进行反对数转换时得到的输出信号为了保持线性需要始终进行温度校正。因此存在着为了校正产生多余的时间和劳力的问题。本发明即使不进行像图5中示出的对数/反对数转换电路那样的温度校正，也能够使在反对数转换电路进行反对数转换时得到的输出信号保持线性。(第一实施方式)图1是示出本发明的第一实施方式中的对数/反对数转换电路的结构的电路图。第一实施方式中的对数/反对数转换电路具备对数转换电路I和反对数转换电路2，从辐射检测器等输出的脉冲信号转换为与脉冲数相应的电流值之后，该转换后的电流信号(此处特别是正极性的电流信号)输入对数转换电路1，对数转换电路I对其进行对数转换并输出，反对数转换电路2对通过该对数转换电路I的电流信号进行反对数转换并输出，对数转换电路I具备运算放大器11。该运算放大器11在供电流信号输入的倒相输入端子的前级连接有输入电阻Rin。另外，在运算放大器11的倒相输入端子和输出端子之间串联连接有作为对数转换用元件的NPN型的晶体管TRl和作为电流反馈用元件的PNP型的晶体管TR2。此外，此处使用晶体管TRl作为对数转换用元件，但不限于此，可能使用二极管。反对数转换电路2由电流/电压转换电路3和减法电路4组成，通过晶体管TR2的电流信号输入到电流/电压转换电路3，电流/电压转换电路3将该电流信号转换为与该电流信号对应的电压值，减法电路4输出该电流/电压转换电路3的输出电压和预先设定的基准电压的差。反对数转换电路2的电流/电压转换电路3具备运算放大器31。向该运算放大器31的倒相输入端子输入通过对数转换电路I的晶体管TR1、TR2的电流信号Iin，同时在倒相输入端子和输出端子之间连接有电流反馈电阻Rf。另外，在运算放大器31的非倒相输入端子连接有基准电压源(-Veef )。减法电路4具备运算放大器41。该运算放大器41的倒相输入端子通过输入电阻Rl连接着电流/电压转换电路3的输出端子，同时在倒相输入端子和输出端子之间连接有电阻R2。再有，在运算放大器41的非倒相输入端子通过输入电阻R3连接有所述基准电压源(_VKEF)，同时在输入电阻R3和运算放大器41的非倒相输入端子之间连接有分压电阻R4。对数转换电路I的两个晶体管TRl、TR2的连接点连接有由运算放大器51组成的非倒相放大电路(此处特指成为增益为I的电压跟随器的缓冲电路5)。接着，对具有上述结构的对数/反对数转换电路的动作进行说明。通过使从辐射检测器等输入的正极性的电流信号Iin经过输入电阻Rin并经由对数转换电路I的运算放大器11的倒相输入端子流过晶体管TR1，输出根据晶体管TRl的基极一放射级特性而产生的对数转换电压。该对数转换后的输出电压Voutl由前述的式(I)赋值。然后，在该对数转换电路I进行对数转换后的输出电压Voutl经过缓冲电路5后输出。
经由对数转换电路I的晶体管TR1、TR2的正极性的电流信号Iin流入反对数转换电路2。此处，在电流/电压转换电路3中，令运算放大器31的输出电压为Vout3的话，该输出电压Vout3由下式赋值。Vout3=-1in.Rf-Veef …(3)该电流/电压转换电路3的输出电压Vout3经过输入电阻Rl施加到减法电路4的运算放大器41的倒相输入端子。另外，基准电压源(-VREF)经过输入电阻R3施加到运算放大器41的非倒相输入端子。因此，令减法电路4的输出电压为Vout4的话，该输出电压Vout4由下式赋值。Vout4=- (R2/R1).Vout3_ (R4/R3).Veef- (4)将上述式(4)代入式(3)的话，Vout4=-(R2/Rl).(-1in.Rf-Veef) - (R4/R3).Veef...(5)此处，关于决定减法电路4的电路常数的各电阻Rl R4，预先设定为Rl = R3，R2=R4的话,上述式(5)成为下式。Vout4=- (R2/R1).(-1 in.Rf-VEEF) - (R2/R1) Veef=(R2/R1).Iin.Rf.(6)也就是说，相对于如图5所示的参考例的电路中，反对数转换后的输出电压Vout2如式(2)所示出的那样，包含有温度T的项，在本第一实施方式中，减法电路4的差分输出Vout4如式(6)所示的那样不包含温度T的项，具有与电流信号Iin成正比的线性。因此，反对数转 换后的输出电压Vout4即使不进行温度校正也能始终保持线性。由此，能削减现有的为了温度校正而产生的多余的时间和劳力，得到高精度的检测结果。(第二实施方式)图2是示出本发明的第二实施方式中的对数/反对数转换电路的结构的电路图。与图1所示出的第一实施方式所对应或相当的组成部分赋予相同的符号。该第二实施方式的特征在于，对数转换电路I的两个晶体管TRl、TR2的连接点上连接的非倒相放大电路5的结构与第一实施方式的情况不同。非倒相放大电路5具备运算放大器51。在该运算放大器51的一个倒相输入端子和输出端子之间连接有作为电流反馈用的单向通电元件的NPN型的晶体管TR3，同时在倒相输入端子和晶体管TR3的连接点连接有恒定电流源电路52。该情况下的恒定电流源电路52设定为例如流过10_6 A的恒定电流。此外，虽然在非倒相放大电路5使用晶体管TR3，但是也可以使用二极管代替晶体管。此处，对数转换电路I的输出电压Voutl由前述的式(I)赋值。另外，如果预先匹配特性使对数转换用晶体管TRl和电流反馈用的晶体管TR3的集电极一基极之间的截止电流Ir相同的话，非倒相放大电路5的输出电压Vout5成为下式。Vout5=Voutl-(KT/q).In (Ir/ICT6)= (KT/q).In (Ir/Iin) - (KT/q).In (Ir/ICT6)= (KT/q).ln(lCT6/Iin)...(7)从上式(7)可知，如 果预先匹配特性使对数转换用晶体管TRl和电流反馈用的晶体管TR3的集电极一基极之间的截止电流Ir相同的话，不再包含截止电流Ir的项而成为以固定值10_6代替截止电流Ir。因此，进行对数转换后的输出电压Vout5的精度不会受到对数转换电路I的晶体管TR1、TR2的特性偏差的影响，能得到高精度对数转换后的输出电压 Vout5。由于其他结构和作用效果和第一实施方式的情况相同，因此此处省略详细说明。(第三实施方式)图3是示出本发明的第三实施方式中的对数/反对数转换电路的结构的电路图。与图1所示出的第一实施方式所对应或相当的组成部分赋予相同的符号。在上述第一、第二实施方式中示出了来自辐射检测器等的电流信号Iin是正极性的情况，但是在电流信号的极性相反的情况下，即输入负极性的电流信号的情况下，按此作为对数转换用元件和电流反馈用元件的晶体管TR1、TR2使用与第一实施方式相反极性的元件。在第一、第二实施方式中，作为对数转换用元件的晶体管TRl使用NPN型，另外作为电流反馈用元件的晶体管TR2使用PNP型，但是在该第三实施方式中，如图3所示，作为对数转换用元件的晶体管TRl使用PNP型的元件，作为电流反馈用元件的晶体管TR2使用NPN型的元件。另外，在第一、第二实施方式中反对数转换电路2使用的基准电压源设定为-VKEF，但是在该第二实施方式中与其相反设定为+ VREF。如上所述，根据第三实施方式的结构，来自辐射检测器等的电流信号Iin是负极性的情况下也能与第一实施方式同样，在反对数转换电路2进行反对数转换得到的输出电压Vout4无需进行温度校正也能始终保持线性。由此，能削减现有的为了温度校正而产生的多余的时间和劳力，得到高精度的检测结果。由于其他结构和作用效果和第一实施方式的情况相同，因此此处省略详细说明。(第四实施方式)图4是示出本发明的第四实施方式中的对数/反对数转换电路的结构的电路图。与图3所示出的第三实施方式所对应或相当的组成部分赋予相同的符号。该第四实施方式的结构基本上与第三实施方式的情况相同，能对应来自辐射检测器等的电流信号Iin是负极性的情况。第四实施方式的特征在于，连接在对数转换电路I的两个晶体管TR1、TR2的连接点上的非倒相放大电路5的结构与第三实施方式的情况不同，成为与第二实施方式(图2)相同的结构。因此，在该第四实施方式的情况下，即使在输入的电流信号Iin是负极性的情况下，在反对数转换电路2进行反对数转换得到的输出电压Vout4也无需进行温度校正，另夕卜，对数转换后的输出电压Vout5的精度不会受到两个晶体管TR1、TR2的特性偏差的影响，。由于其他结构和作用效果和第三实施方式的情况相同，因此此处省略详细说明。此外，在本发明的范围内，本发明的各实施方式能进行自由组合，各实施方式可适当进行变形或省略。
权利要求
1.一种对数/反对数转换电路，其特征在于， 具备对数转换电路和反对数转换电路， 所述对数转换电路对输入的电流信号进行对数转换并输出，所述反对数转换电路对通过所述对数转换电路的电流信号进行反对数转换并输出， 所述对数转换电路具备运算放大器，所述运算放大器在供所述电流信号输入的倒相输入端子的前级连接有输入电阻，且在所述倒相输入端子和输出端子之间串联连接有对数转换用元件和电流反馈用元件， 所述反对数转换电路由电流/电压转换电路和减法电路组成，将通过所述电流反馈用元件的电流信号输入所述电流/电压转换电路，所述电流/电压转换电路将所述电流信号转换为与该电流信号对应的电压值，所述减法电路输出所述电流/电压转换电路的输出电压和预先设定的基准电压的差， 设定所述减法电路的电路常数，使所述减法电路的差分输出具有与所述电流信号成正比的线性。
2.按权利要求1所述的对数/反对数转换电路，其特征在于， 所述对数转换电路的所述对数转换用元件的输出侧连接有非倒相放大电路，该非倒相放大电路在运算放大器的倒相输入端子和输出端子之间连接有单向通电元件，同时在所述倒相输入端子和所述单向通电元件的连接点上连接有恒定电流源电路。
3.按权利要求1所述的对数/反对数转换电路，其特征在于， 输入所述对数转换电路的所述电流信号是相反极性的情况下，按此将所述对数转换用元件和电流反馈用元件设定为相反极性的元件，同时所述基准电压也设定为相反极性。
4.按权利要求3所述的对数/反对数转换电路，其特征在于， 所述对数转换电路的所述对数转换用元件的输出侧连接有非倒相放大电路，该非倒相放大电路在运算放大器的倒相输入端子和输出端子之间连接有单向通电元件，同时在所述倒相输入端子和所述单向通电元件的连接点上连接有恒定电流源电路。
全文摘要
本发明提供一种对数/反对数转换电路，其中的对数转换电路具备运算放大器，所述运算放大器在供电流信号输入的倒相输入端子的前级连接有输入电阻，且在所述倒相输入端子和输出端子之间串联连接有对数转换用元件和电流反馈用元件，反对数转换电路由电流/电压转换电路和减法电路组成，将通过所述电流反馈用元件的电流信号输入所述电流/电压转换电路，所述电流/电压转换电路将所述电流信号转换为与该电流信号对应的电压值，所述减法电路输出所述电流/电压转换电路的输出电压和预先设定的基准电压的差，设定所述减法电路的电路常数，使所述减法电路的差分输出具有与所述电流信号成正比的线性的电路常数。
文档编号G06F7/556GK103095306SQ20121038292
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月10日 优先权日2011年11月1日
发明者仲井敏光 申请人:三菱电机株式会社