可変抵抗としてロジックICを使う

質問

アナログ回路で電気的に抵抗値を変化させたい場合があります。

CdsのフォトカプラやJFETを使う方法が一般的と思いますが、
よりコンパクトに実現できないかと考えています。
また、JFETより可変幅も広くしたいです。

そこで、MOSFETならJFETより幅広く可変幅が取れ、ゲートに電流が流れてしまうことも無くよいと考えました。
ただ、ディスクリートの場合保護回路や内部の接続でDS間が対称ではないとも聞いています。

そこでロジックIC内のFETを使えないかと考えております。
最も単純なCMOSインバータであれば、通常の電源側もグラウンドに落とせば、正電圧入力で出力とグラウンド間を線形領域としてコントロール出来ると考えられます。

ただし、いくつか懸念事項が有るので教えて下さい。

そもそもインバータはバッファなど無ければ単純なCMOS実装となっているのか。
保護のダイオードや記載無き接合などで対称性が大きく崩れないか。
上記を型番やデータシートで確認する術はあるか。
抵抗値のバラつきはどの程度が見込まれるか。
同様の考えで論理素子などで可変抵抗を実装する方法は無いのか、などです。

電力的には小信号のレベルで、一端が独立なら一方はグラウンドでも良いとしています。もちろん両端子独立が一番です。

連続性が必要のため、デジタルボリュームだと不可です。

何かアイディアがあれば教えて下さい。

回答No.1

bogen55 · ベストアンサー

単純なCMOSインバータ74HCU04のデータシートを読むと、
TC74HCU04AP
https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=17281&prodName=TC74HCU04AP
絶対最大定格のところに、
入力保護ダイオード電流 ±20mAMAX
出力寄生ダイオード電流 ±20mAMAX
となっていて、入出力に保護ダイオードがあり、正電圧入力で出力とグラウンド間を線形領域としてコントロール出来るのかわかりません。
また、電源電圧が2～6Vだから、±0.7V以下の正電圧入力で出力とグラウンド間を線形領域としてコントロール出来るのかわかりません。
アナログ的な使用では、特性はデータシートからはわからないんで、実験で確認することが必須です。

大昔は、ボディ・ダイオード（バックゲート）がソースに直接接続されていない、可変抵抗用のMOSFETが確かにありましたが、今はありません。
MOSFETにはボディ・ダイオードがあり、これがソースに直接接続されていると対称的な抵抗変化は期待できません。
まぁ、JFETも同じですけどね。
なお、MOSFETはJFETよりgm（今風に言えばYfs）が高くて、可変幅を広く取るのは難しいでしょう。
また、CdS（硫黄Sは元素だからCdsは間違い）のCd（カドミウム）は毒物だから今の商品設計には使えません。

現実的には、デジタルボリュームを必要分解能分だけ直列接続するのがよろしいかと思います。
使用回路がわからないんで一般的ではありませんが、抵抗にアナログスイッチを直列接続してPWMで駆動して平均化すれば等価的な抵抗は可変できますが、回路によっては使えません。
アナログ乗算器（例えばAD633）で、
http://www.analog.com/media/jp/technical-documentation/data-sheets/AD633_jp.pdf
WからX1に抵抗で帰還し、Y1に制御電圧を入れれば、X1からみた抵抗値は制限があるけれど制御電圧で可変できます。
どの程度可変できるかは、自分で式を立ててみて下さい。

お礼

お礼が遅くなり申し訳ありません。
保護ダイオードがあると難しい点が多いですね。
アナログスイッチで、電圧を変えたときにどのように動作するか確認してみようと思います。

回答No.2

inara1

必要なのは電圧制御の可変抵抗でなく、ウィーンブリッジ発振器の振幅安定化回路のように、電圧制御で電圧利得を変えるという目的であれば、bogen55さんの回答にあるアナログ乗算器を使う方法がいいと思います。電源電圧を±15Vとすれば、±10Vという広い電圧レベルの信号（直流から1MHzまで）を正確に減衰させることができます。ここ
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q13164085538
にAD633の電圧利得と制御電圧の関係が出ています（回答者は私）。制御電圧に対する利得の直線性が非常に良好です。

AD633の出力電圧Wは
W = (X1-X2)*(Y1-Y2)/10V + Z
で表わされるので、X2 = Y2 = Z = 0Vとして、Y1の電圧を0から10Vまで変えれば出力電圧は0からX1まで連続的に変わります。Y1とY2の配線を入れ替えれば位相反転させた減衰器になります。

AD633 http://www.marutsu.co.jp/pc/i/59580/
データシート　http://www.marutsu.co.jp/contents/shop/marutsu/datasheet/003-AD633JNZ.pdf

お礼

ありがとうございます。
今回変化させるのは抵抗である必要があります。