JPH0434799B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の属する技術分野〉 本発明は、圧力，変位等のプロセス量の検出信
号を例えばDC4〜20mAの如き統一した電気信号
に変換して受信側へ伝送する２線式変換増幅装置
に関するものである。

〈従来の技術〉 ２線式変換増幅装置は、プロセス現場に配置さ
れ、受信側の中央管理室とは信号の伝送と電力の
伝送とを兼ねた一対の伝送線で結ばれており、計
装上好都合なため広く用いられている。最近の２
線式変換増幅装置には、IC化された差動増幅器
が用いられている。ところでIC化された差動増
幅器は周知のように動作基準レベルを0Vとして
いるため、一般に駆動電源として正，負の２電源
を必要としている。このため、差動増幅器の反転
入力端子（−）を入力信号のコモン側に接続する
場合には、第１図に示すように、コモンライン
COMに抵抗R₀と定電圧ダイオードZD₁を挿入し、
このダイオードZD₁のアノード側より差動増幅器
DA₁の負電源端子B₂に電圧を供給し、コモンラ
インCOMに対して正電源端子B₁に与えられる電
圧が正に、負電源端子B₂に与えられる電圧が負
になるようにしている。しかしながら第１図の装
置では、差動増幅器DA₁の非反転入力端子（＋）
に入力信号電圧V_iが抵抗R₁を介して加えられ、
電流I_aに基づく抵抗R₀の電圧降下R₀I_aが抵抗R₂を
介して加えられて、V_i／R₁とR₀I_a／R₂とが等し
くなるようにDA₁が出力トランジスタQ₀を駆動
し、I_aを制御しているため、伝送線L₁，L₂を経て
受信側の負荷RLに供給される出力電流I₀は、梯
抗R₀を流れる電流I_aと、DA₁の電源電流I_bの和と
なり、電源電流I_bが温度等により変化すると誤差
が生じ、高精度にできない欠点があつた。なお
EBは受信側の直流電源である。

一方最近では、第２図に示すように初段に
PNPトランジスタQ₁，Q₂，Q₃，Q₄を用いた１電
源駆動の差動増幅器DA₂が市販されている。この
１電源駆動の差動増幅器DA₂を用いれば、第３図
に示すように差動増幅器DA₂の負電源端子B₂を
コモンラインCOMに接続できるため、DA₂の電
源電流I_bも低抗R₀を流れ、I_bの変動による誤差を
除去でき、高精度化が可能となる。しかしなが
ら、現在市販されている１電源駆動の差動増幅器
においては、非反転入力端子（＋）の電位e⁺がコ
モンラインの電位以下になると、その出力e₀が正
電源端子B₁の電圧と等しくなつて飽和するとい
う現象がある。このため第３図の装置において
は、第４図の入出力特性線図に示すように、入力
信号電圧V_iが負の領域になると、出力電流I₀が０
％以下の値から100％以上の値にジヤンプし、入
力信号電圧V_iが最小となつているときに、出力は
逆に増大し最大値を示すという不合理が生じ、安
定な動作が期待できない。このた１電源駆動の差
動増幅器を用いた２線式変換増幅装置は種々の特
徴があるにもかかわらず、まだ実用化されていな
い。

〈発明の目的〉 本発明は、１電源駆動の差動増幅器を用い、高
精度で、かつ安定に動作する２線式変換増幅装置
を実現するにある。

〈発明の要点〉 本発明は、ベースがコモンラインに接続された
クランプ用トランジスタを用い、そのエミツタを
１電源駆動の差動増幅器の非反転入力端子（＋）
に、コレクタを１電源駆動の差動増幅器の出力ま
たは出力段にそれぞれ接続し、非反転入力端子
（＋）の電位がコモンラインの電位以下になつた
ときオンとなるようにして、出力トランジスタの
ベース電圧をコモンラインの電位にクランプする
手段を設けることによつて上述の目的を達成した
ものである。

〈実施例〉 第５図は本発明装置の一実施例を示す接続図で
ある。第５図において第３図の従来例と異るとこ
ろは、ベースがコモンラインCOMに接続された
クランプ用トランジスタQ_cを設け、そのエミツ
タを差動増幅器DA₂の非反転入力端子（＋）に、
コレクタを差動増幅器DA₂の出力端にそれぞれ接
続した点である。

このように構成した本発明装置において、入力
信号電圧V_iが負になり、差動増幅器DA₂の非反転
入力端子（＋）の電位e₊がコモンラインの電位以
下になると、クランプ用トランジスタQ_cがオン
となり、差動増幅器DA₂の出力e₀すなわち出力ト
ランジスタQ₀のベース電位位をコモンラインの
電位にクランプする。その結果出力電流I₀は第６
図の入出力特性図に示すように、入力信号電圧V_i
が負のときには０％以下の値に保持され、安定な
動作を行う。

また、入力信号電圧V_iが正で、非反転入力端子
（＋）の電位e₊がコモンラインの電位以上のとき
は、クランプ用トランジスタQ_cのベース・エミ
ツタ間が逆バイアスされるため、Q_cはオフとな
り、差動増幅器DA₂は通常の動作を行い、出力電
流I₀は第６図に示すように入力信号電圧V_iに応じ
て変化する。

なお上述の実施例では、クランプ用トランジス
タQ_cのコレクタを差動増幅器DA₂の出力側に接
続する場合を例示したが、第７図に示すように差
動増幅器DA₂の出力段に接続するようにしてもよ
い。第７図においては、１電源駆動の差動増幅器
DA₂の出力制御回路を構成するトランジスタQ₅
のコレクタに、クランプ用トランジスタQ_cのコ
レクタを接続したものである。したがつて、非反
転入力端子（＋）の電位e₊がコモンラインの電位
以下になると、クランプ用トランジスタQ_cがオ
ンとなり、トランジスタQ₅のコレクタに接続さ
れている定電流はトランジスタQ_cによつてバイ
パスされ、トランジスタQ₂のコレクタ電位を低
下させる。その結果DA₂の出力制御回路のトラン
ジスタQ₆，Q₈はオンとなり、トランジスタQ₇が
オフとなあて、DA₂の出力e₀をコモン電圧に保持
する。この場合はQ_cもDA₂とともにIC化でき、
特に第８図に示すようにＰ層a₁とＮ層b₁およびＰ
層a₂でPNP形トランジスタQ₄を形成し、Ｎ層b₁
に隣接してNPN形トランジスタQ₅のＮ層b₂を設
ければ、Ｎ層b₁とＰ層a₁およびＮ層b₂でNPN形
のクランプ用トランジスタQ_cを形成できる利点
がある。なお第７図においては、Q_cのコレクタ
をQ₅のコレクタ（Ａ点）に接続したが、Q₆のエ
ミツタ（Ｂ点）やQ₇のベース（Ｃ点）に接続し
てもよく、出力e₀をコモン電圧に保持できる位置
であればどこでもよい。これは第９図に示すよう
に差動増幅器DA₂の出力制御回路の構成が異なる
場合でも同様にできる。

また上述の実施例では、入力信号が電圧の場合
を例示したが、電流の場合には抵抗R₁を省略で
きる。さらに上述では入力回路として、入力信号
の一端がコモンラインCOMに接続されている場
合を例示したが、第１０図に示すように基準電圧
V_sを抵抗R₃，R₄で分圧した電圧V_aと入力信号電
圧V_iの和を抵抗R₁を介して差動増幅器DA₂の非
反転入力端子（＋）に加え、V_sを分圧抵抗R₅で
分圧して得たゼロ点調整電圧V_bをDA₂の反転入
力端子（−）に加えるような構成でもよい。なお
第１０図において、Ｊは定電流回路で、ツエナー
ダイオードZD₂に一定電流を供給しその両端に安
定化した直流の基準電圧V_sを得るためのもので
ある。この安定化された電圧がトランジスタQ_e
を介して差動増幅器DA₂の電源端子に加えられ
る。

〈発明の効果〉 本発明においては、１電源駆動の差動増幅器と
クランプ用トランジスタとを有効に組合せている
ので、高精度で安定に動作する２線式変換増幅装
置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の一例を示す接続図、第２図
は従来公知の１電源駆動の差動増幅器の一例を示
す接続図、第３図は従来の１電源駆動の差動増幅
器を用いた２線式変換増幅装置の一例を示す接続
図、第４図はその入出力特性線図、第５図は本発
明装置の一実施例を示す接続図、第６図はその入
出力特性線図、第７図は本発明装置の他の実施例
を示す接続図、第８図はその要部の構成説明図、
第９図および第１０図は本発明装置の他の実施例
を示す接続図である。 DV₁…２電源駆動の差動増幅器、DV₂…１電源
駆動の差動増幅器、Q_c…クランプ用トランジス
タ、Q₀…出力トランジスタ、R₀，R₁〜R₅…抵
抗、L₁，L₂…伝送線、RL…負荷、E_B…直流電
源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ １電源駆動の差動増幅器を用いた２線式変換
   増幅装置において、クランプ用トランジスタのエ
   ミツタを差動増幅器の非反転入力端子に、ベース
   をコモンラインに、コレクタを差動増幅器の出力
   段または出力端にそれぞれ接続して、前記差動増
   幅器の非反転入力端子の電位がコモンラインの電
   位以下になつたとき差動増幅器の出力をコモンラ
   インの電位にクランプする手段を設けたことを特
   徴とする２線式変換増幅装置。