JPH0440373A - 電流電圧変換回路 - Google Patents
電流電圧変換回路Info
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- JPH0440373A JPH0440373A JP2146959A JP14695990A JPH0440373A JP H0440373 A JPH0440373 A JP H0440373A JP 2146959 A JP2146959 A JP 2146959A JP 14695990 A JP14695990 A JP 14695990A JP H0440373 A JPH0440373 A JP H0440373A
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- Japan
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- circuit
- operational amplifier
- current
- noise
- resistors
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- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 210000003323 beak Anatomy 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Amplifiers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野〕
本発明は、微少電流の測定に関し、特に高速かつ低ノイ
ズ特性を備えた電流電圧変換回路に関するもので、産業
用分析機器、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）及びＳＴ
Ｍの基本原理を応用した計測器などに利用される。
ズ特性を備えた電流電圧変換回路に関するもので、産業
用分析機器、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）及びＳＴ
Ｍの基本原理を応用した計測器などに利用される。
従来、ピコアンペア（ｐ Ａ）レベルの電流測定を行う
際には、入力バイアス電流Ｉ、の小さい（ｐＡ以下）オ
ペアンプＯＰＩと、大きな値のフィードバック抵抗Ｒ（
Ω）を用いる回！（第５図）が−船釣に使われている。
際には、入力バイアス電流Ｉ、の小さい（ｐＡ以下）オ
ペアンプＯＰＩと、大きな値のフィードバック抵抗Ｒ（
Ω）を用いる回！（第５図）が−船釣に使われている。
（オペアンプの教科書、データブック等で紹介されてい
る。例えば、岡村辿夫著（「オペアンプ回路の設計ＪＣ
Ｑ出版社など） この回路の動作原理は、入力された′＠流１囚が、ＯＰ
Ｉには流れ込まず（！、の小さいため）すべて抵抗Ｒを
通るため、出力としては１に比例した電圧ｖ＝−１・Ｒ
を得るという簡単なものである。
る。例えば、岡村辿夫著（「オペアンプ回路の設計ＪＣ
Ｑ出版社など） この回路の動作原理は、入力された′＠流１囚が、ＯＰ
Ｉには流れ込まず（！、の小さいため）すべて抵抗Ｒを
通るため、出力としては１に比例した電圧ｖ＝−１・Ｒ
を得るという簡単なものである。
］ｐＡの電流を測定する場合、Ｒ＝１００ＭΩのときＶ
＝Ｏ，ｌ ｍＶを得る。当然、１．＜１ｐＡでなければ
ならない。
＝Ｏ，ｌ ｍＶを得る。当然、１．＜１ｐＡでなければ
ならない。
この回路のノイズは、抵抗Ｒの両端に発生する熱雑音ｅ
７が入力電流に換算していくらになるかが理論的最小ノ
イズとして目安になる０周波数帯域幅をＢ（Ｈｚ）とす
ると、ノイズ′＠流ｉ、、は、ｉｌｌ ” ６３０−
Ｂ”” ・Ｒ”” （ｐ Ａｐ−ｐ ） ・・
・（１１となる。（例えば、岡村辿夫著ｒ解析ノイズメ
カニズムＪＣＱ出版社） この回路を用いると、抵抗Ｒに並列に存在する浮遊容量
Ｃｔにより、回路の周波数帯域ｆｃが、ｆｃ＝ （２π
・Ｒ−Ｃｔ ） −’ （Ｈｚ） −１２１で決
定されると言われている。
７が入力電流に換算していくらになるかが理論的最小ノ
イズとして目安になる０周波数帯域幅をＢ（Ｈｚ）とす
ると、ノイズ′＠流ｉ、、は、ｉｌｌ ” ６３０−
Ｂ”” ・Ｒ”” （ｐ Ａｐ−ｐ ） ・・
・（１１となる。（例えば、岡村辿夫著ｒ解析ノイズメ
カニズムＪＣＱ出版社） この回路を用いると、抵抗Ｒに並列に存在する浮遊容量
Ｃｔにより、回路の周波数帯域ｆｃが、ｆｃ＝ （２π
・Ｒ−Ｃｔ ） −’ （Ｈｚ） −１２１で決
定されると言われている。
式（１）から、１いを小さくするためには、抵抗Ｒを大
きくする必要がある０例えば、Ｂ＝１０ｋＨｚで１０ｐ
Ａの電流を測定するためには、抵抗Ｒとして１００ＭΩ
以上が必要である。（このときの１０は６．３９Ａであ
る。） 実際に第５図で、ＯＰＩにＡＤ５１５（アナログデバイ
ス社製、Ｉｂ ＝ ０．３ｐＡ以下）、Ｒに１００ＭΩ
を使い、第６図の回路で周波数特性を調べてみると、第
７図のような特性が得られた。この場合、帯域を４ＫＨ
ｚとして計算すると、Ｃｔ ＝ ０．４ｐ Ｆ程度にな
る。また、ノイズは、３０ｐＡ程度であった。
きくする必要がある０例えば、Ｂ＝１０ｋＨｚで１０ｐ
Ａの電流を測定するためには、抵抗Ｒとして１００ＭΩ
以上が必要である。（このときの１０は６．３９Ａであ
る。） 実際に第５図で、ＯＰＩにＡＤ５１５（アナログデバイ
ス社製、Ｉｂ ＝ ０．３ｐＡ以下）、Ｒに１００ＭΩ
を使い、第６図の回路で周波数特性を調べてみると、第
７図のような特性が得られた。この場合、帯域を４ＫＨ
ｚとして計算すると、Ｃｔ ＝ ０．４ｐ Ｆ程度にな
る。また、ノイズは、３０ｐＡ程度であった。
ところが、同じ回路で、ＯＰＩに０ＰＡＩ１１（バーブ
ラウン社製、１ｂ＝２ｐＡ以下）を用いると、帯域は６
ＫＩＩｚまで広がり、Ｃ，＝ ０．３ｐ Ｆになる。同
じＲを使いながら異なったＣ７が得られることは、一般
に言われているように、帯域が（２）式によって制限さ
れているのではないことを示している。ＡＤ５１５と０
ＰＡＩＩＩの性能を比較すると、オープンループゲイン
に差がある。０ＰＡＩＩＩの方が、オープンループゲイ
ンが大きく、そのために同じ抵抗Ｒを用いても帯域が広
がったと考えられる。
ラウン社製、１ｂ＝２ｐＡ以下）を用いると、帯域は６
ＫＩＩｚまで広がり、Ｃ，＝ ０．３ｐ Ｆになる。同
じＲを使いながら異なったＣ７が得られることは、一般
に言われているように、帯域が（２）式によって制限さ
れているのではないことを示している。ＡＤ５１５と０
ＰＡＩＩＩの性能を比較すると、オープンループゲイン
に差がある。０ＰＡＩＩＩの方が、オープンループゲイ
ンが大きく、そのために同じ抵抗Ｒを用いても帯域が広
がったと考えられる。
すなわち、従来の回路（第５図）で決まる帯域以下の性
能しか実現できないという問題点があった。この問題点
は、いままで見逃されていたものである。
能しか実現できないという問題点があった。この問題点
は、いままで見逃されていたものである。
上記、従来の問題点を解決するために、本発明は、第１
図に示したように、ＯＰＩのゲイン不足分を別のアンプ
ＯＰ２により補った。
図に示したように、ＯＰＩのゲイン不足分を別のアンプ
ＯＰ２により補った。
本発明によれば、入力バイアスｔｉの小さいオペアンプ
ＯＰＩは、−船釣にオープンループゲインが足りないた
めＯＦ２がゲインの不足分を補うアンプとして作用する
。
ＯＰＩは、−船釣にオープンループゲインが足りないた
めＯＦ２がゲインの不足分を補うアンプとして作用する
。
第２図に本発明を実施した一例を示す、ＯＦ２の倍率は
、数倍から士数倍が、回路の発振を防止するために適当
である。（ＯＰＩの第２ポールに系の不安定性を防止す
るため） 本発明に使用するＯＦ２としては、低バイアス電流であ
る必要はないができるだけ低ノイズであることが望まし
い。
、数倍から士数倍が、回路の発振を防止するために適当
である。（ＯＰＩの第２ポールに系の不安定性を防止す
るため） 本発明に使用するＯＦ２としては、低バイアス電流であ
る必要はないができるだけ低ノイズであることが望まし
い。
第３図にフィードバック抵抗（Ｒ１＋Ｒ２）の浮遊容量
による帯域の減少をキャンセルする回路４を付加した実
施例を示す、可変容量Ｃ１によりフィードバック抵抗の
浮遊容量の影響がキャンセルでき、特にフィードバック
抵抗（Ｒ１＋Ｒ２）が１００以上の時に有効である。
による帯域の減少をキャンセルする回路４を付加した実
施例を示す、可変容量Ｃ１によりフィードバック抵抗の
浮遊容量の影響がキャンセルでき、特にフィードバック
抵抗（Ｒ１＋Ｒ２）が１００以上の時に有効である。
ループゲインをＯＦ２により１１倍高めることにより、
第４図番こ示すように、周波数特性が１００倍程広がっ
た。さらに、従来回路の周波数特性（第７図）に見られ
るような入力容量に起因するゲインのピークも抑えられ
、フラットな特性を得ることができた。
第４図番こ示すように、周波数特性が１００倍程広がっ
た。さらに、従来回路の周波数特性（第７図）に見られ
るような入力容量に起因するゲインのピークも抑えられ
、フラットな特性を得ることができた。
このときのノイズは、（１）式によれば、１２．６ｐＡ
であるが、試作した＠路は、熱雑音理論値の２倍程度の
３０ｐＡであった。
であるが、試作した＠路は、熱雑音理論値の２倍程度の
３０ｐＡであった。
本発明により、ノイズを増やす事なく、入手しやすいオ
ペアンプにより、高速の電流電圧回路を構成することが
できる。
ペアンプにより、高速の電流電圧回路を構成することが
できる。
また、発振しやすいフィードフォワードや調整の難しい
位相補償などを用いることなく 、＋２１式により決ま
る時定数まで帯域を広げることができる。
位相補償などを用いることなく 、＋２１式により決ま
る時定数まで帯域を広げることができる。
さまざまなＣ１の補償回路が提案されているが、本発明
を併用すれば、さらに帯域を広げることが可能である。
を併用すれば、さらに帯域を広げることが可能である。
第１図は本発明の概要を示す、第２図は本発明の実施例
、第３図は第２図の回路を基本にして、フィードバック
抵抗の浮遊容量の影響をキャンセルする構成にした実施
例、第４図は第６図の試験回路を用いて測定した第２図
の回路の周波数特性である。第５図は従来の電流電圧変
換回路の一例である。第６図は電流電圧変換回路の試験
回路である。第７図は第６図の試験回路を用いて測定し
た第５図の周波数特性である。第７図と比べて周波数帯
域が約ｌＯ倍広がっている上に、ピークのないフラフト
な特性が得られている。 ｌ・・・抵抗バイアス電流オペアンプ０ＰＩｌ・・・交
流電圧発生器 ｌ・・・入力容量に起因すると考えられるビーク２・・
・フィードバック抵抗Ｒ ２・・・供試回路 ３・・・ＯＰｌのゲインを補うためのアンプＰ２ Ｐ２ 以上 続 （自発） 平成 ２年 ９月１９ 事件の表示 平成 ２年 特許願 第１４６９５９号 発明の名称 電流電圧変換回路 補正をする者 １＝Ｖ、／１０” 鴇 ６ 口 （他１名）
、第３図は第２図の回路を基本にして、フィードバック
抵抗の浮遊容量の影響をキャンセルする構成にした実施
例、第４図は第６図の試験回路を用いて測定した第２図
の回路の周波数特性である。第５図は従来の電流電圧変
換回路の一例である。第６図は電流電圧変換回路の試験
回路である。第７図は第６図の試験回路を用いて測定し
た第５図の周波数特性である。第７図と比べて周波数帯
域が約ｌＯ倍広がっている上に、ピークのないフラフト
な特性が得られている。 ｌ・・・抵抗バイアス電流オペアンプ０ＰＩｌ・・・交
流電圧発生器 ｌ・・・入力容量に起因すると考えられるビーク２・・
・フィードバック抵抗Ｒ ２・・・供試回路 ３・・・ＯＰｌのゲインを補うためのアンプＰ２ Ｐ２ 以上 続 （自発） 平成 ２年 ９月１９ 事件の表示 平成 ２年 特許願 第１４６９５９号 発明の名称 電流電圧変換回路 補正をする者 １＝Ｖ、／１０” 鴇 ６ 口 （他１名）
Claims (2)
- （１）入力バイアス電流の小さいオペアンプＩＣを入力
段に用いた電流電圧変換回路において、低ノイズのオペ
アンプを追加してループゲインを増すことにより周波数
特性を改善したことを特徴とする電流電圧変換回路。 - （２）フィードバック抵抗の浮遊容量を補償する回路と
組み合わせた第１項記載の回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2146959A JPH0440373A (ja) | 1990-06-05 | 1990-06-05 | 電流電圧変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2146959A JPH0440373A (ja) | 1990-06-05 | 1990-06-05 | 電流電圧変換回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0440373A true JPH0440373A (ja) | 1992-02-10 |
Family
ID=15419454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2146959A Pending JPH0440373A (ja) | 1990-06-05 | 1990-06-05 | 電流電圧変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0440373A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5986910A (en) * | 1997-11-21 | 1999-11-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Voltage-current converter |
| JP2011009800A (ja) * | 2009-05-26 | 2011-01-13 | Toru Kawana | オペアンプ |
| JP2013066176A (ja) * | 2011-09-01 | 2013-04-11 | Nf Corp | 増幅回路および帰還回路 |
| CN109709151A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-05-03 | 南通大学 | 一种电介质薄膜电学性质测量系统 |
| US11181504B2 (en) | 2018-07-26 | 2021-11-23 | Advantest Corporation | Measurement apparatus |
| DE102019123173B4 (de) | 2018-09-19 | 2024-07-18 | Advantest Corporation | Poren-einrichtung und kleinpartikelmesssystem |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5793265A (en) * | 1980-10-14 | 1982-06-10 | Perkin Elmer Corp | Potentiometer |
-
1990
- 1990-06-05 JP JP2146959A patent/JPH0440373A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5793265A (en) * | 1980-10-14 | 1982-06-10 | Perkin Elmer Corp | Potentiometer |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5986910A (en) * | 1997-11-21 | 1999-11-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Voltage-current converter |
| JP2011009800A (ja) * | 2009-05-26 | 2011-01-13 | Toru Kawana | オペアンプ |
| JP2013066176A (ja) * | 2011-09-01 | 2013-04-11 | Nf Corp | 増幅回路および帰還回路 |
| US11181504B2 (en) | 2018-07-26 | 2021-11-23 | Advantest Corporation | Measurement apparatus |
| DE102019116347B4 (de) * | 2018-07-26 | 2025-11-06 | Advantest Corporation | Messvorrichtung und mikropartikelmesssystem |
| DE102019123173B4 (de) | 2018-09-19 | 2024-07-18 | Advantest Corporation | Poren-einrichtung und kleinpartikelmesssystem |
| CN109709151A (zh) * | 2019-01-30 | 2019-05-03 | 南通大学 | 一种电介质薄膜电学性质测量系统 |
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