JPH0690233B2 - 微小電流測定装置 - Google Patents
微小電流測定装置Info
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- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Description
電離真空計のように、特に広いダイナミックレンジと迅
速な測定が要求される装置で使用される微小電流測定装
置の構成に関するものである。
る微小電流測定装置としては、従来は、第4図に示すよ
うに、高入力インピーダンス演算増幅器ICの非反転入力
端子NTを接地し、反転入力端子ITと出力OTとの間に帰還
抵抗器Rfを挿入し、この反転入力端子ITを入力端として
これに被測定電流を入力する、いわゆる電流電圧変換回
路が専ら使用されている。
は、第5図に示すように、リレーの接点RL1〜RL3等を使
用して(または、電界効果トランジスタを用いる切り替
え器を使って)、抵抗値に大差を有する複数の帰還抵抗
器Rf1〜Rf3を遂次切り替えて測定を行なうという方法が
採用されていた。
定を行なう回路としては、第6図にその基本的な回路構
成を示すような対数増幅器を使うものがあり、この回路
では最高感度で10-9A台の電流が測定できている。
界効果トランジスタを用いて帰還抵抗器を切り替えると
き、特に高感度測定に測定を切り替えたときに、出力の
安定までに時間がかかって迅速な測定ができないという
欠点があった。
合は、10-9A台の最高感度では感度に不足があり採用す
ることができなかった。
回路を用意し、これらを切り替えて検出を行なうような
微小電流測定装置も考えられはしたが、機械的に2つの
検出部を構成することは装置を高価にして、やはり採用
できなかった。
に広く、しかも迅速測定の可能な安価な微小電流測定装
置を提供することを目的とする。
を高抵抗器で接続した高入力インピーダンス演算増幅器
で構成される、被測定電流が入力される電流電圧変換回
路と、その電流電圧変換回路の入力端に直列に挿入され
た検出抵抗器および前記入力端に並列に挿入された過入
力時に高入力インピーダンス演算増幅器を保護する電流
バイパス素子と、該検出抵抗器の両端の電圧を入力とす
る高入力インピーダンス差動増幅回路と、を備えて、電
流電圧変換回路の出力端子に高感度用電流検出値を出力
すると同時に、高入力インピーダンス差動増幅回路の出
力端子に低感度用電流検出値を出力するように構成した
ものである。
用入力、上記電流電圧変換回路の出力を高感度用入力と
し、これら2つの入力のいずれか一方を選択し、それを
電流測定値として出力する選択回路を設けるとき、極め
て有能な微小電流測定装置が得られる。
として得られ、その値は高感度用帰還抵抗値に被測定電
流値を乗じた値となる。
インピーダンス差動増幅器の出力電圧として得られる。
即ちこの場合は前記の高入力インピーダンス演算増幅器
が飽和して被測定入力電流が電流バイパス素子に分流し
ているので、電流電圧変換回路の存在は低感度用検出に
影響を与えず、低感度用検出抵抗器に被測定電流が流れ
てその両端に現れる電圧を、高入力インピーダンス差動
増幅器で低感度用出力として検出出力する。
の方を、飽和していないときには高感度用出力の方を選
択して、これを電流測定値とすることで、ダイナミック
レンジが広く、且つ迅速な測定の可能な微小電流測定装
置が得られる。
増倍器の出力を被測定電流とする、本発明の微小電流測
定装置の電流検出部の回路図である。その為この電流検
出部は負の被測定入力電流を検出する構成のものになっ
ている。
(低感度用)検出抵抗器R1を経て高入力インピーダンス
演算増幅器IC1を反転入力端子IT1(他方の入力端子NT1
は接地)に達するが、被測定入力電流iが小さい間は、
IC1の入力インピーダンスは無限大とは言えないが充分
に大きいので、反転入力端子IT1からIC1内へは電流は流
れ込まず、電流iは帰還抵抗器R2を通ってIC1の出力端
子OHに達する。
1と帰還抵抗器R2によって電流電圧変換回路CONVが形成
され、その測定の感度は帰還抵抗器R2によって決定され
ることになる。この出力端子OHに得られる出力が高感度
用出力である。
1の出力が飽和すると、それ以上帰還抵抗器R2に流せな
くなるので被測定電流iは電流バイパス素子として使用
されているダイオードD1に分流しはじめる。しかし検出
抵抗器R1には、依然として電流電圧変換回路CONVの影響
を受けない電流が流れる。
定入力電流iの値を乗じた値である。この電圧は、演算
増幅器IC2、IC3およびIC4の三者で構成される周知の回
路構成の高入力インピーダンス差動増幅回路DAに送ら
れ、その出力端子OLに低感度用出力が得られる。
力が端子OHに、抵抗器R1と高入力インピーダンス差動増
幅回路DAの利得に対応した低感度用出力が端子OLに、両
出力が同時に得られることになる。
々な回路を付加して用途に適した便利な装置を構成する
ことができるが、例えば、この両出力を共に、第2図に
示すように、アナログスイッチASWを内蔵するマルチプ
レクサMUTI、A/DコンバータADC、マイクロプロセッサMP
Uからなる選択回路SESに入力し、その選択回路SES内で
は、マイクロプロセッサーMPUが出力端子OHの高感度用
出力が飽和していなければOH側出力を、飽和した場合は
出力OL側の低感度用出力を選ぶようなセレクト信号SLを
出力し、その信号でマルチプレクサMUTI内のアナログス
イッチASWを切り替えるようにすることで、等価的にダ
イナミックレンジが極めて広く、しかも迅速な測定ので
きる、優れた性能の微小電流測定装置が得られる。
ばそれはA/Dコンバータである。しかしA/DコンバータAD
Cの変換時間は、第5図で述べたリレー切り替えの場合
の出力の安定までに要する時間に較べれば格段に短い。
従って測定は極めて迅速である。
路SESに演算増幅器を用いた比較器CMPを用意して、端子
OHに得られる高感度用出力を、演算増幅器の飽和を検出
するために設けられた基準電圧VFと比較し、この比較器
CMPの出力をセレクト信号SLとして用いて、マルチプレ
クサMUTI内のアナログスイッチASWを切り替え、同じセ
レクト信号SLをマイクロプロセッサーMPUに与えるよう
にする。このようにすると、マイクロプロセッサーMPU
は、A/DコンバータADCで変換され入力されて来たデータ
が、端子OLの低感度出力か端子OHの高感度出力かを容易
に判別することができる。この時、端子OHの高感度出力
と端子OLの低感度出力との間にビットシフトできる関
係、即ち2n倍という関係を設けるようにすれば、マイク
ロプロセッサーMPUでのデータ処理時間が一層短くなる
ことは言うまでもない。
高感度用出力の両方を同時に且つ連続して得ることがで
きる。そしてそれらの出力のうち有効な側を自動的に選
択出力する回路を付加することにより、極めて広いダイ
ナミックレンジの被測定入力電流を、迅速に測定するこ
とを可能にした微小電流測定装置が得られる。
る、例えば、ガスクロマトグラフ質量分析装置では計測
したい電流値範囲は、約1×10-5Aから1×10-12Aにも
亘り、しかも大小の信号が混交して入力される。この場
合の使用には、本発明の微小電流測定装置は特に有効で
ある。
その帰還抵抗器をリレー等で切り替えていたため迅速な
測定は不可能であり、迅速な測定のためには、感度を一
定にして測定するほかなく、その分ダイナミックレンジ
が犠牲になっていたものである。本発明ではそれが完全
に解決される。
測定装置のブロック図。 第3図は、別の実施例のブロック図である。 第4図は従来の微小電流測定回路の回路図。 第5図は、そのダイナミックレンジを広くしたものの回
路図。 第6図は、従来の対数増幅器を使用する微小電流測定回
路の回路図。 IC1,IC2,IC3……高入力インピーダンス演算増幅器、IC4
……演算増幅器、D1,D2……ダイオード、R1……検出抵
抗器、R2……帰還抵抗器、R3〜R9……抵抗器、I……入
力端子、OT,O……出力端子、 OH……高感度用出力端子、OL……低感度用出力端子、i
……被測定入力電流、MUTI……マルチプレクサ、ADC…
…A/Dコバータ、MPU……マイクロプロセッサー、SL……
セレクト信号、SES……選択回路。
Claims (2)
- 【請求項1】入力端と出力端を高抵抗器で接続した高入
力インピーダンス演算増幅器で構成され、被測定電流が
入力される電流電圧変換回路と、該電流電圧変換回路の
入力端に直列に挿入された検出抵抗器および該入力端に
並列に挿入され過入力時に上記高入力インピーダンス演
算増幅器を保護する電流バイパス素子と、該検出抵抗器
の両端の電圧を入力とする高入力インピーダンス差動増
幅回路と、を備え、該電流電圧変換回路の出力端子に高
感度用電流検出値を出力すると同時に、該高入力インピ
ーダンス差動増幅回路の出力端子に低感度用電流検出値
を出力するように構成したことを特徴とする微小電流測
定装置。 - 【請求項2】該高入力インピーダンス差動増幅回路の出
力を低感度用入力、該電流電圧変換回路の出力を高感度
用入力とし、これら2つの入力のいずれか一方を電流測
定値として選択し出力する選択回路を具えたことを特徴
とする請求項1記載の微小電流測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1184288A JPH0690233B2 (ja) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | 微小電流測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1184288A JPH0690233B2 (ja) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | 微小電流測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0348774A JPH0348774A (ja) | 1991-03-01 |
| JPH0690233B2 true JPH0690233B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=16150704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1184288A Expired - Lifetime JPH0690233B2 (ja) | 1989-07-17 | 1989-07-17 | 微小電流測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0690233B2 (ja) |
-
1989
- 1989-07-17 JP JP1184288A patent/JPH0690233B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0348774A (ja) | 1991-03-01 |
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