JPH10294621A - 電圧増幅器用入力保護回路 - Google Patents

電圧増幅器用入力保護回路

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JPH10294621A
JPH10294621A JP9100117A JP10011797A JPH10294621A JP H10294621 A JPH10294621 A JP H10294621A JP 9100117 A JP9100117 A JP 9100117A JP 10011797 A JP10011797 A JP 10011797A JP H10294621 A JPH10294621 A JP H10294621A
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JP
Japan
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voltage
amplifier
input
protection
negative
Prior art date
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Application number
JP9100117A
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Inventor
Naoji Suzuki
直司 鈴木
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Advantest Corp
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Advantest Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電圧増幅器10の入力保護回路を過大電圧の
保護のみならず、電圧増幅器の飽和現象を無くし、常に
正確な値を出力させる入力保護回路。 【解決手段】 電圧増幅器10の出力電圧Vcとクラン
プ電圧VL とを比較し、出力電圧Vcの絶対値がクラン
プ電圧VL の絶対値を越えると保護用ダイオードD1又
はD2をオンさせて入力電流を引き込みあるいは流し込
みして電圧増幅器10の入力電圧Vbをクランプさせる
正過電圧保護電圧源11及び負過電圧保護電圧源12を
設けた入力保護回路。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電圧計などに使
用する電圧増幅器の過電圧入力に対する保護回路であ
り、特に増幅器の破損保護のみでなく電圧増幅器の飽和
をも防止する保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図3に、従来の電圧増幅器とその過電圧
入力に対する保護回路を示す。R1は入力保護抵抗でそ
の値は数100kΩ程度である。D1とD2は保護用ダ
イオードであり、それぞれクランプ電圧+VL あるいは
−VL に接続されている。このR1とD1とD2とでク
ランプ回路が構成されている。1は演算増幅器であり、
R2とR3とは増幅度Gを決める抵抗である。この演算
増幅器1とR2とR3とで電圧増幅器10が構成されて
いる例である。
【0003】この電圧増幅器10の例では、演算増幅器
1の正相入力端子は入力保護抵抗R1を介して入力端子
8に接続され、演算増幅器1の出力端子は電圧増幅器の
出力端子9へ接続されると共に抵抗R2とR3を介して
接地される。この抵抗R2とR3の中点は演算増幅器1
の逆相相入力端子接続されている。従って、この構成で
の増幅度Gは、G=(R2+R3)/R3=1+R2/
R3 となる。
【0004】図3の回路で、正の過電圧Vaが入力端子
8に印加されるとクランプ回路が作動してダイオードD
1がオン(導通)して電流が引き込まれ、演算増幅器1
の入力電圧Vbは、VL +Vf でクランプ(固定)さ
れる。ここで、VfはダイオードD1の順方向電圧であ
り約0.6Vである。また負の過電圧Vaが入力端子8
に印加されたときにはダイオードD2がオンして電流を
流し込み、演算増幅器1の入力電圧Vbは、−(VL
Vf)でクランプされる。従って、±(VL +Vf)の
クランプ電圧値を、演算増幅器1の最大入力電圧範囲内
に設定することにより演算増幅器1の入力回路は保護さ
れる。この明細書では、±(VL +Vf)の値をクラン
プ電圧値ということにする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の入力保護回路
は、演算増幅器1の入力回路を過大電圧から充分に保護
してくれる。しかしながら電圧増幅器10の場合には、
増幅度Gによっては演算増幅器1が飽和する現象があ
る。つまり、電圧増幅器10の増幅度Gが大きく、出力
電圧Vcが演算増幅器1の駆動電圧±Vs近くになると
演算増幅器1が飽和してしまう。
【0006】具体的な例で説明する。いま仮に演算増幅
器の駆動電圧±Vsを±15Vとして動作させると飽和
電圧は約±13Vである。従って出力電圧Vcが約±1
3V以上になると飽和し、以下では飽和しない。そこで
クランプ電圧±VL を±12Vとすると、この演算増幅
器は電圧フォロアとしては利用できるが、増幅度Gを有
する電圧増幅器と用いると、すぐに飽和現象が生じる。
【0007】演算増幅器内部の構成は、初段が差動入力
段であり次段が高利得増幅段であり最後が出力段となっ
ている。演算増幅器1が飽和すると初段の差動増幅器の
左右の電流バランスが崩れ、熱的不平衡が起き、オフセ
ット電圧が増加する。その結果、入力電圧が正常に戻っ
ても差動増幅器の熱平衡が保たれるまでは正確な出力電
圧が得られないという現象が起きる。特に、μV(10
-6V)オーダの電圧を扱う電圧計においては、オフセッ
ト電圧によるズレが、正確な値に達するまでに数10m
Sから数S(数秒)もかかり、この回復時間が問題とな
る。
【0008】この発明は、電圧計などの電圧増幅器にお
いて、過電圧の入力電圧が加わった場合に、電圧増幅器
を飽和させること無しに保護を行い、正常な入力が印加
されたときの回復時間を短縮することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は電圧増幅器の出力電圧Vcが飽和しないよう
に、電圧増幅器の出力電圧Vcとクランプ電圧VL とを
比較し、出力電圧Vcの絶対値がクランプ電圧VL の絶
対値を越えると保護用ダイオードをオンさせて電流を引
き込み、あるいは流し込みして、電圧増幅器の入力電圧
Vbをクランプさせるプラスとマイナスの過電圧用保護
電圧源を設けるものである。従って、クランプ電圧値の
絶対値を飽和電圧値の絶対値以下に設定するとよい。
【0010】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例に基づ
き図面を参照して説明する。図1に本発明の一実施例の
構成図を、図2に他の実施例の構成図を示す。図3と同
一部分には同一符号を付す。先ず、図1より説明する。
【0011】図1において、電圧増幅器10の構成は従
来例の図3の構成をそのまま用いるので説明は省略す
る。入力保護回路について説明する。回路構成は、正の
過大電圧に対しては、電圧増幅器10の出力電圧Vcを
入力抵抗R4を介して演算増幅器2の逆相入力端子に接
続し、正相入力端子にはクランプ電圧+VL を接続す
る。出力端子は飽和防止用ダイオードD3を順方向に接
続して他端を逆相入力端子に接続する正過電圧用保護電
圧源11を設ける。それに加えて出力端子に保護用ダイ
オードD1を逆方向に接続して他端を電圧増幅器10の
入力端子に接続する。
【0012】負の過大電圧に対しては、電圧増幅器10
の出力電圧Vcを入力抵抗R5を介して演算増幅器3の
逆相入力端子に接続し、正相入力端子はクランプ電圧−
Lを接続する。演算増幅器3の出力端子は飽和防止用
ダイオードD4を逆方向に接続して他端を逆相入力端子
に接続する負過電圧用保護電圧源12を設ける。それに
加えて出力端子に保護用ダイオードD2を順方向に接続
して他端を電圧増幅器10の入力端子に接続する。
【0013】次に動作説明をする。図1に示す電圧増幅
器10の増幅度Gは前述のように、G=1+R2/R3
である。入力端子8に印加される電圧Vaが、−VL
/G<Va<+VL /G の範囲のとき、電圧増幅器1
0の出力電圧Vcは、−VL <Vc<+VL である。
このときは、正過電圧用保護電圧源11の演算増幅器2
の出力電圧Vdは大きな正電圧を発生しかかるが、直ち
に飽和防止用ダイオードD3がオンしてクランプし、V
dは、Vd=+VL +Vf に固定化される。従って、
保護用ダイオードD1には逆バイアスがかかり、オフ状
態となる。
【0014】また、負過電圧用保護電圧源12の演算増
幅器3の出力電圧Veは大きな負電圧を発生しかかる
が、直ちに飽和防止用ダイオードD4がオンしてクラン
プし、Veは、Ve=−(VL +Vf) に固定化され
る。従って、保護用ダイオードD2には逆バイアスがか
かり、オフ状態となる。よって、電圧増幅器10は通常
の状態で入力電圧Vaを増幅し、出力電圧Vcは、Vc
=Va×G となる。
【0015】次に入力電圧Vaが、Va≧+VL /G
になると、電圧増幅器10の出力電圧Vcは+VLを越
えようとする。すると、正過電圧用保護電圧源11の演
算増幅器2の出力電圧Vdはマイナス方向に動作し、飽
和防止用ダイオードD3がオフになる。Vdの値が(V
a−Vf)になると、保護用ダイオードD1がオフから
オン状態になり、入力電流は入力保護抵抗R1とD1を
通って演算増幅器2に吸い込まれるので、電圧増幅器1
0の入力電圧Vbは低下し、Vb=+VL /Gの電圧で
一定となる。このとき、負過電圧用保護電圧源12のV
eは、Ve=−(VL +Vf)のままである。
【0016】次に入力電圧Vaが、Va≦ーVL /G
の場合には、電圧増幅器10の出力電圧Vcは−VL
越えようとする。すると、負過電圧用保護電圧源12の
演算増幅器3の出力電圧Veはプラス方向に動作し、飽
和防止用ダイオードD4がオフになる。Veの値が(V
a+Vf)になると、保護用ダイオードD2がオフから
オン状態になり、電流は演算増幅器3から流れだしD1
とR1とを通るので、電圧増幅器10の入力電圧Vbは
向上し、Vb=−VL /G の電圧で一定となる。この
とき、正過電圧用保護電圧源11のVdは、Vd=+V
L +Vf のままである。
【0017】前述したように、クランプ電圧(±VL
を電圧増幅器10の飽和電圧以内に選ぶことにより、入
力端子8に過電圧が入力しても、電圧増幅器10の入力
回路が破損することも無く、電圧増幅器10の演算増幅
器1が飽和することも無く、従って、従来問題としてい
た過電圧入力時のオフセットズレも発生しない。
【0018】図2に増幅度が切換可能な電圧増幅器10
iでの例を示す。電圧増幅器10iは、スイッチ5がオ
フ、スイッチ6がオンの場合は図1と同一な構成であ
り、動作も同一である。従って、電圧増幅器10iが正
常に増幅動作ができる範囲は、−VL /G<Va<+V
L /G の範囲である。増幅度Gの値が大きいと入力電
圧Vaの範囲幅は小さくなる。例えば、R2が9kΩで
R3が1kΩとするとGは10となる。よって電圧増幅
器10iが正常に増幅動作ができる入力電圧Vaの範囲
は、−VL /10<Va<+VL /10 で、絶対値が
L /10 となり、つまりクランプ電圧の10分の1
の電圧範囲である。
【0019】スイッチ5がオン、スイッチ6がオフのと
きには、電圧増幅器10iは電圧フォロアとなり、Gは
1である。従って、電圧増幅器10iが正常に増幅動作
ができる入力電圧Vaの範囲は、−VL <Va<+VL
で、絶対値がクランプ電圧の範囲となる。つまり、この
発明は電圧増幅器10iの出力電圧Vcによって入力電
圧Vaをクランプするので、増幅度Gの切換によるクラ
ンプ回路の切換や回路の追加は不要である。
【0020】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明は
正過電圧用保護電圧源11と負過電圧用保護電圧源12
を設けて保護用ダイオード(D1、D2)を駆動するこ
とにより、電圧増幅器10の過電圧入力による破損保護
はもとより、電圧増幅器10の飽和をも防止するもので
ある。よって、従来の熱平衡を保つまでの回復時間が無
くなり、常に正確な値を得るようになった。
【0021】また、増幅度Gを切換可能な電圧増幅器1
0iにおいては、その出力電圧Vcによって入力電圧V
aをクランプするので、クランプ回路の切換や回路の追
加も必要が無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成図である。
【図2】本発明の他の実施例の構成図である。
【図3】従来の電圧増幅器用入力保護回路図である。
【符号の説明】
1、2、3、 演算増幅器 5、6 スイッチ 8 入力端子 9 出力端子 10、10i 電圧増幅器 11 正過電圧用保護電圧源 12 負過電圧用保護電圧源 D1、D2 保護用ダイオード D3、D4 飽和防止用ダイオード R1 入力保護抵抗 R4、R5 入力抵抗 VL クランプ電圧

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力保護抵抗(R1)と保護用ダイオー
    ド(D1)及び(D2)とによって電圧増幅器(10)
    の入力回路を過電圧より保護する入力保護回路におい
    て、 電圧増幅器(10)の出力電圧(+Vc)と正クランプ
    電圧(+VL )とを比較し、電圧増幅器(10)の出力
    電圧(+Vc)の値が正クランプ電圧(+VL)の値よ
    り大きいときに保護用ダイオード(D1)をオンさせる
    正過電圧用保護電圧源(11)と、 電圧増幅器(10)の出力電圧(−Vc)と負クランプ
    電圧(−VL )とを比較し、電圧増幅器(10)の出力
    電圧(−Vc)の絶対値が負クランプ電圧(−VL )の
    絶対値より大きいときに保護用ダイオード(D2)をオ
    ンさせる負過電圧用保護電圧源(12)と、 を具備することを特徴とする電圧増幅器用入力保護回
    路。
  2. 【請求項2】 正過電圧用保護電圧源(11)は演算増
    幅器(2)と入力抵抗(R4)と飽和防止用ダイオード
    (D3)とから成り演算増幅器(2)の正相入力端子を
    正クランプ電圧(+VL )に接続し逆相入力端子は入力
    抵抗(R4)を介して電圧増幅器(10)の出力電圧
    (Vc)に接続すると共に出力端子間に飽和防止用ダイ
    オード(D3)を接続する回路構成とし、負過電圧用保
    護電圧源(12)は演算増幅器(3)と入力抵抗(R
    5)と飽和防止用ダイオード(D4)とから成り演算増
    幅器(3)の正相入力端子を負クランプ電圧(−VL
    に接続し逆相入力端子は入力抵抗(R5)を介して電圧
    増幅器(10)の出力電圧(Vc)に接続すると共に出
    力端子間に飽和防止用ダイオード(D4)を接続する回
    路構成としたことを特徴とする請求項1記載の電圧増幅
    器用入力保護回路。
JP9100117A 1997-04-17 1997-04-17 電圧増幅器用入力保護回路 Pending JPH10294621A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001242224A (ja) * 2000-03-01 2001-09-07 Yokogawa Electric Corp 入力保護装置
JP2002344248A (ja) * 2001-05-14 2002-11-29 Mitsumi Electric Co Ltd 増幅回路
KR20140093570A (ko) * 2013-01-14 2014-07-28 진옥상 절대전류제한 방식 과전류제한회로

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