JPS6072406A - 直流電圧増幅回路 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、二線式伝送器等に使用される直流電圧増幅
回路に関する。

（ロ）従来技術 例えば二線式伝送器のように低消費電力で作・ｌ１Ｊｊ
する（例：電源電圧ＤＣ２４Ｖ、信号電流１）０４〜２
０ｍＡ）ものにおいては、微小直流電圧を増幅する回路
が必要である。Ｉａ流電圧を演１：４：増’ｌ’ｉ＋！
器を用いて増幅する方法は一般によくグ１１ら；：′ｒ
、ているが、オフセット電圧、オフセノｊ・電流な１と
゛の温度変化のため増幅する入力電圧値には限度かあり
、余り微小な電圧を増幅できない。微小な直流電月を増
幅する目的ではチヨノピンク形の演算用’１Ｖｌｊ　＋
’！＋’ｊを用いればよいが、このものでは消′？：ｖ
電力が増加し、低消費電力では稼働しないという欠点か
ある。

一方、例えば状態量を電気信５３−に変換する；ｊ−、
イー１−ストンブリッジ等からの信冒を増幅する場合、
増幅器の入力電流があると誤差を生じるため比較的高入
力インピーダンスの／ｉｉ２算増１１Ｖ；ｉ器を用いる
必要がある。しかしながら高入力インピーダンスの演算
増幅器はオフセント電圧が大であり、その温度変化し大
であるため、微小直流電圧の増幅に適さないという問題
がある。

（ハ）目的 この発明の目的は、上記に鑑み、ホイートストンブリッ
ジの出力増幅のように、出力電圧が小さく、しかも入力
インピーダンスが大であることが必要とされるものにお
いて、低消費電力で作動し、微小直流電圧を増幅する直
流電圧増幅回路を提供することである。

（ニ）構成 上記目的、を達成するために、この発明の直流電圧増幅
回路は、入力電圧を一対のボルテージホロワ演算増幅器
でインピーダンス変換し、その出力を第２の演算増幅器
で増幅する一方、前記一対のボルテージホロワ演算増幅
器へのハイ　（Ｈｉｇｈ）及びロー（Ｌ　ｏ　ｗ）の入
力を交互に第１の切替手段で切替えて入力するとともに
、前記第２の演算増幅器出力を、第２の切替出力で前記
第１の切替手段の切替に同期して、第１と第２のコンデ
ンサ、に交互に切替接続し、この２つのコンデンサに充
電保持される電圧を第３の演算増幅器で差動的に増幅し
、各演算増幅器で発生ずるオフセット電圧、オフセット
電流をキャンセルするようにしている。

（ホ）実施例 以下、実施例により、この発明をさらにＢ目＋１１に説
明する。

第１図は、この発明の１実施例を示す直流霜月増幅回路
の接続図である。同図において、１は４個の抵抗Ｒ１、
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４からなるボイートストンブリッジであ
り、点Ｈ及び点Ｉ、より増幅すべき微小な電圧が出力さ
れる。

２及び３は入力電圧をインピーダンス変換するために設
けられる一対のボルテージホロワ演算増幅器である。上
記ホイートストンブリッジｌのＩＩ一点とポルチーシボ
ロワ演算増幅器２の（＋）入力Ｑ１１１及びボルテージ
ホロワ演算増幅器３の（−畳）入カニ端間に、アナログ
スイッチＳｌｌ、Ｓ２１が接ｉされ、またホイートスト
ンブリッジ１のＬ点とポルチーシボロワ演算増幅器２及
び３の（＋）入力端間にアナログスイッチＳＬ、２、Ｓ
２２．が接続されている。アナログスイッチＳ’ｌ　Ｌ
　Ｓ、　１２とアナログスイッチ３２１．５２２（第１
の切替手段）は、パルス信号発生器４よりのパルス信号
Ｐ１、Ｒ２により交互にオンされ、Ｈ点、Ｌ点のハイ及
びロー電圧をポルチーシボロワ演算増幅器、２．３に交
互に入力するようになっている。

５は、ボルテージホロワ演算増幅器２及び３の出力を増
幅する演算増幅器（第２の演算増幅器）であり、ボルテ
ージホロワ演算増幅器２及び３の出力端が、それぞれ入
力抵抗Ｒｉを介し正、この演算増幅器５の（＋）、（−
）両入力端に接続さ□ れている。また演算増幅器５の（＋）入力端は、抵抗Ｒ
ｆを介して電源ＶＳに接続され、その出力□ 端と（−）入力端に抵抗Ｒｆが接続され正いる。

Ｃ１及びＣ２ば演算増幅器５の出力により充電され、そ
の出力電圧を保持するコンデンサ（第１と第２のコンデ
ンサ）であり、演算増幅器５の出力端とコンデンサＣ１
、Ｃ２の１万端にアナログスイッチＳ１３、Ｓ２３　（
第２の切替手段）が接−され、コンデンサＣＬＣ２の他
方α；ｊ１はコ゛瞭電位に接続されている。アナログス
イッチＳＩ３、Ｓ２３はパルス信号発生器４からのパル
ス信憂Ｐ１′、Ｒ２により交互にオンされる。すなわら
アナログスイッチ３１１．Ｓ１２とアナログスイッチＳ
２１．Ｓ２２の切替に同期してオン・オフが切−えられ
る。

１６は″″デフＪ−０，１・０２に保持される電圧を畔
動的に増幅する演算増幅器（第３の演算増幅器）で漬り
、コンデンサＣ１、Ｃ２の非コモ／側が抵ｔｔＲを介し
て、この演算増幅器の（→−）、　（−）令力端にそれ
ぞれ個別に接続されている。また硝材増幅器６の（＋）
入力端は、抵抗Ｒｓを介し′（ｉ源ＶＳに接続され、出
力端は抵抗Ｒｓを介しく□ トー）入力端に接続されている。

パルス信号発生器４から発生されるパルス信−号ｉ、ｘ
、ｐ２は第２図に示すように、ハイとにｌ−が逆位相で
交互に繰返されるものであり、信号１ン１□ がハイの時に、アナログスイッチＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１
３がオンされ、信号Ｐ２がハイの時にアナログスイッチ
Ｓ２］、、Ｓ２２、Ｓ２３がオンされるようになってい
る。

以上のように構成される実施例回路において、状態量（
例えば圧力）がボイー１ヘストンフリソジ１に加えられ
ると、状態量に応じてブリッジの抵抗値が変化し、点■
１と点１５間に状態量に応した微小電圧が出力される。

Ｉ−１点の電位がハイ、１７点の電位がローとする。今
パルス信号発生器４の信号Ｐ１がハイのタイミングを考
えると、アナログスイッチＳｌｌ、Ｓ１２、Ｓ１３がオ
ンしているので、ｉ−１点の電位ＶＨはアナログスイッ
チＳｌｌを経て、ボルテージホロワ演算増幅器２に入力
され、その出力端に１１点の電位ＶＨかインピーダンス
変換されてそのまま出力される。またＬ点の電位■Ｌは
、アナログスイッチＳ１２を経てポルチーシボロワ演算
増幅器３に入力され、その出力端に電位Ｖ　Ｌがそのま
ま出力される。ポルチーシボロワ／Ｉｊｉ算増幅器２．
３の出力は、さらにムシ１算増幅器５で増幅され、その
出力かアナログスイッチＳ１３を経て、コンデンサＣＩ
に加えられ、コンデンサＣ１を充電する。そしてコンデ
ンサＣ目こｊｉｉｉ　ｉ増幅器５の出力電圧が保持され
る。この保１−Ｉｌさ１１．　；：】電圧は、ボイー１
−ストンブリノソＩＱ］１点及びｌ。

点の電位Ｖ　Ｈ及びＶ　ｌ−がホルテーシホ１」ツムｉ
ｊ　１，４！Ｈ増幅器２及び３を経て、？’ｊｉ算増幅
器５の（１）及び（−）入力端に入力された場合の演勢
増幅＊Ｖｊ　５０）出力電圧であるが、これにはな；ｌ
：；　１ｉｊｉ勢増幅器２．３及び５のオフセット電圧
が含まれている。

次にパルス信号発生器４の信号１）２かノ＼イのタイミ
ングになると、アナログスイッチＳｌ　ｌ、Ｓ１２、Ｓ
１３がオフし、アナ１−１ゲス・イノナＳ２１、Ｓ２２
、Ｓ２３がオンするので、信号Ｐ　Ｉがノ＼イの場合と
は逆に、Ｉ−Ｔ点の電位Ｖ　１１は）′すｌ」グスイソ
ヂＳ２１を経てボルテージホロ１ノ演算増幅器；（に入
力され、Ｌ点の電位Ｖｌ−はアナ１コグスイノ千Ｓ２２
を経てボルテージホロワ演算増幅器２に人力される。そ
のためホルテーソホロリ６１１算増幅２ニー；２．３の
出力ば、上記信号１〕１がハイの場合とに１逆になる。

すなわちボルテージホロワ／Ｉｉｉ　勢”曽り１吊に；
２の出力に電位ＶＬか、ポルチーシボロワ演算増幅器３
の出力に電位Ｖ　Ｈがそのまま導出される。。

この出力はさらに演算増幅器５で増幅され、その出力が
今度はアナログスイッチＳ２３を経て、コンデンサＣ２
に加えられ、コンデンサＣ２を充電する。そしてコンデ
ンサＣ２に哉算増幅器５の出力電圧が保持される。この
保持される電圧は、Ｌ点の電位Ｖ　Ｌがポルチーシボロ
ワ演算増幅器２を経て、演算増幅器５の（＋）入力端に
入力された場合の出力′電位であるが、これにもなお演
算増幅器２．３及び５のオフセット電圧が含まれている
。

しかしこのコンデンサＣ１、Ｃ２に保持される電圧を演
算増幅器Ｇに加え、両保持電圧を差動増幅すると、６１
１工１１：増り６１器６の出力θ１１．１にはオフセッ
ト電圧かキャンセルされ、Ｉ−１点とＬ点の電位差に対
応した出力電位が導出される。

ここで」−記オフセッ１−電圧がキャンセルされる点に
ついて、式を用いて若干説明する。

ボルテージホロワ演算増幅器２．３及び演算増幅器５の
出力電圧をｖｌ、■２、Ｖ３、そしてこれらの演算増幅
器のオフセット電圧をＶＩＯ１Ｖ２０、Ｖ２Ｏとすると
、アナしＩゲス・イノチＳｌｌ、Ｓ　］、　２、Ｓ１３
がオンの時の各出力市川−は、Ｖｌ−ＶＨ＋ＶｌＯ Ｖ　２　＝　Ｖ　Ｌ　−１−’Ｖ　２０（Ｒｉ＋Ｒｆ）
Ｖ３（Ｉ １ で表せる。上式のＶ３がコンデンＩＪ−Ｃ１にＶｃｌと
して保持される。

一方アナログスイソチＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２；３がオン
のｌｌｈの各出力電圧は、 Ｖ１＝ＶＬ−ト　ＶＩＯ ｖ２＝ｖｉ（＋Ｖ２０ （Ｒｉ＋Ｒｆ）Ｖ２Ｏ ｉ で表せる。この場合のＶ３がコンデンサＣ２に■Ｃ２と
して保持される。

演算増幅器６は、上記Ｖｃｌ、Ｖｃ２を差動的に増幅す
るので、その出力電圧■０は Ｒｉ　−Ｒ この式より明らかなように、出力電圧■０には、オフセ
ット電圧ＶＩＯ１Ｖ２（ＩＪＶ：３０がキャンセルされ
て表れず〜出力電圧の変化はＶ）Ｉ−ＶＬの変化、すな
わちり１．；イートストンブリソ２の出力電圧！、ｍｋ
Ｌ例する・　： （へ）効果　１： この発明の直流電圧増幅回路によれば、オフセット電圧
、オフセ・シト電流をキャンセルできるので、入力回路
の入力インピーダンスが大であることが要求される微少
電圧を増幅すること力１でき、しかもそのために孟ヨソ
ピング形の演算増幅器を使用する必要がなシ）から、低
消費電力の直流電圧増幅回路とすること：ができる。さ
らに入力電圧のコモンモードノイ５（ＤＣ入力電圧のレ
ベル変動）に対して強い回路を□得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１実施例を示す直流電圧増幅回路の
接続図、第２図は同直流電圧増幅回路のパルス信号発生
器より発生されるパルス信月を示す図である。 ２・３：ポルテー、ジホロヮ演算増幅器、Ｓｌ、１・Ｓ
１２・Ｓ、ｌ　３・Ｓ’２１・Ｓ２２・Ｓ２３：アナロ
グスイソチ、 ４：パルス信号発生器、　５・６：演算増幅器、Ｃ１・
Ｃ２：電圧保持用のコンデンサ 特許出願人　株式会社島津製作所 代理人　弁理士　中　村　茂　信

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）微小直流電圧のハイ及びロー信号が入力され、イ
   ンピーダンス変換を行う一対のポルチーシボロワ演算増
   １１１ｍ器と、前記ハイ及びロー信号を切替えて、前記
   一対のポルチーシボロワ演算増幅器に入力する第１の切
   替手段と、この第１の切替手段の切替動作を制御する切
   替制御回路と、前記一対のポルチーシボロワ演算増幅器
   の出力を入力に受げて増幅する第２の演算増幅器と、こ
   の第２の演算用１１ｊΔ；（ｇの出力により、充電され
   、その電圧を保楯する第１及び第２のコンデンサと、前
   記切替制御回路により切替制御１［され、前記第２の演
   算用１１・１１１器の出力を、前記第１の切替手段の切
   替動作に同期して、前記第１及び第２のコンデンサに切
   替接（イｔする第２の切替手段と、前記第１及び第２の
   コンデンサに保持される電圧を差動的にｆｊｇ幅する第
   ３の／ｉｔｉ算増４・１ａ器とからなる直流電圧増幅回
   路。