JPS6238014A - オ−トレンジ増幅回路 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、入力信号レベルに応じて増幅度を切換え出力
信号を得るオートレンジ増幅回路に関するものである。

従来の技術 近年、光検出器などに用いられる直流増幅回路（以下、
単に増幅回路と呼ぶ）は検出範囲が拡大され、増幅回路
自体のダイナミックレンジを越える範囲にわたって入力
信号を増幅する場合が多くなってきている。このため、
増幅回路の増幅度を切換えながら入力信号を増幅し出力
信号を得る方法が採用されている。

以下に従来のオートレンジ増幅回路について説明する。

第３図は従来の２段増幅度切換形オートレンジ増幅回路
の構成を示すものであり、８は増第３図で増幅度切換形
増幅回路８は演算増幅器（以下ＯＰアンプと呼ぶ）ａａ
と増幅度切換手段８ｂとを用いた反転増幅回路を用いた
例で、フィードバック抵抗Ｒ１，Ｒ２を切換えて増幅度
を変化させる。フィードバック抵抗Ｒ４とＲ２にはそれ
ぞれ並列にコンデンサＣ１と０２を接続し、増幅度の時
定数をもたせ増幅動作の安定化をはかっている。

また、レンジ設定部９は、レンジ切換用の２つのコンパ
レータ９ｃ、　９ｄと基準電源９ａ、　９ｂとインバー
タ９ｑおよびレンジ保持部９ｆ（第３図ではフィリップ
フロップ９ｆ１を用いた例を示す）から構成される。

以上のように構成された従来のオートレンジ増幅回路に
第４図Ｖ工。に示すような信号波形が入力した時の動作
について第４図に示す各部の波形をもとに説明する。な
お第３図でのＯＰアンプ１ａのフィードバック抵抗Ｒ１
とＲ２をＲ，＝１０ＸＲ２と設定する。また、レンジ切
換部９は低信号入力レンジから高信号入力レンジへの切
換用の基準電圧ｖＩ＋と、高信号入力レンジから低信号
入力レンジへの切換用基準電圧ｖＬ　とをもつ。基準電
圧ｖ８・Ｖ、は、レンジ切換時に小さな信号変化に対し
て、頻ばんなレンジ切換を防止するために、ｖＬ′″：
ｏ、ｏ　ｓ　ｘ　ｖＨ程度に設定される場合が多い。

入力信号Ｖ工。が零の時、ＯＰアンプ８乙の出力が零と
なる。この時、レンジ設定部２内のコンパレータ９ｄ（
低増幅度レンジから高増幅度レンズへの切換用）の出力
がインバータ９ｑで反転され、フィリップ７０ツブ９ｆ
１をリセットして出力ｑを“Ｌ″にする。フィリップフ
ロップ９ｆ１の出力ば゛増幅度切換形増幅回路８内の切
換手段８ｂに印加されドライバ８ｂ２を介してスイッチ
８ｂ１を動作させる。この動作によりＯＰアンプ８ａの
フィードバックルーズにはスイッチ８ｂ１の接点を介し
て抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１が接続されこの状態を維持
する。

次に、入力信号Ｖ工。が徐々に増加するとｏｐアンプ８
乙の出力には、ＶＯｕ、　ニーＲ，／　Ｒ工×ｖ工。で
定まる出力が得られる。ここでＶ。ｕｔが第４図に示す
ように低増幅度レンジから高増幅度レンジへの切換電圧
ｖＬに達した時、レンジ設定部９内のコンパレータ９ｄ
の出力を反転してフィリップフロップ９ｆ１のリセット
入力に加えられる。しかし、これはフィリップフロップ
９ｆ１のリセット入力を解除するだけで、第４図ｅに示
すように出力の変化は起きない。さらに、入力信号ｖｉ
ｎが増加し、ＯＰアンプ８ａの出力Ｖ。ｕｔが高増幅度
レンジから低増幅度レンジへの切換電圧ｖＨに達した時
、コンパレータ９ｃの出力が反転して〔波形ａｌ、フィ
リップフロップ９ｆ１のセット入力百に加えられ、フィ
リップフロップ９ｆ１の出力を反転する［波形ｅ〕、、
フィリップフロップ９ｆ１の出力は増幅度切換形増幅回
路８内のドライバ８ｂ２に印加されスイッチ８ｂ１を動
作させｏｐアンプ８ａのフィードバック抵抗Ｒ２とする
。同時にコンデンサＣ２がフィードバックルーズに接続
される。この結果、増幅度切換形増幅回路８の出力が１
／１０となりレンジ設定部に印加される。

発明が解決しようとする問題点 しかし、このような方式では以下のような問題点を有し
ていた。レンジが切換わり、ＯＰアンプ８ａのフィー　
ドパツク抵抗がＲ２となった時、切換えられたレンジに
接続されたコンデンサＣ２は当初空であるため、切換時
にこのコンデンサＣ２への充電動作が行なわれ、コンパ
レータ９ｄが動作して［第４図すに波形を示す〕第４図
Ｖ。ｕｔに示すように一時的な電圧低下をもたらす。こ
の低下はフィリップフロップ９ｆ１の出力を反転して再
び切換手段８ｂに印加され、ＯＰアンプのフィードバッ
ク抵抗をＲ２からＲ１へ切換える［第４図ＶＯｕｔ、　
ａ　、　ｂ　、　ｃ　に波形を示す。］、、ＯＰアンプ
Ｓａのフィードバック抵抗がＲ１になるとＯＰアンプ８
ａの出力は１０倍となる。抵抗Ｒ４にはコンデンサＣ４
が並列接続されており、コンデンサＣ１には高増幅度レ
ンジの動作においてすでに電荷が充電されているため、
ＯＰアンプ８ａの出力は基準電圧ｖＩ（を越え、レンジ
設定部９が動作して再びＯＰアンプ８ａ−のフィードバ
ック抵抗をＲ２に設定する〔第４図Ｖ。ｕｔａ　、　ｂ
　＋　８に波形を示す。〕。このような動作を繰り返し
て、低増幅度しンジのコンデンサＣ２の端子電圧が基準
電圧ｖＬ以上になるまで増幅度の切換えが頻繁行なわれ
る。

このように増幅度切換形増幅回路８の出力Ｖ。ｕｔは第
４図に示すように、１で示す期間内を変動し、入力信号
と異なった波形になる。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の手段は、時定数を定める
複数のコンデンサに並列接続され、増幅度切換え＋’＋
ｒｊ後の増幅器の出力電圧間の電圧でコンデンサを充電
する電源と、レンジ設定部からの信号で動作しコンデン
サの接続を切換えるコンデンサ接続切換部とを設けたも
のである。

作用 この手段による作用は次のとおりである。

時定数を定めるコンデンサを、あらかじめ増幅度切換え
前後の増幅器の出力電圧間の電圧で充電しておくことに
より、レンジ切換時に生じる一時的な増幅器の出力電圧
の低下を防止し、レンジ切換時の誤動作を解消する。

実施例 以下に、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は、増幅度を１倍、１０倍の２段階に切換える実
施例である。第１図において、１は増幅度切換部、２は
レンジ設定部、３は増幅器、４はコンデンサ接続切換部
５は時定数を定めるコンデンサ、６はコンデンサ充電用
の電源である。

増幅度切換部１は、スイッチ１ｄ切換用のドライバ１ａ
とフィードバック抵抗１ｂ・１Ｃと、フィードバンク抵
抗１ｂ・１Ｃ切換用のスイッチ１ｄから構成される。

レンジ設定部２は、レンジ切換用基準電源２ａ。

２ｂと、コンパレータ２Ｃ・２ｄと、レンジ保持部２ｆ
（′二の実施例の場合フリップフロップを使用）とイン
バータ２ｑから構成される。

本実施例ではフィードバック抵抗１ｂ、１ｃの抵抗値は
Ｒ，：１０ＸＲ２と設定し、レンジ切換用基準電圧２ａ
、２ｂのうち２ａは高信号入力レンジから低信号入力レ
ンジへの切換用電圧ｖＬをもち、２ｂは低信号入力レン
ジから高信号入力レンジへの切換用電圧ｖｌｌをもつ。

また、ｖ）１．！：ｖＬはｖＨ〉１０ｖＬなる関係をも
つように設定する。さらに、コンデンサ充電用の電源６
の電圧値ＶはＶ、≧Ｖ≧ｖＬなる関係をもつように設定
する。

コンデンサ接続切換部４は、コンデンサ接続切換用のド
ライバ４ａとスイッチ４ｂ・４Ｃとから構成される。

以上のように構成されたこの実施例のオートレンジ増幅
回路について以下その動作を説明する。

入力信号Ｖ工。が零の時、増幅器３の出力が零となる。

この時、レンジ設定部２内のコンパレータ２ｄ（低増幅
度レンジから高増幅度レンジへの切換用）の出力が・イ
ンバータ２ｑで反転され、フィリップフロップ２ｒをリ
セットして出力Ｑを“Ｌ”にする。フ、イリソブフロソ
プ２ｆの出力は増幅度切換部１内のドライバ１ａと、コ
ンデンサ接続切換部４内のドライバ４ａに印加され、フ
ィードバック抵抗切換用のスイッチ１ｄとコンデンサ接
続切換用のスイッチ４ｂ、４０を動作させる。この動作
により増幅器３のフィードバックループには、１ｄと４
ｂ、４Ｃにより抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１が接続され、
コンデンサＣ２は端子の片方は接地され他方はコンデン
サ充電用の電源６（（接続され電圧Ｖで充電する。

次に、入力信号Ｖ工。が徐々に増加すると増幅器３の出
力には、ｖｏｕｔ　＝−Ｒ＋　／　”ｏ　×ｖｉｎ　で
定する出力が得られる。ここで、ｖＯｕｔが低信号入力
レンジから高信号入力レンジへの切換電圧ｖＬに達した
時、レンジ設定部２内のコンパレータ２ｄの出力を反転
して、フィリップ７０ツブ２ｆのリセット入力を解除す
るが、出力Ｑの変化は起きない。

さらに、入力信号Ｖ工。が増加し、増幅器３の出力ｖｏ
ｕｔが高信号入力レンジから低信号入力レンジへの切換
電圧ｖＨに達した時、コンパレータ２Ｃの出力が反転し
て、フィリップフロップ２ｆ’のセント入力百に加えら
れ〕、ｆリップフロップ２ｆの出力Ｑを反転する。フィ
リップフロップ２ｒの出力は、増幅度切換部１内のドラ
イバ１２Ｌとコンデンサ接続切換部４内のドライバ４ａ
に印加され、フィードバンク抵抗切換用のスイッチ１ｄ
とコンデンサ接続切換用のスイッチ４ｂ、４０を動作さ
せる。この動作により増幅器３のフィードバックルーズ
には、スイッチ１　ｄ、４ｂ、４Ｃにより抵抗Ｒ２とコ
ンデンサＣ２が接続され、コンデンサＣ１は、端子の片
方は接地され、他方はコンデンサ充電用の電源６に接続
され電圧Ｖで充電する。この結果、増幅器３の出力が１
／１０となりレンジ設定部２に印加される。このように
レンジが切換わった時、コンデンサＣ２は、切換わる以
前にコンデンサ充電電源了によって電圧Ｖで充電されて
いるため、増幅器３の出力Ｖ。ｕｔは電圧Ｖ　（Ｖｌ、
≧Ｖ≧ｖＬ　に設定）よシ低下するようなことは生じな
い。即ち、レンジ切換時の一時的な出力電圧Ｖ。ｕｔの
低下がなく、チャタリングを生じることなしに、入力信
号に忠実なレンジ切換え動作を行なう。

第２図は、コンデンサ充電用の電源を外部に設けずに、
レンジ設定部２内のレンジ切換用の基準電源２ａを、コ
ンデンサ充電用の電源とする本発明における別の実施例
である。前記実施例と同様の動作をし、同等の効果が得
られる。

゛また、コンデンサ充電用の電源と［２て、レンジ切換
用の基準電源２ｂとしても同様の効果が得られる。

基準電源２ａ（電圧ｖＬ）をコンデンサ充電用の電源と
すると低増幅度レンジに切換る時に、応答性が良く、一
方、基準電源２ｂ（電圧ｖ１１）をコンデンサ充電用の
電源とすると、高増幅度レンジに切換る時に応答性が良
い。

発明の効果 本発明のオートレンジ増幅回路は増幅器と、複数の抵抗
で増幅度を切換え前記増幅器の入出力間に接続した増幅
度切換部と、この増幅度切換部に並列接続し時定数を定
める複数のコンデンサと、コンデンサに並列接続され、
増幅度切換前後の増幅器の出力電圧間の電圧でコンデン
サを充電する電源と、レンジ設定部からの信号で動作し
コンデンサの接続を切換えるスイッチと、前記増幅器に
接続され入力信号レベルに応じた増幅度を設定し、増幅
度切換えおよびコンデンサ切換えの信号を出薫レンジ設
定部とを設けることにより、増幅度切換時のレンジ設定
誤動作を防止し、入力信号レベルに応じた増幅度を自動
的に設定できその実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるオートレンジ増幅回路
の構成図、第２図は本発明の別の実施例の構成図、第３
図は従来のオートレンジ増幅回路における構成図、第４
図は第３図の従来例における各部の波形を示すものであ
る。 １・・・・・・増幅度切換部、２・・・・・・レンジ設
定部、３・・・・・・増幅器、４・・・・・・コンデン
サ接続切換部、６・・・・・・コンデンサ、６・・・・
・・電源、２Ｎ・２ｂ・・・・・・基準を源、２ｃ・２
ｄ・・・・・・コンパレータ、２ｆ・・・・・・レンジ
保持部、２ｑ・・・・・インバータ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名法　
　　　　　　　　ゝ 〉 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号を増幅する増幅器と、複数の抵抗で増幅
   度を切換え前記増幅器の入出力間に接続した増幅度切換
   部と、増幅度切換部に並列に接続し時定数を定める複数
   のコンデンサと、コンデンサに並列に接続され、増幅度
   切換え前後の増幅器の出力電圧間の電圧でコンデンサを
   充電する電源と、レンジ設定部からの信号で動作しコン
   デンサの接続を切換えるコンデンサ接続切換部と、前記
   増幅器に接続され入力信号レベルに応じた増幅度を設定
   し、増幅度切換えおよびコンデンサ切換えの信号を出す
   レンジ設定部とを備えたオートレンジ増幅回路。
2. （２）レンジ設定部が、レンジ切換用の２つの基準電源
   と、基準電源と増幅器出力とを比較する２つのコンパレ
   ータと、コンパレータの出力で増幅度レンジを設定保持
   するレンジ保持部とから構成し、前記基準電源を前記コ
   ンデンサへの充電電源とする特許請求の範囲第１項記載
   のオートレンジ増幅回路。