JPH0278307A - 動作電位定常化回路 - 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、微弱信号用の増幅回路に用いられる動作電位
定常化回路に関するものであり、例えば光電式煙感知器
における受光信号検出回路に用いられるものである。

［従来の技術］ 第１３図は光電式煙感知器の従来例を示すブロック図で
ある９発光ダイオード１は発振回路１ｏにより間欠的に
光信号を発光する０発光ダイオード１からの光の放射方
向と、受光素子２による光の受光方向とは異なり、煙感
知器内に煙が存在しないときには、受光素子２は光を受
光しない。一方、煙感知器内に煙が存在するときには、
発光ダイオード１からの光は煙によって散乱されるので
、受光素子２は煙による散乱光を受光する。この散乱光
は極めて微弱なものであるので、受光アンプ２０にて増
幅した後、コンパレータ２１にて所定の基準レベルと比
較する。コンパレータ２１の出力は信号処理回路２２に
て信号処理され、信頼性のある検出信号が得られたとき
には、発報回路２３にて煙怒知信号を発報する。コンパ
レータ２１は煙濃度が所定濃度以上であるか否かを判定
しており、信号処理回路２２は電磁ノイズなどによる誤
動作を防ぐための信号処理を行っている。以下、受光ア
ンプ２０の種々の構成例について説明する。

願股健り 第７図は従来の受光アンプ２０の具体回路例を示してい
る。第１の演算増幅器Ａ１は帰還インピーダンスとして
コンデンサＣ「１と抵抗Ｒｆ、を接続され、受光素子２
からの光電流を電圧信号に変換する。コンデンサＣｆ、
は高域カット用の帰還容量であり、抵抗Ｒｆ、は電流−
電圧変換係数設定用の高抵抗よりなる帰還抵抗である。

第１の演算増幅器Ａ、の出力には、直流阻止用のコンデ
ンサＣ８２と入力抵抗Ｒ５２を介して第２の演算増幅器
Ａ２の入力が接続されている。第１の演算増幅器ＡＩの
出力電圧には、演算増幅器ＡＩのオフセットや受光素子
２の暗電流の成分が含まれ、これらは周囲温度によって
大きく変動する。そこで、コンデンサＣｓ２によって直
流成分を除去し、発光ダイオード１の発光時に生じた散
乱光による変動成分のみを第２の演算増幅器Ａ２に供給
している。第２の演算増幅器Ａ２は入力抵抗Ｒｓｚと帰
還抵抗Ｒｆ２とを有し、その増幅率は（Ｒｂ／　Ｒ４３
２）となる、。

演算増幅器Ａ、、Ａ２の動作は間欠駆動信号φ、により
制御される０間欠駆動化号φ１が°ｌ　Ｌ　ｏ、ＴＩレ
ベルのときには、演算増幅器Ａ、、Ａ２は動作せず、そ
の出力はＯボルトとなるように設計しである。

そして、間欠駆動信号φ１がＨｉｇｈ”レベルになると
、演算増幅器Ａ　＋　、　Ａ　２が動作し、演算増幅器
Ａ１゜Ａ２の非反転入力端子には電位ＶＢが印加される
が、このとき、演算増幅器Ａ、の反転入力端子の電圧は
Ｏボルトであるため、第８図に示すように、演算増幅器
Ａ、の出力はほとんど電源電位ＶＤＤ付近まで上昇し、
飽和する。その後、演算増幅器Ａ。

の出力は時定数τ−Ｃｆ１・Ｒｆ、で電位ＶＢに収束す
る。一方、演算増幅器Ａ２の反転入力は演算増幅器Ａ１
の出力に応じて電位Ｖ８に収束し、非反転入力端子には
電位■８が印加されるので、駆動後、最初は０ボルトの
ままであり、演算増幅器Ａ１の出力に応じて電位■。が
電位ＶＢよりも低い電位になると、電位ＶＢよりも高い
電位（（Ｒｆ　２／　Ｒ９２）　Ｘ（ＶＢ−Ｖｃ）＋Ｖ
ｅ）になり、その後、時定数Ｃｓ、−Ｒｓ２で電位７日
に収束する。これは電位■ｃが時定数τ＝Ｃ５２・Ｒ８
２で電位７日に収束するためである。ところが、バイパ
スフィルタ、特に直流阻止回路の場合、時定数τ＝Ｃ５
２・Ｒｓ２は非常に大きく、電位■。はなかなか定常値
に達しない。例えば、Ｃ５ｚ＝０．１ｎＦ、Ｒ５２＝１
０にΩであれば、Ｃｓ２・Ｒ５４＝　１　ｍ５ｅｃとな
り、長時間にわたって受光アンプ２０は正常動作ができ
ない。

良股涯え 第９図は受光アンプ２０の他の回路例を示している。従
来例１との違いは、演算増幅器Ａ、の出力と演算増幅器
Ａ２の入力間のコンデンサＣ８２と抵抗Ｒｓ２との接続
が逆になっていることである。

この回路を間欠駆動した場合、演算増幅器Ａ、の出力は
従来例１と同様に変化し、電位Ｖ。は演算増幅器Ａ１の
出力よりも少し高い電位から時定数τ＝ｃｒ、・Ｒｆ、
で電位■８に収束する。したがって、従来例１と同様に
、演算増幅器Ａ２の出力■０は、駆動開始後、最初は０
ボルトのままであり、演算増幅器Ａ１の出力が電位ＶＢ
にほぼ収束した時点で電位ＶＢよりも高い電位（（Ｒｆ
２／　Ｒ３２）Ｘ　（ＶＣＶｅ）＋Ｖｓ）となり、その
後、時定数τ＝＝Ｃｓ２・Ｒｓ２で電位■８に収束する
（第１０図参照）。そして、電位■ｃが定常値に収束す
るまで受光アンプ２０は正常に動作できない。

差速１」− 第１１図は受光アンプ２０の更に他の回路例を示してい
る。この回路では、演算増幅器Ａ、の出力と演算増幅器
Ａ２（非反転増幅器として使用）の入力との間に、コン
デンサＣ５と抵抗Ｒ，を含むＣＲ１ｉｆｔ分回路よりな
るバイパスフィルタを設けたものである。直流阻止用コ
ンデンサＣ３の出力電位■ｃの定常値は基準電位ＶＢで
あり、定常値への収束は時定数Ｃ７・Ｒ１に応じてなさ
れる。この回路においても演算増幅器Ａ　１．　Ａ　２
の動作開始後、演算増幅器Ａ、の出力は電源電圧ＶＤＤ
近くまで上昇し、電位Ｖ。は演算増幅器Ａ１の出力が電
位ＶＢに収束するまで時定数τ−Ｃｆ、　−［、で演算
増幅器Ａ、の出力に応して変化し、その後、電位ＶＢに
向かって時定数τ−Ｃ，−Ｒ１で収束する。したがって
、演算増幅器Ａ２の出力は、駆動開始後、最初はＨｉｇ
ｈ”レベル（電源電圧近く）になり、演算増幅器Ａ１の
出力が電位ＶＢに収束すると、電位ＶＢよりも低い電位
ｆＶｓ　　（Ｒｆｚ／Ｒｓｚ＋１）（Ｖｃ　　Ｖａ；に
なり、その後、時定数Ｃ１・Ｒ１で電位Ｖ８に収束する
（第１２図参照）、受光アンプ２０は電位■。

が定常値に達するまで正常に動作できない。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のように、微弱信号増幅回路においては、信号増幅
のために複数の増幅器が必要となり、また、増幅器の結
合部分にバイパスフィルタ（又は直流阻止回路）が付加
される。一方、このような増幅回路を低消費電流化する
ためには、間欠駆動を行うことが不可欠であるが、上述
のような付加回路は比較的大きな時定数を有しているの
で、動作電位を定常化させるのに長い時間が必要であり
駆動時間を短くできないという問題があった９本発明は
このような点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、短時間で動作電位を定常化させて、駆動
時間を短くすることを可能とし、消費電流を低減できる
ようにし、た動作電位定常化回路を提供することにある
。

［課題を解決するための手段］ 本発明にあっては、上記の課題を解決するために、第１
図乃至第６図に示すように、第１の増幅器Ａ、の出力と
第２の増幅器Ａ２の入力の間に、直流阻止用の大容量コ
ンデンサ（Ｃ８２又はＣ＋）を備える増幅回路において
、第１及び第２の増幅器Ａ、。

Ａ２の増幅動作開始後に短時間オンされて、前記コンデ
ンサの両端電位を定常値に収束させるアナログスイッチ
Ｑを設けたものである。

［作用］ 本発明にあっては、このように、増幅器Ａ　、　、Ａ２
の動作開始後に短時間オンされるアナログスイッチＱを
用いて、増幅器Ａ　＋　、　Ａ　２に付加して用いられ
る時定数要素を定常状態に収束させるようにしたから、
短時間で動作電位を定常化させることができ、アナログ
スイッチＱのオフ後においては、直ちに定常時の動作を
行うことが可能である。

［実施例コ 第１図は本発明の第１実施例である０本実施例にあって
は、第７図の従来例において、抵抗Ｒｓ２と並列にアナ
ログスイッチＱを設け、演算増幅器Ａ　＋　、　Ａ　２
を駆動した後、アナログスイッチＱを短時間オンさせる
ようにしたものである。アナログスイッチＱをオンさせ
ることにより、コンデンサＣｓｚの出力側の電位ｖｃは
時定数τ＝Ｃ８２・ＲｏＮ（Ｒｏｓはアナログスイッチ
Ｑのオン抵抗）で電位ＶＢに収束し、演算増幅器Ａ２の
出力も同じ時定数τで電位ＶＢに収束する（第２図参照
）０例えば、Ｃ５２＝０．１μＦ、ＲＯＭ＝１００Ωと
すれば、τ＝０゜１μ５Ｘ１００＝１０μｓとなり、非
常に短い時間で電位Ｖ日に収束する。電位Ｖ。が安定し
た後に、アナログスイッチＱをオフすれば、演算増幅器
Ａ　＋　。

Ａ２は定常時の動作状態となり、入力信号を正常に増幅
できる。このように、短時間で動作電位が安定するため
、演算増幅器Ａ　＋　、　Ａ　２の駆動時間を短くする
ことができ、消費電流を小さくすることができる。アナ
ログスイッチＱとしては、図示実施例のＮＭＯ３）ラン
ジスタの代わりに、ＰＭＯＳトランジスタ或いはＣＭＯ
３）ランジスタを用いても良い。

［実施例２］ 第３図は本発明の第２実施例である０本実施例は第９図
の従来例において、抵抗Ｒｓ２と並列にアナログスイッ
チＱを設け、演算増幅器Ａ　＋　、　Ａ　２を駆動した
後に、アナログスイッチＱを短時間オンさせるようにし
たものである。アナログスイッチＱをオンさせることに
より電位ｖｃは時定数τ＝Ｃ３２・ＲＯＮで電位■８に
収束するため、非常に短い時間で定常状慧に達する（第
４図参照）。電位ＶＣが定常電位になった後、アナログ
スイッチＱをオフすれば、演算増幅器Ａ　＋　、　Ａ　
２は定常時の動作状態となり、入力信号を正常に増幅で
きる。このように、短時間で動作電位が安定するため、
駆動時間も短く、消費電流を小さくすることができる。

［実施例３］ 第５図は本発明の第３実施例である。本実施例にあって
は、第１１図の従来例において、ＣＲ微分回路からなる
バイパスフィルタを構成する抵抗Ｒ，と並列にアナログ
スイッチＱを設け、演算増幅器Ａ、、Ａ２を駆動した後
、アナログスイッチＱを短時間オンさせるようにしたも
のである。アナログスイッチＱをオンさせることにより
、電位■。

は小さい時定数τ−０１・ＲＯＮで電位■８に収束し、
演算増幅器Ａ２の出力も同じ時定数でで電位ＶＢに収束
する（第６図参照）。電位■。が定常電位になった後、
アナログスイッチＱをオフさせれば、演算増幅器Ａ、、
Ａ２は定常時の動作状態となり、入力信号を正常に増幅
できる。このように短時間で動作電位が安定するため駆
動時間が短くて済み、消費電流を小さくすることができ
る。

なお、実施例１〜３においては、２個の演算増幅器Ａ、
、Ａ２を用いる回路例を示したが、増幅器の個数は３個
以上であっても良い０例えば、演算増幅器Ａ、の出力側
に、もう−段の反転又は非反転の増幅器を挿入しても良
い。

また、特に図示しないが、高周波ノイズを除去するＣＲ
積分回路を備える増幅回路において、アナログスイッチ
を積分用の抵抗と並列に接続し、増幅動作開始後にアナ
ログスイッチを短時間オンさせるように構成すれば、積
分用のコンデンサの両端電位を速やかに定常値に収束さ
せることができる。さらにまた、第１図に示す演算増幅
器Ａ１のように、帰還容量Ｃｆ１と帰還抵抗Ｒｆ、を備
え、微弱電流信号を電圧信号に変換する増幅回路におい
て、アナログスイッチを帰還抵抗Ｒｆ、と並列に接続し
て、増幅動作の開始後にアナログスイッチを短時間オン
させるように構成すれば、動作電位を速やかに定常値に
収束させることができる。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、増幅器の動作開始後に短時間オ
ンされるアナログスイッチを用いて、増幅器に付加して
用いられる時定数要素を定常状態に収束させるようにし
たから、短時間で動作電位を定常化させることができ、
回路の駆動時間を短くすることができ、平均の消費電流
を小さくできるという効果がある。

なお、本発明の回路を集頂回路化する場合には、個別部
品で構成される回路とは異なり、アナログスイッチやそ
の駆動用のタイミング回路を付加しても実質的なコスト
アップにはならない、また、回路の駆動時間を短くでき
るため、回路を動作させるために電荷を蓄えている電解
コンデンサの容量が小さくても、駆動時における電解コ
ンデンサの電圧降下が小さくて済み、したがって、電源
回路に用いる電解コンデンサの容量を小さくできるもの
であり、この点ではむしろコストダウンにつながるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の回路図、第２図は同上の
動作波形図、第３図は本発明の第２実施例の回路図、第
４図は同上の動作波形図、第５図は本発明の第３実施例
の回路図、第６図は同上の動作波形図、第７図は従来例
の回路図、第８図は同上の動作波形図、第９図は他の従
来例の回路図、第１０図は同上の動作波形図、第１１図
はさらに他の従来例の回路図、第１２図は同上の動作波
形図、第１３図は従来の光電式煙感知器のブロック図で
ある。 Ａ、、Ａ２は演算増幅器、Ｑはアナログスイッチ、Ｃｓ
２はコンデンサである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の増幅器の出力と第２の増幅器の入力の間に
   、直流阻止用の大容量コンデンサを備える増幅回路にお
   いて、第１及び第２の増幅器の増幅動作開始後に短時間
   オンされて、前記コンデンサの両端電位を定常値に収束
   させるアナログスイッチを前記コンデンサと第２の増幅
   器の入力の間の抵抗と並列に接続して成ることを特徴と
   する動作電位定常化回路。
2. （２）第１の増幅器の出力と第２の増幅器の入力の間に
   、直流阻止用の大容量コンデンサを備える増幅回路にお
   いて、第１及び第２の増幅器の増幅動作開始後に短時間
   オンされて、前記コンデンサの両端電位を定常値に収束
   させるアナログスイッチを前記コンデンサと第１の増幅
   器の出力の間の抵抗と並列に接続して成ることを特徴と
   する動作電位定常化回路。
3. （３）第１の増幅器の出力と第２の増幅器の入力の間に
   、直流阻止用の大容量コンデンサを備える増幅回路にお
   いて、第１及び第２の増幅器の増幅動作開始後に短時間
   オンされて、前記コンデンサの両端電位を定常値に収束
   させるアナログスイッチを前記コンデンサの出力と基準
   電圧源の間に接続して成ることを特徴とする動作電位定
   常化回路。