KR20140034949A

KR20140034949A - 적분치 측정회로

Info

Publication number: KR20140034949A
Application number: KR20120074115A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 나카이에; 조지 가야노
Original assignee: 한와덴시고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-03-21
Also published as: US8829972B2; JP3170470U; KR101610993B1; US20130009628A1

Abstract

리셋 스위치가 가지고 있는 누설 저항 및 부유 캐패시턴스의 영향이 생기지 않는 적분치 측정회로의 구성을 제공하는 것을 과제로 하고 있고, 오피 앰프(1)의 입력측과 출력측을 걸친 상태에서 콘덴서를 접속한 적분치 측정회로에 있어서, 오피 앰프(1)의 출력측에 대해 소정의 저항소자를 개재한 출력단자의 전위를 영으로 설정하고, 오피 앰프(1) 내부에 있어서의 증폭 전압 회로에 있어서의 양극 전원 및 음극 전원을 구성하는 양극 직류전압 발생회로 및 음극 직류전압 발생회로를 설치하고, 또한 각 스위치를 사이에 두고 오피 앰프(1)의 양극 전원단자 및 음극 전원단자와 접속하는 동시에, 오피 앰프(1)의 상기 출력단자와 접속하고, 상기 양극 전원단자와의 접속라인 및 상기 음극 전원단자와의 접속라인을, 2개의 저항소자가 서로 접촉하고 있지 않은 상태에서 교차한 상태에서 접속하는 것에 의해서, 상기 과제를 달성할 수 있는 적분치 측정회로.

Description

적분치 측정회로{CIRCUIT FOR MEASURING INTEGRAL VALUE}

본 발명은, 오피 앰프 및 콘덴서를 사용한 적분치 측정회로를 기술 분야로 하고 있다.

콘덴서 및 오피 앰프를 구성 소자로 하는 적분치 측정회로는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 콘덴서가 오피 앰프(operational amplifier)의 입력측과 출력측을 걸친 상태에서 접속되어 있다.

도 3의 회로에 도시하는 바와 같이, 오피 앰프에 대한 입력 전압을 V_i로 하고, 오피 앰프의 음극 입력단자의 전압을 V_i'로 하고, 출력전압을 V_o로 하고, 입력측의 저항치 및 콘덴서의 용량치를 각각 R, C로 하고, 오피 앰프에 있어서의 입력 전류치를 i로 하고, 미분 연산자를 p로 한 경우에는,

i=Cp(V_i'-V_o)

가 성립된다.

다른 한편, (V_i'-V_i)=iR이 성립되기 때문에,

i=Cp(R_i＋V_i-V₀)=Cp(V_i-V₀)≒-CpV₀

가 성립된다.

따라서, 비특허문헌 1에 기재된 바와 같이,

V_i/R≒-CpV_o

가 성립되고, 나아가서는

(1) 스캔

가 성립된다.

즉, 오피 앰프의 출력측의 전압 V_o는, 입력 전압 V_i의 적분치와 비례하고 있어, 입력 전압 V_i의 적분치를 측정하는 것이 가능해진다.

종래 기술에 있어서의 적분치 측정회로의 경우에는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 콘덴서의 양극(兩極)측에 스위치가 병렬상태로 설치되어 있어, 별도 스위치 SW를 ON으로부터 OFF로 하는 것에 의해서, 콘덴서에 대한 충전이 행하여져, 상기 (1)식에 의한 적분 상태를 형성하고 있다.

그러나, 별도 스위치 SW가 ON으로부터 OFF의 상태에 이르렀을 때에, 누설 저항소자 및 부유(浮遊) 캐패시턴스를 형성하는 것에 의해서 스스로 노이즈 전류를 도통(導通)하기 때문에, 상기 (1) 식이 다른 것이 섞이지 않은 적분식을 얻을 수 없다는 폐해를 피할 수 없다.

상기 폐해에 대해 수식에 입각해서 설명하기 위해, 콘덴서에 있어서의 누설 저항치 r을 부유 캐패시턴스치를 c'로 한 경우에는, 상기 누설 저항과 부유 캐패시턴스는 직류 상태에 있기 때문에(이 점은 스위치가 ON으로부터 OFF로 변화한 경우의 노이즈 전류가 지수함수적으로 감소하는 것으로부터도 분명하다.), 오피 앰프에 대한 입력 전압 V_i와 출력전압 V_o와의 사이에는,

V_i/R≒-{Cp+1/(r+1/c'p)}V_o=-{Cp+c'p/(1+c'rp)}Vo

가 성립되고, 나아가서는,

V_o≒-(1＋c'rp) V_i/R·(Cp＋c'p＋c'rp²)

라고 하는 복잡한 미분 및 적분을 수반하는 수식이 성립되는 것에 의해서도 증명할 수 있다.

겐조우 타카시(見越尙志)외 1명 저 『실용전자회로 설계 가이드』 종합 전자출판사 소화 59년 4월 25일 제3판 발행

본 발명은, 스위치의 작동에 수반하는 적분치 측정회로에 있어서, 스위치가 가지고 있는 누설 저항 및 부유 캐패시턴스의 영향이 생기지 않는 적분치 측정회로의 구성을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 기본 구성은, 오피 앰프의 입력측과 출력측을 걸친 상태에서 콘덴서를 접속한 적분치 측정회로에 있어서, 오피 앰프의 출력측에 대해 소정의 저항소자를 개재한 출력단자의 전위를 영(零)으로 설정하고, 오피 앰프의 증폭 전압 회로에 있어서의 양극(正極) 전원 및 음극(負極) 전원을 오피 앰프의 외측에서 구성하는 양극 직류전압 발생회로 및 음극 직류전압 발생회로를 각각 설치하고, 또한 각 스위치를 사이에 두고 오피 앰프의 양극 전원단자 및 음극 전원단자에 대해서 접속하는 한편, 오피 앰프의 상기 출력단자와 접속하고, 상기 양극 전원단자와 상기 양극 직류전압 발생회로측에 있어서의 스위치와의 접속라인 및 상기 음극 전원단자와 상기 음극 직류전압 발생회로측에 있어서의 스위치와의 접속라인을, 상기 각 스위치의 누설 저항치에 비해, 그 수치를 무시할 수 있는 정도의 저항치를 가지고 있는 2개의 저항소자가 서로 접촉하고 있지 않은 상태에서 접속하고 있는 적분치 측정회로로 이루어진다.

상기 기본 구성에 의해서, 본 발명에 있어서는, 스위치를 OFF로부터 ON으로 하는 것에 의해서, 오피 앰프의 출력전압 V_o에 의해서 입력 전압 V_i의 적분치를 정확하게 반영한 적분치 측정회로를 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태를 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 나타내는 회로도이다.
도 3은 종래 기술에 의한 적분치 측정회로를 나타내는 회로도이다.

도 1은, 상기 기본 구성에 있어서의 전형적인 실시형태를 나타내고 있고, 오피 앰프(1)의 출력측에 접속하고 있는 저항소자에 의한 출력단자가 어스와 접속되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

한편, 상기 저항소자에 의한 출력단자의 전위를 영으로 하는 구성으로서는, 도 1과 같은 어스와의 접속 이외에는, 예를 들면 4개의 저항소자를 사용한 브리지 회로에 있어서, 평형 상태를 설정하고(저항소자 R_a와 R_b 및 저항소자 R_c와 R_d를 각각 접속하여, R_a·R_d=R_b·R_c의 상태를 설정하고), 전원과 접속하지 않은 쪽의 2개의 저항소자의 접속부분(R_a와 R_b의 접속부분 및 R_c와 R_d와의 접속부분)의 접속라인에 있어서의 전위를, 입력 전원 전압을 영으로 하는 것에 의해서, 항상 영의 상태로 하는 구성도 채용 가능하다.

도 1로부터도 분명하듯이, 본 발명의 적분치 측정회로에는 스위치는 콘덴서와 병렬로 설치되어 있지 않고, 오피 앰프(1)의 양극 전원단자와 양극 직류전압 발생회로와의 사이 및 오피 앰프(1)의 음극 전원단자와 음극 직류전압 발생회로와의 사이에 설치되어 있다.

그리고, 각 스위치를 OFF로부터 ON의 상태로 한 경우에, 양극의 직류전압 발생회로로부터 양극 전원단자에 대한 전압의 인가(印加) 및 음극 직류전압 발생회로로부터 음극 전원단자에 대한 전압의 인가가 행하여지는 것에 의해서, 오피 앰프(1)의 증폭 기능이 발휘되어, 나아가서는 오피 앰프(1)의 입력측과 출력측을 걸친 상태에서 설치되어 있는 콘덴서에 충전이 행하여진다.

한편, 도 1에 있어서는, 직류전압 발생회로로서 전지를 나타내고 있지만, 상기 회로는 결코 전지에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 교류를 직류로 변환한 것에 의한 정전압 발생 회로도 당연히 채용 가능하다.

각 스위치가 OFF로부터 ON으로 변화한 경우에 있어서의 누설 저항 및 부유 캐패시턴스에 의한 영향이 생기지 않는 것을, 이하와 같이 분명히 한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 오피 앰프(1)에 있어서의 양극 전원단자와의 접속라인과 음극 전원단자와의 접속라인을 서로 접촉하지 않고 각각 접속하고 있는 저항소자의 저항치를 각각 R₁, R₂로 하고, 음극 직류전압 발생회로에 접속하는 스위치 SW₁ 및 양극 직류전압 발생회로에 접속하는 스위치 SW₂에 있어서, 스위치 SW₁ 및 스위치 SW₂를 ON으로 한 경우의 저항치를 각각 r₁, r₂로 하고, 각 직류전압 발생회로에 있어서의 발생 전압을 E로 한 경우에 있어서,

저항 R₁→2개소의 직류전압 발생회로→스위치 SW₂로 일순(一循)하는 폐(閉)회로에 있어서의 도통 전류를 i'로 한 경우에는,

2E=i'(R₁＋r₂)

가 성립된다.

한편, 스위치 SW₁ 및 스위치 SW₂를 OFF로부터 ON으로 변화한 단계에 있어서의 오피 앰프(1)의 내부 저항은 극히 크기 때문에, 2개소의 직류전압 발생회로를 도통하는 전류도 또한 상기 i'로 간주할 수 있다.

나아가서는, 상기와 같은 OFF로부터 ON으로 변화한 단계에서는, 스위치 SW₁ 및 스위치 SW₂에서는 대부분 부유 캐패시턴스가 생기지 않기 때문에, 도 3과 같이 스위치를 ON으로부터 OFF로 한 경우에 있어서 발생하는 부유 캐패시턴스를 무시할 수 있다.

이러한 경우, 오피 앰프(1)의 양극 전원단자의 전위, 즉 저항 R₁과 상기 양극 전원단자와 스위치 SW₂를 접속하는 라인에 있어서의 전위 V'에 대해서는,

V'=E-i'r₂=E(R₁-r₂)/(R₁＋r₂) …(2)

로 산정(算定)할 수 있다.

상기 (2)식에 있어서, 스위치 SW₂를 ON으로 한 경우의 저항치 r₂는, 저항소자 R₁을 무시할 수 있는 정도로 작은 값이기 때문에,

V'≒E

를 도출할 수 있다.

한편, 스위치 SW₁ 및 스위치 SW₂를 ON으로 한 단계에서는, 도 3에 있어서 오피 앰프(1)의 음극 입력단자와 양극 전원단자와의 사이에 걸쳐져 있는 콘덴서(C)에는 전하가 축적되어 있지 않기 때문에, 상기 음극 입력단자의 전위와 상기 양극 전원단자의 전위 V'는 개략 동일하다고 하는 상황에 있는 것을 도출할 수 있다.

이와 같이, 오피 앰프(1)에 있어서의 증폭 전원 전압은, 스위치 SW₁ 및 SW₂를 각각 ON으로 한 경우의 저항 r₁, r₂의 영향을 받지 않고 , 스위치 SW₁, SW₂가 OFF로부터 ON으로 전환하는 것에 의해서, 오피 앰프(1)의 증폭 작용에 수반하는 콘덴서의 충전에 기초하여, 상기 (1)식의 적분식에 기초하여 입력 전류 V_i의 적분치를 측정하는 것이 가능해진다.

스위치 SW₁, SW₂를 ON의 상태로부터 OFF의 상태로 한 경우에는, 저항소자 R₁과 R₂에 의해 오피 앰프(1)의 양극 전원단자 및 음극 전원단자에는 통상과는 반대의 전압이 공급되기 때문에 내부 회로에서 쇼트 상태가 되는 부분이 많고, 음극 전원단자로부터 양극 전원단자로 향하는 통상 동작 상태와는 반대의 전류가 발생하기 때문에 콘덴서에 대한 입력 전압은 영으로 간주할 수 있어, 콘덴서(C)로부터의 방전 전류는, 오피 앰프(1) 내부를 도통하는 것에 의해서 리셋 상태, 즉 충전한 전하를 방전하는 상태를 실현할 수 있다.

실시예

실시예에 있어서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 직류전압 발생회로의 양극측과 음극 직류전압 발생회로의 음극측을, 미끄럼 이동 소자에 의해서 양측의 저항치를 증감할 수 있는 보정용 저항소자(R₄)를 사이에 두고 접속하고, 또한 오피 앰프 (1)의 출력측에 접속하고 있는 저항소자(R₃)가 상기 미끄럼 이동 소자에 접속되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

도 1에 도시하는 실시형태와 같이 오피 앰프(1)의 출력단자를 소정의 저항소자(R₃)를 사이에 두고 어스를 접속한 경우에 있어서, 상기 각 직류전압 발생회로에 의한 발생 전압을 동등하게 설정했다고 해도, 스위치 SW₁, SW₂가 OFF 상태일 때 양극측의 회로와 음극측의 회로와의 부유 캐패시턴스, 누설 저항 등에 의한 미묘한 차이를 원인으로 하여 오피 앰프(1)의 입력 전압 V_i를 영으로 설정할 수 없는 경우가 있다.

그런데, 실시예의 경우에는 오피 앰프(1)의 출력측의 저항소자(R₃)를 보정용 저항소자(R₄)에 대해서 미끄럼 이동하는 것에 의해서, 양극 직류전압 발생회로측과 음극 직류전압 발생회로측의 저항치를 각각 증감시키는 것에 의해서, 저항소자(R₃)에 의한 출력단자의 전위를 정확하게 V_i와 동전위로 설정할 수 있어 콘덴서(C)를 확실히 리셋 상태로 할 수 있다.

산업상 이용 가능성

본 발명은, 적분치 측정회로 소자를 필요로 하는 전체 엘렉트로닉스의 분야에 있어서 이용할 수 있다.

한편, 도면에 있어서의 숫자는, 이하의 구성 부분을 나타낸다.
1 : 오피 앰프
2 : 전압계

Claims

오피 앰프의 입력측과 출력측을 걸친 상태에서 콘덴서를 접속한 적분치 측정회로에 있어서, 오피 앰프의 출력측에 대해 소정의 저항소자를 개재한 출력단자의 전위를 영으로 설정하고, 오피 앰프의 증폭 전압 회로에 있어서의 양극 전원 및 음극 전원을 오피 앰프의 외측에서 구성하는 양극 직류전압 발생회로 및 음극 직류전압 발생회로를 각각 설치하고, 또한 각 스위치를 사이에 두고 오피 앰프의 양극 전원단자 및 음극 전원단자에 대해서 접속하는 한편, 오피 앰프의 상기 출력단자와 접속하고, 상기 양극 전원단자와 상기 양극 직류전압 발생회로측에 있어서의 스위치와의 접속라인 및 상기 음극 전원단자와 상기 음극 직류전압 발생회로측에 있어서의 스위치와의 접속라인을, 상기 각 스위치의 누설 저항치에 비해, 그 수치를 무시할 수 있는 정도의 저항치를 가지고 있는 2개의 저항소자에 의해서 교차한 상태에서 접속하고 있는 적분치 측정회로.
제 1 항에 있어서,
오피 앰프의 출력측에 접속하고 있는 저항소자에 의한 출력단자가 어스와 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 적분치 측정회로.
제 1 항에 있어서,
직류전압 발생회로의 양극측과 음극 직류전압 발생회로의 음극측을, 미끄럼 이동 소자에 의해서 양측의 저항치를 증감할 수 있는 보정용 저항소자를 사이에 두고 접속하고, 또한 오피 앰프의 출력측에 접속하고 있는 저항소자가 상기 미끄럼 이동 소자에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 적분치 측정회로.