JP2004194239A

JP2004194239A - 電圧電流変換回路

Info

Publication number: JP2004194239A
Application number: JP2002362867A
Authority: JP
Inventors: Hisayasu Goto; 久康後藤
Original assignee: Nippon Precision Circuits Inc
Current assignee: Nippon Precision Circuits Inc
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】入力抵抗に並列に容量素子を接続することにより、電圧電流変換抵抗と寄生容量で構成されるローパスフィルタに起因する高周波域での信号減衰を少なくできる電圧電流回路を提供する。
【解決手段】電圧信号を一端から入力する入力抵抗と、２つの入力端子と出力端子とを有し、一方の入力端子が入力抵抗の他端と接続された演算増幅器と、演算増幅器の一方の入力端子と出力端子との間に接続されたフィードバック抵抗と、演算増幅器の出力端子と一端が接続された基準抵抗（電圧電流変換抵抗）と、基準抵抗の他端出力に応じて演算増幅器の他方の入力端子に供給する動作バイアス電圧を変更する動作バイアス設定部とを含み、基準抵抗の他端出力を電圧電流変換出力とする電圧電流変換回路において、上記入力抵抗に並列に容量素子を接続する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、電圧電流変換回路に関し、特には高周波の入力電圧を電流に変換可能な電圧電流変換回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、交流の入力電圧を電流に変換する回路としては、図４に示すように、カップリングコンデンサ１０１を介して抵抗１０２に交流入力電圧を印加して電流を得る方式が採用されていた。また、このような電圧電流変換回路の動作性能を簡単にテストできるように、回路試験用のＩＣソケット１０３やリレー１０４を抵抗１０２の出力側に設けるものもあった。
【０００３】
また、特許文献１（特開平６−１２０７６３号公報）には、演算増幅器を利用して直流の電圧を直流電流に変換する電圧電流変換回路を有する定インピーダンス電圧制御可変減衰器が記載されている。図５を参照して、この演算増幅器を利用した電圧電流変換回路を簡単に説明する。同図において、１は直流の電圧を受ける入力ポート、２は入力抵抗、３はフィードバック抵抗、４は基準抵抗、５、６は動作バイアス設定用抵抗、７は差動増幅用演算増幅器、８は電圧フォロワとしての演算増幅器である。動作としては、ポート１に入力する直流電圧は演算増幅器７で反転増幅され、基準抵抗４に電圧が印加される。よって、基準抵抗４には電流が流れる。基準抵抗４に流れる電流が増加すると、演算増幅器８には演算増幅器７で出力された電圧値よりも低い電圧がかかる。演算増幅器８は電圧フォロワを構成しているから演算増幅器８の入出力電圧は等しい。よって演算増幅器７の＋側端子の電位が下がる。これにより演算増幅器７の＋／−端子間で電位差が生じ、演算増幅器７の出力電圧が下がろうとし、基準抵抗４に電流が流れないように働く。このとき演算増幅器８には高い電圧がかかり、出力電圧も高くなる。このように基準抵抗４に電流が流れようとすると流れないように作用し、流れないと流れるように作用するため、基準抵抗４にはポート１で受けた直流電圧に対して常に一定の電流が流れる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１２０７６３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示した電圧電流変換回路の場合、ＩＣソケットやリレー等の寄生容量と変換用抵抗とでローパスフィルタが形成されるので、交流電圧が入力する場合、図６に示したように高周波域で出力電流の減衰が著しくなってしまう。
【０００６】
従来は、この減衰の問題を回避するために、図４に示した電圧電流変換回路を採用する場合、抵抗１０２の抵抗値を小さくしてローパスフィルタのカットオフ周波数を高くしていたため、必要な電流を得るためには入力電圧も小さくしなければならず、ノイズに弱くなるという問題があった。
【０００７】
そこで、交流電圧を電流に変換する電圧電流変換回路として、図４の構成に代えて図５に記載の演算増幅器を用いた電圧電流回路を採用することが考えられる。この場合、基準抵抗４にはポート１で受けた交流電圧に対応した交流電流が流れることが期待されるが、図５に記載の回路に上述したような回路試験用のＩＣソケットやリレーを基準抵抗４の出力側に設けたりすると、上記と同様の問題が生じてしまう。つまり、一端から演算増幅器の出力を受けて他端出力が電圧電流出力となる基準抵抗４と回路試験用のＩＣソケットやリレーによりローパスフィルタが形成されてしまい、交流電圧の高周波域で出力電流の減衰が著しくなってしまう。
【０００８】
このような減衰の問題は、入力電圧の振幅が固定されている状況で、入力電圧を小さい電流を変換しなければならない場合など、電圧電流変換に使用する抵抗（図５の場合は基準抵抗４）の抵抗値を大きくしなければならない状況において、特に顕著となる。
【０００９】
本発明の目的は、高周波域での信号減衰を少なくできる電圧電流変換回路を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、電圧信号を一端から入力する入力抵抗と、上記入力抵抗の他端が入力端子に接続された演算増幅器と、上記演算増幅器の出力端子に一端が接続された基準抵抗とを含み、上記基準抵抗の他端出力を電圧電流変換出力とする電圧電流変換回路であって、上記入力抵抗に並列に接続された容量素子を含む電圧電流変換回路である。このような構成によれば、入力抵抗に並列に接続された容量素子がいわゆるカップリングコンデンサのように機能するので、高周波域の入力電圧を大きい電圧で演算増幅器に入力可能となり、基準抵抗の抵抗値を大きくした場合に基準抵抗と寄生容量とで形成されるローパスフィルタにより生じる可能性の高い高周波域の減衰を補償可能となる。
【００１１】
第２の発明は、電圧信号を一端から入力する入力抵抗と、２つの入力端子と出力端子とを有し、一方の上記入力端子が上記入力抵抗の他端と接続された演算増幅器と、上記演算増幅器の上記一方の入力端子と上記出力端子との間に接続されたフィードバック抵抗と、上記演算増幅器の上記出力端子と一端が接続された基準抵抗と、上記基準抵抗の他端出力に応じて上記演算増幅器の他方の上記入力端子に供給する動作バイアス電圧を変更する動作バイアス設定部とを含み、上記基準抵抗の他端出力を電圧電流変換出力とする電圧電流変換回路であって、上記入力抵抗に並列に接続された容量素子を含む電圧電流変換回路である。このような構成によれば、入力抵抗に並列に接続された容量素子がいわゆるカップリングコンデンサのように機能するので、高周波域の入力電圧を大きい電圧で演算増幅器に入力可能となり、基準抵抗の抵抗値を大きくした場合に基準抵抗と寄生容量とで形成されるローパスフィルタにより生じる可能性の高い高周波域の減衰を補償可能となる。
【００１２】
第３の発明は、上記基準抵抗の他端出力を検出するための検出部をさらに含む構成としている。このような構成によれば、基準抵抗と検出部とでローパスフィルタ（積分回路）が形成された場合であっても、入力抵抗に並列に接続された容量素子がカップリングコンデンサのようなハイパスフィルタとして機能するので、基準抵抗の抵抗値を大きくしても高周波域の減衰を抑制可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す一実施例に基づき説明する。図１は、本発明の一実施例の電圧電流変換回路を示した図である。なお、同図において、図４、図５と同一構成のものには同一符号を付してある。
【００１４】
図１において、バイアス電流設定回路９は、入力ポート１から入力され、カップリングコンデンサ１０１を通過した交流電圧のバイアス電圧を設定するもので、電圧源に直列に接続された分圧抵抗９１、９２とバッファ回路９３と備える。
【００１５】
容量素子としての位相補償容量１０は、入力抵抗２と並列に接続され、いわゆるカップリングコンデンサのように交流成分のみを通す。よって、入力抵抗２と位相補償容量１０との並列回路は、入力電圧波形が高周波になる程、後段の演算増幅器７に大きな電圧を印加するようになる。なお、抵抗５、６と電圧フォロワ８とで動作バイアス設定部を構成する。
【００１６】
図２（ａ）〜（ｃ）は、図１に示した電圧電流変換回路の動作特性を説明するための図である。
【００１７】
図２（ａ）は、図１の構成から位相補償容量１０を除いた場合の入力高周波電圧とその利得を示した図である。この図に示すように、高周波域で利得が落ちている、すなわち高周波域での出力が減衰しているのがわかる。この減衰は上述したように基準抵抗４と検出部としてのＩＣソケット１０３やリレー１０４等の寄生容量により構成されるローパスフィルタ（積分回路）に起因するものと思われる。
【００１８】
図２（ｂ）は、図１の構成からＩＣソケット１０３やリレー１０４等の寄生容量を除いた理想条件の場合の入力高周波電圧とその利得を示した図である。この図に示すように、高周波域で利得が上昇しているのがわかる。この利得の上昇は上述したように入力電圧波形が高周波になる程、入力抵抗２と位相補償容量１０との並列回路が後段の演算増幅器７に大きな電圧を印加することに起因する。
【００１９】
よって、図１に示したような構成によれば、ＩＣソケット１０３やリレー１０４等の寄生容量に起因する減衰特性と、入力抵抗２と位相補償容量１０との並列回路に起因する利得上昇特性の効果を打ち消しあう関係（図２（ｃ）参照）となり、高周波まで信号の減衰のない電圧電流変換が可能となる。
【００２０】
したがって、例えば、入力電圧の振幅が固定で、小さい電流に変換しなければならない場合、電圧電流変換に使用する抵抗（基準抵抗）の抵抗値が大きくても、高周波域で信号減衰の少ない電圧電流変換回路が実現可能となる。この効果は、特に、基準抵抗の他端出力を検出するための検出部（本例のＩＣソケット１０３やリレー１０４等）が設けてある場合に効果が現れる。なお、基準抵抗の他端出力を検出するための検出部がない場合も、基準抵抗等と協働してローパスフィルタを構成してしまうような素子が接続されている場合や、電圧電流回路を構成する各素子や各回路に起因する寄生容量と基準抵抗等によりローパスフィルタが形成されてしまう場合などに本発明は効果を奏する。
【００２１】
なお、図１の例では、ポート１と入力抵抗２との間にカップリングコンデンサ１０１やバイアス電流設定回路９を設けるようにしたが、これらのいずれか一方または両方を省略してもよい。なお、カップリングコンデンサ１０１やバイアス電流設定回路９が設けてあれば、出力バイアス電流を定めることが可能となる。
【００２２】
また、図１の電圧フォロワ８は、図３に示すような演算増幅器８１と非反転増幅率設定抵抗８２、８３により構成される回路としてもよい。
【００２３】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、入力抵抗に並列に接続された容量素子がいわゆるカップリングコンデンサのように機能するので、高周波域の入力電圧を大きい電圧で演算増幅器に入力可能となり、電圧電流変換に使用する基準抵抗の抵抗値を大きくした場合に基準抵抗と寄生容量とで形成されるローパスフィルタにより生じる可能性の高い高周波域の減衰を補償可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示した回路図。
【図２】図１の動作特性を説明するための説明図。
【図３】本発明の他の実施例の要部を示した回路図。
【図４】従来の電圧電流変換回路を示した回路図。
【図５】従来の他の電圧電流変換回路を示した回路図。
【図６】図４の動作特性を説明するための説明図。
【符号の説明】
２入力抵抗
７演算増幅器
３フィードバック抵抗
４基準抵抗
５、６、８動作バイアス設定部
１０容量素子
１０３、１０４検出部

Claims

電圧信号を一端から入力する入力抵抗と、上記入力抵抗の他端が入力端子に接続された演算増幅器と、上記演算増幅器の出力端子に一端が接続された基準抵抗とを含み、上記基準抵抗の他端出力を電圧電流変換出力とする電圧電流変換回路であって、上記入力抵抗に並列に接続された容量素子を含むことを特徴とする電圧電流変換回路。
電圧信号を一端から入力する入力抵抗と、２つの入力端子と出力端子とを有し、一方の上記入力端子が上記入力抵抗の他端と接続された演算増幅器と、上記演算増幅器の上記一方の入力端子と上記出力端子との間に接続されたフィードバック抵抗と、上記演算増幅器の上記出力端子と一端が接続された基準抵抗と、上記基準抵抗の他端出力に応じて上記演算増幅器の他方の上記入力端子に供給する動作バイアス電圧を変更する動作バイアス設定部とを含み、上記基準抵抗の他端出力を電圧電流変換出力とする電圧電流変換回路であって、
上記入力抵抗に並列に接続された容量素子を含むことを特徴とする電圧電流変換回路。
請求項１または２において、上記基準抵抗の他端出力を検出するための検出部をさらに含むことを特徴とする電圧電流変換回路。