JP2020043406A

JP2020043406A - Amplifying device and sensor signal output device

Info

Publication number: JP2020043406A
Application number: JP2018167617A
Authority: JP
Inventors: 栄茂木; Sakae Mogi; 順二尾下; Junji Oshita
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-03-19

Abstract

To operate an amplifying device stably with respect to the temperature change and device characteristic variations.SOLUTION: An amplifying device according the present invention includes an amplifier circuit (A) that amplifies an input current signal and outputs the input current signal as a voltage, a constant current circuit (B) that supplies a DC to the input of the amplifier circuit, and a control circuit (C) that cancels the variation of the DC component of the output voltage of the amplifier circuit by extracting the DC component of the output voltage of the amplifier circuit, and controlling the amount of DC of the constant current circuit on the basis of the DC component of the output voltage of the amplifier circuit.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、センサからの入力電流信号に対する増幅装置に関する。 The present invention relates to an amplifying device for an input current signal from a sensor.

圧力センサなどの出力回路については、例えば特許文献１のような技術が存在している。すなわち、定電流を形成する定電流源回路を有し、定電流源回路が形成する定電流を出力端子に向けて供給することで、該定電流に基づいて入力端子に入力される入力信号を所定の電圧範囲内の出力電圧に変換して出力端子から出力するように構成された出力回路が開示されている。そして、定電流源回路には、出力端子から出力される出力電圧がフィードバックされ、該定電流源回路は、該定電流源回路が形成する定電流を出力電圧の大きさに応じて変化させ、出力電圧が大きくなる程、定電流を大きな値とし、出力電圧が所定値以下となったときに定電流をゼロとするように構成されている。この文献によれば、定電流源回路は、出力回路の出力端子側に設けられており、当該出力端子に向けて供給している。また、出力側に設けられている高周波除去用のフィルタ回路の影響を避けて下限クランプ電圧を下げるために、出力電圧が所定値以下となったときに定電流をゼロとするように構成されている。 For an output circuit such as a pressure sensor, for example, a technique as disclosed in Patent Document 1 exists. That is, a constant current source circuit that forms a constant current is provided, and a constant current formed by the constant current source circuit is supplied to an output terminal, so that an input signal that is input to an input terminal based on the constant current is converted. An output circuit configured to convert an output voltage within a predetermined voltage range and output the output voltage from an output terminal is disclosed. An output voltage output from the output terminal is fed back to the constant current source circuit, and the constant current source circuit changes a constant current formed by the constant current source circuit according to the magnitude of the output voltage. The constant current increases as the output voltage increases, and the constant current decreases to zero when the output voltage falls below a predetermined value. According to this document, the constant current source circuit is provided on the output terminal side of the output circuit, and supplies the output current to the output terminal. Also, in order to lower the lower limit clamp voltage while avoiding the influence of the filter circuit for high frequency removal provided on the output side, the constant current is configured to be zero when the output voltage becomes equal to or less than a predetermined value. I have.

また、他の従来技術としては、出力の直流成分をＬＰＦ（Low Pass Filter）で取り出して増幅し、計装アンプにフィードバックさせ、動作点を安定させる方式が知られている。このような回路は、電流信号を出力するようなセンサヘッドアンプに対しては適切ではない場合がある。 As another conventional technique, a method is known in which an output DC component is extracted by an LPF (Low Pass Filter), amplified, and fed back to an instrumentation amplifier to stabilize an operating point. Such a circuit may not be appropriate for a sensor head amplifier that outputs a current signal.

特開２００７−１２４２８４号公報JP 2007-124284 A

「計装アンプ/差動アンプをAC結合で使用する(対象: ±200V差動アンプINA117・INA106ベースの ±100V差動アンプ・G=1、10の差動アンプINA105とINA106・計装アンプINA101、INA102、INA103、INA110、INA120)」，TEXAS INSTRUMENTS, JAJA183-2009年4月`` Using an instrumentation amplifier / differential amplifier with AC coupling (Target: ± 200V differential amplifier INA117 ・ INA106 based ± 100V differential amplifier ・ G = 1, 10 differential amplifiers INA105 and INA106 ・ Instrumentation amplifier INA101 , INA102, INA103, INA110, INA120) ”, TEXAS INSTRUMENTS, JAJA183-April 2009

本発明の目的は、一側面によれば、温度変化やデバイスの特性ばらつきなどに対して安定的に動作する新規な回路を提供することである。 An object of the present invention, according to one aspect, is to provide a novel circuit that operates stably against a change in temperature, a variation in device characteristics, and the like.

本発明に係る増幅装置は、（Ａ）入力電流信号を増幅して電圧で出力する増幅回路と、（Ｂ）増幅回路の入力に対して直流電流を供給する定電流回路と、（Ｃ）増幅回路の出力電圧の直流成分を抽出して、当該増幅回路の出力電圧の直流成分に基づき定電流回路の直流電流量を制御することで、増幅回路の出力電圧の直流成分の変動をキャンセルさせる制御回路とを有する。 The amplifying device according to the present invention includes: (A) an amplifying circuit that amplifies an input current signal and outputs a voltage; (B) a constant current circuit that supplies a DC current to an input of the amplifying circuit; A control circuit that extracts the DC component of the output voltage of the circuit and controls the amount of DC current of the constant current circuit based on the DC component of the output voltage of the amplifier circuit, thereby canceling the fluctuation of the DC component of the output voltage of the amplifier circuit. And

本発明の一側面によれば、温度変化やデバイスの特性ばらつきなどに対して安定的に動作する回路が得られる。 According to one embodiment of the present invention, a circuit that operates stably with respect to a temperature change, device characteristic variation, and the like can be obtained.

図１は、センサ信号出力装置の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of the sensor signal output device. 図２は、センサ信号出力装置の機能構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the sensor signal output device. 図３は、センサ信号出力装置の動作を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the sensor signal output device. 図４は、センサ信号出力装置の動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the sensor signal output device.

図１に、本実施の形態に係るセンサ信号出力装置の回路図を示す。 FIG. 1 shows a circuit diagram of a sensor signal output device according to the present embodiment.

図１に示すように、センサ信号出力装置は、主要機能部分として、センサヘッドアンプ１００と、自動オフセット調整回路２００と、電流を電圧に変換して出力する増幅回路３００とを含む。 As shown in FIG. 1, the sensor signal output device includes, as main functional parts, a sensor head amplifier 100, an automatic offset adjustment circuit 200, and an amplifier circuit 300 that converts a current into a voltage and outputs the voltage.

センサヘッドアンプ１００は、センサ素子Ｓ１と、抵抗Ｒ１と、増幅素子Ｑ１とを有する。センサ素子Ｓ１は、圧電素子やＥＣＭ（Electret Condenser Microphone）などの高インピーダンスのセンサ素子である。抵抗Ｒ１は、センサ素子Ｓ１の負荷抵抗（例えば１００ＭΩ）であり、誘導ノイズの影響を抑えるために用いられる。増幅素子Ｑ１は、ＮチャンネルのＪＦＥＴ（Junction Field Effect Transistor）である。なお、センサ素子Ｓ１の出力電圧はＪＦＥＴ（Ｑ１）のゲートに入力されている。 The sensor head amplifier 100 has a sensor element S1, a resistor R1, and an amplifying element Q1. The sensor element S1 is a high impedance sensor element such as a piezoelectric element or an ECM (Electret Condenser Microphone). The resistance R1 is a load resistance (for example, 100 MΩ) of the sensor element S1 and is used to suppress the influence of induction noise. The amplification element Q1 is an N-channel JFET (Junction Field Effect Transistor). Note that the output voltage of the sensor element S1 is input to the gate of the JFET (Q1).

センサヘッドアンプ１００は、センサ素子Ｓ１の出力電圧を、電流信号に変換して、コネクタＣＮ１及びＣＮ２より後段に出力する。ＪＦＥＴ（Ｑ１）のドレイン出力としているので、ドレインが電源線の機能を果たしており、電源線を節約している。 The sensor head amplifier 100 converts the output voltage of the sensor element S1 into a current signal and outputs the current signal to a stage subsequent to the connectors CN1 and CN2. Since the drain output of the JFET (Q1) is used, the drain functions as a power supply line, thereby saving the power supply line.

増幅回路３００は、オペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ１９（例えば１０ＫΩ）と、キャパシタＣ１２（例えば４７０ｐＦ）とを有する。抵抗Ｒ１９は、帰還抵抗であり、この抵抗値で増幅度（ゲイン）を設定する。オペアンプＯＰ１は、負側入力（反転入力）からの入力電流信号を帰還抵抗値に応じた出力電圧に変換して出力する。なお、キャパシタＣ１２は、例えばノイズ対策用のキャパシタである。オペアンプＯＰ１の正側入力は、抵抗Ｒ１５（例えば４７ＫΩ）と抵抗Ｒ１６（例えば４７ＫΩ）とで電源電圧Ｖｄｄを抵抗分割した電圧（例えばＶｄｄ／２＝Ｖcom）が入力されている。 The amplifier circuit 300 includes an operational amplifier OP1, a resistor R19 (for example, 10 KΩ), and a capacitor C12 (for example, 470 pF). The resistor R19 is a feedback resistor, and sets the amplification (gain) with this resistance value. The operational amplifier OP1 converts an input current signal from a negative input (inverted input) into an output voltage corresponding to a feedback resistance value and outputs the output voltage. The capacitor C12 is, for example, a capacitor for noise suppression. A voltage (for example, Vdd / 2 = Vcom) obtained by dividing the power supply voltage Vdd by a resistor R15 (for example, 47 KΩ) and a resistor R16 (for example, 47 KΩ) is input to the positive input of the operational amplifier OP1.

なお、コネクタＣＮ４は、出力電圧端子に相当し、コネクタＣＮ４から出力電圧が出力される。コネクタＣＮ３は、電源電圧端子に相当し、コネクタＣＮ３には電源電圧Ｖｄｄが供給される。コネクタＣＮ５は、接地端子に相当する。 The connector CN4 corresponds to an output voltage terminal, and an output voltage is output from the connector CN4. The connector CN3 corresponds to a power supply voltage terminal, and the power supply voltage Vdd is supplied to the connector CN3. The connector CN5 corresponds to a ground terminal.

自動オフセット調整回路２００は、本実施の形態における主要構成要素であり、増幅回路３００の出力から直流電圧成分を抽出して、ＰＮＰトランジスタＱ２を含む定電流回路の電流量を制御する。例えばセンサヘッドアンプ１００のＪＦＥＴ（Ｑ１）のドレインに流れる電流が変化したり、他の素子の特性ばらつきなどがあっても、ＪＦＥＴ（Ｑ１）のドレイン電圧が例えばＶｄｄ／２となるように電流量を制御する。これによって、センサヘッドアンプ１００の出力（又は増幅回路３００の入力）が大きな振幅であっても、電源電圧Ｖｄｄ側又はグランド側に信号がクリップされないようにオフセットの調整を自動的に行うことができる。オフセットの調整が自動的に行われるので、より低い電源電圧且つより低い消費電流という条件下で、高い増幅度で安定的に動作させることができるようになる。 The automatic offset adjustment circuit 200 is a main component in the present embodiment, and extracts a DC voltage component from the output of the amplifier circuit 300 and controls the amount of current of a constant current circuit including the PNP transistor Q2. For example, even if the current flowing through the drain of the JFET (Q1) of the sensor head amplifier 100 changes or the characteristics of other elements fluctuate, the amount of current is adjusted so that the drain voltage of the JFET (Q1) becomes, for example, Vdd / 2. Control. Thus, even if the output of the sensor head amplifier 100 (or the input of the amplifier circuit 300) has a large amplitude, the offset can be automatically adjusted so that the signal is not clipped to the power supply voltage Vdd side or the ground side. . Since the offset is automatically adjusted, it is possible to operate stably at a high amplification degree under the condition of a lower power supply voltage and lower current consumption.

自動オフセット調整回路２００は、オペアンプＯＰ２と、抵抗Ｒ１７（例えば４７０ＫΩ）と、キャパシタＣ１０（例えば２２μＦ）と、抵抗Ｒ１４（例えば１０ＭΩ）と、抵抗Ｒ１１（例えば３．３ＫΩ）と、抵抗Ｒ１０（例えば１０ＫΩ）と、抵抗Ｒ１２（例えば２２０Ω）と、ＰＮＰトランジスタＱ２とを含む。 The automatic offset adjustment circuit 200 includes an operational amplifier OP2, a resistor R17 (eg, 470 KΩ), a capacitor C10 (eg, 22 μF), a resistor R14 (eg, 10 MΩ), a resistor R11 (eg, 3.3 KΩ), and a resistor R10 (eg, 10 KΩ). ), A resistor R12 (for example, 220Ω), and a PNP transistor Q2.

オペアンプＯＰ２と抵抗Ｒ１７とキャパシタＣ１０と抵抗Ｒ１４とは、増幅回路３００の出力電圧に対するローパスフィルタを構成しており、増幅回路３００の出力の直流電圧成分を抽出する。キャパシタＣ１０は、抵抗Ｒ１７とでローパスフィルタのカットオフ周波数を設定する。抵抗Ｒ１７と抵抗Ｒ１４とで、直流電圧成分のゲイン（Ｒ１４／Ｒ１７）を設定する。 The operational amplifier OP2, the resistor R17, the capacitor C10, and the resistor R14 form a low-pass filter for the output voltage of the amplifier circuit 300, and extract a DC voltage component of the output of the amplifier circuit 300. The capacitor C10 and the resistor R17 set the cutoff frequency of the low-pass filter. The gain of the DC voltage component (R14 / R17) is set by the resistors R17 and R14.

なお、オペアンプＯＰ２の反転入力端子には、増幅回路３００の出力電圧が入力され、正側入力端子には、Ｖcomが入力される。 The output voltage of the amplifier circuit 300 is input to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2, and Vcom is input to the positive input terminal.

ＰＮＰトランジスタＱ２は、抵抗Ｒ１２と併せて定電流回路を構成する。抵抗Ｒ１０及びＲ１１は、オペアンプＯＰ２の出力電位とＶｄｄとの電位差を抵抗分割して、ＰＮＰトランジスタＱ２のベース電位を設定する。このベース電位に基づいた電流がＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタコレクタ間に流れる。抵抗Ｒ１２は、定電流回路の電流値を規定する抵抗である。具体的には、定電流回路の電流値は、ＰＮＰトランジスタＱ２のベース−Ｖｄｄ電圧の差分から、ＰＮＰトランジスタＱ２のベースエミッタ間電圧Ｖbeを差し引き、抵抗Ｒ１２の抵抗値で除した値となる。 PNP transistor Q2 forms a constant current circuit together with resistor R12. The resistors R10 and R11 divide the potential difference between the output potential of the operational amplifier OP2 and Vdd by resistance and set the base potential of the PNP transistor Q2. A current based on the base potential flows between the emitter and the collector of the PNP transistor Q2. The resistor R12 is a resistor that defines a current value of the constant current circuit. Specifically, the current value of the constant current circuit is a value obtained by subtracting the base-emitter voltage Vbe of the PNP transistor Q2 from the difference between the base-Vdd voltage of the PNP transistor Q2 and dividing by the resistance value of the resistor R12.

なお、オペアンプＯＰ２についての電源線については省略しているが、オペアンプＯＰ１と同様に供給される。 Although the power supply line for the operational amplifier OP2 is omitted, it is supplied in the same manner as the operational amplifier OP1.

このように、増幅回路３００に加えて定電流回路を追加したことで、ＪＦＥＴ（Ｑ１）への電流を、増幅回路３００のゲインを規定する抵抗Ｒ１７とは無関係に確保できるようになる。具体的には、定電流回路は理論上インピーダンスが無限大なので、抵抗Ｒ１７の値を、ＪＦＥＴ（Ｑ１）のドレイン電流に無関係に決定できる。 As described above, by adding the constant current circuit in addition to the amplifier circuit 300, the current to the JFET (Q1) can be secured irrespective of the resistor R17 that defines the gain of the amplifier circuit 300. Specifically, since the impedance of the constant current circuit is theoretically infinite, the value of the resistor R17 can be determined independently of the drain current of the JFET (Q1).

さらに、定電流回路を導入したことで、センサヘッドアンプ１００を分離して配置した場合の短絡事故（コネクタＣＮ１−ＣＮ２間）においても、ＪＦＥＴ（Ｑ１）のドレイン電流が制限されるため、過電流による回路の故障を回避できる。 Furthermore, the introduction of the constant current circuit limits the drain current of the JFET (Q1) even in the event of a short circuit (between the connectors CN1 and CN2) when the sensor head amplifier 100 is arranged separately. Circuit can be avoided.

また、抵抗Ｒ１３（例えば４７Ω）及びキャパシタＣ１４（例えば１００ｐＦ）は、センサヘッドアンプ１００とのインターフェースのための抵抗及びキャパシタである。 The resistor R13 (for example, 47Ω) and the capacitor C14 (for example, 100 pF) are a resistor and a capacitor for interfacing with the sensor head amplifier 100.

キャパシタＣ１３（例えば０．１μＦ）は、オペアンプの電源パスコンであり、キャパシタＣ１１は、抵抗Ｒ１５及びＲ１６で分圧した電圧の安定化（インピーダンスを下げる）のためのキャパシタであり、電源電圧Ｖｄｄに多少ノイズが重畳しても、抵抗Ｒ１５とでローパスフィルタが形成されるので、ノイズが低減される。 The capacitor C13 (for example, 0.1 μF) is a power supply bypass capacitor of the operational amplifier. The capacitor C11 is a capacitor for stabilizing the voltage divided by the resistors R15 and R16 (lowering the impedance). Even if noise is superimposed, a low-pass filter is formed with the resistor R15, so that noise is reduced.

図１に示した回路を簡略化した図を図２に示す。図２に示すように、センサヘッドアンプ１００には、増幅回路３００が接続されているが、増幅回路３００のオペアンプＯＰ１入力側（反転入力側）と、センサヘッドアンプ１００のＪＦＥＴ（Ｑ１）のドレインとに電流を流す定電流回路２１０が接続されている。定電流回路２１０は、ＰＮＰトランジスタＱ２と抵抗Ｒ１２とを含む。また、オペアンプＯＰ２、抵抗及びキャパシタを含むローパスフィルタは、定電流回路２１０の制御回路２２０として機能する。すなわち、自動オフセット調整回路２００の定電流回路２１０以外の回路要素は、制御回路２２０に含まれる。 FIG. 2 shows a simplified diagram of the circuit shown in FIG. As shown in FIG. 2, an amplifier circuit 300 is connected to the sensor head amplifier 100. The input side (inverted input side) of the operational amplifier OP1 of the amplifier circuit 300 and the drain of the JFET (Q1) of the sensor head amplifier 100 are connected. Is connected to a constant current circuit 210 for flowing a current. Constant current circuit 210 includes a PNP transistor Q2 and a resistor R12. The low-pass filter including the operational amplifier OP2 and the resistor and the capacitor functions as the control circuit 220 of the constant current circuit 210. That is, circuit elements other than the constant current circuit 210 of the automatic offset adjustment circuit 200 are included in the control circuit 220.

制御回路２２０に含まれるローパスフィルタは、そのゲインＧの逆数である１／Ｇに増幅回路３００の出力変動を抑制できる。このようなローパスフィルタによるフィードバックにより、オペアンプＯＰ１の反転入力端子の直流電圧電位は、Ｖcom（＝Ｖｄｄ／２）に安定化されるようになる。 The low-pass filter included in the control circuit 220 can suppress the output fluctuation of the amplifier circuit 300 to 1 / G, which is the reciprocal of the gain G. Due to the feedback by the low-pass filter, the DC voltage potential at the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is stabilized at Vcom (= Vdd / 2).

一方、信号成分については、制御回路２２０のローパスフィルタから定電流回路２１０へのフィードバックはないので、増幅回路３００での増幅のみで出力電圧が決定される。 On the other hand, for the signal component, since there is no feedback from the low-pass filter of the control circuit 220 to the constant current circuit 210, the output voltage is determined only by amplification in the amplifier circuit 300.

図３に、図１の回路をより概念的な回路構成に抽象化した回路構成を示す。自動オフセット調整回路２００を電流Ｉ２を流す定電流回路Ｉ２だけで表す。ＪＦＥＴ（Ｑ１）も、実質的に定電流回路とみなすことができ、ここでは電流Ｉ１を流す定電流回路Ｉ１として示す。また、反転増幅器である増幅回路３００についても、オペアンプＯＰ１と抵抗Ｒ１９（ここではＲｆと記す）のみを示す。なお、抵抗Ｒｆを流れる電流を電流Ｉ３と記す。Ｖｄｄ＝３．０Ｖであり、Ｖcom＝Ｖｄｄ／２＝１．５Ｖであるとする。以下は、基本的に直流電圧及び直流電流を議論する。 FIG. 3 shows a circuit configuration obtained by abstracting the circuit of FIG. 1 into a more conceptual circuit configuration. The automatic offset adjustment circuit 200 is represented only by a constant current circuit I2 for flowing a current I2. The JFET (Q1) can also be regarded substantially as a constant current circuit, and is shown here as a constant current circuit I1 for flowing the current I1. Also, as for the amplifier circuit 300 as an inverting amplifier, only the operational amplifier OP1 and the resistor R19 (here, described as Rf) are shown. The current flowing through the resistor Rf is referred to as a current I3. It is assumed that Vdd = 3.0V and Vcom = Vdd / 2 = 1.5V. The following discusses DC voltage and DC current basically.

このような回路において定常状態では、電流Ｉ１と電流Ｉ２とは等しく、抵抗Ｒｆには電流は流れない。すなわち、Ｉ３＝０となる。一方、オペアンプＯＰ１の出力電圧ＶoutとオペアンプＯＰ１の反転入力端子の電位は等しい。すなわち、１．５Ｖとなる。これは、オペアンプＯＰ１におけるイマジナリショートにより、Ｖcom＝１．５Ｖであって、反転入力端子の電位も１．５Ｖとなるので、出力端子の電圧Ｖoutも１．５Ｖである。 In such a circuit, in a steady state, the currents I1 and I2 are equal, and no current flows through the resistor Rf. That is, I3 = 0. On the other hand, the output voltage Vout of the operational amplifier OP1 is equal to the potential of the inverting input terminal of the operational amplifier OP1. That is, it becomes 1.5V. This is because Vcom = 1.5 V due to the imaginary short circuit in the operational amplifier OP 1 and the potential of the inverting input terminal also becomes 1.5 V, so that the voltage Vout of the output terminal is also 1.5 V.

ここで、何らかの理由で電流Ｉ１が増加すると、電流Ｉ２は一定であるため、増加分（例えば０．１ｍＡ）の電流Ｉ３が流れる。オペアンプＯＰ１の入力端子には電流はほとんど流れないので、電流Ｉ３による抵抗Ｒｆ分の電圧降下（抵抗Ｒｆが１０ＫΩであれば１Ｖ）が発生する。抵抗ＲｆはオペアンプＯＰ１の出力端子に接続されているので、オペアンプＯＰ１の反転入力端子に電圧降下が生じると、オペアンプＯＰ１の出力電圧（例えば、１．５Ｖ＋１Ｖ＝２．５Ｖ）は上がる、という現象が生じる。 Here, if the current I1 increases for some reason, the current I2 is constant, so the current I3 of the increased amount (for example, 0.1 mA) flows. Since almost no current flows through the input terminal of the operational amplifier OP1, a voltage drop corresponding to the resistance Rf (1 V if the resistance Rf is 10 KΩ) occurs due to the current I3. Since the resistor Rf is connected to the output terminal of the operational amplifier OP1, when a voltage drop occurs at the inverting input terminal of the operational amplifier OP1, the output voltage of the operational amplifier OP1 (for example, 1.5V + 1V = 2.5V) increases. Occurs.

これに対して、自動オフセット調整回路２００の制御回路２２０は、増幅回路３００の出力の直流電圧成分の抽出するので、上記のような現象に応じて、反転増幅器であるオペアンプＯＰ２の出力電圧は下がることになる。 On the other hand, since the control circuit 220 of the automatic offset adjustment circuit 200 extracts the DC voltage component of the output of the amplifier circuit 300, the output voltage of the operational amplifier OP2, which is an inverting amplifier, decreases according to the above phenomenon. Will be.

そうなると、図１における抵抗Ｒ１１の電圧が下がることになるので、抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１での抵抗分割で与えられるＰＮＰトランジスタＱ２のベース電位が高くなってベース電流が増加し、抵抗Ｒ１２に流れる電流、すなわち図３における電流Ｉ２が増加する。 Then, since the voltage of the resistor R11 in FIG. 1 decreases, the base potential of the PNP transistor Q2 given by the resistance division of the resistor R10 and the resistor R11 increases, the base current increases, and the current flowing through the resistor R12 increases. That is, the current I2 in FIG. 3 increases.

この制御により電流Ｉ１と電流Ｉ２とが等しくなるように電流Ｉ２が増加すれば、抵抗Ｒｆには電流が流れず、定常状態に戻るようになる。すなわち、増幅回路３００の出力電圧は、元の１．５Ｖに下がるようになる。 If the current I2 is increased by this control so that the current I1 and the current I2 become equal, no current flows through the resistor Rf and the state returns to the steady state. That is, the output voltage of the amplifier circuit 300 falls to the original 1.5V.

なお、センサヘッドアンプ１００のＪＦＥＴ（Ｑ１）のドレインに流れる電流が減った場合には、上で述べたものとは逆方向に制御がなされる。 When the current flowing through the drain of the JFET (Q1) of the sensor head amplifier 100 decreases, the control is performed in a direction opposite to that described above.

このような仕組みにてセンサヘッドアンプ１００のＪＦＥＴ（Ｑ１）のドレインに流れる電流の変動に対応して調整が自動的に行われて、増幅回路３００の直流出力電圧の変動を抑制できるようになる。 With such a mechanism, the adjustment is automatically performed in response to the fluctuation of the current flowing through the drain of the JFET (Q1) of the sensor head amplifier 100, and the fluctuation of the DC output voltage of the amplifier circuit 300 can be suppressed. .

以上をまとめると、以下のように調整が行われるようになる。
（１）センサヘッドアンプ１００のＪＦＥＴ（Ｑ１）のドレイン電流が増加
（２）増幅回路３００の反転入力端子の電圧が降下（図４（ａ））
（３）増幅回路３００の出力端子の電圧が上昇（図４（ｂ））
（４）自動オフセット調整回路２００における制御回路２２０の出力電圧が下降（図４（ｃ））
（５）定電流回路Ｉ２の電流が増加
（６）増幅回路３００の反転入力端子の電圧が上昇して、それに応じて出力電圧が降下し、元の状態に戻る In summary, the adjustment is performed as follows.
(1) The drain current of the JFET (Q1) of the sensor head amplifier 100 increases (2) The voltage of the inverting input terminal of the amplifier circuit 300 drops (FIG. 4A)
(3) The voltage at the output terminal of the amplifier circuit 300 rises (FIG. 4B)
(4) The output voltage of the control circuit 220 in the automatic offset adjustment circuit 200 drops (FIG. 4C)
(5) The current of the constant current circuit I2 increases. (6) The voltage of the inverting input terminal of the amplifier circuit 300 increases, and the output voltage decreases accordingly to return to the original state.

なお、ドレイン電流が減少した場合には、逆方向の動作が生ずる。すなわち、以下のように調整が行われるようになる。
（１）センサヘッドアンプ１００のＪＦＥＴ（Ｑ１）のドレイン電流が減少
（２）増幅回路３００の反転入力端子の電圧が上昇
（３）増幅回路３００の出力端子の電圧が低下
（４）自動オフセット調整回路２００における制御回路２２０の出力電圧が上昇
（５）定電流回路Ｉ２の電流が減少
（６）増幅回路３００の反転入力端子の電圧が下降して、それに応じて出力電圧が上昇し、元の状態に戻る When the drain current decreases, the operation in the reverse direction occurs. That is, the adjustment is performed as follows.
(1) The drain current of the JFET (Q1) of the sensor head amplifier 100 decreases (2) The voltage of the inverting input terminal of the amplifier circuit 300 increases (3) The voltage of the output terminal of the amplifier circuit 300 decreases (4) Automatic offset adjustment The output voltage of the control circuit 220 in the circuit 200 increases (5) the current of the constant current circuit I2 decreases (6) the voltage of the inverting input terminal of the amplifier circuit 300 decreases, and the output voltage increases accordingly, and the original voltage increases. Return to state

なお、上ではＪＦＥＴ（Ｑ１）の温度変化によるドレイン電流の変化を前提に説明したが、動作点の変動要素は他にもある。ＦＥＴは、一般的に個体差による電流ばらつきも多く、同じゲート−ソース間電圧でもドレイン電流は個体によって若干異なる。定電流回路２１０のＰＮＰトランジスタも同様に温度や個体差によるばらつきを有しており、オペアンプもバイアス電流によって出力電圧にオフセット電圧が発生する。本実施の形態に係る回路では、このような理由によって発生する出力電圧の直流成分の変動を抑制できる。 Although the above description has been made on the assumption that the drain current changes due to the temperature change of the JFET (Q1), there are other factors that change the operating point. FETs generally have a large current variation due to individual differences, and the drain current slightly differs depending on the individual even at the same gate-source voltage. Similarly, the PNP transistor of the constant current circuit 210 also has variations due to temperature and individual differences, and the operational amplifier generates an offset voltage in the output voltage due to the bias current. The circuit according to the present embodiment can suppress the fluctuation of the DC component of the output voltage generated for such a reason.

なお、センサヘッドアンプ１００は、コネクタＣＮ１及びＣＮ２で切り離されて別途供給される可能性もある。 Note that the sensor head amplifier 100 may be separately supplied at the connectors CN1 and CN2.

以上、本実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。 The present embodiment has been described above, but the present invention is not limited to this.

上で述べた機能を実現するための回路は、実施の形態で述べた回路形態だけではなく、様々な回路形態を採用できる。また、センサによっても異なるＦＥＴやトランジスタを用いる場合もある。 As a circuit for realizing the above-described functions, not only the circuit form described in the embodiment mode but also various circuit forms can be adopted. Further, a different FET or transistor may be used depending on the sensor.

以上述べた実施の形態をまとめると以下のようになる。 The embodiments described above are summarized as follows.

本実施の形態に係る増幅装置は、（Ａ）入力電流信号を増幅して電圧で出力する増幅回路と、（Ｂ）増幅回路の入力に対して直流電流を供給する定電流回路と、（Ｃ）増幅回路の出力電圧の直流成分を抽出して、当該増幅回路の出力電圧の直流成分に基づき定電流回路の直流電流量を制御することで、増幅回路の出力電圧の直流成分の変動をキャンセルさせる制御回路とを有する。 The amplifying device according to this embodiment includes (A) an amplifying circuit that amplifies an input current signal and outputs a voltage, (B) a constant current circuit that supplies a DC current to an input of the amplifying circuit, and (C) ) By extracting the DC component of the output voltage of the amplifier circuit and controlling the amount of DC current of the constant current circuit based on the DC component of the output voltage of the amplifier circuit, the fluctuation of the DC component of the output voltage of the amplifier circuit is canceled. A control circuit.

このような構成であれば、様々な要因で発生する出力電圧の変動がキャンセルされるので、増幅装置は安定的に動作するようになる。なお、上で述べた制御回路は、ローパスフィルタを含むようにしてもよい。また、定電流回路は、トランジスタを含み、ローパスフィルタの出力電圧に応じてトランジスタに流れる電流を制御するようにしてもよい。 With such a configuration, fluctuations in the output voltage caused by various factors are canceled, so that the amplifying device operates stably. Note that the control circuit described above may include a low-pass filter. Further, the constant current circuit may include a transistor, and control a current flowing through the transistor according to an output voltage of the low-pass filter.

また、本実施の形態に係るセンサ信号出力装置は、本増幅装置と、センサと、センサからの出力電圧信号を上で述べた入力電流信号に変換して出力する第２の増幅回路とを有する。上で述べたような増幅装置は、高インピーダンスのセンサに好適な構成を有する。 In addition, the sensor signal output device according to the present embodiment includes the present amplifier device, a sensor, and a second amplifier circuit that converts an output voltage signal from the sensor into the above-described input current signal and outputs the input current signal. . The amplification device as described above has a configuration suitable for a high impedance sensor.

さらに、上で述べた定電流回路が、上記第２の増幅回路にも直流電流を供給するようにしてもよい。このようにすれば、第２の増幅回路側の電源ラインを節約することができる。 Further, the constant current circuit described above may supply a DC current to the second amplifier circuit. By doing so, the power supply line on the second amplifier circuit side can be saved.

なお、上で述べたセンサが、圧電素子を含む場合もある。 Note that the sensor described above may include a piezoelectric element.

このような構成は、実施の形態に述べられた事項に限定されるものではなく、実質的に同一の効果を奏する他の構成にて実施される場合もある。 Such a configuration is not limited to the matters described in the embodiment, and may be implemented by another configuration having substantially the same effect.

１００センサヘッドアンプ
２００自動オフセット調整回路
３００増幅回路 Reference Signs List 100 sensor head amplifier 200 automatic offset adjustment circuit 300 amplifier circuit

Claims

An amplifier circuit that amplifies an input current signal and outputs the voltage as a voltage,
A constant current circuit that supplies a direct current to an input of the amplification circuit;
By extracting the DC component of the output voltage of the amplifier circuit and controlling the amount of DC current of the constant current circuit based on the DC component of the output voltage of the amplifier circuit, the variation of the DC component of the output voltage of the amplifier circuit is reduced. A control circuit for canceling,
An amplifying device having:

An amplification device according to claim 1,
Sensors and
A second amplifier circuit that converts an output voltage signal from the sensor into the input current signal and outputs the input current signal.

The sensor signal output device according to claim 2, wherein the constant current circuit supplies a DC current to the second amplifier circuit.

The sensor signal output device according to claim 2, wherein the sensor includes a piezoelectric element.