JP2023131328A - 利得の温度係数を可変とした増幅回路、ならびに、当該増幅回路を用いた、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路、直流電圧発生回路、および、別の増幅回路の温度ドリフトを補正する回路 - Google Patents
利得の温度係数を可変とした増幅回路、ならびに、当該増幅回路を用いた、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路、直流電圧発生回路、および、別の増幅回路の温度ドリフトを補正する回路 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】利得の温度係数を、正負の任意の値に連続的に可変できるようにする、利得の温度係数を可変とした増幅回路、ならびに、当該増幅回路を用いた、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路、直流電圧発生回路、および、別の増幅回路の温度ドリフトを補正する回路を提供する。【解決手段】利得の温度係数を可変とした増幅回路1001が、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号と第2の信号との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路であって、第1の信号が第1の温度係数回路100の出力であり、第2の信号が他の増幅回路501の出力である。【選択図】図7
Description
本発明は、利得の温度係数を可変とした増幅回路、ならびに、当該増幅回路を用いた、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路、直流電圧発生回路、および、別の増幅回路の温度ドリフトを補正する回路等の応用回路に関する。
従来、演算増幅器(OPアンプ)を使用した増幅回路において、帰還抵抗または入力抵抗の一部として温度係数抵抗を使用することによって、利得(Vo/Vi)の温度係数を所定の値にすることが提案されている(例えば、特許文献1)。
この場合、通常の抵抗の温度係数が温度係数抵抗の温度係数よりも十分に小さいと、利得の温度係数は温度係数抵抗の温度係数の(温度係数抵抗の抵抗値)/{(通常の抵抗の抵抗値)+(温度係数抵抗の抵抗値)}倍となり、小さくなる。
特許文献1の増幅回路では、帰還抵抗の一部として温度係数抵抗を使用する場合の利得の絶対値の温度係数は温度係数抵抗の温度係数と同じ方向となり、入力抵抗の一部として温度係数抵抗を使用する場合の利得の絶対値の温度係数は温度係数抵抗の温度係数と逆方向になるので、温度係数抵抗を使用する場所によって、利得の温度係数の正負いずれかを選択することしかできなかった。
このように、利得の温度係数やその正負は、各抵抗の抵抗値や温度係数抵抗の温度係数によって一義的に決定され、任意の温度係数に可変することができなかった。このため、他の対象物の温度係数を補償する場合に、その対象物の温度係数のばらつきや経時変化に対応することが困難であった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、利得の温度係数を、正負の任意の値に連続的に可変できるようにする、利得の温度係数を可変とした増幅回路、ならびに、当該増幅回路を用いた、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路、直流電圧発生回路、および、別の増幅回路の温度ドリフトを補正する回路を提供する。
本発明はかかる課題を解決するため、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号と第2の信号との間に可変抵抗を接続し、前記可変抵抗の可変出力をバッファアンプの入力に接続し、前記バッファアンプの出力を出力とする、利得の温度係数を可変とした増幅回路であって、前記第1の信号が第1の温度係数回路の出力であり、前記第2の信号が、他の増幅回路の出力、第2の温度係数回路の出力、前記第1の信号を入力とする温度係数反転回路の出力、または前記利得の温度係数を可変とした増幅回路の入力、である、利得の温度係数を可変とした増幅回路を提供する。
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路では、前記利得の温度係数を可変とした増幅回路の出力に接続される負荷のインピーダンスが前記可変出力から見た前記可変抵抗のインピーダンスよりも高いときに、前記バッファアンプを省略した、としてもよい。
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路では、前記バッファアンプとして電圧電流変換回路を用い、電流出力とした、としてもよい。
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路では、前記第1の温度係数回路および前記第2の温度係数回路が各々、帰還抵抗もしくは利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた反転増幅回路、帰還抵抗もしくは利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた非反転増幅回路、入力に第1のアッテネータを備え、前記第1のアッテネータを構成する抵抗、帰還抵抗もしくは利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた非反転増幅回路、出力に第2のアッテネータを備え、前記第2のアッテネータを構成する抵抗、帰還抵抗もしくは利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた非反転増幅回路、または、出力に第3のアッテネータを備え、前記第3のアッテネータを構成する抵抗、帰還抵抗もしくは利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用い、前記第3のアッテネータの出力にバッファアンプを備えた非反転増幅回路、である、としてもよい。
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路では、前記温度係数反転回路において、前記温度係数反転回路を構成する演算増幅器の非反転入力が前記利得の温度係数を可変とした増幅回路の入力または他の増幅回路の出力に接続され、前記温度係数反転回路を構成する演算増幅器の反転入力が帰還抵抗の一端および利得抵抗の一端に接続され、前記温度係数反転回路を構成する演算増幅器の出力が前記帰還抵抗の他端に接続され、前記第1の温度係数回路の出力が利得抵抗の他端に接続され、前記帰還抵抗と前記利得抵抗とが略同じ抵抗値である、としてもよい。
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路では、出力に温度係数を有する他の増幅回路の温度係数を補正する、としてもよい。
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路では、増幅率の温度係数を、絶対温度に比例する温度係数に調整する、としてもよい。
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路では、出力電圧に温度係数を有する直流電圧源を入力に接続し、前記直流電圧源の温度係数を補正して出力する、としてもよい。
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路では、出力電圧に温度係数を有する直流電圧源を入力に接続し、前記可変抵抗として第1の可変抵抗と第2の可変抵抗とを備え、
前記バッファアンプは備えず、前記第1の可変抵抗の可変出力を第1の演算増幅器の非反転入力に接続し、前記第2の可変抵抗の可変出力を第2の演算増幅器の非反転入力に接続し、前記第1の演算増幅器の出力を第1のダイオードを介して前記第1の演算増幅器の反転入力に接続し、前記第2の演算増幅器の出力を第2のダイオードを介して前記第2の演算増幅器の反転入力に接続し、前記第1の演算増幅器の反転入力と前記第2の演算増幅器の反転入力とを共通接続し、前記共通接続と電圧源との間に定電流源または抵抗を設け、前記共通接続を出力とすることにより、基準温度よりも高い温度と低い温度とで前記直流電圧源の温度係数を独立して補正して出力する、としてもよい。
前記バッファアンプは備えず、前記第1の可変抵抗の可変出力を第1の演算増幅器の非反転入力に接続し、前記第2の可変抵抗の可変出力を第2の演算増幅器の非反転入力に接続し、前記第1の演算増幅器の出力を第1のダイオードを介して前記第1の演算増幅器の反転入力に接続し、前記第2の演算増幅器の出力を第2のダイオードを介して前記第2の演算増幅器の反転入力に接続し、前記第1の演算増幅器の反転入力と前記第2の演算増幅器の反転入力とを共通接続し、前記共通接続と電圧源との間に定電流源または抵抗を設け、前記共通接続を出力とすることにより、基準温度よりも高い温度と低い温度とで前記直流電圧源の温度係数を独立して補正して出力する、としてもよい。
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路では、前記利得の温度係数を可変とした増幅回路の全部または一部を回路モジュールとした、としてもよい。
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路では、温度係数のレンジを切り替え可能とした、としてもよい。
本発明はまた、前記利得の温度係数を可変とした増幅回路において、前記第2の信号を前記温度係数反転回路の出力とし、第3の信号を前記温度係数反転回路の出力の極性を反転した信号または基準電位とし、前記可変抵抗を増幅率の温度係数が互いに異なる前記第2の信号と前記第3の信号との間に接続した、前記利得の温度係数を可変とした増幅回路を用い、前記利得の温度係数を可変とした増幅回路の入力に直流電圧を与えることによって、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路を提供する。
本発明はまた、入力に直流電圧源を接続することによって、絶対温度に比例した電圧を出力する、前記利得の温度係数を可変とした増幅回路を用いた直流電圧発生回路を提供する。
本発明はまた、前記基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路を用い、前記温度係数を可変とした電圧を発生する回路の出力を他の増幅回路の入力に与え、当該他の増幅回路の温度ドリフトを補正する回路を提供する。
本発明の利得の温度係数を可変とした増幅回路、ならびに、当該増幅回路を用いた、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路、直流電圧発生回路、および、別の増幅回路の温度ドリフトを補正する回路によれば、温度係数が問題になる回路において、温度係数を大幅に改善することができる。
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。ただし、本発明は、以下の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、または、発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。そのような変形や変更もまた、本発明の範囲に含まれる。
ここで、反転増幅回路による、温度係数回路100の利得抵抗をR1、帰還抵抗をR2とし、温度係数回路100’および他の増幅回路501の利得抵抗をR1”、帰還抵抗をR2”とする。非反転増幅回路による、温度係数回路200、300、400の利得抵抗をR3、帰還抵抗をR4とし、温度係数回路200’および他の増幅回路502の利得抵抗をR3”、帰還抵抗をR4”とする。温度係数回路100、100’、200、200’、300、400の演算増幅器をUとし、他の増幅回路501、502の演算増幅器をU”とする。温度係数反転回路503の利得抵抗をR5、帰還抵抗をR6、演算増幅器をU’とする。R5=R6を前提としている温度係数反転回路503の場合、相対的な抵抗値や相対的な温度係数が小さいペア抵抗をR5およびR6として用いることが好ましい。反転増幅回路504の利得抵抗をR7、帰還抵抗をR8、演算増幅器をUINVとする。
UIVおよびUHFを除く演算増幅器は、理想OPアンプを前提として、数式を簡明にする。温度係数抵抗は、主としてリニア温度係数抵抗を想定しているが、意図的に他の抵抗と異なる温度係数を有する抵抗器等を用いる場合や、図2(A)~図2(C)の場合を含む。抵抗R1~R4およびR1’~R4’のいずれか1つ以上を温度係数抵抗とする。温度係数抵抗の温度係数は、他の抵抗の温度係数よりも十分に大きく、直線的であるものとする。入力電圧信号をVi、出力電圧信号をVoとし、利得G=Vo/Viとする。以降、利得Gを増幅率と表記することがある。
UbおよびUb’は、バッファアンプであり、特記無き場合は利得=1を想定する。なお、必要に応じて、UbおよびUb’を電圧-電流変換回路として電流出力にすることも可能であり、この場合は電圧出力信号Voに代えて電流出力信号Ioになる。Voに接続される負荷のインピーダンスが、可変抵抗の可変出力から見たインピーダンスよりも十分に高ければ、バッファアンプUbを省略することができる。
利得の温度係数を可変とした増幅回路やそれらの応用回路の、全部または一部を回路モジュールとして、小型軽量化を図ったり、他の回路への付加を容易にすることも好ましい。
<温度係数回路の基本回路(反転増幅回路)>
図1は、温度係数回路100の基本回路として、反転増幅回路の構成例を示す。当該回路100の利得Gは、数1で表される。R1≠∞およびR2≠0のとき、利得G<0となる。すなわち、当該回路100では、0<利得Gは実現できない。例えば、R2を温度係数抵抗とすると、利得Gの絶対値の温度係数は、温度係数抵抗の温度係数と同じになる。図1の温度係数回路100は、帰還抵抗または利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた反転増幅回路である。
図1は、温度係数回路100の基本回路として、反転増幅回路の構成例を示す。当該回路100の利得Gは、数1で表される。R1≠∞およびR2≠0のとき、利得G<0となる。すなわち、当該回路100では、0<利得Gは実現できない。例えば、R2を温度係数抵抗とすると、利得Gの絶対値の温度係数は、温度係数抵抗の温度係数と同じになる。図1の温度係数回路100は、帰還抵抗または利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた反転増幅回路である。
図1の温度係数回路100において、温度係数抵抗をR1またはR2とした場合のそれぞれについて、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の方向、および、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の関係を表1に示す。温度係数抵抗をR1とした場合、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の関係は非直線的な関係(反比例)となる。温度係数抵抗をR2とした場合、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の関係は直線的な関係(比例)となる。
例えば、図1の温度係数回路100のR1に温度係数抵抗を使用した場合、利得Gと温度係数抵抗の抵抗値とは、反比例の関係になる。このため、利得Gの絶対値の温度係数も、温度係数抵抗の温度係数とは反比例の関係になる。したがって、横軸を温度、縦軸を利得Gとすると、その関係は非直線的な関係になる。
しかしながら、一例として、4000ppm/℃という大きな温度係数を有する温度係数抵抗を使用し、周囲温度が0~50℃まで大きく変化した場合でも、反比例の関係は直線関係に近く、曲線性を無視し得る場合も多い。この場合、横軸を温度、縦軸を利得Gとすると、その関係はほぼ直線的な関係と考えてもよい。
一方、Viに接続される温度係数補正対象における温度係数や、温度係数補正回路で使用する温度係数抵抗および通常の抵抗の温度係数もまた、温度係数の直線性が完全ではない場合がある。最終的に得られる温度係数をより完全に補正するために、温度係数が逆向きの曲線的(非直線的)になる箇所に、温度係数抵抗を意図的に用いることもできる。
<温度係数抵抗>
上記では、R1またはR2を温度係数抵抗として、一部の抵抗器をそのまま温度抵抗とする例として示しているが、一例として、抵抗の一部として温度係数抵抗を使用する場合(図2(A))、複数の抵抗を温度係数抵抗とする場合(図2(B))、図2(A)と図2(B)との組み合わせ(図2(C))等のようにすることもでき、これらも含むものとする。図2(A)では、温度係数抵抗Rtと通常の抵抗Rcとが直列に接続されている。図2(B)では、温度係数抵抗Rtと通常の抵抗Rcとが並列に接続されている。図2(C)では、温度係数抵抗Rtと通常の抵抗Rcとが直列に接続され、これに通常の抵抗Rcが並列に接続されている。全体の温度係数は、いずれも、使用している温度係数抵抗の温度係数よりも小さい温度係数になる。図2(A)~図2(C)は、本発明の全ての回路の温度係数抵抗に適用可能である。なお、特許文献1では、図1の回路のR1またはR2の抵抗の一部を図2(A)の温度係数抵抗としたものに相当する。
上記では、R1またはR2を温度係数抵抗として、一部の抵抗器をそのまま温度抵抗とする例として示しているが、一例として、抵抗の一部として温度係数抵抗を使用する場合(図2(A))、複数の抵抗を温度係数抵抗とする場合(図2(B))、図2(A)と図2(B)との組み合わせ(図2(C))等のようにすることもでき、これらも含むものとする。図2(A)では、温度係数抵抗Rtと通常の抵抗Rcとが直列に接続されている。図2(B)では、温度係数抵抗Rtと通常の抵抗Rcとが並列に接続されている。図2(C)では、温度係数抵抗Rtと通常の抵抗Rcとが直列に接続され、これに通常の抵抗Rcが並列に接続されている。全体の温度係数は、いずれも、使用している温度係数抵抗の温度係数よりも小さい温度係数になる。図2(A)~図2(C)は、本発明の全ての回路の温度係数抵抗に適用可能である。なお、特許文献1では、図1の回路のR1またはR2の抵抗の一部を図2(A)の温度係数抵抗としたものに相当する。
<温度係数回路の基本回路(非反転増幅回路)>
図3は、温度係数回路200の基本回路として、非反転増幅回路の構成例を示す。当該回路200の利得Gは、数2で表される。R3≠∞およびR4≠0のとき、利得G>1となる。すなわち、当該回路200では、利得G<1は実現できない。例えば、R4を温度係数抵抗とすると、利得Gの温度係数は、温度係数抵抗のR3・(R3+R4)倍となる。図3の温度係数回路200は、帰還抵抗または利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた非反転増幅回路である。
図3は、温度係数回路200の基本回路として、非反転増幅回路の構成例を示す。当該回路200の利得Gは、数2で表される。R3≠∞およびR4≠0のとき、利得G>1となる。すなわち、当該回路200では、利得G<1は実現できない。例えば、R4を温度係数抵抗とすると、利得Gの温度係数は、温度係数抵抗のR3・(R3+R4)倍となる。図3の温度係数回路200は、帰還抵抗または利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた非反転増幅回路である。
図3の温度係数回路200において、温度係数抵抗をR3またはR4とした場合のそれぞれについて、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向、および、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係を表2に示す。温度係数抵抗をR3とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は非直線的な関係となる。温度係数抵抗をR4とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は直線的な関係となる。
<温度係数回路(0<利得G≦1も可能な、非反転増幅回路)>
図4および図5は、温度係数回路300、400として、図1および図2の回路では実現できなかった、一つの演算増幅器による、利得が0<利得G≦1も可能な非反転増幅器を実現する構成例を示す。図4および図5の温度係数回路300、400における分割回路(アッテネータ)の抵抗をR3’、R4’とする。
図4および図5は、温度係数回路300、400として、図1および図2の回路では実現できなかった、一つの演算増幅器による、利得が0<利得G≦1も可能な非反転増幅器を実現する構成例を示す。図4および図5の温度係数回路300、400における分割回路(アッテネータ)の抵抗をR3’、R4’とする。
図4では、図3の温度係数回路200において、入力信号Viと演算増幅器Uの非反転入力との間に抵抗R4’が接続され、抵抗R3’の一端が抵抗R4’と演算増幅器Uの非反転入力との間に接続され、抵抗R3’の他端が接地されている。図4の温度係数回路300は、入力に抵抗R3’およびR4’からなるアッテネータを備え、当該アッテネータを構成する抵抗、帰還抵抗または利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた非反転増幅回路である。
図5では、図3の温度係数回路200において、バッファアンプUb’を設け、演算増幅器Uの出力端子とバッファアンプUb’の入力との間に抵抗R4’が接続され、抵抗R3’の一端が抵抗R4’とバッファアンプUb’の入力との間に接続され、抵抗R3’の他端が接地されている。図5の温度係数回路400は、出力に抵抗R3’およびR4’からなるアッテネータを備え、当該アッテネータを構成する抵抗、帰還抵抗もしくは利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた非反転増幅回路、または、さらに当該アッテネータの出力にバッファアンプUb’を備えた非反転増幅回路である。Voに接続される負荷のインピーダンスが、R3’とR4’との並列インピーダンスよりも十分に高ければ、バッファアンプUb’を省略することができる。
図4および図5の温度係数回路300、400において、Ub’の利得=1のとき(温度係数回路400の場合)、利得Gは数3で表される。基準温度において、(R3:R3’)=(R4:R4’)かつUb’の利得=1のとき、利得G=1となる。例えば、R4を温度係数抵抗とすると、利得Gの温度係数は、温度係数抵抗のR3/(R3+R4)倍になる。
図4および図5の温度係数回路300、400において、温度係数抵抗をR3、R4、R3’またはR4’とした場合のそれぞれについて、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向、および、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係を表3に示す。温度係数抵抗をR3とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は非直線的な関係となる。温度係数抵抗をR4とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は直線的な関係となる。温度係数抵抗をR3’とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は非直線的な関係となる。温度係数抵抗をR4’とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は非直線的な関係となる。
図4および図5の温度係数回路300、400に共通して、利得Gの温度係数よりも大きい温度係数の温度係数抵抗を使用できるので、相対的に、他の通常の抵抗の温度係数の影響を小さくすることができる。また、利得G=1の場合、既存の回路の出力等に追加しやすいので特に有用である。さらに、バッファアンプUb’の利得≠1のときでも、抵抗値の組合せによって増幅回路の利得G=1が可能な場合がある。
図4の温度係数回路300では、演算増幅器UとVoの最大出力が同じなので、大きなダイナミックレンジを確保できる。入力インピーダンスを大きくしたい場合には、ViとR4’との間にバッファアンプ(図示せず)を追加すればよい。
図5の温度係数回路400では、演算増幅器Uの入力の前で抵抗分割されないので、入力信号レベルが小さい場合に、低雑音にできる。また、入力インピーダンスが高い。
以上のように、図1および図3~図5の回路において、いずれか1以上の抵抗を温度係数抵抗とした回路を総称して、「温度係数回路」と称する。温度係数抵抗を用いない場合は、単なる増幅回路である。
温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向が同方向の2つや、逆方向の2つに温度係数抵抗を用いると温度係数が増強され、同方向と逆方向を混在させて温度係数抵抗を用いると温度係数が減弱される。
<可変抵抗のバリエーション>
可変抵抗は、全体にわたり、原則として、図6(A)に示すように、VR単独で図示する。可変抵抗は、その他の一例として、図6(B)~図6(E)に示すバリエーションが可能である。図6(B)において、RvおよびRv’は、可変抵抗VRの摺動子の接触が失われたときにバッファアンプUbの入力電位等を安定させるための回路であり、追加の有無は任意である。RvおよびRv’はともに、可変抵抗VRよりも十分に大きい同じ値の抵抗を用いるのが一般的であるが、これに限定されない。図6(C)および図6(D)に示すように、可変抵抗VRと固定抵抗とを組み合わせて構成することもできる。図6(E)では、固定抵抗Rvおよび固定抵抗Rv’のいずれかまたは両方を交換可能として可変とするものも、可変抵抗に含まれるものとする。
可変抵抗は、全体にわたり、原則として、図6(A)に示すように、VR単独で図示する。可変抵抗は、その他の一例として、図6(B)~図6(E)に示すバリエーションが可能である。図6(B)において、RvおよびRv’は、可変抵抗VRの摺動子の接触が失われたときにバッファアンプUbの入力電位等を安定させるための回路であり、追加の有無は任意である。RvおよびRv’はともに、可変抵抗VRよりも十分に大きい同じ値の抵抗を用いるのが一般的であるが、これに限定されない。図6(C)および図6(D)に示すように、可変抵抗VRと固定抵抗とを組み合わせて構成することもできる。図6(E)では、固定抵抗Rvおよび固定抵抗Rv’のいずれかまたは両方を交換可能として可変とするものも、可変抵抗に含まれるものとする。
また、デジタル・ポテンショメータやマルチプライングDA等を用いて、抵抗値や抵抗比をデジタル的に制御するものも、可変抵抗VRに含まれるものとする。
その他、可変抵抗VRに直列や並列に固定抵抗を接続したものは、それらが全体として可変抵抗を構成するものとし、本発明の全ての回路の可変抵抗に適用可能である。
〔第1の実施形態〕
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(反転増幅回路、一方向)>
図7の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号と第2の信号との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1001である。第1の信号が温度係数回路100の出力であり、第2の信号が他の増幅回路501の出力である。
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(反転増幅回路、一方向)>
図7の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号と第2の信号との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1001である。第1の信号が温度係数回路100の出力であり、第2の信号が他の増幅回路501の出力である。
本回路1001の利得Gは、Ubの利得=1のとき、数4で表される。基準温度において第1の信号と第2の信号を等しくするためには、基準温度において(R1:R2)=(R1”:R2”)が必要である。(R1≠∞およびR2≠0)かつ(R1”≠∞およびR2”≠0)のとき、利得G<0である。
図8の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号と第2の信号との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1002である。第1の信号が温度係数回路100の出力であり、第2の信号が利得の温度係数を可変とした増幅回路1002の入力である。
図8の回路では、利得抵抗R7、帰還抵抗R8と演算増幅器UINVからなる反転増幅回路504と温度係数回路100を直列に接続している。当該反転増幅回路504と温度係数回路100の接続順序を入れ替えてもよい。温度係数回路100も反転増幅を行っており、反転増幅回路504と接続することによって、増幅回路1002は全体として非反転増幅回路となっている。
本回路1002の利得Gは、Ubの利得=1のとき、数5で表される。基準温度において、(R1:R2)=(R8:R7)、すなわち、Ubの利得=1のときに利得G=1であることが必要である。
図7および図8の増幅回路1001、1002において、温度係数抵抗をR1またはR1”とした場合、および、R2またはR2”とした場合のそれぞれについて、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の方向、および、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の関係を表4に示す。(なお、温度係数抵抗をR1”R2”のいずれかとする場合は、回路501が温度係数回路、回路100が増幅回路と、入れ替わる。)温度係数抵抗をR1またはR1”とした場合、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の関係は非直線的な関係(反比例)となる。温度係数抵抗をR2またはR2”とした場合、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗と増幅率の絶対値の温度係数の関係は直線的な関係(比例)となる。温度係数を一方向のみに可変とする場合、原則として、R1、R1”、R2またはR2”のいずれか一つに温度係数抵抗を使用する。
図9は、図8の増幅回路1002において、R2を温度係数抵抗にした場合の利得Gの温度依存性を示す図である。温度係数=0から温度係数抵抗と同じ温度係数まで、可変抵抗VRによって連続可変とすることができる。
〔第2の実施形態〕
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(非反転増幅回路、一方向)>
図10の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号と第2の信号との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1003である。第1の信号が温度係数回路200の出力であり、第2の信号が他の増幅回路502の出力である。
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(非反転増幅回路、一方向)>
図10の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号と第2の信号との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1003である。第1の信号が温度係数回路200の出力であり、第2の信号が他の増幅回路502の出力である。
本回路1003の利得Gは、Ubの利得=1のとき、数6で表される。基準温度において第1の信号と第2の信号を等しくするためには、基準温度において(R3:R4)=(R3”:R4”)が必要である。(R3≠∞およびR4≠0)かつ(R3”≠∞およびR4”≠0)かつUbの利得≧1のとき、利得G>1である。
図10の増幅回路1003において、温度係数抵抗をR3またはR3”とした場合、および、R4またはR4”とした場合のそれぞれについて、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向、および、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係を表5に示す。(なお、温度係数抵抗をR3”R4”のいずれかとする場合は、回路502が温度係数回路、回路200が増幅回路と、入れ替わる。)温度係数抵抗をR3またはR3”とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は非直線的な関係となる。温度係数抵抗をR4またはR4”とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は直線的な関係となる。温度係数を一方向のみに可変とする場合、原則として、R3、R3”、R4またはR4”のいずれか一つに温度係数抵抗を使用する。
〔第3の実施形態〕
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(利得G=1の非反転増幅回路、一方向)>
図11の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号と第2の信号との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1004である。第1の信号が温度係数回路300の出力であり、第2の信号が利得の温度係数を可変とした増幅回路1004の入力である。
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(利得G=1の非反転増幅回路、一方向)>
図11の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号と第2の信号との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1004である。第1の信号が温度係数回路300の出力であり、第2の信号が利得の温度係数を可変とした増幅回路1004の入力である。
図12の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号と第2の信号との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1005である。第1の信号が温度係数回路400の出力であり、第2の信号が利得の温度係数を可変とした増幅回路1005の入力である。
本回路1004、1005の利得Gは、UbおよびUb’(回路1005の場合)の利得=1のとき、数7で表される。基準温度において第1の信号と第2の信号を等しくするためには、基準温度において(R3:R4)=(R3’:R4’)が必要であり、さらにUbおよびUb’の利得=1のとき、利得G=1である。
図11および図12の増幅回路1004、1005において、温度係数抵抗をR3、R4、R3’またはR4’とした場合のそれぞれについて、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向、および、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係を表6に示す。温度係数抵抗をR3とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は非直線的な関係となる。温度係数抵抗をR4とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は直線的な関係となる。温度係数抵抗をR3’とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は非直線的な関係となる。温度係数抵抗をR4’とした場合、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は非直線的な関係となる。
〔第4の実施形態〕
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(利得G=1の非反転増幅回路、両方向)>
図13の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号Vo1と第2の信号Vo2との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力とする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1006である。第1の信号Vo1が温度係数回路300の出力であり、第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力である。
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(利得G=1の非反転増幅回路、両方向)>
図13の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号Vo1と第2の信号Vo2との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力とする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1006である。第1の信号Vo1が温度係数回路300の出力であり、第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力である。
本回路1006の利得Gは、Ubの利得=1のとき、数8で表される。基準温度において第1の信号Vo1と第2の信号Vo2を等しくするためには基準温度において(R3:R4)=(R3’:R4’)が必要であり、さらにUbの利得=1のとき、利得G=1である。R5=R6を前提とする。
基準温度における利得G=1、α=Vo1/Viの温度係数、Δt=基準温度との温度差、R5=R6のとき、Vo1およびVo2はそれぞれ数9および数10で表される。すなわち、Vo1とVo2は逆の温度係数になる。
増幅回路1006は、増幅回路1004に温度係数反転回路503を追加した回路であるが、増幅回路1002や増幅回路1005に温度係数反転回路503を追加した回路も同様に構成可能である。
図13の増幅回路1006において、温度係数抵抗をR3、R4、R3’またはR4’とした場合のそれぞれについて、温度係数抵抗とVo1/Viの温度係数の方向、温度係数抵抗とVo2/Viの温度係数の方向、および、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係を表7に示す。温度係数抵抗をR3とした場合、温度係数抵抗とVo1/Viの温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗とVo2/Viの温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は非直線的な関係となる。温度係数抵抗をR4とした場合、温度係数抵抗とVo1/Viの温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗とVo2/Viの温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は直線的な関係となる。温度係数抵抗をR3’とした場合、温度係数抵抗とVo1/Viの温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗とVo2/Viの温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は非直線的な関係となる。温度係数抵抗をR4’とした場合、温度係数抵抗とVo1/Viの温度係数の方向は同方向となり、温度係数抵抗とVo2/Viの温度係数の方向は逆方向となり、温度係数抵抗と増幅率の温度係数の関係は非直線的な関係となる。
図14は、図13の増幅回路1006において、R4を温度係数抵抗にした場合の利得Gの温度依存性を示す図である。Vo2/ViからVo1/Viまで、可変抵抗VRによって連続可変とすることができる。
〔第5の実施形態〕
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(利得G>1の非反転増幅回路、両方向)>
図15の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号Vo1と第2の信号Vo2との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1007である。第1の信号Vo1が温度係数回路200の出力であり、第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力である。
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(利得G>1の非反転増幅回路、両方向)>
図15の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号Vo1と第2の信号Vo2との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1007である。第1の信号Vo1が温度係数回路200の出力であり、第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力である。
温度係数反転回路503において、温度係数反転回路503を構成する演算増幅器U’の非反転入力が他の増幅回路502の出力に接続され、温度係数反転回路503を構成する演算増幅器U’の反転入力が帰還抵抗R6の一端および利得抵抗R5の一端に接続され、温度係数反転回路503を構成する演算増幅器U’の出力が帰還抵抗R6の他端に接続され、温度係数回路200の出力が利得抵抗R5の他端に接続され、帰還抵抗R6と利得抵抗R5とが略同じ抵抗値である。
本回路1007の利得Gは、Ubの利得=1のとき、数11で表される。基準温度において第1の信号Vo1と第2の信号Vo2を等しくするために、基準温度において(R3:R4)=(R3”:R4”)となるようにする。(R3≠∞およびR4≠0)かつ(R3”≠∞およびR4”≠0)かつUbの利得≧1のとき、利得G>1となる。R5=R6を前提とする。R3”およびR4”には、温度係数抵抗は用いない。
基準温度における利得G=1、α=Vo1/Viの温度係数、Δt=基準温度との温度差、R5=R6のとき、基準温度において1+(R4/R3)=1+(R4”/R3”)=Aとすると、Vo1およびVo2はそれぞれ数12および数13で表される。すなわち、Vo1とVo2は逆の温度係数になる。
増幅回路1007は、増幅回路1003に温度係数反転回路503を追加した回路である。
図16の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号Vo1と第2の信号Vo2との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1008である。第1の信号Vo1が温度係数回路200の出力であり、第2の信号Vo2が温度係数回路200’の出力である。
本回路1008の利得Gは、Ubの利得=1のとき、数14で表される。基準温度において第1の信号Vo1と第2の信号Vo2を等しくするために、基準温度において(R3:R4)=(R3”:R4”)が必要である。(R3≠∞およびR4≠0)かつ(R3”≠∞およびR4”≠0)かつUbの利得≧1のとき、利得G>1となる。
増幅回路1008は、増幅回路1003と同じ回路構成であるが、温度係数抵抗を(R3およびR4”)または(R3”およびR4)のいずれか2個に使用することによって、Vo1とVo2の温度係数を逆にする。増幅回路1007と比較すると、温度係数抵抗が1個増え、演算増幅器が1個減っている。
〔第6の実施形態〕
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(利得G<0の反転増幅回路、両方向)>
図17の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号Vo1と第2の信号Vo2との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1009である。第1の信号Vo1が温度係数回路100の出力であり、第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力である。
<利得の温度係数を可変にした増幅回路(利得G<0の反転増幅回路、両方向)>
図17の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号Vo1と第2の信号Vo2との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1009である。第1の信号Vo1が温度係数回路100の出力であり、第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力である。
温度係数反転回路503において、温度係数反転回路503を構成する演算増幅器U’の非反転入力が他の増幅回路501の出力に接続され、温度係数反転回路503を構成する演算増幅器U’の反転入力が帰還抵抗R6の一端および利得抵抗R5の一端に接続され、温度係数反転回路503を構成する演算増幅器U’の出力が帰還抵抗R6の他端に接続され、温度係数回路200の出力が利得抵抗R5の他端に接続され、帰還抵抗R6と利得抵抗R5とが略同じ抵抗値である。
本回路1009の利得Gは、Ubの利得=1のとき、数15で表される。基準温度において第1の信号Vo1と第2の信号Vo2を等しくするために、基準温度において(R1:R2)=(R1”:R2”)になるようにする。(R1≠∞およびR2≠0)かつ(R1”≠∞およびR2”≠0)のとき、利得G<0となる。R5=R6を前提とする。R1”およびR2”には、温度係数抵抗は用いない。
基準温度における利得G=1、α=Vo1/Viの温度係数、Δt=基準温度との温度差、R5=R6のとき、基準温度において-R2/R1=-R2”/R1”=Aとすると、Vo1およびVo2はそれぞれ数16および数17で表される。すなわち、Vo1とVo2は逆の温度係数になる。
増幅回路1009は、増幅回路1001に温度係数反転回路503を追加した回路である。
図18の回路は、増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号Vo1と第2の信号Vo2との間に可変抵抗VRを接続し、可変抵抗VRの可変出力をバッファアンプUbの入力に接続し、バッファアンプUbの出力を出力Voとする、利得の温度係数を可変とした増幅回路1010である。第1の信号Vo1が温度係数回路100の出力であり、第2の信号Vo2が温度係数回路100’の出力である。
本回路1010の利得Gは、Ubの利得=1のとき、数15で表される。基準温度において第1の信号Vo1と第2の信号Vo2を等しくするために、基準温度において(R1:R2)=(R1”:R2”)になるようにする。(R1≠∞およびR2≠0)かつ(R1”≠∞およびR2”≠0)のとき、利得G<0となる。
増幅回路1010は、増幅回路1001と同じ回路構成であるが、温度係数抵抗を(R1およびR2”)または(R1”およびR2)のいずれか2個に使用することによって、Vo1とVo2の温度係数を逆にする。増幅回路1009と比較すると、温度係数抵抗が1個増え、演算増幅器が1個減っている。
以下、実施例について説明するが、抵抗値や温度係数等はこれらに限定されるものではない。
<より小さい温度係数の実現>
(増幅回路1005と同様の回路)
図19は、増幅回路1005における抵抗値と温度係数の一例を示す図(増幅回路1011)である。温度係数抵抗(同図の例ではR4)以外の通常の抵抗の温度係数は、3000ppm/℃よりも十分に小さいものとする(例えば、±50ppm/℃以内)。通常の抵抗の温度係数よりも小さい温度係数を、安定して得ることができる。なお、通常の抵抗の温度係数による影響も小さくなり、同図の例では1/100になる。
(増幅回路1005と同様の回路)
図19は、増幅回路1005における抵抗値と温度係数の一例を示す図(増幅回路1011)である。温度係数抵抗(同図の例ではR4)以外の通常の抵抗の温度係数は、3000ppm/℃よりも十分に小さいものとする(例えば、±50ppm/℃以内)。通常の抵抗の温度係数よりも小さい温度係数を、安定して得ることができる。なお、通常の抵抗の温度係数による影響も小さくなり、同図の例では1/100になる。
後述の増幅回路1012と比較すると、R4のR3に対する比率(R4/R3)の値やR4’のR3’に対する比率(R4’/R3’)の値を小さくすることで、入力信号レベルが小さい場合に、低雑音にすることができる。
ここでは増幅回路1005と同様の回路を例示しているが、この手法や考え方は、他のすべての、温度係数を可変にした増幅回路に同様に適用し、微小な温度係数を安定して得ることができる。
<より小さい温度係数の実現>
(増幅回路1005の変形回路)
図20は、増幅回路1005の変形回路として、アッテネータ601(一例として、1/50のアッテネータ)を用いた構成例(増幅回路1012)を示す図である。アッテネータ601(0.1kΩと4.9kΩ)と可変抵抗VRで、全体として可変抵抗を構成する。可変抵抗VRは、0.1kΩよりも十分に大きい抵抗値(例えば、100kΩ)とする。
(増幅回路1005の変形回路)
図20は、増幅回路1005の変形回路として、アッテネータ601(一例として、1/50のアッテネータ)を用いた構成例(増幅回路1012)を示す図である。アッテネータ601(0.1kΩと4.9kΩ)と可変抵抗VRで、全体として可変抵抗を構成する。可変抵抗VRは、0.1kΩよりも十分に大きい抵抗値(例えば、100kΩ)とする。
アッテネータ601に用いる2つの抵抗の温度係数が揃っていれば、増幅回路1011と同様に、通常の抵抗の温度係数よりも小さい温度係数を、安定して得ることができる。
R4のR3に対する比率(R4/R3)の値やR4’のR3’に対する比率(R4’/R3’)の値が増幅回路1011と比べて大きいので、より大きなダイナミックレンジを確保することができる。
ここでは増幅回路1005の変形回路を例示しているが、この手法や考え方は、他のすべての、温度係数を可変にした増幅回路に同様に適用し、微小な温度係数を安定して得ることができる。
<温度係数のレンジ切替>
図21は、増幅回路1012の変形回路(増幅回路1013)として、切替可能なアッテネータ602を用いた、増幅率の温度係数のレンジ切替回路の一例を示す図である。切替可能なアッテネータ602、バッファアンプUb”と可変抵抗VRは、全体として可変抵抗を構成している。Viに、点線のように直流電圧源VDCを接続すると、直流電圧の温度係数のレンジ切替回路を実現できる。複数のアッテネータを切り替えたり、図2(A)~図2(C)のように温度係数抵抗Rtと通常の抵抗Rcを組み合わせて切り替えたりする等、他にも温度係数のレンジ切替回路の様々な実現方法が考えられる。
図21は、増幅回路1012の変形回路(増幅回路1013)として、切替可能なアッテネータ602を用いた、増幅率の温度係数のレンジ切替回路の一例を示す図である。切替可能なアッテネータ602、バッファアンプUb”と可変抵抗VRは、全体として可変抵抗を構成している。Viに、点線のように直流電圧源VDCを接続すると、直流電圧の温度係数のレンジ切替回路を実現できる。複数のアッテネータを切り替えたり、図2(A)~図2(C)のように温度係数抵抗Rtと通常の抵抗Rcを組み合わせて切り替えたりする等、他にも温度係数のレンジ切替回路の様々な実現方法が考えられる。
切替可能なアッテネータ602の代わりとして、デジタル・ポテンショメータを用いることも有効である。増幅回路1013の例のように最大2000ppm/℃までの温度係数が可能の場合、例えば200ステップの切替が可能なデジタル・ポテンショメータを用いれば、可変抵抗VRで連続可変できる最大値を10ppm/℃単位で選択可能である。この場合は、一例として0~1280ppm/℃というレンジも実現できる。さらに、可変抵抗VRとしてデジタル・ポテンショメータを使用すれば、レンジ切替と温度係数の可変を共にデジタルで設定できるようになり、有用である。
可変抵抗VRの抵抗値をアッテネータ602の抵抗よりも十分に大きい値(例えば、200kΩ)とすれば、バッファアンプUb”を省略することができる。
ここではレンジ切替を可能とした増幅回路1013を例示しているが、レンジ切替の手法や考え方は、他のすべての、温度係数を可変にした増幅回路に同様に適用可能である。一例として、温度係数反転回路503を追加すれば、温度係数可変範囲を正負対称とすることも可能である。
<IVアンプの温度特性補正>
(増幅回路1006と略同様の回路)
図22は、IVアンプ603の温度特性補正回路の構成例を示す図である。IVアンプ603(電流アンプ、電流電圧変換回路)では、Vout=Iin・Rfの関係で電流が電圧に変換される。高感度のIVアンプでは、一例として、Rfとして1GΩや10GΩのような高抵抗が用いられる。しかしながら、このような高抵抗では、一例として、数百ppm/℃~千数百ppm/℃という大きな温度係数を有するため、IVアンプの電流増幅率もまた同様の大きな温度係数を有することになる。増幅回路1014では、増幅回路1006と同様の回路を用いて、±1500ppm/℃を補正可能とした上で、VRで-1000ppm/℃に設定することによって、増幅回路1014の入力(IVアンプ603の出力Vout)の+1000ppm/℃を補正する例を示している。
(増幅回路1006と略同様の回路)
図22は、IVアンプ603の温度特性補正回路の構成例を示す図である。IVアンプ603(電流アンプ、電流電圧変換回路)では、Vout=Iin・Rfの関係で電流が電圧に変換される。高感度のIVアンプでは、一例として、Rfとして1GΩや10GΩのような高抵抗が用いられる。しかしながら、このような高抵抗では、一例として、数百ppm/℃~千数百ppm/℃という大きな温度係数を有するため、IVアンプの電流増幅率もまた同様の大きな温度係数を有することになる。増幅回路1014では、増幅回路1006と同様の回路を用いて、±1500ppm/℃を補正可能とした上で、VRで-1000ppm/℃に設定することによって、増幅回路1014の入力(IVアンプ603の出力Vout)の+1000ppm/℃を補正する例を示している。
この手法や考え方は、他のすべての、温度係数を可変にした増幅回路に同様に適用して、増幅率の温度係数を補正する対象となる増幅器(一例としてIVアンプ603)の温度特性を補正することができる。同図では、R4に温度係数抵抗を用い、R4’を部分的に可変にした例を示しているが、他の抵抗(R1、R2やR1’、R2’を有する回路では、これらの抵抗も含む)を温度係数抵抗にしたり、部分的に可変にすることも可能である。補正対象の温度係数が正負いずれか一方の場合は、増幅回路1006に代えて、増幅回路1001~1005の回路を用いることも可能である。
温度係数を有する回路や素子(例えばIVアンプ603のRf)と温度係数補正回路の温度係数抵抗(例えば、増幅回路1014のR4)は、可能な限り同じ温度に近づけることが好ましい。
R3、R3’やR4の誤差を補正できるようにするために、図22に示すように、R4’の一部に可変抵抗を設けている。電流源からIinに与える電流は温度によらず一定であることとして、IVアンプ603の温度係数だけを補正してもよいし、電流源の温度係数も一緒に補正することとしてもよい。電流源は、交流でも直流でもよい。
(調整手順の一例)
1.基準温度(例えば、25℃)において、Vi=Vo1になるようにR4’を調整する。
2.所望の温度(例えば、40℃)において、Voの電圧が、基準温度時のVo1と等しくなるように可変抵抗VRを調整する。
1.基準温度(例えば、25℃)において、Vi=Vo1になるようにR4’を調整する。
2.所望の温度(例えば、40℃)において、Voの電圧が、基準温度時のVo1と等しくなるように可変抵抗VRを調整する。
<絶対温度に比例する増幅率と電圧>
図23は、増幅率が絶対温度に比例する増幅回路1015の構成例を示す図である。R9と可変抵抗VRとは、全体として可変抵抗を構成している。半導体素子の特性を表す数式では、q/(k・T)という部分がよく現れる。ここで、q=1.602E-19(電子の電荷)、k=1.38E-23(ボルツマン定数)、T:絶対温度(K)である。絶対温度Tに比例する増幅率や電圧を用いれば、この式において、絶対温度Tの項を打ち消して、温度に無関係な特性を得ることができる場合がある。なお、絶対温度Tに比例する温度係数は、25℃を基準とするとき、約3354ppm/℃である。図23において、Viに、点線のように直流電圧源VDCを接続すると、3350±150ppm/℃程度の温度係数を有する電圧を得ることができ、絶対温度に比例する電圧(約3354ppm/℃)を得ることができる。
図23は、増幅率が絶対温度に比例する増幅回路1015の構成例を示す図である。R9と可変抵抗VRとは、全体として可変抵抗を構成している。半導体素子の特性を表す数式では、q/(k・T)という部分がよく現れる。ここで、q=1.602E-19(電子の電荷)、k=1.38E-23(ボルツマン定数)、T:絶対温度(K)である。絶対温度Tに比例する増幅率や電圧を用いれば、この式において、絶対温度Tの項を打ち消して、温度に無関係な特性を得ることができる場合がある。なお、絶対温度Tに比例する温度係数は、25℃を基準とするとき、約3354ppm/℃である。図23において、Viに、点線のように直流電圧源VDCを接続すると、3350±150ppm/℃程度の温度係数を有する電圧を得ることができ、絶対温度に比例する電圧(約3354ppm/℃)を得ることができる。
<直流電圧源の温度特性補正>
図24は、当業者に慣用されている直流電圧源ICであるTL431(テキサスインスツルメンツ社)の出力電圧の温度特性である(https://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/tl431.pdf)。内蔵されているリファレンス電圧源の25℃における電圧Vrefのばらつきによって、温度係数が異なっていることが見て取れる。なお、このICの仕様では、25℃におけるVrefの最大値は2550mV、最小値は2440mVとなっている。
図24は、当業者に慣用されている直流電圧源ICであるTL431(テキサスインスツルメンツ社)の出力電圧の温度特性である(https://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/tl431.pdf)。内蔵されているリファレンス電圧源の25℃における電圧Vrefのばらつきによって、温度係数が異なっていることが見て取れる。なお、このICの仕様では、25℃におけるVrefの最大値は2550mV、最小値は2440mVとなっている。
0~50℃の周囲温度において、Vref=2550mVでは、約150ppm/℃程度の正の温度係数を有し、Vref=2440mVでは、約-130ppm/℃の温度係数を有している。すなわち、このICでは、±150ppm/℃程度の温度係数を補正できれば、その温度特性を補正することができる。
一方、Vref=2495mVでは、25℃未満で正の温度係数を有し、25℃以上では負の温度係数を有しているが、絶対値では25℃以上の負の温度係数の方が大きくなっている。このような場合は、ある温度を境として温度係数の正負が入れ替わるような特性(V字型やΛ字型)で補正できれば、その温度特性を補正することができる。
例えば、図24におけるVref=2440mVの0~50℃の周囲温度における温度係数の直線性は完全ではなく、若干非直線的な関係になっている。このような場合、一例として、R1に温度係数抵抗を用いることによって、温度と増幅率との関係を反比例関係とし、より完全な温度特性補正を実現することができる場合がある。また、温度係数抵抗と増幅率との温度係数の関係が非直線的な関係になるような、他の箇所に温度係数抵抗を用いることによって、より完全な温度特性補正を実現することができる場合もある。
(増幅回路1006と同様の回路)
図25は、増幅回路1006と同様の回路を用いて、±150ppm/℃を補正する回路1016の構成例を示す図である。図24の例では、リファレンス電圧源の25℃における電圧Vrefの最大値は2550mV、最小値は2440mVとなっており、公称値は2.5Vである。すなわち、増幅率を±2.5%程度調整可能な電圧調整回路604を追加すれば、公称値電圧を得ることができる。このような電圧調整回路604の一例を増幅回路1006の追加回路として図25に示すが、この回路の有無は任意である。
図25は、増幅回路1006と同様の回路を用いて、±150ppm/℃を補正する回路1016の構成例を示す図である。図24の例では、リファレンス電圧源の25℃における電圧Vrefの最大値は2550mV、最小値は2440mVとなっており、公称値は2.5Vである。すなわち、増幅率を±2.5%程度調整可能な電圧調整回路604を追加すれば、公称値電圧を得ることができる。このような電圧調整回路604の一例を増幅回路1006の追加回路として図25に示すが、この回路の有無は任意である。
(調整手順の一例)
ここでは、図25に示すように、R4’の一部に可変抵抗を設けて、R3、R3’やR4の誤差を補正できるようになっていることとする。
1.基準温度(例えば、25℃)において、Vi=Vo1になるように、R4’を調整する。電圧調整回路604を追加している場合は、さらに、Vo’が公称値電圧になるように、電圧調整回路604の可変抵抗を調整する。
2.所望の温度(例えば、40℃)において、Voの電圧が、基準温度時のVo1と等しくなるように、可変抵抗VRを調整する。
ここでは、図25に示すように、R4’の一部に可変抵抗を設けて、R3、R3’やR4の誤差を補正できるようになっていることとする。
1.基準温度(例えば、25℃)において、Vi=Vo1になるように、R4’を調整する。電圧調整回路604を追加している場合は、さらに、Vo’が公称値電圧になるように、電圧調整回路604の可変抵抗を調整する。
2.所望の温度(例えば、40℃)において、Voの電圧が、基準温度時のVo1と等しくなるように、可変抵抗VRを調整する。
<直流電圧源の温度特性のV字型補正およびΛ字型補正>
(増幅回路1006の変形回路)
図26は、増幅回路1006の変形回路であって、直流電圧源VDCの温度特性のV字型補正を行う回路1017の構成例を示す図である。図27は、増幅回路1006の変形回路であって、直流電圧源VDCの温度特性のΛ字型補正を行う回路1018の構成例を示す図である。図26および図27において、Vo1部の正の温度係数やVo2部の負の温度係数という記載は、R4として正の温度係数を有する温度係数抵抗を用いた場合である。
(増幅回路1006の変形回路)
図26は、増幅回路1006の変形回路であって、直流電圧源VDCの温度特性のV字型補正を行う回路1017の構成例を示す図である。図27は、増幅回路1006の変形回路であって、直流電圧源VDCの温度特性のΛ字型補正を行う回路1018の構成例を示す図である。図26および図27において、Vo1部の正の温度係数やVo2部の負の温度係数という記載は、R4として正の温度係数を有する温度係数抵抗を用いた場合である。
出力電圧に温度係数を有する直流電圧源VDCを入力に接続し、可変抵抗として第1の可変抵抗VRAと第2の可変抵抗VRBとを備え、バッファアンプUbは備えず、第1の可変抵抗VRAの可変出力を第1の演算増幅器UAの非反転入力に接続し、第2の可変抵抗VRBの可変出力を第2の演算増幅器UBの非反転入力に接続し、第1の演算増幅器UAの出力を第1のダイオードDAを介して第1の演算増幅器UAの反転入力に接続し、第2の演算増幅器UBの出力を第2のダイオードDBを介して第2の演算増幅器UBの反転入力に接続し、第1の演算増幅器UAの反転入力と第2の演算増幅器UBの反転入力とを共通接続し、当該共通接続と電圧源(-Vまたは+V)との間に定電流源ICまたは抵抗(図示せず)を設け、共通接続を出力とすることにより、基準温度よりも高い温度と低い温度とで直流電圧源VDCの温度係数を独立して補正して出力する。
定電流源ICは、第1および第2のダイオードDA、DBに電流を流してオンさせるためのものであり、代わりに抵抗を用いることもできる。
UAとUBのいずれか一方は飽和動作するので、UAとUBには非反転入力と反転入力との間に保護ダイオードが入っていない演算増幅器を用いることが必要である。
回路1017では、UAとUBの出力電圧の高い方がVoに現れるので、V字型補正が可能である。回路1018では、UAとUBの出力電圧の低い方がVoに現れるので、Λ字型補正が可能である。
図26および図27では、増幅回路1006の変形回路を例示しているが、この手法や考え方は、他のすべての、Vo1とVo2とを有する温度係数を可変にした増幅回路に対して、同様に適用することができる。
図28は、図26の回路1017において、R4として正の温度係数を有する温度係数抵抗を用い、可変抵抗VRAの摺動子をVo1寄りに設定し、可変抵抗VRBの摺動子をVo2寄りに設定した場合の利得Gの温度依存性を示す図である。例えば図24におけるVref=2449mVの特性のような直流電圧源VDCの、逆U字状の温度特性を、回路1017のV字型補正を用いて、可変抵抗VRAおよびVRBの連続可変によって補正することができる。
<基準温度で0Vの温度係数出力>
図29は、基準温度で0Vの温度係数出力を行う回路1019の構成例を示す図である。基準温度において、R3=R4、R5=R6、R7=R8とする。R7およびR8は、R5およびR6と同様に、相対的な抵抗値や相対的な温度係数が小さいペア抵抗を用いることが好ましい。回路200は温度係数回路であり、第1の信号Vo1を出力する。第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力であり、第3の信号Vo3が、反転増幅回路504により、温度係数反転回路503の出力の極性を反転した信号である。回路1019は、可変抵抗VRを増幅率の温度係数が互いに異なる第2の信号Vo2と第3の信号Vo3との間に接続した、利得Gの温度係数を可変とした増幅回路を用いて出力電圧の温度係数を可変とした回路である。当該増幅回路1019の入力に直流電圧源VDCを接続することによって、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する。
図29は、基準温度で0Vの温度係数出力を行う回路1019の構成例を示す図である。基準温度において、R3=R4、R5=R6、R7=R8とする。R7およびR8は、R5およびR6と同様に、相対的な抵抗値や相対的な温度係数が小さいペア抵抗を用いることが好ましい。回路200は温度係数回路であり、第1の信号Vo1を出力する。第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力であり、第3の信号Vo3が、反転増幅回路504により、温度係数反転回路503の出力の極性を反転した信号である。回路1019は、可変抵抗VRを増幅率の温度係数が互いに異なる第2の信号Vo2と第3の信号Vo3との間に接続した、利得Gの温度係数を可変とした増幅回路を用いて出力電圧の温度係数を可変とした回路である。当該増幅回路1019の入力に直流電圧源VDCを接続することによって、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する。
R4を温度係数抵抗とし、α=温度係数抵抗R4の温度係数、Δt=基準温度との温度差とすると、Vo1、Vo2およびVo3はそれぞれ数18~数20で表される。すなわち、Vo2とVo3は逆の温度係数になる。
図29の回路は回路構成の一例であり、基準温度で0Vの温度係数出力を得ることができれば、他の回路構成であってもよいことは、もちろんである。基準温度で0Vであり温度係数が逆方向の第2の信号Vo2と第3の信号Vo3を得て、その間を可変抵抗VRで可変できればよい。
図30は、図29の回路1019において、R4を温度係数抵抗にした場合の利得Gの温度依存性を示す図である。Vo2からVo3まで、可変抵抗VRによって連続可変とすることができる。
より具体的な一例として、Vi:+2.5V、温度係数抵抗の温度係数:4000ppm/℃、基準温度:25℃、周囲温度:0~50℃(すなわち、25±25℃)のとき、Vo3=2・2.5V・4000ppm/℃・±25℃=±0.5Vとなる。より大きい温度係数出力が必要な場合は、バッファアンプUbの利得を1よりも大きくすればよい。一例として、バッファアンプUbを図31のような構成にすれば、その利得は10倍となり、25±25℃で±5Vが得られる。
<基準温度で0Vの温度係数出力を用いた高速OPアンプの温度ドリフト補正1>
図32は、基準温度で0Vの温度係数出力を用いた高速OPアンプの温度ドリフト補正を行う回路1020の構成例を示す図である。温度係数抵抗R4は、基準温度において1kΩ、4000ppm/℃とする。R3は、1kΩ±数%を調整可能とする。R5とR6、および、R7とR8とは、各々、抵抗値と温度係数が揃ったペア抵抗とすることが好ましい。第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力であり、第3の信号Vo3が、反転増幅回路504により、温度係数反転回路503の出力の極性を反転した信号である。回路1020は、可変抵抗VRを増幅率の温度係数が互いに異なる第2の信号Vo2と第3の信号Vo3との間に接続した、利得Gの温度係数を可変とした増幅回路を用いて基準温度で0Vの温度係数出力を行う回路である。当該回路1020の入力に直流電圧源VDCを接続することによって、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する。基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路の出力を他の増幅回路の入力に与え、他の増幅回路の温度ドリフトを補正する。
図32は、基準温度で0Vの温度係数出力を用いた高速OPアンプの温度ドリフト補正を行う回路1020の構成例を示す図である。温度係数抵抗R4は、基準温度において1kΩ、4000ppm/℃とする。R3は、1kΩ±数%を調整可能とする。R5とR6、および、R7とR8とは、各々、抵抗値と温度係数が揃ったペア抵抗とすることが好ましい。第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力であり、第3の信号Vo3が、反転増幅回路504により、温度係数反転回路503の出力の極性を反転した信号である。回路1020は、可変抵抗VRを増幅率の温度係数が互いに異なる第2の信号Vo2と第3の信号Vo3との間に接続した、利得Gの温度係数を可変とした増幅回路を用いて基準温度で0Vの温度係数出力を行う回路である。当該回路1020の入力に直流電圧源VDCを接続することによって、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する。基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路の出力を他の増幅回路の入力に与え、他の増幅回路の温度ドリフトを補正する。
高速・広帯域の演算増幅器(図32ではUHF)は、一般的に、オフセット電圧、バイアス電流や、それらの温度ドリフトが大きい傾向にある。ここでは、一般的なオフセット電圧補正回路(VRofsとRofs)に加えて、図29の回路1019の変形回路1020によってUHFの温度ドリフトをも補正する例を示している。高速演算増幅器の利得誤差が生じないように、RofsやRdriftは、利得抵抗Rgよりも十分に大きい抵抗値に選択される。このため、図32では、図29に対してバッファアンプUbを省略できている。
温度ドリフトが温度に対して直線的でない場合、例えば、基準温度近辺を中心として逆U字状やΛ字状に変化する場合は、図27の回路1017のVo1・Vo2とVoとの間の回路をVo2・Vo3とVoとの間に適用してV字型の補正を行うことによって、より正確なオフセット補正を行うことができる。また、温度ドリフトが基準温度近辺を中心としてU字状やV字状に変化する場合は、図28の回路1018のVo1・Vo2とVoとの間の回路を適用して、Λ字型の補正を行うことによって、より正確なオフセット補正を行うことができる。
(調整手順の一例)
ここでは図32に示すように、R3の一部に可変抵抗を設けて、R4の誤差を補正できるようになっていることとする。
1.基準温度(例えば、25℃)において、Vo=Viになるように、R3を調整する。R5~R8が正確であれば、このとき、Vo=Vo1=Vo2=0Vとなる。
2.Vinを基準電位に接続し(図32中の点線)、Vout=0Vとなるように、可変抵抗VRofsを調整する。
3.所望の温度(例えば、40℃)において、Vout=0Vとなるように、可変抵抗VRを調整する。
ここでは図32に示すように、R3の一部に可変抵抗を設けて、R4の誤差を補正できるようになっていることとする。
1.基準温度(例えば、25℃)において、Vo=Viになるように、R3を調整する。R5~R8が正確であれば、このとき、Vo=Vo1=Vo2=0Vとなる。
2.Vinを基準電位に接続し(図32中の点線)、Vout=0Vとなるように、可変抵抗VRofsを調整する。
3.所望の温度(例えば、40℃)において、Vout=0Vとなるように、可変抵抗VRを調整する。
<基準温度で0Vの温度係数出力を用いた高速OPアンプの温度ドリフト補正2>
図33は、基準温度で0Vの温度係数出力を用いた高速OPアンプの温度ドリフト補正を行う回路1021の構成例を示す図である。温度係数抵抗R4は、基準温度において1kΩ、4000ppm/℃とする。R3は、1kΩ±数%を可変とする。R5とR6、および、R7とR8とは、各々、抵抗値と温度係数が揃ったペア抵抗とすることが好ましい。第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力であり、第3の信号Vo3が、基準電位である。回路1021は、可変抵抗VRを増幅率の温度係数が互いに異なる第2の信号Vo2と第3の信号Vo3との間に接続した、利得Gの温度係数を可変とした増幅回路を用いて基準温度で0Vの温度係数出力を行う回路であり、さらに付加的に反転増幅回路504を含んでいる。当該増幅回路1021の入力に直流電圧源VDCを接続することによって、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する。基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路の出力を他の増幅回路の入力に与え、他の増幅回路の温度ドリフトを補正する。
図33は、基準温度で0Vの温度係数出力を用いた高速OPアンプの温度ドリフト補正を行う回路1021の構成例を示す図である。温度係数抵抗R4は、基準温度において1kΩ、4000ppm/℃とする。R3は、1kΩ±数%を可変とする。R5とR6、および、R7とR8とは、各々、抵抗値と温度係数が揃ったペア抵抗とすることが好ましい。第2の信号Vo2が温度係数反転回路503の出力であり、第3の信号Vo3が、基準電位である。回路1021は、可変抵抗VRを増幅率の温度係数が互いに異なる第2の信号Vo2と第3の信号Vo3との間に接続した、利得Gの温度係数を可変とした増幅回路を用いて基準温度で0Vの温度係数出力を行う回路であり、さらに付加的に反転増幅回路504を含んでいる。当該増幅回路1021の入力に直流電圧源VDCを接続することによって、基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する。基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路の出力を他の増幅回路の入力に与え、他の増幅回路の温度ドリフトを補正する。
図33の回路1021は、図32の回路1020に対して、以下の変形を加えたものである。
同一種のUHFであれば、ドリフトの温度係数は正負いずれか一方に決まっている場合も多い。このような場合は、図33のように、Vo3を生成するための反転増幅回路を省略し、可変抵抗VRのVo3に接続していた側は基準電位に接続することができる。なお、ドリフトの温度係数の正負が逆のときは、R3を温度係数抵抗とし、R4を1kΩ±数%を可変とすればよい。(図33では、基準温度においてR3の抵抗値もR4の抵抗値も同じ1kΩなので、単純にR3とR4とを入れ替えればよい。)
図32の回路1020では、演算増幅器の正負電源(+Vおよび-V)を用いてオフセット電圧を補正していたが、演算増幅器の電源電圧は、必ずしも安定とはいえない。図33の回路1021では、Viに接続されている、より安定な電圧源と反転増幅回路504(UINV、R7、R8)を用いて、より安定なオフセット電圧補正としている。なお、UHFのオフセットが正負の一方に決まっている場合は、VRofsの-Vi側を基準電位に接続することによって反転増幅回路504を省略できる場合がある。
(調整手順の一例)
ここでは図33に示すように、R3の一部に可変抵抗を設けて、R4の誤差を補正できるようになっていることとする。
1.基準温度(例えば、25℃)において、Vo=Viになるように、R3を調整する。R5~R8が正確であれば、このとき、Vo=Vo1=Vo2=0Vとなる。
2.Vinを基準電位に接続し(図32中の点線)、Vout=0Vとなるように、可変抵抗VRofsを調整する。
3.所望の温度(例えば、40℃)において、Vout=0Vとなるように、可変抵抗VRを調整する。
ここでは図33に示すように、R3の一部に可変抵抗を設けて、R4の誤差を補正できるようになっていることとする。
1.基準温度(例えば、25℃)において、Vo=Viになるように、R3を調整する。R5~R8が正確であれば、このとき、Vo=Vo1=Vo2=0Vとなる。
2.Vinを基準電位に接続し(図32中の点線)、Vout=0Vとなるように、可変抵抗VRofsを調整する。
3.所望の温度(例えば、40℃)において、Vout=0Vとなるように、可変抵抗VRを調整する。
以上、本発明を実施形態および実施例に基づいて説明したが、本発明は種々の変形実施をすることができる。種々の変形実施も本発明の範囲に含まれる。
信号レベル等(AC振幅やDC電圧を含む)が温度係数を有する場合、本発明による利得の温度係数を可変にした増幅回路を用いることによってその温度係数を補正することができる。
被対象回路が温度係数を有するパラメータを含んでおり、当該パラメータを温度係数を有する直流電圧で補正可能の場合は、本発明による下記のような回路を用いることによって被対象回路の温度係数を有するパラメータを補正することができる。
・利得の温度係数を可変にした増幅回路の入力に直流電圧源を接続して得た、温度係数を可変とした直流電圧を用いる。
・利得の温度係数を可変にした増幅回路の変形回路を用い、入力に直流電圧源を接続して得た、基準温度において基準電位となる温度係数を可変とした直流電圧を用いる。
より具体的な応用例として、ATカットの水晶振動子の発振周波数の温度特性を、上記のいずれかの回路による温度係数を有する直流電圧によって、実際に使用する温度範囲で略直線近似して補正することができる。
・利得の温度係数を可変にした増幅回路の入力に直流電圧源を接続して得た、温度係数を可変とした直流電圧を用いる。
・利得の温度係数を可変にした増幅回路の変形回路を用い、入力に直流電圧源を接続して得た、基準温度において基準電位となる温度係数を可変とした直流電圧を用いる。
より具体的な応用例として、ATカットの水晶振動子の発振周波数の温度特性を、上記のいずれかの回路による温度係数を有する直流電圧によって、実際に使用する温度範囲で略直線近似して補正することができる。
被対象回路の温度特性がU字状またはV字状の場合は、本発明によるΛ字型補正を行う回路を用いて、被対象回路の温度特性を補正することができる。また、被対象回路の温度特性が逆U字状またはΛ字状の場合は、本発明によるV字型補正を行う回路を用いて、被対象回路の温度特性を補正することができる。より具体的な応用例として、水晶振動子(ATカットを除く)の発振周波数の逆U字型の温度特性を本発明によるΛ字型補正を行う回路を用いて、発振周波数の温度特性を補正することができる。
100、100’、200、200’、300、400 温度係数回路
501、502 他の増幅回路
503 温度係数反転回路
504 反転増幅回路
601 1/50アッテネータ
602 切替可能なアッテネータ
603 IVアンプ
604 電圧調整回路
Ub、Ub’、Ub” バッファアンプ
VR 可変抵抗
VRA 第1の可変抵抗
VRB 第2の可変抵抗
Vo 出力
Vo1 第1の信号
Vo2 第2の信号
Vo3 第3の信号
VDC 直流電圧源
IC 定電流源
UA 第1の演算増幅器
UB 第2の演算増幅器
DA 第1のダイオード
DB 第2のダイオード
501、502 他の増幅回路
503 温度係数反転回路
504 反転増幅回路
601 1/50アッテネータ
602 切替可能なアッテネータ
603 IVアンプ
604 電圧調整回路
Ub、Ub’、Ub” バッファアンプ
VR 可変抵抗
VRA 第1の可変抵抗
VRB 第2の可変抵抗
Vo 出力
Vo1 第1の信号
Vo2 第2の信号
Vo3 第3の信号
VDC 直流電圧源
IC 定電流源
UA 第1の演算増幅器
UB 第2の演算増幅器
DA 第1のダイオード
DB 第2のダイオード
Claims (14)
- 増幅率の温度係数が互いに異なる第1の信号と第2の信号との間に可変抵抗を接続し、
前記可変抵抗の可変出力をバッファアンプの入力に接続し、
前記バッファアンプの出力を出力とする、
利得の温度係数を可変とした増幅回路であって、
前記第1の信号が第1の温度係数回路の出力であり、
前記第2の信号が、
他の増幅回路の出力、
第2の温度係数回路の出力、
前記第1の信号を入力とする温度係数反転回路の出力、または
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路の入力、
である、利得の温度係数を可変とした増幅回路。 - 前記利得の温度係数を可変とした増幅回路の出力に接続される負荷のインピーダンスが前記可変出力から見た前記可変抵抗のインピーダンスよりも高いときに、前記バッファアンプを省略した、請求項1に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路。
- 前記バッファアンプとして電圧電流変換回路を用い、電流出力とした、請求項1に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路。
- 前記第1の温度係数回路および前記第2の温度係数回路が各々、
帰還抵抗もしくは利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた反転増幅回路、
帰還抵抗もしくは利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた非反転増幅回路、
入力に第1のアッテネータを備え、前記第1のアッテネータを構成する抵抗、帰還抵抗もしくは利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた非反転増幅回路、
出力に第2のアッテネータを備え、前記第2のアッテネータを構成する抵抗、帰還抵抗もしくは利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用いた非反転増幅回路、または、
出力に第3のアッテネータを備え、前記第3のアッテネータを構成する抵抗、帰還抵抗もしくは利得抵抗の1以上に温度係数抵抗を用い、前記第3のアッテネータの出力にバッファアンプを備えた非反転増幅回路、
である、請求項1~3のいずれか1項に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路。 - 前記温度係数反転回路において、
前記温度係数反転回路を構成する演算増幅器の非反転入力が前記利得の温度係数を可変とした増幅回路の入力または他の増幅回路の出力に接続され、
前記温度係数反転回路を構成する演算増幅器の反転入力が帰還抵抗の一端および利得抵抗の一端に接続され、
前記温度係数反転回路を構成する演算増幅器の出力が前記帰還抵抗の他端に接続され、
前記第1の温度係数回路の出力が利得抵抗の他端に接続され、
前記帰還抵抗と前記利得抵抗とが略同じ抵抗値である、請求項1~3のいずれか1項に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路。 - 出力に温度係数を有する他の増幅回路の温度係数を補正する、請求項1~3のいずれか1項に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路。
- 増幅率の温度係数を、絶対温度に比例する温度係数に調整する、請求項1~3のいずれか1項に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路。
- 出力電圧に温度係数を有する直流電圧源を入力に接続し、
前記直流電圧源の温度係数を補正して出力する、請求項1~3のいずれか1項に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路。 - 出力電圧に温度係数を有する直流電圧源を入力に接続し、
前記可変抵抗として第1の可変抵抗と第2の可変抵抗とを備え、
前記バッファアンプは備えず、
前記第1の可変抵抗の可変出力を第1の演算増幅器の非反転入力に接続し、
前記第2の可変抵抗の可変出力を第2の演算増幅器の非反転入力に接続し、
前記第1の演算増幅器の出力を第1のダイオードを介して前記第1の演算増幅器の反転入力に接続し、
前記第2の演算増幅器の出力を第2のダイオードを介して前記第2の演算増幅器の反転入力に接続し、
前記第1の演算増幅器の反転入力と前記第2の演算増幅器の反転入力とを共通接続し、
前記共通接続と電圧源との間に定電流源または抵抗を設け、
前記共通接続を出力とすることにより、
基準温度よりも高い温度と低い温度とで前記直流電圧源の温度係数を独立して補正して出力する、請求項1~3のいずれか1項に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路。 - 前記利得の温度係数を可変とした増幅回路の全部または一部を回路モジュールとした、請求項1~9のいずれか1項に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路。
- 温度係数のレンジを切り替え可能とした、請求項1~9のいずれか1項に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路。
- 請求項1~11のいずれか1項に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路において、
前記第2の信号を前記温度係数反転回路の出力とし、
第3の信号を前記温度係数反転回路の出力の極性を反転した信号または基準電位とし、
前記可変抵抗を増幅率の温度係数が互いに異なる前記第2の信号と前記第3の信号との間に接続した、前記利得の温度係数を可変とした増幅回路を用い、
前記利得の温度係数を可変とした増幅回路の入力に直流電圧を与えることによって、
基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路。 - 入力に直流電圧源を接続することによって、
絶対温度に比例した電圧を出力する、請求項7に記載の利得の温度係数を可変とした増幅回路を用いた直流電圧発生回路。 - 請求項12に記載の基準温度において基準電位となる、温度係数を可変とした電圧を発生する回路を用い、
前記温度係数を可変とした電圧を発生する回路の出力を他の増幅回路の入力に与え、
当該他の増幅回路の温度ドリフトを補正する回路。
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CN117335763B (zh) * | 2023-12-01 | 2024-05-24 | 厦门科塔电子有限公司 | 一种增益自适应温度调控电路 |
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