JP2722388B2 - 増幅回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電力用の測定器内の電子回路に使用される
増幅回路に関する。

［従来の技術］ 一般に電力測定機器等の内部測定回路に設けられる増
幅回路としての帰還増幅回路10は第５図に示すようにな
っている。

この第５図において、Ａは負帰還増幅器（以下、「増
幅器」という）,Toは変成器,eiは信号源,Rgは入力抵抗,
Rfは帰還抵抗,RLは負荷抵抗を示す。

増幅器Ａの反転入力端子には信号源eiより入力抵抗Rg
を介して信号が送られるようになっており、また、図示
のように増幅器Ａの出力端からの信号を帰還抵抗Rfを介
して反転入力端子に帰還するようになっている。そし
て、増幅器Ａの出力端は変成器Toの一次側のa₁端子に接
続されている。この変成器Toの一次側のa₂端子はアース
され、二次側のb₁端子,b₂端子間には負荷抵抗RLが接続
されている。一方、増幅器Ａの非反転入力端子はアース
されている。

このように構成された帰還増幅回路10は、変成器Toの
働きにより一次側と二次側が直流的に絶縁されており、
これによって二次側に負荷抵抗RLとして接続される高電
圧線路等に乗るサージ波により、一次側に接続される増
幅器Ａ等が破損されることを防止するようになってい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上記従来技術は、変成器Toが帰還回路10
Aの外に置かれた構成となっていることから、変成器To
の損失を補正出来ず、これにより、負荷抵抗RLが変化す
ると、変成器Toの二次側出力電圧Eoが変化し、帰還増幅
回路10の本来の特徴（すなわち、出力インピーダンスが
変化しても出力電圧を一定に保つこと）が損なわれると
いう不都合があった。

［発明の目的］ 本発明は上記従来技術のもつ不都合を解決し、負荷抵
抗が変化しても変成器の損失を補正できる増幅回路を提
供することを、目的とする。

［問題点を解決するための手段］ そこで、本発明では変成器の一次側の高圧側端部に負
帰還増幅器を設けて、変成器の二次側よりその出力信号
を外部に送る増幅回路において、 前記変成器の一次側の低圧側端部を負帰還増幅器の非
反転入力端子に接続するとともに、当該非反転入力端子
を負荷電流検出用の抵抗を介して接地するという構成を
採用し、これによって前記目的を達成しようとするもの
である。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。ここで上記従来技術と同様の構成部材には
同一の付号を付すものとする。

第１図に示す帰還増幅回路１は増幅器A,変成器To,信
号源ei,入力抵抗Rg,帰還抵抗Rf,負荷抵抗RLとを備え、
これらは上述した従来技術と略同様に構成され機能する
ようになっている。

そして、前記変成器Toの一次側の一端は増幅器Ａの非
反転入力端子に接続され、この非反転入力端子は図示の
ように抵抗Rnを介してアースされている。

すなわち、帰還増幅回路１に於て、変成器Toの変成比
をn²,一次側より見込んだインピーダンスをZiとして，
増幅器11の増幅度μを増幅器Ａの外部利得Go（≒Rf/Rg
＝Ｇ）より十分大きいと仮定すると、変成器Toの一次側
のEo端子に抵抗Rnが接続されていることから、インピー
ダンスZiを流れる電流に比例する電圧が増幅器Ａに正帰
還されるようになっている。これにより、この帰還増幅
回路１は、二次側の負荷抵抗RLが大きくなれば、インピ
ーダンスZiが大きくなり抵抗Rnに誘起される電圧も小さ
くなり、事実上正帰還は生じないが、負荷抵抗RLが小さ
くなれば、インピーダンスZiは小さくなり、その結果出
力電圧Eoが大きくなり変成器Toの損失を補正するように
機能する。

次に上述した関係の詳細を式を用いて説明する。

増幅器Ａの反転入力端子に加わる電圧Ｖ−はei、eoよ
り次式で与えられる。

一方、非反転入力端子に加わる電圧Ｖ＋はeoとRnより で与えられるから、その差の増幅度μ倍が出力電圧eoに
等しいと置いて、ei,eoの比が次式より求められる。

P₁＝Rf/（Rg＋Rf） P₂＝Rg/（Rg＋Rf） P₃＝Rn/（Zi＋Rn） −μP₁ei＝（１−μ（P₃−P₂））eo ……（３）式 さて Rn/（Zi＋Rn）＝kRg/（Rg＋Rf） ……（４）式 としたとき此のｋの周波数特性が比較的一様であれば |k|＜１ なる範囲で此の帰還増幅器Ａの安定条件はRn＝０とした
普通の場合と同様になり、 eo/ei＝−μP₁/（１＋μ（１−ｋ）P₂） ≒−G/（１−ｋ） ……（５）式 が得られる。変成器Toの損失は主として捲線抵抗に因っ
て生ずる為、変成器Toのそれを二次側の負荷抵抗RLに直
列に入る抵抗Rdで近似すればRLに加わる出力電圧Eoとeo
の比は、電流検出抵抗Rnに発生する電圧も考慮すれば、
変成器Toの伝送帯域内に於て Eo/eo＝nRL/（RL＋Rd＋n²Rn） ……（６）式 一方Ziは近似的に次式で与えられる。

Zi≒（RL＋Rd）/n² ……（７）式 従って式（４）より ｋ＝（１＋Ｇ）Rn/（Zi＋Rn） ＝（１＋Ｇ）n²Rn/（RL＋Rd＋n²Rn） ……（８）式 これよりEoとeiの比は式（５），（６）より それゆえRnを Rd＝Gn²Rn ……（10）式 となる様にえらべば、変成器Toを含めた帰還増幅器Ａの
外部利得は出力負荷抵抗RLに無関係に Eo/ei≒−nG ……（11）式 となる。RL＋Rdが極端な値をとらない限り式７は成立す
るが、RL→∽でもｋ→０、Eo/eo→ｎとなり式（11）は
成立するから、開放インピーダンスを含めて通常の出力
負荷抵抗に対して完全な損失補正が達成される。

変成器TOは低周波側の伝送帯域外で一次インダクタン
スの影響が現れ、Rnを単なる抵抗としたときはｋは周波
数に依存し、帰還回路の安定条件に影響を与える。此の
インピーダンスZiの周波数特性の補正は、例えばRnと増
幅器Ａの非反転入力端子の間にその逆特性の回路を挿入
することによって達成され、今の場合は図２に示す様な
抵抗とコンデンサよりなる伝送４端子網CRで実現し得
る。

此の場合４は端子網CRの電圧伝送比をＴとすると式２
の変わりに となり、従ってei,eoの関係は式（３）の代わりに −μP₁ei＝（１−μ（TP₃−P₂））eo ……（13）式 で与えられる。此の場合は式（４）の代わりに ＴRn／（Zi＋Rn）＝kRg/（Rg＋Rf） ……（14）式 であれば式（５）が成立するから、安定な帰還回路を構
成する為にはｋを一定値として Ｔ＝（１＋Zi/Rn）k/1（１＋Ｇ）,k＜１……（15）式 となる様に４端子網CRを構成することになる。

変成器Toの一次インダクタンス（Lpとする）の補正回
路の、式（15）で与えられる電圧伝送比の計算法に就い
て更に具体的に述べる。（変成器の低周波等価回路を図
３に示す。） 式（10）を充たすRnにより、ｋは伝送帯域内ではRLの
みの関係となり次式で与えられる。

低周波帯域外では一次インダクタンスの為、変成器の
一、二次側の捲線抵抗をそれぞれrp,rsとすると、λを
複素周波数として Zi＝（λLp＋rp）Zr/（λLp＋rp＋Zr） 但し、 Zr＝（RL＋rs）/n²,Rd＝n²rp＋rs となる。此の為式（６）の特性も帯域外低周波で減衰す
るが、此の特性はRnの有無では殆ど差はない。しかし式
（８）で与えられるｋはλ→０で次式に従って増大す
る。

P₄＝（１＋Ｇ）Rn（λLp＋rp＋Zr） P₅＝（Zr＋Rn）λLp＋（rp＋Rn）Zr＋Rnrp ｋ（λ）＝P₄/P₅ ≒（１＋Ｇ）Rn（λLp＋Zr）／（λLp＋rp＋Rn）Zr λLp＜＜Zrとなる周波数域では 伝送帯域内では一般にｋ＜＜１で、平均的な負荷抵抗RL
に対する比の値（Koとする）をλ→０まで維持するに
は、４端子網CRの伝送比Ｔは と求められる（ただしZrは平均的な負荷抵抗RLに対する
値をとる）。

第４図（ａ），（ｂ）に本実施例により帰還増幅回路
１と従来技術による帰還増幅回路10の負荷抵抗（RL）の
変化による出力電圧（Eo）の変化を示す。この第４図
（ａ），（ｂ）はいづれも入力電圧ei＝一定，変成器To
は200［Ω］〜−600［Ω］とした場合の特性を示す。

第４図（ａ）は従来例によるもので、負荷抵抗（RL）
が変化すると、出力電圧（Eo）も変化する。一方、第４
図（ｂ）は本実施例によるもので、負荷抵抗（RL）が変
化しても、出力電圧（Eo）は変化せず、一定値を保つこ
とが出来る。

［考案の効果］ 本発明は以上のように構成されているので、負荷抵抗
の変動に影響されず、変成器の損失を補正して安定動作
を維持することが可能な実用的な増幅回路を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２図は
本発明の他の実施例を示す回路構成図、第３図は第１図
の一部を構成する変成器の等価回路図、第４図（ａ）は
従来例に係る増幅回路の特性を示す線図、第４図（ｂ）
は第１図に示す本発明に係る増幅回路の特性を示す線
図、第５図は従来例に係る増幅回路の回路構成図であ
る。 １……増幅回路 Ａ……負帰還増幅器 Rg……入力抵抗 Rf……帰還抵抗 RL……負荷抵抗

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】変成器の一次側の高圧側端部に負帰還増幅
   器を設けて、変成器の二次側よりその出力信号を外部に
   送る増幅回路において、 前記変成器の一次側の低圧側端部を負帰還増幅器の非反
   転入力端子に接続するとともに、当該非反転入力端子を
   負荷電流検出用の抵抗を介して接地したことを特徴とす
   る増幅回路。