JP3090001B2 - 2線式伝送器 - Google Patents

2線式伝送器

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JP3090001B2 JP07233962A JP23396295A JP3090001B2 JP 3090001 B2 JP3090001 B2 JP 3090001B2 JP 07233962 A JP07233962 A JP 07233962A JP 23396295 A JP23396295 A JP 23396295A JP 3090001 B2 JP3090001 B2 JP 3090001B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、負荷側から2本の
伝送線を介して電流の供給を受けると共に測定すべき物
理量をセンサにより電気信号に変換しこれを信号処理回
路で信号処理して前記伝送線を介して前記負荷側に電流
信号として伝送する2線式伝送器に係り、特に、安定な
回路電源を確保できかつ回路電圧を任意に設定できるよ
うに改良された2線式伝送器に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の2線式伝送器の構成を示す
ブロック図である。2線式伝送器10は外部回路11と
伝送線L1、L2で接続されており、この外部回路11
は2線式伝送器10の回路電源を供給するに必要な直流
電圧Ebと受信抵抗R1が端子T1、T2を介して伝送
線L1、L2に直列に接続されている。この伝送線L
1、L2の他端は2線式伝送器10の端子T3、T4に
接続されている。
【0003】端子T3、T4の間には、ダイオードD
1、トランジスタQ1のエミッタとベース、トランジス
タQ2のコレクタとエミッタ、ダイオードD2、帰還抵
抗R2がそれぞれ直列に接続されている。また、トラン
ジスタQ1のエミッタとコレクタとの間には起動抵抗R
3が接続されている。
【0004】また、ダイオードD2と帰還抵抗R2の接
続点CN1と、起動抵抗R3とトランジスタQ1のコレ
クタの接続点CN2との間にはツエナダイオードD3が
接続され、これらの間に一定の電圧である1次電圧V1
を得ている。
【0005】この1次電圧V1はスイッチング電源12
の一次端子T5と接続点CN1に接続された共通端子T
6との間に印加され、その二次端子T7と共通端子T6
との間に電圧変成された直流の二次電圧V2が出力され
る。この二次電圧V2は物理量を電気信号に変換するセ
ンサ13及びこの電気信号を信号処理するマイクロプロ
セッサを搭載した信号処理回路14等に供給される。
【0006】センサ13は圧力などの物理量を電気信号
に変換して信号処理回路14に出力する。信号処理回路
14はこの電気信号に対して直線性補正などの信号処理
をしてパルス幅信号PWMとして出力する。
【0007】PR1、PR2はこのパルス幅信号PWMを所
定のレベルにレベル変換するための基準電圧VR1、VR2
を発生する基準電圧源であり,これらの基準電圧源
R1、P R2はスイッチSW1の切換端の各一端と接続点
CN1との間に接続されている。
【0008】スイッチSW1の共通端は抵抗R4とコン
デンサC1で構成されるフイルタFL1に接続され、パ
ルス幅信号PWMにより切り換えられる。したがって、
スイッチSW1の共通端にはレベルが基準電圧VR1とV
R2の間でパルス幅信号PWMにより切り換えられるパル
ス状の信号が得られ、フイルタFL1はこの信号を平滑
して対応するアナログ信号とする。
【0009】このアナログ信号はバッフア増幅器Q3に
よりバッフアリングされてその出力端にセンサ信号Va
として出力される。誤差増幅器Q4の反転入力端(−)
には基準電圧VR1を抵抗R5とR6で分圧した分圧電圧
が印加され、その非反転入力端(+)には帰還抵抗R2
の両端に発生した帰還電圧Vfとセンサ信号Vaの和の電
圧を抵抗R7、R8及び帰還抵抗R2で分圧した分圧電
圧が印加されている。
【0010】そして、誤差増幅器Q4はこれらの分圧電
圧が一致するようにトランジスタQ2のベース電流を制
御し、この結果としてトランジスタQ2のコレクタ電流
によりトランジスタQ1のベース電流が制御される。こ
れにより、トランジスタQ1はセンサ信号Vaに対応し
た統一の電流信号I0(=4mA〜20mA)として2
本の伝送線L1、L2を介して受信抵抗R1に出力す
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような2線式伝送器の回路電源は、第1にツエナダイオ
ードD3で決定される一定の1次電圧V1であり、この
1次電圧V1を変更するためにはツエナダイオードD3
自体を変更しなければならない。
【0012】そこで、マイクロプロセッサ等を搭載した
信号処理回路14の回路素子、例えばICなどの電圧定
格がツエナダイオードD3のツエナー電圧と異なる場合
には、これに適合させるために、スイッチング電源12
などを用いて電圧変成をして直流の二次電圧V2を得る
ことが必須の条件となる。
【0013】また、このツエナダイオードD3によるツ
エナー電圧、つまり1次電圧V1は温度係数が大きく、
しかもバラツキも大きいので、安定な回路電源を得にく
いという問題がある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための主な構成として、負荷側から2本の伝送
線を介して電流の供給を受けると共に測定すべき物理量
をセンサにより電気信号に変換しこれを信号処理回路で
信号処理して先の伝送線を介して先の負荷側に電流信号
として伝送する2線式伝送器において、先の伝送線の両
端に制御信号により先の電流信号を制御するトランジス
タと帰還抵抗とを介して直列に接続され回路電圧を生成
するシャントレギュレータ回路と、先の信号処理回路か
ら出力されるセンサ信号と先の帰還抵抗に発生する帰還
信号とが一致するように先の制御信号を出力する信号制
御回路とを具備し、先のシャントレギュレータ回路は所
定の基準電圧に対応する先の回路電圧になるようにこの
回路の両端に接続されたトランジスタの内部抵抗を制御
するようにしたものである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。図1は本発明の1実施形態の構
成を示すブロック図である。なお、図5に示す従来の2
線式伝送器と同一の機能を有する部分には同一の符号を
付して適宜にその説明を省略する。
【0016】2線式伝送器15は、図5に示す構成のツ
エナダイオードD3の代りにシャントレギュレータ回路
16が接続された構成になっている。このシャントレギ
ュレータ回路16は、PチャンネルMOS形電界効果ト
ランジスタ(FET)Q5、演算増幅器Q6、抵抗R9
10、可変抵抗R11、バンドギャップ基準電位素子BE
などで構成されている。
【0017】接続点CN1とCN2との間には、FET
5のドレインDとソースS、演算増幅器Q6の正負の
電源端、抵抗R9と可変抵抗R11の直列回路、抵抗R10
とバンドギャップ基準電位素子BEとの直列回路がそれ
ぞれ接続されている。
【0018】そして、抵抗R9と可変抵抗R11との接続
点は演算増幅器Q6の反転入力端(−)に、抵抗R10
バンドギャップ基準電位素子BEとの接続点は演算増幅
器Q6の非反転入力端(+)に、演算増幅器Q6の出力端
はFET Q5のゲートGにそれぞれ接続されている。
【0019】次に、以上のように構成された実施例の動
作について図2に示す特性図を用いて説明する。図2は
FET Q5の特性を示し、横軸はゲート/ソース間の電
圧−VGSを、縦軸はドレイン電流−IDをそれぞれ示
し、0ボルトから−VGS(off)ボルトまでの間は電圧
−VGSが印加されてもドレイン電流IDは流れないカッ
トオフ領域である。
【0020】直流電圧Ebが投入された直後は、回路電
圧V3は0ボルトの状態であるので、FET Q5のゲー
ト/ソース間の電圧−VGSは、VGS=0であり、FET
5はオフの状態である(図2)。
【0021】このとき、トランジスタQ2は活性状態で
はないが、抵抗R3とR10を介してバンドギャップ基準
電位素子BEに電流が注入され、基準電圧Vref1が立ち
上がり始める。
【0022】しかし、演算増幅器Q6の反転入力端
(−)の電圧より非反転入力端(+)の電圧の方が高い
電圧であるので、演算増幅器Q6の出力は+側に振り切
れており、依然としてFET Q5はオフである。
【0023】この後、回路電圧V3が上昇するが、演算
増幅器Q6の非反転入力端(+)の電圧R113/(R11
+R9)が基準電圧Vref1を越えると、演算増幅器Q6
出力端の電圧は共通電位点COM側に振れ切れて、FE
T Q5をオンにさせて回路電圧V3の上昇を抑制するよ
うに動作する。
【0024】つまり、演算増幅器Q6は、反転入力端
(−)の電圧がバンドギャップ基準電位素子BEの基準
電圧Vref1に等しくなるように常に負帰還動作し、最終
的に回路電圧V3が V3=[1+(R9/R11)]Vref1 (1) になった時点で安定する。
【0025】このため、可変抵抗R11を調節することに
より、回路電圧V3を任意に変更することができる。マ
イクロプロセッサ等を搭載した信号処理回路14の回路
素子、例えばICなどの素子の電圧定格に合致するよう
に回路電圧V3を調節することができる。
【0026】しかも、このときの回路電圧V3の温度安
定性は、(1)式からわかるように基準電圧Vref1によ
って決定されるが、この基準電圧Vref1はバンドギャッ
プ基準電位素子BEを用いているので、その温度安定性
は極めて良好である。
【0027】図3は本発明の要部の変形実施形態の構成
を示す回路図である。この場合のシャントレギュレータ
回路22は図1に示すシャントレギュレータ回路16の
抵抗R9を抵抗R14とR15に分割してある。
【0028】抵抗R14とR15との接続点は演算増幅器Q
7の非反転入力端(+)に、その出力端はトランジスタ
8のベースに、そのエミッタは演算増幅器Q7の反転入
力端(−)に、トランジスタQ8のコレクタは接続点C
N2にそれぞれ接続されている。
【0029】そして、トランジスタQ8のエミッタと接
続点CN1との間に負荷抵抗RLDが接続されてここに第
3の電圧を発生させ、3電源電圧を作ることができる。
これらの演算増幅器Q7、トランジスタQ8などによりシ
リーズレギュレータを構成する。
【0030】図4は本発明の要部の他の変形実施形態の
構成を示す回路図である。この場合のシャントレギュレ
ータ回路23は、図1に示すシャントレギュレータ回路
16のPチャンネルMOS形電界効果トランジスタ(F
ET)Q5の代りに、NチャンネルMOS形電界効果ト
ランジスタ(FET)Q9を用い、演算増幅器Q6
(+)(−)の入力端子を入れ換えたものである。この
ような構成でも図1に示す実施形態と同様に動作する。
【0031】
【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように、第1請求項に記載した発明によれば、
従来のようにツエナーダイオードによる回路電圧を作ら
ずに、任意に電圧設定できるシャントレギレータを用い
る構成であるので、スイッチング電源を用いない簡単な
回路構成で回路素子に適合した回路電圧を直接生成する
ことができ、さらに最小動作電圧を任意に設定できる。
【0032】また、第2請求項に記載した発明によれ
ば、バンドギャップ基準電位素子による基準電位をベー
スとして回路電圧を設定するので、温度に安定な回路電
圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施形態の構成を示すブロック図で
ある。
【図2】図1に示す実施形態の動作を説明する特性図で
ある。
【図3】本発明の要部の変形実施形態の構成を示す回路
図である。
【図4】本発明の要部の他の変形実施形態の構成を示す
回路図である。
【図5】従来の2線式伝送器の構成を示すブロック図で
ある。
【符号の説明】
10、15 2線式伝送器 11 外部回路 12 スイッチング電源 13 センサ 14 信号処理回路 16、22、23 シャントレギュレータ回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負荷側から2本の伝送線を介して電流の供
    給を受けると共に測定すべき物理量をセンサにより電気
    信号に変換しこれを信号処理回路で信号処理して前記伝
    送線を介して前記負荷側に電流信号として伝送する2線
    式伝送器において、前記伝送線の両端に制御信号により
    前記電流信号を制御するトランジスタと帰還抵抗とを介
    して直列に接続され回路電圧を生成するシャントレギュ
    レータ回路と、前記信号処理回路から出力されるセンサ
    信号と前記帰還抵抗に発生する帰還信号とが一致するよ
    うに前記制御信号を出力する信号制御回路とを具備し、
    前記シャントレギュレータ回路は所定の基準電圧に対応
    する前記回路電圧になるようにこの回路の両端に接続さ
    れたトランジスタの内部抵抗を制御するようにしたこと
    を特徴とする2線式伝送器。
  2. 【請求項2】バンドギャップ基準電位素子により前記基
    準電圧を得ることを特徴とする請求項1記載の2線式伝
    送器。
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