JP3181961B2 - アイソレーションアンプ - Google Patents

アイソレーションアンプ

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JP3181961B2
JP3181961B2 JP2222392A JP2222392A JP3181961B2 JP 3181961 B2 JP3181961 B2 JP 3181961B2 JP 2222392 A JP2222392 A JP 2222392A JP 2222392 A JP2222392 A JP 2222392A JP 3181961 B2 JP3181961 B2 JP 3181961B2
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弥寿雄 横井
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日本インバータ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばノイズ等の障害
の影響を除去する目的で電気的に絶縁することを必要と
する電気回路間、或いは任意に電位差が変化する電気回
路間に介挿接続されて直流を含むアナログ信号をそのま
ま伝送するのに用いられるアイソレーションアンプに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、斯かる電気回路間において直流を
含むアナログ信号を伝送する場合、アナログ入力信号を
チョッパと呼称される断続回路でパルス幅変調またはパ
ルス振幅変調して交流信号に変換した後に、この交流信
号をホトカプラまたは変成器を用いて伝送し、復調回路
でもとのアナログ信号と同等の信号に復元する手段が一
般に採用されていたが、この手段は、比較的低速度で変
化する信号の伝送に適しているが、応答速度に限度があ
ることから高速で変化する信号の伝送を行なうことがで
きない。
【0003】一方、高速で変化する信号の伝送を行なう
ために、ホトカプラを信号伝送器として直流を含むアナ
ログ信号をそのまま伝送するよう構成したアイソレーシ
ョンアンプが存在する。即ち、図3に示すように、同等
の温度特性を有する一対のホトカプラ(FCl),(F
C2)を設け、第1のホトカプラ(FCl)の発光ダイ
オード(D1)を入力信号により発光駆動し、それによ
り駆動するホトトランジスタ(Tl)を通じ演算増幅器
(OP)の非反転入力端子(+)に電流が流れ、この演
算増幅器(OP)の出力信号により第2のホトカプラ
(FC2)の発光ダイオード(D2)が発光駆動され、
それにより駆動するホトトランジスタ(T2)を通じ演
算増幅器(OP)の反転入力端子(−)に電流が流れ、
演算増幅器(OP)の両入力端子(+),(−)への入
力信号のバランスがとれた時点で該演算増幅器(OP)
の出力つまりアイソレーションアンプの出力信号が安定
化すると、第2のホトカプラ(FC2)の発光ダイオー
ド(D2)を発光駆動する演算増幅器(OP)の出力信
号が、第1のホトカプラ(FC1)の発光ダイオード
(D1)を発光駆動する入力信号と同等となって信号出
力端子から出力される。ホトカプラ(FC1),(FC
2)は温度によって伝達特性が大きく変化する欠点を有
するが、前述のように同等の温度特性を有する一対のホ
トカプラ(FC1),(FC2)を用いて各々の温度特
性や非直線性を互いに打ち消し合うよう構成しているこ
とにより、入力信号が信号出力端子に忠実に伝送され
る。また、図は前述の図を同等の理論的原理に基づ
き変形したもので、両ホトカプラ(FC1),(FC
2)の各ホトトランジスタ(Tl),(T2)にそれぞ
れ流れる電流のバランスがとれた時点で安定化し、第2
のホトカプラ(FC2)の発光ダイオード(D2)を発
光駆動する演算増幅器(OP)の出力信号が、第1のホ
トカプラ(FC1)の発光ダイオード(D1)を発光駆
動する入力信号と同等となって信号出力端子から出力さ
れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年におい
て同等の温度特性を有する一対のホトカプラ(FC
1),(FC2)を同一パッケージ内に封入したものが
市販されており、これを用いることにより前述のアイソ
レーションアンプを安価に構成できるとともに、同一パ
ッケージ内部の両ホトカプラ(FC1),(FC2)の
温度が常に同じに保持されることから良好な結果を得る
ことができる。然し乍ら、その反面、ホトカプラ(FC
1),(FC2)の各発光ダイオード(D1),(D
2)には、1V以下の低い電圧では作動しない不感帯が
あるため、信号伝送の忠実度に問題があり、一般に、1
V以下の電圧の信号の伝送を無視できるような高電圧の
信号の伝送のみにしか利用できない問題がある。
【0005】そこで本発明は、安価なホトカプラを用い
た構成により1V以下の電位を含む全領域の入力信号を
高い忠実度で伝送できる高性能なアイソレーションアン
プを提供することを技術的課題とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を達成するための技術的手段として、アイソレーション
を次のように構成した。即ち、一特性を有する第1及
び第3のホトカプラの各発光ダイオードを相互に逆向き
に並列接続すると共に該各ホトカプラの各ホトトランジ
スタを直列接続し、該各発光ダイオードからなる並列回
路の一端を第1の演算増幅器の出力端子に接続し、該並
列回路の他端を第1の演算増幅器の反転入力端子に接続
し、第1の演算増幅器の非反転入力端子を接地し、
特性を有する第2及び第4のホトカプラの各発光ダイオ
ードを相互に逆向きに並列接続すると共に該各ホトカプ
ラの各ホトトランジスタを直列接続し、該各発光ダイオ
ードからなる並列回路の一端を第3の演算増幅器の出力
端子に接続し、該並列回路の他端を第3の演算増幅器の
反転入力端子に接続し、第3の演算増幅器の非反転入力
端子を接地し、第1及び第3のホトカプラの各ホトトラ
ンジスタからなる直列回路と第2及び第4のホトカプラ
の各ホトトランジスタからなる直列回路とを並列接続
し、該各直列回路の中間点を第2の演算増幅器の反転入
力端子に共通接続し、第2の演算増幅器の非反転入力端
子を接地し、第2の演算増幅器の出力端子を第3の演算
増幅器の反転入力端子に接続したことを特徴として構成
されている。
【0007】
【作用】第1の演算増幅器は、非反転入力端子の電位が
0Vであって反転入力端子の電位が常に0Vになるよう
動作するため、入力信号による電流と同じ電流が第1の
ホトカプラの発光ダイオードに流れる。即ち、入力信号
の電位が1V以下であっても、入力信号に対応する電流
を発光ダイオードに強制的に流して該発光ダイオードを
作動させることができる。
【0008】そして、第2の演算増幅器は、これの非反
転入力端子がアースに接続されていることによって反転
入力端子の入力信号が常に0になるよう動作する。この
反転入力端子には、同一特性の第1および第2のホトカ
プラの各々のホトトランジスタが直列接続された共通接
続点が接続されているので、第1のホトカプラおよび第
1の演算増幅器との回路と第3の演算増幅器および第2
のホトカプラとの回路は常に同一レベルで動作すること
になり、信号入力端子の入力電位と第2の演算増幅器の
出力端子の出力電位とが常に同一となり、この第2の演
算増幅器の出力信号が信号出力端子から出力される。同
等の温度特性を有する一対のホトカプラにより各々の温
度特性や非直線性を互いに打ち消し合うので、1 V以下
の電位を含む全領域の入力信号が良好な直線性を有する
入出力特性で伝送される。更に、第1及び第2のホトカ
プラに第3及び第4のホトカプラを付加することによ
り、正負の入力信号の伝送を行えるようにしている。
【0009】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面を
参照しながら詳述する。図1は本発明の一実施例のブロ
ック構成を示し、同図において図3および図4と同一の
ものには同一の符号を付してある。そして、第1の演算
増幅器(OP1)の反転入力端子(−)と出力端子との
間に、第1のホトカプラ(FC1)の発光ダイオード
(D1)を接続し、この第1の演算増幅器(OP1)の
非反転入力端子(+)をアースに接続するとともに、反
転入力端子(−)に入力信号を抵抗(R1)を通じ入力
する。従って、第1の演算増幅器(OP1)は、非反転
入力端子(+)の電位が0Vであって反転入力端子
(−)の電位が常に0Vになるよう動作するため、入力
信号により抵抗(R1)に流れる電流(IR )と同じ電
流(ID )が発光ダイオード(D1)に流れる。即ち、
入力信号の電位が1V以下であっても、入力信号に対応
する電流(ID )を発光ダイオード(D1)に強制的に
流して該発光ダイオード(D1)を作動させることがで
きる。
【0010】次に、温度変化に対しこれを補償して直線
性の良い入出力特性を得る構成について説明する。入力
信号により第1のホトカプラ(FC1)の発光ダイオー
ド(D1)が発光駆動され、それにより第1のホトカプ
ラ(FC1)のホトトランジスタ(Tl)に流れる電流
によって第2の演算増幅器(OP2)の反転入力端子
(−)の電位が低下し、且つ出力端子の電位が上昇し、
その上昇した電位に基づく電流により第3の演算増幅器
(OP3)の反転入力端子−)と出力端子との間に接
続された第2のホトカプラ(FC2)の発光ダイオード
(D2)が発光駆動され、それにより第2のホトカプラ
(FC2)のホトトランジスタ(T2)に流れる電流に
よって第2の演算増幅器(OP2)の反転入力端子
(−)の電位を上げるよう作用し、この反転入力端子
(−)の入力信号が0となる時点でバランスして安定化
する。尚、第2の演算増幅器(OP2)の反転入力端子
(−)と出力端子との間に接続されているコンデンサ
(C)は位相補正用である。
【0011】そして、第2の演算増幅器(OP2)は、
これの非反転入力端子(+)がアースに接続されている
ことによって反転入力端子(−)の入力信号が常に0に
なるよう動作し、また、第1のホトカプラ(FC1)と
第2のホトカプラ(FC2)とは前述のように同一の特
性を有しているので、第1の演算増幅器(OP1)およ
び第1のホトカプラ(FC1)との回路と第3の演算増
幅器(OP3)および第2のホトカプラ(FC2)との
回路は常に同一レベルで動作することになり、抵抗(R
1)のA点の電位と抵抗(R2)のB点の電位とが常に
同一となる。換言すれば、入力電圧と出力電圧とが同一
となり、また、同等の温度特性を有する一対のホトカプ
ラ(FC1),(FC2)により各々の温度特性や非直
線性を互いに打ち消し合うので、1V以下の電位を含む
入力信号が良好な直線性を有する入出力特性で出力端子
に忠実に伝送される。
【0012】また、図2は本発明の他の実施例のブロッ
ク構成を示し、同図において図1と同一のものには同一
の符号を付してある。そして、第1および第2のホトカ
プラ(FC1),(FC2)に第3および第4のホトカ
プラ(FC3),(FC4)を付加した構成のみにおい
て相違し、第3のホトカプラ(FC3)の発光ダイオー
ド(D3)を第1のホトカプラ(FC1)の発光ダイオ
ード(D1)に逆並列接続し、第4のホトカプラ(FC
4)の発光ダイオード(D4)を第2のホトカプラ(F
C2)の発光ダイオード(D2)に逆並列接続し、第1
および第2のホトカプラ(FC1),(FC2)を対
に、且つ第3および第4のホトカプラ(FC3),(F
C4)を対にしてそれぞれ駆動させることにより、正負
の入力信号の伝送を行なえるようにしたものである。
【0013】
【発明の効果】以上のように本発明のアイソレーション
アンプによると、非反転入力端子をアースに、且つ反転
入力端子を信号入力端子にそれぞれ接続した第1の演算
増幅器の反転入力端子と出力端子との間に第1のホトカ
プラの発光ダイオードを接続したので、入力信号の電位
が1V以下であっても、入力信号に対応する電流を発光
ダイオードに強制的に流して該発光ダイオードを作動さ
せることができる。また、同等の温度特性を有する一対
のホトカプラにより各々の温度特性や非直線性を互いに
打ち消し合う構成としたので、安価なホトカプラを用い
た簡単な構成により1V以下の電位を含む全領域の入力
信号を良好な直線性を有する入出力特性で伝送できる高
性能なアイソレーションアンプを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック構成図である。
【図2】本発明の他の実施例のブロック構成図である。
【図3】従来のアイソレーションアンプのブロック構成
図である。
【図4】従来の他のアイソレーションアンプのブロック
構成図である。
【符号の説明】
OP1 第1の演算増幅器 OP2 第2の演算増幅器 OP3 第3の演算増幅器 FC1 第1のホトカプラ D1 第1のホトカプラの発光ダイオード T1 第1のホトカプラのホトトランジスタ FC2 第2のホトカプラ D2 第2のホトカプラの発光ダイオード T2 第2のホトカプラのホトトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H03F 3/38 H03F 3/38 A

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一特性を有する第1及び第3のホトカ
    プラの各発光ダイオードを相互に逆向きに並列接続する
    と共に該各ホトカプラの各ホトトランジスタを直列接続
    し、該各発光ダイオードからなる並列回路の一端を第1
    の演算増幅器の出力端子に接続し、該並列回路の他端を
    第1の演算増幅器の反転入力端子に接続し、第1の演算
    増幅器の非反転入力端子を接地し、 一特性を有する第2及び第4のホトカプラの各発光ダ
    イオードを相互に逆向きに並列接続すると共に該各ホト
    カプラの各ホトトランジスタを直列接続し、該各発光ダ
    イオードからなる並列回路の一端を第3の演算増幅器の
    出力端子に接続し、該並列回路の他端を第3の演算増幅
    器の反転入力端子に接続し、第3の演算増幅器の非反転
    入力端子を接地し、 第1及び第3のホトカプラの各ホトトランジスタからな
    る直列回路と第2及び第4のホトカプラの各ホトトラン
    ジスタからなる直列回路とを並列接続し、該各直列回路
    の中間点を第2の演算増幅器の反転入力端子に共通接続
    し、第2の演算増幅器の非反転入力端子を接地し、第2
    の演算増幅器の出力端子を第3の演算増幅器の反転入力
    端子に接続したことを特徴とするアイソレーションアン
    プ。
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