JP3185944B2 - 2線式伝送器 - Google Patents

2線式伝送器

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JP3185944B2
JP3185944B2 JP13716392A JP13716392A JP3185944B2 JP 3185944 B2 JP3185944 B2 JP 3185944B2 JP 13716392 A JP13716392 A JP 13716392A JP 13716392 A JP13716392 A JP 13716392A JP 3185944 B2 JP3185944 B2 JP 3185944B2
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敏夫 関口
稔之 宮田
雅章 新国
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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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、負荷側から2本の伝送
線を介して伝送電流の供給を受けて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して負荷
側に先の伝送電流を変化させて伝送する2線式伝送器に
係り、特に高周波コモンモードノイズによる誤差を低減
するように改良した2線式伝送器に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は従来の2線式伝送器の全体構成を
示すブロック図である。直流電源Ebと負荷抵抗RL と
は直列に接続されて負荷端T1 、T2 に接続されてい
る。2線式伝送器10の出力端T3 、T4 はこれ等の負
荷端T1 、T2 と伝送線L1 、L2 で接続されている。
【0003】出力端T3 、T4 には、コレクタとベ−ス
とが接続されたトランジスタQ1 とトランジスタQ2 と
のエミッタ同志及びベ−ス同志が並列に接続されて構成
されたカレントミラ−回路CMC1と、トランジスタQ
3 と、抵抗R1と、ダイオードD1と、帰還抵抗Rf とが
直列に接続されている。トランジスタQ2 のエミッタと
コレクタとの間には起動用の抵抗R2が並列に接続さ
れ、ダイオードD1と帰還抵抗Rf との接続点は共通電
位点COMに接続されている。
【0004】そして、トランジスタQ2のコレクタと、
ダイオードD1及び帰還抵抗Rfとの間にはツエナ−ダイ
オ−ドDZが接続され、このツエナ−ダイオ−ドDZの両
端にほぼ一定な定電圧Vcを発生させている。
【0005】この定電圧Vc は、偏差増幅器Q4、信号
処理回路SCCなどの回路電源として供給される。信号
処理回路SCCは、例えば、差圧或いは圧力などの物理
量を内蔵するセンサにより電気信号に変換し、これに直
線性補正などの信号処理を施して抵抗R3を介して偏差
増幅器Q4の非反転入力端(+)に出力する。
【0006】さらに、偏差増幅器Q4の非反転入力端
(+)には、定電圧Vcと帰還抵抗Rfの両端に発生した
帰還電圧efを抵抗R4、R5で分圧した分圧電圧が印加
されている。
【0007】その反転入力端(−)には、定電圧Vcを
抵抗R6とR7で分圧した分圧電圧がバイアスとして印加
されている。そして、偏差増幅器Q4の出力端に発生し
た出力電圧は抵抗R8を介してトランジスタQ3のベース
に印加されている。
【0008】次に、以上のように構成された2線式伝送
器10の動作について説明する。起動時には抵抗R2
介してツエナ−ダイオ−ドDZに伝送電流I0 を流し
て、定電圧Vcを発生させる。
【0009】この定電圧Vcにより、信号処理回路SC
Cに回路電源が供給されて、内蔵のセンサで検出された
電気信号は、例えば内蔵のマイクロコンピュ−タの制御
の下に信号処理がなされてセンサ信号esとして抵抗R3
を介して偏差増幅器Q4の非反転入力端(+)に出力さ
れる。
【0010】この結果、センサ信号esに対応してトラ
ンジスタQ3 にベ−ス電圧が印加され、そのコレクタ電
流でトランジスタQ1、Q2で構成されるミラー回路CM
C1に電流を流し、正常に定電圧Vcを確立する。
【0011】このため、トランジスタQ2 のエミッタと
コレクタ間に伝送線L1 、L2 に流れる伝送電流I
0(例えば、4mA〜20mA)とほぼ同じ電流が流さ
れる。この電流の大部分はツエナ−ダイオ−ドDZと帰
還抵抗Rf を介して負荷抵抗RLに流れる。
【0012】この結果、帰還抵抗Rf に伝送電流I0
対応した帰還電圧ef が発生するが、偏差増幅器Q4
は帰還電圧ef とセンサ信号esに対応する電圧が等し
くなるようにトランジスタQ3 を介してトランジスタQ
2 のコレクタ電流を制御する。従って、伝送電流I0
センサの出力信号に対応する電流となる。
【0013】なお、トランジスタQ3 、Q2 、Q1、ツ
エナ−ダイオ−ドDZによるこの様な構成によれば、ト
ランジスタQ3 に流れる電流は極めて少ないので、ここ
での電流消費が少なく、ツエナ−ダイオ−ドDZに大部
分の電流を流すことができ、信号処理回路SCCに消費
電流の大きいマイクロコンピュ−タを搭載するときに
は、伝送電流IL を電源パワ−として有効に利用でき
る。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなトランジスタQ3 、Q2 、Q1、ツエナ−ダイオ
−ドDZで構成される出力部を有する2線式伝送器で
は、単にQ1、Q2 によるミラー回路CMC1であり、
このような構成では、トランジスタQ2 、Q1の逆方向
飽和電流のバラツキが出力トランジスタ部のゲインのバ
ラツキとなって現れ、このバラツキが高周波コモンモー
ドノイズに対して出力誤差を発生させるという問題があ
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するための構成として、負荷側から2本の伝送線を
介して伝送電流の供給を受けて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して負荷側に
前記伝送電流を変化させて伝送する2線式伝送器におい
て、前記伝送電流に比例する帰還電圧を発生させる帰還
抵抗と、前記電気信号に対応するセンサ信号に前記帰還
電圧が一致するようにベース電流が制御されて前記帰還
抵抗にエミッタ電流を流す出力トランジスタと、この出
力トランジスタのコレクタ電流で前記伝送電流が制御さ
れる一対のトランジスタよりなるミラー回路と、この一
対のトランジスタの各エミッタと前記伝送線との間に
入された抵抗とを具備するようにしたものである。
【0016】
【作 用】帰還抵抗により負荷側からの伝送電流に比例
する帰還電圧を発生させ、出力トランジスタはセンサ信
号に先の帰還電圧が一致するようにベース電流を制御し
て先の帰還抵抗にエミッタ電流を流す。
【0017】一方、各エミッタに抵抗が挿入された一対
のトランジスタよりなるミラー回路は、この出力トラン
ジスタのコレクタ電流で先の伝送電流を制御する。これ
により、伝送線に高周波コモンモードノイズが混入され
ても伝送電流に生じる誤差を低減させることができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図1は本発明の1実施例の構成を示すブロック
図である。なお、図2に示す従来の2線式伝送器の構成
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。
【0019】出力端T3 には抵抗R9を介してトランジ
スタQ2のエミッタが、抵抗R10を介してトランジスタ
1のエミッタがそれぞれ接続されている。コレクタと
ベースとが接続されたトランジスタQ1のベースとトラ
ンジスタQ2のベースとは共にトランジスタQ3のコレク
タに接続されている。これらにより、カレントミラー回
路CMC2が構成されている。その他の構成は、ほぼ図
2に示す構成と同一である。
【0020】次に、以上のように構成された実施例の動
作について数式を用いて説明する。図1において、トラ
ンジスタQ2のエミッタ電流ie3、トランジスタQ3の
ベース電流ib3、ダイオードD1の電圧降下Vd1、
トランジスタQ3のベースエミッタ間電圧Vbe3とす
ると、直流でみた場合の偏差増幅器Q4の出力電圧Ei
は、 Ei=R8・ib3+Vbe3+R1・ie3+Vd1 となる。一方、トランジスタの増幅作用から ib3=ie3/(1+hFE3) で表される(hFE3はエミッタ接地電流増幅率)。こ
の直流電圧Eiの近傍での微小信号eiについて考える
と、電圧Vbe3と電圧Vd1はほぼ同じ抵抗値とみな
すことができるため、 Vbe3=re・ie3 Vd1=re・ie3 と近似できる。従って、偏差増幅器Q4の出力の微小な
変化信号eiに対しては、 ei=R8・ib3+re・ie3+R1・ie3+re・ie3 =R8・ie3/(1+hFE3)+R1・ie3+2re・ie3 =[2re+R1+R8/(1+hFE3)]・ie3 1) を得る。
【0021】この関係から、 ie3=(1+hFE3)ei/[R8+(1+hFE3)(2re+R1)] (2) となる。
【0022】従って、トランジスタQ3のコレクタ電流
C3は、 iC3=hFE3・ei/[R8+(1+hFE3)(2re+R1)] (3) となる。
【0023】ここで、カレントミラー回路CMC2を構
成する抵抗R9、抵抗R10に流れる電流をそれぞれ
e2、ie1とすれば、これ等の比αは、 α=ie2/ie1≒R9/R10 (4) となる。
【0024】また、伝送線L1、L2に流れる出力電流i
0は、 i0=ie1+ie2=[1+(R9/R10)]ie1 =(1+α)ie1 (5) となる。
【0025】さらに、 iC3=ie1+ib1=ie1+ie2/hFE2=(1+α/hFE2)ie1 (6) ここで、(2)式、(3)式、(6)式とef=Rf・i
0の関係から、 (ef/ei)=(1+α)/[1+α/(1+hFE2)] ×hFE3・Rf/[R8+(1+hFE3)(2re+R1)] (7) を得る。
【0026】また、出力電流i0は、 i0=(1+α)/[1+α/(1+hFE2)] ×hFE3・ei/[R8+(1+hFE3)(2re+R1)] (8) となる。
【0027】ここで、出力端T4に高周波コモンモード
ノイズがのると、これによりeiが変化し、(8)式よ
り出力電流i0が定数α倍されて変動する。つまり、定
数αのバラツキが大きければ、出力電流i0の誤差が大
きくなり、またαが大きければ同様の結果となる。ま
た、これらの抵抗R9、R10の比を加減することにより
ゲインを最適値に設定することができる。
【0028】このような図1の構成にしたときと、図2
に示す従来の構成のときとの誤差を比較すると次のよう
になる。 誤 差 ミラー回路のゲイン 図2の構成 0.275% 65 図1の構成 0.138% 45 となる。つまり、カレントミラー回路CMC2のゲイン
を抵抗で約0.7に抑えると出力誤差を0.5に抑える
ことができる。
【0029】
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、2線式伝送器の出力段にカレント
ミラー回路を用い、このカレントミラー回路を構成する
トランジスタのエミッタに抵抗を挿入して出力部のゲイ
ンのバラツキを抑えたので、高周波コモンモードノイズ
による伝送電流の誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】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】 Eb 直流電源 RL 負荷抵抗 CMC1、CMC2 カレントミラー回路 SCC 信号処理回路 Q4 偏差増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G08C 19/00

Claims (1)

    (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伝送電流
    の供給を受けて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して負荷側に前記伝送電流を
    変化させて伝送する2線式伝送器において、前記伝送電
    流に比例する帰還電圧を発生させる帰還抵抗と、前記電
    気信号に対応するセンサ信号に前記帰還電圧が一致する
    ようにベース電流が制御されて前記帰還抵抗にエミッタ
    電流を流す出力トランジスタと、この出力トランジスタ
    のコレクタ電流で前記伝送電流が制御される一対のトラ
    ンジスタよりなるミラー回路と、この一対のトランジス
    タの各エミッタと前記伝送線との間に挿入された抵抗と
    を具備することを特徴とする2線式伝送器。
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