JP4297748B2

JP4297748B2 - Limiter circuit

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Publication number: JP4297748B2
Application number: JP2003208280A
Authority: JP
Inventors: 隆幸寺島
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-08-21
Also published as: JP2005072637A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力した信号を所定の信号レベルに制限するリミッタ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のリミッタ回路として、例えば、特開２００３−４６３５５号公報中において従来技術として開示されたリミッタ回路が知られている。また、図５に示すように、理想ダイオードを用いたリミッタ回路（一例として上限値リミッタ回路を示す）も公知である。この種のリミッタ回路は、入力した信号が予め設定した上限値を超えたり、下限値を下回ったりしないようにするために、例えば増幅回路に対する前段回路として採用されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−４６３５５号公報（第２頁、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の各リミッタ回路には、以下の問題点が存在する。すなわち、これらのリミッタ回路では、リミッタ動作を行っていない非リミッタ動作中のときであっても、信号源回路（以下、「前段回路」ともいう）側からこのリミッタ回路内に電流を入力したり（吸い込んだり）、逆に、このリミッタ回路内から前段回路側に電流を出力したり（吐き出したり）するようにして作動している。具体的には、特開２００３−４６３５５号公報中の第３図に示すリミッタ回路では、非リミッタ動作中のときには、第１オペアンプ１（演算増幅器）は、フィードバック動作を行っていないために、バーチャルショートが成り立たない状態を維持する。その結果、抵抗器Ｒ５、第１オペアンプ１の反転入力端子、第１オペアンプ１の非反転入力端子、および抵抗器Ｒ７を介して、前段回路側からグランドに電流が流れる。同様にして、図５に示すリミッタ回路においても、非リミッタ動作中のときには（ダイオードがオフ状態のときには）、オペアンプ（演算増幅器）に十分なフィードバックがかからなくなってバーチャルショートが成り立たない状態となる。その結果、基準電位側からオペアンプの非反転入力端子および反転入力端子を経由して前段回路側に電流が出力される。つまり、これらのリミッタ回路では、非リミッタ動作中において入力インピーダンスが低下する。
【０００５】
ところで、例えばインピーダンス測定装置では、電圧測定回路から測定対象体に定電流を供給しつつ、この定電流に起因して測定対象体の両端に発生する電圧を測定して、この測定した電圧と供給している定電流とに基づいて測定対象体のインピーダンスを算出する。このため、この電圧測定回路では、測定対象体に発生する電圧測定に対する影響を避けるべく、測定対象体に対する電流の出力（電流の吐き出し）や測定対象体からの電流の入力（電流の吸い込み）を回避可能に構成する必要がある。つまり、この電圧測定回路には、入力インピーダンスが十分に高いことが要求される。また、内部回路の保護という観点から、予め規定された定格入力電圧範囲の上限値を超える電圧や下限値を下回る電圧（つまり絶対値が所定電圧範囲を外れる電圧）の信号が入力されるのを防止するために、電圧測定回路内における後段回路の前段にリミッタ回路を配設させたい状況も生じる。しかしながら、従来の各リミッタ回路をこのようなインピーダンス測定装置に採用した場合、上述したように、非リミッタ動作中におけるリミッタ回路の入力インピーダンスが低下するため、測定対象体に発生する電圧を正確に測定するのが困難となる。この結果、インピーダンス測定装置の測定精度が低下するという問題が発生する。一方、これらのリミッタ回路の入力段としてボルテージフォロワを設けて構成することも可能である。しかし、このような構成を採用した場合、能動素子のボルテージフォロワで発生するノイズが後段の増幅回路（以下、「後段回路」ともいう）に出力されることに起因して測定電圧のＳ／Ｎ比が低下して測定誤差が大きくなるという問題が発生する。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、Ｓ／Ｎ比の低下を回避しつつ、非リミッタ動作中においても十分に高い入力インピーダンスを維持し得るリミッタ回路を提供することを主目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１記載のリミッタ回路は、回路入力部および回路出力部の間に配設された電流制限手段と、非反転入力端子が正の基準電位に設定された演算増幅器と、前記回路出力部と前記演算増幅器の出力端子との間に接続されて当該回路出力部側から当該演算増幅器の出力端子への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する一方向性素子と、前記演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続されて当該出力端子から当該反転入力端子への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する一方向性素子と、非反転入力端子が前記回路出力部に接続されたボルテージフォロワと、当該ボルテージフォロワの出力端子と前記演算増幅器の反転入力端子との間に接続された電流制限手段とを備えている。なお、本明細書では、本発明における「演算増幅器」を第１の演算増幅器ともいい、本発明における「前記回路出力部と前記演算増幅器の出力端子との間に接続されている一方向性素子」を第１の一方向性素子ともいい、本発明における「前記演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続されている一方向性素子」を第２の一方向性素子ともいう。また、以下の発明を含めて本発明における「回路入力部」および「回路出力部」には、入力端子や出力端子が含まれるだけでなく、回路パターンやコネクタを初めとして、前段回路や後段回路に信号を受け渡し可能なすべてのインターフェースが含まれる。
【０００８】
また、請求項２記載のリミッタ回路は、回路入力部および回路出力部の間に配設された電流制限手段と、非反転入力端子が負の基準電位に設定された演算増幅器と、前記回路出力部と前記演算増幅器の出力端子との間に接続されて当該演算増幅器の出力端子から当該回路出力部への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する一方向性素子と、前記演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続されて当該反転入力端子から当該出力端子への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する一方向性素子と、非反転入力端子が前記回路出力部に接続されたボルテージフォロワと、当該ボルテージフォロワの出力端子と前記演算増幅器の反転入力端子との間に接続された電流制限手段とを備えている。なお、本明細書では、本発明における「演算増幅器」を第２の演算増幅器ともいい、本発明における「前記回路出力部と前記演算増幅器の出力端子との間に接続されている一方向性素子」を第３の一方向性素子ともいい、本発明における「前記演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続されている一方向性素子」を第４の一方向性素子ともいう。
【０００９】
さらに、請求項３記載のリミッタ回路は、回路入力部および回路出力部の間に配設された電流制限手段と、非反転入力端子が正の基準電位に設定された第１の演算増幅器と、前記回路出力部と前記第１の演算増幅器の出力端子との間に接続されて当該回路出力部側から当該第１の演算増幅器の出力端子への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する第１の一方向性素子と、前記第１の演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続されて当該出力端子から当該反転入力端子への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する第２の一方向性素子と、非反転入力端子が負の基準電位に設定された第２の演算増幅器と、前記回路出力部と前記第２の演算増幅器の出力端子との間に接続されて当該第２の演算増幅器の出力端子から当該回路出力部への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する第３の一方向性素子と、前記第２の演算増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続されて当該反転入力端子から当該出力端子への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する第４の一方向性素子と、非反転入力端子が前記回路出力部に接続されたボルテージフォロワと、当該ボルテージフォロワの出力端子と前記第１の演算増幅器の反転入力端子との間に接続された電流制限手段と、前記ボルテージフォロワの出力端子と前記第２の演算増幅器の反転入力端子との間に接続された電流制限手段とを備えている。
【００１０】
また、請求項４記載のリミッタ回路は、請求項１から３のいずれかに記載のリミッタ回路において、前記回路入力部および回路出力部の間に配設された前記電流制限手段は、ゲート端子とソース端子とを接続した電界効果型トランジスタである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るリミッタ回路の好適な実施の形態について説明する。
【００１２】
まず、本発明に係るリミッタ回路１の構成について、図面を参照して説明する。
【００１３】
リミッタ回路１は、図１に示すように、上限リミッタ回路１ａ、下限リミッタ回路１ｂ、回路入力端子（回路入力部）２および回路出力端子（回路出力部）３を備え、回路入力端子２を経由して入力される信号Ｓ１に対して、上限電圧Ｖｒ１および下限電圧Ｖｒ２をそれぞれ正の基準電位および負の基準電位とするリミット動作を実行することにより、上限電圧Ｖｒ１の電圧値以上であって下限電圧Ｖｒ２の電圧値以下の範囲（以下、「振幅制限電圧範囲」ともいう）内にその振幅（電圧値）を制限した信号Ｓ２を回路出力端子３に出力する。
【００１４】
上限リミッタ回路１ａは、抵抗（電流制限手段の一例）４、基準電源５、オペアンプ（第１の演算増幅器）６、ダイオード（第１の一方向性素子の一例）７、ダイオード（第２の一方向性素子の一例）８、オペアンプ（ボルテージフォロワ）９および抵抗（電流制限手段）１０を備えている。この場合、抵抗４は、回路入力端子２と回路出力端子３との間に直列に接続されている。また、抵抗４としては、回路入力端子２に入力される信号Ｓ１の電圧が微少のときには、その熱雑音が信号Ｓ１に与える影響が大きくなるため、通常は低抵抗値タイプを用いるのが好ましい。基準電源５は、上限電圧Ｖｒ１を生成する。オペアンプ６は、非反転入力端子が基準電源５に接続されることにより、その非反転入力端子が上限電圧Ｖｒ１の電圧値に設定されている。ダイオード７は、回路出力端子３とオペアンプ６の出力端子との間に接続されて、回路出力端子３からオペアンプ６の出力端子への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する。ダイオード８は、オペアンプ６の出力端子と反転入力端子との間に接続されて、オペアンプ６の出力端子からオペアンプ６の反転入力端子への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する。オペアンプ９は、ボルテージフォロワとして機能し、その非反転入力端子が抵抗４の一端と回路出力端子３とに接続されている。抵抗１０は、オペアンプ９の出力端子とオペアンプ６の反転入力端子との間に直列に接続されている。
【００１５】
下限リミッタ回路１ｂは、抵抗４およびオペアンプ９を上限リミッタ回路１ａと共有すると共に、基準電源１１、オペアンプ（第２の演算増幅器）１２、ダイオード（第３の一方向性素子の一例）１３、ダイオード（第４の一方向性素子の一例）１４および抵抗（電流制限手段）１５を備えている。この場合、基準電源１１は、下限電圧Ｖｒ２を生成する。オペアンプ１２は、非反転入力端子が基準電源１１に接続されることにより、その非反転入力端子が下限電圧Ｖｒ２の電圧値に設定されている。ダイオード１３は、回路出力端子３とオペアンプ１２の出力端子との間に接続されて、オペアンプ１２の出力端子から回路出力端子３への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する。ダイオード１４は、オペアンプ１２の出力端子と反転入力端子との間に接続されて、オペアンプ１２の反転入力端子からオペアンプ１２の出力端子への電流の通過を許容しその逆向き電流の通過を規制する。抵抗１５は、オペアンプ９の出力端子とオペアンプ１２の反転入力端子との間に直列に接続されている。
【００１６】
続いて、リミッタ回路１の動作について説明する。
【００１７】
最初に、回路入力端子２に入力されている信号Ｓ１が振幅制限電圧範囲のとき（例えば、図２の期間Ｔ２のとき）の動作について説明する。この状態では、信号Ｓ１は、抵抗４を経由して、信号Ｓ２としてオペアンプ９の非反転入力端子に出力される。ここで、オペアンプ９は、常時、ボルテージフォロワとして動作しているため、その出力端子からは信号Ｓ２と同じ信号（同一電圧、同一周波数の信号）が出力される。したがって、オペアンプ９は、その両入力端子がバーチャルショート状態に維持されると共に高入力インピーダンス状態に維持される。一方、上限リミッタ回路１ａでは、オペアンプ６の反転入力端子の電圧がオペアンプ６の非反転入力端子の電圧（上限電圧Ｖｒ１の電圧値）を超えない結果、オペアンプ６の出力端子には正の電源電圧に近い正の電圧が発生する。したがって、ダイオード８が導通してオペアンプ６にフィードバックがかかるため、最終的には、このオペアンプ６では、その反転入力端子の電圧がその非反転入力端子と同一の電圧（上限電圧Ｖｒ１の電圧値）に維持されると共に、その出力端子の電圧が上限電圧Ｖｒ１にダイオード８の順方向電圧Ｖｄを加算した電圧（Ｖｒ１＋Ｖｄ）に維持される。このため、信号Ｓ２が上限電圧Ｖｒ１の電圧値以下であって、オペアンプ６の出力端子が電圧（Ｖｒ１＋Ｖｄ）に維持される結果、ダイオード７は、非導通状態を維持する。このように、オペアンプ９の両入力端子がバーチャルショート状態に維持されると共にダイオード７が非導通状態に維持されるため、回路入力端子２に接続される前段回路（例えばインピーダンス測定回路では測定対象体）に対して上限リミッタ回路１ａが電流を入出力することに起因する入力インピーダンスの低下が回避される。
【００１８】
一方、下限リミッタ回路１ｂでは、オペアンプ１２における反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧（下限電圧Ｖｒ２の電圧値）を下回らないため、オペアンプ１２の出力端子には負の電源電圧に近い負の電圧が発生する。したがって、ダイオード１４が導通してオペアンプ１２にフィードバックがかかるため、最終的には、このオペアンプ１２では、その反転入力端子の電圧がその非反転入力端子と同一の電圧（下限電圧Ｖｒ２の電圧値）に維持されると共に、その出力端子の電圧が下限電圧Ｖｒ２からダイオード１４の順方向電圧Ｖｄを減算した電圧（Ｖｒ２−Ｖｄ）に維持される。このため、ダイオード１３は、非導通状態を維持する。このように、上記したようにオペアンプ９の両入力端子がバーチャルショート状態に維持されると共にダイオード１３が非導通状態に維持されるため、回路入力端子２に接続される前段回路に対して下限リミッタ回路１ｂが電流を入出力することに起因する入力インピーダンスの低下が回避される。
【００１９】
このように、信号Ｓ１の電圧値が振幅制限電圧範囲内のときには、上限リミッタ回路１ａおよび下限リミッタ回路１ｂが共に前段回路に対して電流を入出力しないため、リミッタ回路１の入力インピーダンスを高インピーダンスに維持することができる。したがって、抵抗４を通過する際における信号Ｓ１の電圧降下をほぼ回避できるため、そのままの電圧値で信号Ｓ２として回路出力端子３に出力することができる。また、このリミッタ回路１によれば、回路入力端子２と回路出力端子３との間に抵抗値の小さい抵抗４のみが存在している構成のため、例えば、回路入力端子２および回路出力端子３の間に演算増幅器（オペアンプ）などの能動素子を配設する回路構成と比較して、信号Ｓ２のノイズレベルを極めて低レベルに抑制することができる。したがって、例えば、リミッタ回路１をインピーダンス測定装置の入力回路に採用した場合、測定対象体について測定した信号におけるＳ／Ｎ比の低下を回避することができるため、測定精度を十分に向上させることができる。
【００２０】
次に、信号Ｓ１が上限電圧Ｖｒ１の電圧値を超えるとき（例えば、図２の期間Ｔ１のとき）の動作について説明する。この状態では、上限リミッタ回路１ａにおけるオペアンプ６の反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧よりも高くなる。したがって、オペアンプ６の出力端子には、負の電源電圧に近い負の電圧が発生する。このため、ダイオード８が非導通状態となってオペアンプ６がフィードバックのかからない状態に維持されると共にダイオード７が導通する。したがって、このダイオード７の導通により、抵抗４およびダイオード７を経由して回路入力端子２側（前段回路側）からオペアンプ６の出力端子側に電流が入力されるため、抵抗４における電圧降下によって信号Ｓ２の電圧が急速に低下する。一方、信号Ｓ２が上限電圧Ｖｒ１の電圧値よりも低下しようとするときには、その瞬間においてオペアンプ６の出力端子の電圧が反対に正の電源電圧に近い正の電圧に変化するため、ダイオード８が導通してオペアンプ６にフィードバックがかかり、ダイオード７が非導通状態に移行する。この結果、抵抗４およびダイオード７を経由してのオペアンプ６の出力端子への電流の入力が停止する。このため、信号Ｓ２が上限電圧Ｖｒ１の電圧値よりも低下する事態が回避される。このようにして、上限リミッタ回路１ａは、信号Ｓ１が上限電圧Ｖｒ１の電圧値を超えているときには、ダイオード７が導通して信号Ｓ２を上限電圧Ｖｒ１の電圧値まで低下させる動作と、オペアンプ６にフィードバックがかかってダイオード７を非導通状態に移行させる動作とを繰り返し実行して、結果として、信号Ｓ２を上限電圧Ｖｒ１の電圧値に制限する。つまり、上限リミッタ回路１ａは、信号Ｓ１を上限電圧Ｖｒ１の電圧値に制限する上限値リミット動作を実行する。なお、下限リミッタ回路１ｂは、上述した図２における期間Ｔ２のときと同様に作動する。
【００２１】
続いて、信号Ｓ１が下限電圧Ｖｒ２の電圧値を下回るとき（例えば、図２の期間Ｔ３のとき）の動作について説明する。この状態では、下限リミッタ回路１ｂにおけるオペアンプ１２の反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電圧よりも低くなる。したがって、オペアンプ１２の出力端子には正の電源電圧に近い正の電圧が発生する。このため、ダイオード１４が非導通状態となってオペアンプ１２がフィードバックのかからない状態に維持されると共にダイオード１３が導通する。したがって、このダイオード１３の導通により、ダイオード１３を経由してオペアンプ１２側から回路入力端子２側に電流が出力されるため、この電流の出力によって信号Ｓ２の電圧が急速に上昇する。一方、信号Ｓ２が下限電圧Ｖｒ２の電圧値を超えて上昇しようとするときは、その瞬間においてオペアンプ１２の出力端子の電圧が反対に負の電源電圧に近い負の電圧に変化するため、ダイオード１４が導通してオペアンプ１２にフィードバックがかかり、ダイオード１３が非導通状態に移行する。この結果、オペアンプ１２からダイオード１３を経由しての電流の出力が停止する。このため、信号Ｓ２が下限電圧Ｖｒ２の電圧値を超えて上昇する事態が回避される。このようにして、下限リミッタ回路１ｂは、信号Ｓ１が負の下限電圧Ｖｒ２の電圧値を下回っているときには、ダイオード１３が導通状態して信号Ｓ２を下限電圧Ｖｒ２の電圧値まで上昇させる動作と、オペアンプ１２にフィードバックがかかってダイオード１３を非導通状態に移行させる動作とを繰り返し実行して、結果として、信号Ｓ２を下限電圧Ｖｒ２の電圧値に制限する。つまり、下限リミッタ回路１ｂは、信号Ｓ１を下限電圧Ｖｒ２の電圧値に制限する下限値リミット動作を実行する。なお、上限リミッタ回路１ａは、上述した図２における期間Ｔ２のときと同様に作動する。
【００２２】
このように、このリミッタ回路１では、信号Ｓ１が上限電圧Ｖｒ１の電圧値を超えるときには、上限リミッタ回路１ａが上限リミット動作を実行して信号Ｓ２を上限電圧Ｖｒ１の電圧値に制限し、信号Ｓ１が下限電圧Ｖｒ２を下回るときには、下限リミッタ回路１ｂが下限リミット動作を実行して信号Ｓ２を下限電圧Ｖｒ２の電圧値に制限する。また、信号Ｓ１が振幅制限電圧範囲内のときには、上限リミッタ回路１ａおよび下限リミッタ回路１ｂは、共に信号Ｓ１に対するリミット動作を行わない（回路入力端子２側との間での電流の入出力を行わない）ため、信号Ｓ１は、上限リミッタ回路１ａおよび下限リミッタ回路１ｂから何ら影響を受けることなく、その電圧値を維持しつつ抵抗４を経由して回路出力端子３から信号Ｓ２として出力される。したがって、例えば、測定対象体との間での電流の入出力（吸い込みおよび吐き出し）が測定精度に悪影響を与えるようなインピーダンス測定装置における電圧測定回路にリミッタ回路１を採用する場合、測定対象体の両端に発生する被測定電圧を高精度で検出しつつ、その検出電圧に対するリミット動作を実行させることができる。加えて、このリミッタ回路１では、回路入力端子２と回路出力端子３との間に抵抗４のみが存在する構成のため、低抵抗値の抵抗素子を抵抗４に用いることにより、例えば、回路入力端子２および回路出力端子３の間に演算増幅器（オペアンプ）などの能動素子を接続している回路構成と比較して、信号Ｓ２に含まれるノイズレベルを極めて低レベルに抑制することができる。したがって、信号Ｓ２のＳ／Ｎ比を高めることができる結果、インピーダンス測定装置に適用した場合に、インピーダンス測定の精度を十分に高めることができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されない。例えば、上限リミッタ回路１ａと下限リミッタ回路１ｂとを備えてリミッタ回路１を構成し、信号Ｓ１に対する上限値リミット動作および下限値リミット動作の双方を実行する例について説明したが、上限リミッタ回路１ａおよび下限リミッタ回路１ｂの一方のみでリミッタ回路を構成することにより、上限値リミット動作および下限値リミット動作の一方のみを実行する構成を採用することもできる。
【００２４】
また、上記のリミッタ回路１では、第１の一方向性素子および第３の一方向性素子として、ダイオード７，１３をそれぞれ用いた例について説明したが、図３に示すように、ダイオード７，１３のいずれか一方または双方に代えてソース端子とドレイン端子とを接続した電界効果型トランジスタ（例えばＪ−ＦＥＴ）７ａ，１３ａを用いてリミッタ回路２１を構成することもできる。このようにダイオード７，１３に代えて上記構成の電界効果型トランジスタ７ａ，１３ａを用いることにより、非リミット動作中における上限リミッタ回路１ａおよび下限リミッタ回路１ｂの各オペアンプ６，１２から回路入力端子２側への漏れ電流をさらに低減することができるため、リミッタ回路２１の入力インピーダンスをさらに高めることができる。
【００２５】
一方、第１の一方向性素子および第３の一方向性素子として、上記構成の電界効果型トランジスタ７ａ，１３ａを使用した場合、順方向電流の定格値が一般のダイオードと比較して小さくなる。このため、リミッタ回路１のように、抵抗４として低抵抗値の抵抗を用いる構成では、上限リミッタ回路１ａおよび下限リミッタ回路１ｂがリミット動作を正常に実行し得ない事態も生じて、オペアンプ６，１２や電界効果型トランジスタ７ａ，１３ａを破壊するおそれもある。したがって、上記構成の電界効果型トランジスタ７ａ，１３ａを採用する構成では、電流制限手段として、図３に示すように、抵抗４に代えて、ゲート端子とソース端子とを接続した電界効果型トランジスタ４ａを用いて構成するのが好ましい。このように構成した電界効果型トランジスタ４ａは、流れる電流が微少のときには低抵抗として機能して熱雑音の発生を抑制すると共に、流れる電流が大きいときには定電流回路として機能してその電流値を制限する。このため、このように構成された電界効果型トランジスタ４ａを電流制限手段として用いることにより、過大な電流が流れることによるオペアンプ６，１２や電界効果型トランジスタ７ａ，１３ａの破壊を防止することができる。なお、ダイオード７，１３を用いたリミッタ回路１においても、電流制限手段として電界効果型トランジスタ４ａを用いることができるのは勿論である。同様にして、本発明における電流制限手段としての抵抗１０，１５に代えて電界効果型トランジスタなどを用いた定電流素子を用いることもできる。さらに、図４に示すように、ゲート端子とソース端子とを接続した２つの電界効果型トランジスタ４ｂ１，４ｂ２を互いのソース端子を接続することによって直列に接続した回路を電流制限手段として用いることもできる。この構成によれば、抵抗のときと同様にして、双方向に対して電流を制限することが可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載のリミッタ回路によれば、回路入力部に入力されている信号が正の基準電位を超えるときには、回路出力部に出力される信号の電圧を正の基準電位に制限し、回路入力部に入力されている信号が正の基準電位以下のときには、この信号に対してはリミット動作を行わない。したがって、リミッタ回路の入力インピーダンスを高めることができるため、例えば、測定対象体との間での電流の入出力が測定精度に悪影響を与えるようなインピーダンス測定装置における電圧測定回路にこのリミッタ回路を採用した場合、測定対象体の両端に発生する被測定電圧を高精度で検出しつつ、その検出電圧に対するリミット動作を実行させることができる。加えて、このリミッタ回路によれば、回路入力部と回路出力部との間に電流制限手段のみが存在する構成のため、例えば、低抵抗値の抵抗素子を電流制限手段に用いることにより、回路入力部および回路出力部の間に演算増幅器などの能動素子を接続している回路構成と比較して、入力された信号に含まれるノイズレベルを極めて低レベルに抑制することができる。したがって、その信号のＳ／Ｎ比を高めることができる結果、インピーダンス測定装置に適用した場合に、インピーダンス測定の精度を十分に高めることができる。
【００２７】
また、請求項２記載のリミッタ回路によれば、回路入力部に入力されている信号が負の基準電位を超えるときには、回路出力部に出力される信号の電圧を負の基準電位に制限し、回路入力部に入力されている信号が負の基準電位以上のときには、この信号に対してはリミット動作を行わない。したがって、請求項１記載のリミット回路と同様にして、インピーダンス測定装置における電圧測定回路にこのリミッタ回路を採用した場合、測定対象体の両端に発生する被測定電圧を高精度で検出しつつ、その検出電圧に対するリミット動作を実行させることができる。また、同様にして、このリミッタ回路によれば、入力された信号に含まれるノイズレベルを極めて低レベルに抑制することができるため、その信号のＳ／Ｎ比を高めることができる結果、インピーダンス測定装置に適用した場合に、インピーダンス測定の精度を十分に高めることができる。
【００２８】
また、請求項３記載のリミッタ回路によれば、回路入力部に入力されている信号が正の基準電位を超えるときには、回路出力部に出力される信号の電圧を正の基準電位に制限し、回路入力部に入力されている信号が負の基準電位を超えるときには、回路出力部に出力される信号の電圧を負の基準電位に制限することにより、入力されている信号に対して上限値リミット動作と下限値リミット動作との双方を実行し、回路入力部に入力されている信号が負の基準電位以上であって正の基準電位以下のときには、この信号に対してはリミット動作を行わない。したがって、請求項１記載のリミット回路と同様にして、インピーダンス測定装置における電圧測定回路にこのリミッタ回路を採用した場合、測定対象体の両端に発生する被測定電圧を高精度で検出しつつ、その検出電圧に対するリミット動作を実行させることができる。また、同様にして、このリミッタ回路によれば、入力された信号に含まれるノイズレベルを極めて低レベルに抑制することができるため、その信号のＳ／Ｎ比を高めることができる結果、インピーダンス測定装置に適用した場合に、インピーダンス測定の精度を十分に高めることができる。
【００２９】
また、請求項４記載のリミッタ回路によれば、ゲート端子とソース端子とを接続した電界効果型トランジスタで電流制限手段を構成したことにより、非リミット動作中におけるリミッタ回路から回路入力部側への漏れ電流をさらに低減することができるため、リミッタ回路の入力インピーダンスをさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リミッタ回路１の回路図である。
【図２】リミッタ回路１のリミッタ動作を説明するための信号Ｓ１，Ｓ２の信号波形図である。
【図３】回路入力端子２および回路出力端子３間に配設した電流制限手段、並びに第１および第３の一方向性素子に電界効果型トランジスタ４ａ，７ａ，１３ａを用いたリミッタ回路２１の回路図である。
【図４】他の構成の電界効果型トランジスタ４ｂ１，４ｂ２を用いた電流制限手段の回路図である。
【図５】従来のリミッタ回路の回路図である。
【符号の説明】
１，２１リミッタ回路
２回路入力端子
３回路出力端子
４，１０，１５抵抗
４ａ，４ｂ１，４ｂ２，７ａ，１３ａ電界効果型トランジスタ
５，１１基準電源
６，９，１２オペアンプ
７，８，１３，１４ダイオード
Ｖｒ１上限電圧
Ｖｒ２下限電圧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a limiter circuit that limits an input signal to a predetermined signal level.
[0002]
[Prior art]
As this type of limiter circuit, for example, a limiter circuit disclosed as a prior art in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-46355 is known. In addition, as shown in FIG. 5, a limiter circuit using an ideal diode (an upper limit value limiter circuit is shown as an example) is also known. This type of limiter circuit is employed, for example, as a pre-stage circuit for an amplifier circuit so that an input signal does not exceed a preset upper limit value or fall below a lower limit value.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2003-46355 A (2nd page, FIG. 3)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional limiter circuits described above have the following problems. That is, in these limiter circuits, even when a non-limiter operation is not performed, a current is input into the limiter circuit from the signal source circuit (hereinafter also referred to as “previous circuit”) side. On the contrary, it operates so as to output (discharge) current from the limiter circuit to the preceding circuit side. Specifically, in the limiter circuit shown in FIG. 3 of Japanese Patent Laid-Open No. 2003-46355, when the non-limiter operation is in progress, the first operational amplifier 1 (operational amplifier) does not perform the feedback operation. Maintain a condition where a short circuit does not hold. As a result, a current flows from the preceding circuit side to the ground via the resistor R5, the inverting input terminal of the first operational amplifier 1, the non-inverting input terminal of the first operational amplifier 1, and the resistor R7. Similarly, in the limiter circuit shown in FIG. 5, when the non-limiter operation is being performed (when the diode is in an OFF state), sufficient feedback is not applied to the operational amplifier (operational amplifier), and a virtual short circuit is not established. . As a result, a current is output from the reference potential side to the pre-stage circuit side via the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier. That is, in these limiter circuits, the input impedance is reduced during non-limiter operation.
[0005]
By the way, for example, in an impedance measuring apparatus, while supplying a constant current from a voltage measurement circuit to a measurement object, a voltage generated at both ends of the measurement object due to the constant current is measured, and the measured voltage and supply are measured. The impedance of the measurement object is calculated based on the constant current. For this reason, in this voltage measurement circuit, in order to avoid the influence on the voltage measurement generated in the measurement object, the current output (current discharge) to the measurement object and the current input (current sink) from the measurement object are performed. Must be configured to be avoidable. That is, this voltage measurement circuit is required to have a sufficiently high input impedance. In addition, from the viewpoint of protecting the internal circuit, a signal having a voltage exceeding the upper limit value of the rated input voltage range specified in advance or a voltage lower than the lower limit value (that is, a voltage whose absolute value is outside the predetermined voltage range) is input. In order to prevent this, there arises a situation in which a limiter circuit is desired to be disposed before the subsequent circuit in the voltage measurement circuit. However, when each conventional limiter circuit is used in such an impedance measuring device, as described above, the input impedance of the limiter circuit during non-limiter operation decreases, so that the voltage generated in the measurement object is accurately measured. It becomes difficult to do. As a result, there arises a problem that the measurement accuracy of the impedance measuring device is lowered. On the other hand, a voltage follower can be provided as an input stage of these limiter circuits. However, when such a configuration is employed, the noise generated in the voltage follower of the active element is output to a subsequent amplifier circuit (hereinafter also referred to as “rear circuit”), resulting in the S / N of the measurement voltage. A problem arises in that the ratio decreases and the measurement error increases.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems, and it is a main object of the present invention to provide a limiter circuit that can maintain a sufficiently high input impedance even during non-limiter operation while avoiding a decrease in the S / N ratio. Objective.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a limiter circuit according to claim 1 includes a current limiting means disposed between a circuit input unit and a circuit output unit, an operational amplifier having a non-inverting input terminal set to a positive reference potential, Unidirectionally connected between the circuit output unit and the output terminal of the operational amplifier to permit the passage of current from the circuit output unit side to the output terminal of the operational amplifier and restrict the passage of current in the opposite direction And a unidirectional element that is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier and that allows the passage of current from the output terminal to the inverting input terminal and restricts the passage of the reverse current. And a voltage follower having a non-inverting input terminal connected to the circuit output unit, and current limiting means connected between the output terminal of the voltage follower and the inverting input terminal of the operational amplifier. In the present specification, the “operational amplifier” in the present invention is also referred to as a first operational amplifier, and the “unidirectional element connected between the circuit output unit and the output terminal of the operational amplifier in the present invention”. "Is also referred to as a first unidirectional element, and" a unidirectional element connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier "in the present invention is also referred to as a second unidirectional element. In addition, the “circuit input unit” and “circuit output unit” in the present invention including the following inventions include not only input terminals and output terminals, but also circuit patterns and connectors, as well as pre-stage circuits and post-stage circuits. Includes all interfaces that can pass signals.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a limiter circuit comprising: a current limiting unit disposed between a circuit input unit and a circuit output unit; an operational amplifier in which a non-inverting input terminal is set to a negative reference potential; And a unidirectional element that is connected between the operational amplifier and the output terminal of the operational amplifier and that allows the passage of current from the operational amplifier output terminal to the circuit output unit and restricts the passage of the reverse current, A unidirectional element that is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier and that allows a current to pass from the inverting input terminal to the output terminal and restricts the passage of the reverse current; and a non-inverting input A voltage follower having a terminal connected to the circuit output unit; and current limiting means connected between the output terminal of the voltage follower and the inverting input terminal of the operational amplifier. In the present specification, the “operational amplifier” in the present invention is also referred to as a second operational amplifier, and “the unidirectional element connected between the circuit output unit and the output terminal of the operational amplifier in the present invention”. "Is also referred to as a third unidirectional element, and" a unidirectional element connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier "in the present invention is also referred to as a fourth unidirectional element.
[0009]
Furthermore, the limiter circuit according to claim 3 includes a current limiting unit disposed between the circuit input unit and the circuit output unit, a first operational amplifier in which the non-inverting input terminal is set to a positive reference potential, Connected between the circuit output unit and the output terminal of the first operational amplifier, allowing current to pass from the circuit output unit side to the output terminal of the first operational amplifier, and passing current in the opposite direction. Is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the first operational amplifier, and allows the passage of current from the output terminal to the inverting input terminal and vice versa. A second unidirectional element that restricts the passage of direction current, a second operational amplifier whose non-inverting input terminal is set to a negative reference potential, the circuit output unit, and an output terminal of the second operational amplifier Connected to the output terminal of the second operational amplifier Are connected between the output terminal and the inverting input terminal of the second operational amplifier, and a third unidirectional element that allows the current to pass to the circuit output section and restricts the passage of the reverse current. And a voltage follower in which a non-inverted input terminal is connected to the circuit output unit, and a fourth unidirectional element that allows current to pass from the inverting input terminal to the output terminal and restricts the passage of the reverse current. Current limiting means connected between the output terminal of the voltage follower and the inverting input terminal of the first operational amplifier, and the output terminal of the voltage follower and the inverting input terminal of the second operational amplifier. Current limiting means connected between them.
[0010]
A limiter circuit according to a fourth aspect of the present invention is the limiter circuit according to any one of the first to third aspects, wherein the current limiting means disposed between the circuit input unit and the circuit output unit includes a gate terminal. This is a field effect transistor having a source terminal connected thereto.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a limiter circuit according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0012]
First, the configuration of the limiter circuit 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
As shown in FIG. 1, the limiter circuit 1 includes an upper limit circuit 1 a, a lower limit circuit 1 b, a circuit input terminal (circuit input unit) 2 and a circuit output terminal (circuit output unit) 3, and passes through the circuit input terminal 2. The limit operation is performed on the input signal S1 using the upper limit voltage Vr1 and the lower limit voltage Vr2 as a positive reference potential and a negative reference potential, respectively. A signal S2 whose amplitude (voltage value) is limited within a range equal to or lower than the voltage value of the voltage Vr2 (hereinafter also referred to as “amplitude limiting voltage range”) is output to the circuit output terminal 3.
[0014]
The upper limiter circuit 1a includes a resistor (an example of a current limiting unit) 4, a reference power supply 5, an operational amplifier (a first operational amplifier) 6, a diode (an example of a first unidirectional element) 7, a diode (a second one). An example of a directional element) 8, an operational amplifier (voltage follower) 9, and a resistor (current limiting means) 10 are provided. In this case, the resistor 4 is connected in series between the circuit input terminal 2 and the circuit output terminal 3. Further, as the resistor 4, when the voltage of the signal S1 input to the circuit input terminal 2 is very small, the influence of the thermal noise on the signal S1 becomes large. Therefore, it is usually preferable to use a low resistance type. The reference power supply 5 generates an upper limit voltage Vr1. The operational amplifier 6 has a non-inverting input terminal connected to the reference power supply 5 so that the non-inverting input terminal is set to a voltage value of the upper limit voltage Vr1. The diode 7 is connected between the circuit output terminal 3 and the output terminal of the operational amplifier 6, and allows passage of current from the circuit output terminal 3 to the output terminal of the operational amplifier 6 and restricts passage of current in the reverse direction. The diode 8 is connected between the output terminal of the operational amplifier 6 and the inverting input terminal, and allows the current to pass from the output terminal of the operational amplifier 6 to the inverting input terminal of the operational amplifier 6 and restricts the passage of the reverse current. . The operational amplifier 9 functions as a voltage follower, and its non-inverting input terminal is connected to one end of the resistor 4 and the circuit output terminal 3. The resistor 10 is connected in series between the output terminal of the operational amplifier 9 and the inverting input terminal of the operational amplifier 6.
[0015]
The lower limiter circuit 1b shares the resistor 4 and the operational amplifier 9 with the upper limiter circuit 1a, and also includes a reference power supply 11, an operational amplifier (second operational amplifier) 12, a diode (an example of a third unidirectional element) 13, and a diode. (Example of fourth unidirectional element) 14 and resistor (current limiting means) 15 are provided. In this case, the reference power supply 11 generates the lower limit voltage Vr2. The operational amplifier 12 has a non-inverting input terminal connected to the reference power supply 11 so that the non-inverting input terminal is set to a voltage value of the lower limit voltage Vr2. The diode 13 is connected between the circuit output terminal 3 and the output terminal of the operational amplifier 12, and allows passage of current from the output terminal of the operational amplifier 12 to the circuit output terminal 3 and restricts passage of current in the reverse direction. The diode 14 is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 12, and allows the current to pass from the inverting input terminal of the operational amplifier 12 to the output terminal of the operational amplifier 12 and restricts the passage of the reverse current. . The resistor 15 is connected in series between the output terminal of the operational amplifier 9 and the inverting input terminal of the operational amplifier 12.
[0016]
Next, the operation of the limiter circuit 1 will be described.
[0017]
First, the operation when the signal S1 input to the circuit input terminal 2 is in the amplitude limit voltage range (for example, during the period T2 in FIG. 2) will be described. In this state, the signal S1 is output to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 9 as the signal S2 via the resistor 4. Here, since the operational amplifier 9 always operates as a voltage follower, the same signal (a signal having the same voltage and the same frequency) as the signal S2 is output from its output terminal. Accordingly, the operational amplifier 9 is maintained in a high input impedance state while both input terminals thereof are maintained in a virtual short state. On the other hand, in the upper limiter circuit 1a, the voltage at the inverting input terminal of the operational amplifier 6 does not exceed the voltage at the non-inverting input terminal of the operational amplifier 6 (the voltage value of the upper limit voltage Vr1). A positive voltage close to is generated. Therefore, since the diode 8 is turned on and feedback is applied to the operational amplifier 6, finally, in the operational amplifier 6, the voltage of the inverting input terminal is the same voltage as the non-inverting input terminal (voltage value of the upper limit voltage Vr1). And the output terminal voltage is maintained at a voltage (Vr1 + Vd) obtained by adding the forward voltage Vd of the diode 8 to the upper limit voltage Vr1. For this reason, the signal S2 is equal to or lower than the voltage value of the upper limit voltage Vr1, and the output terminal of the operational amplifier 6 is maintained at the voltage (Vr1 + Vd). As a result, the diode 7 maintains a non-conductive state. Thus, since both input terminals of the operational amplifier 9 are maintained in the virtual short-circuit state and the diode 7 is maintained in the non-conductive state, the preceding circuit connected to the circuit input terminal 2 (for example, the measurement object in the impedance measurement circuit) ) Is prevented from lowering the input impedance due to the current input / output of the upper limit circuit 1a.
[0018]
On the other hand, in the lower limiter circuit 1b, since the voltage at the inverting input terminal of the operational amplifier 12 does not fall below the voltage at the non-inverting input terminal (voltage value of the lower limit voltage Vr2), the output terminal of the operational amplifier 12 has a negative voltage close to a negative power supply voltage. Is generated. Therefore, since the diode 14 becomes conductive and feedback is applied to the operational amplifier 12, finally, in the operational amplifier 12, the voltage of the inverting input terminal is the same voltage as the non-inverting input terminal (voltage value of the lower limit voltage Vr2). The voltage at the output terminal is maintained at a voltage (Vr2-Vd) obtained by subtracting the forward voltage Vd of the diode 14 from the lower limit voltage Vr2. For this reason, the diode 13 maintains a non-conduction state. Thus, as described above, both input terminals of the operational amplifier 9 are maintained in the virtual short circuit state and the diode 13 is maintained in the non-conductive state, so that the lower limiter for the preceding circuit connected to the circuit input terminal 2 is maintained. A decrease in input impedance due to the circuit 1b inputting and outputting current is avoided.
[0019]
Thus, when the voltage value of the signal S1 is within the amplitude limit voltage range, both the upper limiter circuit 1a and the lower limiter circuit 1b do not input / output current to / from the preceding circuit, so that the input impedance of the limiter circuit 1 is set to a high impedance. Can be maintained. Therefore, since the voltage drop of the signal S1 when passing through the resistor 4 can be substantially avoided, the signal S2 can be output to the circuit output terminal 3 with the voltage value as it is. Further, according to the limiter circuit 1, since only the resistor 4 having a small resistance value exists between the circuit input terminal 2 and the circuit output terminal 3, for example, the circuit input terminal 2 and the circuit output terminal 3 Compared to a circuit configuration in which an active element such as an operational amplifier (op-amp) is provided between them, the noise level of the signal S2 can be suppressed to a very low level. Therefore, for example, when the limiter circuit 1 is employed in the input circuit of the impedance measuring apparatus, it is possible to avoid a decrease in the S / N ratio in the signal measured for the measurement object, and thus the measurement accuracy can be sufficiently improved. it can.
[0020]
Next, an operation when the signal S1 exceeds the voltage value of the upper limit voltage Vr1 (for example, during the period T1 in FIG. 2) will be described. In this state, the voltage at the inverting input terminal of the operational amplifier 6 in the upper limiter circuit 1a is higher than the voltage at the non-inverting input terminal. Therefore, a negative voltage close to the negative power supply voltage is generated at the output terminal of the operational amplifier 6. For this reason, the diode 8 is turned off and the operational amplifier 6 is maintained in a state where no feedback is applied, and the diode 7 is turned on. Therefore, current is input from the circuit input terminal 2 side (previous circuit side) to the output terminal side of the operational amplifier 6 through the resistor 4 and the diode 7 due to the conduction of the diode 7. The voltage of S2 decreases rapidly. On the other hand, when the signal S2 is about to fall below the voltage value of the upper limit voltage Vr1, the voltage at the output terminal of the operational amplifier 6 changes to a positive voltage close to the positive power supply voltage at that moment, so that the diode 8 becomes conductive. As a result, feedback is applied to the operational amplifier 6 and the diode 7 shifts to a non-conductive state. As a result, the input of current to the output terminal of the operational amplifier 6 via the resistor 4 and the diode 7 is stopped. For this reason, the situation where the signal S2 falls below the voltage value of the upper limit voltage Vr1 is avoided. In this way, when the signal S1 exceeds the voltage value of the upper limit voltage Vr1, the upper limiter circuit 1a is connected to the operational amplifier 6 to operate the diode 7 so that the signal S2 is lowered to the voltage value of the upper limit voltage Vr1. The operation of shifting the diode 7 to the non-conductive state by applying feedback is repeatedly executed, and as a result, the signal S2 is limited to the voltage value of the upper limit voltage Vr1. That is, the upper limiter circuit 1a performs an upper limit limiting operation for limiting the signal S1 to the voltage value of the upper limit voltage Vr1. The lower limiter circuit 1b operates in the same manner as in the above-described period T2 in FIG.
[0021]
Next, an operation when the signal S1 falls below the voltage value of the lower limit voltage Vr2 (for example, during the period T3 in FIG. 2) will be described. In this state, the voltage at the inverting input terminal of the operational amplifier 12 in the lower limiter circuit 1b is lower than the voltage at the non-inverting input terminal. Therefore, a positive voltage close to the positive power supply voltage is generated at the output terminal of the operational amplifier 12. For this reason, the diode 14 is turned off and the operational amplifier 12 is maintained in a state where no feedback is applied, and the diode 13 is turned on. Therefore, since the diode 13 is turned on, a current is output from the operational amplifier 12 side to the circuit input terminal 2 side via the diode 13, and the voltage of the signal S2 rapidly rises due to the output of this current. On the other hand, when the signal S2 is going to rise beyond the voltage value of the lower limit voltage Vr2, the voltage at the output terminal of the operational amplifier 12 changes to a negative voltage close to the negative power supply voltage at that moment. Becomes conductive and feedback is applied to the operational amplifier 12, and the diode 13 shifts to a non-conductive state. As a result, output of current from the operational amplifier 12 via the diode 13 stops. For this reason, the situation where the signal S2 rises exceeding the voltage value of the lower limit voltage Vr2 is avoided. In this way, when the signal S1 is below the negative lower limit voltage Vr2, the lower limit circuit 1b operates to increase the signal S2 to the lower limit voltage Vr2 by turning on the diode 13; The operation of repeatedly applying the feedback to the operational amplifier 12 to shift the diode 13 to the non-conductive state is repeatedly executed, and as a result, the signal S2 is limited to the voltage value of the lower limit voltage Vr2. That is, the lower limiter circuit 1b executes a lower limit value limiting operation for limiting the signal S1 to the voltage value of the lower limit voltage Vr2. The upper limiter circuit 1a operates in the same manner as during the period T2 in FIG.
[0022]
Thus, in the limiter circuit 1, when the signal S1 exceeds the voltage value of the upper limit voltage Vr1, the upper limiter circuit 1a executes the upper limit operation to limit the signal S2 to the voltage value of the upper limit voltage Vr1, and the signal S1. Is lower than the lower limit voltage Vr2, the lower limiter circuit 1b executes a lower limit operation to limit the signal S2 to the voltage value of the lower limit voltage Vr2. When the signal S1 is within the amplitude limit voltage range, neither the upper limiter circuit 1a nor the lower limiter circuit 1b performs the limit operation for the signal S1 (performs current input / output with the circuit input terminal 2 side). Therefore, the signal S1 is output as the signal S2 from the circuit output terminal 3 via the resistor 4 while maintaining the voltage value without being affected by the upper limiter circuit 1a and the lower limiter circuit 1b. Therefore, for example, when the limiter circuit 1 is employed in a voltage measurement circuit in an impedance measurement apparatus in which input / output (suction and discharge) of current with the measurement object adversely affects measurement accuracy, While detecting the voltage to be measured generated at both ends with high accuracy, it is possible to execute a limit operation for the detected voltage. In addition, since the limiter circuit 1 has a configuration in which only the resistor 4 exists between the circuit input terminal 2 and the circuit output terminal 3, by using a resistance element having a low resistance value for the resistor 4, for example, circuit input Compared with a circuit configuration in which an active element such as an operational amplifier (op amp) is connected between the terminal 2 and the circuit output terminal 3, the noise level included in the signal S2 can be suppressed to an extremely low level. Therefore, the S / N ratio of the signal S2 can be increased. As a result, when applied to an impedance measuring apparatus, the accuracy of impedance measurement can be sufficiently increased.
[0023]
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, an example in which the limiter circuit 1 is configured by including the upper limiter circuit 1a and the lower limiter circuit 1b and both the upper limit value limit operation and the lower limit value limit operation for the signal S1 are executed has been described. It is also possible to adopt a configuration in which only one of the upper limit value limit operation and the lower limit value limit operation is executed by configuring the limiter circuit with only one of the lower limit limiter circuit 1b.
[0024]
In the limiter circuit 1 described above, the diodes 7 and 13 are used as the first unidirectional element and the third unidirectional element, respectively. However, as shown in FIG. The limiter circuit 21 can also be configured by using field effect transistors (for example, J-FETs) 7a and 13a in which a source terminal and a drain terminal are connected instead of any one or both of 13. Thus, by using the field effect transistors 7a and 13a having the above configuration instead of the diodes 7 and 13, the operational amplifiers 6 and 12 of the upper limiter circuit 1a and the lower limiter circuit 1b during the non-limit operation are connected to the circuit input terminal 2 Since the leakage current to the side can be further reduced, the input impedance of the limiter circuit 21 can be further increased.
[0025]
On the other hand, when the field effect transistors 7a and 13a having the above configuration are used as the first unidirectional element and the third unidirectional element, the rated value of the forward current is smaller than that of a general diode. . For this reason, in the configuration in which a resistor having a low resistance value is used as the resistor 4 as in the limiter circuit 1, there is a situation in which the upper limit circuit 1a and the lower limit circuit 1b cannot normally perform the limit operation. 12 and the field effect transistors 7a and 13a may be destroyed. Therefore, in the configuration employing the field effect transistors 7a and 13a having the above configuration, a field effect transistor 4a in which a gate terminal and a source terminal are connected as a current limiting means instead of the resistor 4 as shown in FIG. It is preferable to configure using The field effect transistor 4a configured in this way functions as a low resistance when the flowing current is very small to suppress the generation of thermal noise, and functions as a constant current circuit when the flowing current is large to limit the current value. To do. Therefore, by using the field effect transistor 4a configured as described above as current limiting means, it is possible to prevent the operational amplifiers 6 and 12 and the field effect transistors 7a and 13a from being destroyed due to excessive current flow. . Of course, also in the limiter circuit 1 using the diodes 7 and 13, the field effect transistor 4a can be used as the current limiting means. Similarly, a constant current element using a field effect transistor or the like can be used instead of the resistors 10 and 15 as current limiting means in the present invention. Further, as shown in FIG. 4, a circuit in which two field effect transistors 4b1 and 4b2 having a gate terminal and a source terminal connected in series by connecting each other's source terminals may be used as a current limiting means. it can. According to this configuration, the current can be limited in both directions in the same manner as in the case of the resistor.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the limiter circuit of the first aspect, when the signal input to the circuit input unit exceeds the positive reference potential, the voltage of the signal output to the circuit output unit is set to the positive reference potential. When the signal input to the circuit input unit is lower than the positive reference potential, the limit operation is not performed on this signal. Therefore, since the input impedance of the limiter circuit can be increased, for example, this limiter circuit is used in a voltage measurement circuit in an impedance measurement device in which input / output of current to / from the measurement object adversely affects measurement accuracy. In this case, it is possible to execute the limit operation for the detected voltage while detecting the voltage to be measured generated at both ends of the measurement object with high accuracy. In addition, according to this limiter circuit, since only the current limiting unit exists between the circuit input unit and the circuit output unit, for example, by using a resistance element having a low resistance value for the current limiting unit, the circuit Compared with a circuit configuration in which an active element such as an operational amplifier is connected between the input unit and the circuit output unit, the noise level included in the input signal can be suppressed to an extremely low level. Therefore, the S / N ratio of the signal can be increased. As a result, when applied to an impedance measuring apparatus, the accuracy of impedance measurement can be sufficiently increased.
[0027]
According to the limiter circuit of claim 2, when the signal input to the circuit input unit exceeds the negative reference potential, the voltage of the signal output to the circuit output unit is limited to the negative reference potential, When the signal input to the circuit input unit is equal to or higher than the negative reference potential, the limit operation is not performed on this signal. Therefore, in the same manner as the limit circuit according to claim 1, when this limiter circuit is employed in the voltage measuring circuit in the impedance measuring apparatus, the voltage to be measured generated at both ends of the measurement object is detected with high accuracy, The limit operation for the detection voltage can be executed. Similarly, according to this limiter circuit, the noise level contained in the input signal can be suppressed to an extremely low level, so that the S / N ratio of the signal can be increased, resulting in impedance measurement. When applied to an apparatus, the accuracy of impedance measurement can be sufficiently increased.
[0028]
According to the limiter circuit of claim 3, when the signal input to the circuit input unit exceeds the positive reference potential, the voltage of the signal output to the circuit output unit is limited to the positive reference potential, When the signal input to the circuit input section exceeds the negative reference potential, the voltage of the signal output to the circuit output section is limited to the negative reference potential, thereby limiting the upper limit value for the input signal. When both the operation and the lower limit limit operation are executed and the signal input to the circuit input section is greater than or equal to the negative reference potential and less than or equal to the positive reference potential, the limit operation is not performed on this signal. . Therefore, in the same manner as the limit circuit according to claim 1, when this limiter circuit is employed in the voltage measuring circuit in the impedance measuring apparatus, the voltage to be measured generated at both ends of the measurement object is detected with high accuracy, The limit operation for the detection voltage can be executed. Similarly, according to this limiter circuit, the noise level contained in the input signal can be suppressed to an extremely low level, so that the S / N ratio of the signal can be increased, resulting in impedance measurement. When applied to an apparatus, the accuracy of impedance measurement can be sufficiently increased.
[0029]
According to the limiter circuit of the fourth aspect, the current limiting means is configured by the field effect transistor in which the gate terminal and the source terminal are connected, so that the limiter circuit during the non-limit operation is connected to the circuit input side. Since the leakage current can be further reduced, the input impedance of the limiter circuit can be further increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a limiter circuit 1. FIG.
FIG. 2 is a signal waveform diagram of signals S1 and S2 for explaining a limiter operation of the limiter circuit 1;
FIG. 3 shows a current limiter disposed between a circuit input terminal 2 and a circuit output terminal 3, and a limiter circuit 21 using field effect transistors 4a, 7a, 13a as first and third unidirectional elements. It is a circuit diagram.
FIG. 4 is a circuit diagram of current limiting means using field effect transistors 4b1 and 4b2 of other configurations.
FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional limiter circuit.
[Explanation of symbols]
1,21 Limiter circuit
2 Circuit input terminal
3 Circuit output terminal
4,10,15 resistance
4a, 4b1, 4b2, 7a, 13a Field effect transistor
5,11 Reference power supply
6,9,12 operational amplifier
7, 8, 13, 14 Diode
Vr1 upper limit voltage
Vr2 lower limit voltage

Claims

Current limiting means disposed between the circuit input unit and the circuit output unit, an operational amplifier whose non-inverting input terminal is set to a positive reference potential, and between the circuit output unit and the output terminal of the operational amplifier A unidirectional element that allows passage of current from the circuit output unit side to the output terminal of the operational amplifier and restricts passage of the reverse current; and an output terminal and an inverting input terminal of the operational amplifier; A non-inverting input terminal connected to the circuit output unit, and a non-inverting input terminal connected between the output terminal and the inverting input terminal. A limiter circuit comprising: a voltage follower; and current limiting means connected between the output terminal of the voltage follower and the inverting input terminal of the operational amplifier.

Current limiting means disposed between the circuit input unit and the circuit output unit, an operational amplifier whose non-inverting input terminal is set to a negative reference potential, and between the circuit output unit and the output terminal of the operational amplifier A unidirectional element that allows passage of current from the output terminal of the operational amplifier to the circuit output unit and restricts passage of the reverse current; and an output terminal and an inverting input terminal of the operational amplifier. A unidirectional element connected between the inverting input terminal and the inverting input terminal to allow the passage of current from the inverting input terminal and restrict the passage of the reverse current; and a voltage having a non-inverting input terminal connected to the circuit output unit A limiter circuit comprising: a follower; and current limiting means connected between an output terminal of the voltage follower and an inverting input terminal of the operational amplifier.

Current limiting means disposed between the circuit input unit and the circuit output unit, a first operational amplifier whose non-inverting input terminal is set to a positive reference potential, the circuit output unit and the first operational amplifier A first unidirectional element that is connected to the output terminal of the first operational amplifier and that allows a current to pass from the circuit output unit side to the output terminal of the first operational amplifier and restricts the passage of the reverse current. And a second first terminal connected between the output terminal and the inverting input terminal of the first operational amplifier, allowing passage of current from the output terminal to the inverting input terminal and restricting passage of the reverse current. A directional element; a second operational amplifier whose non-inverting input terminal is set to a negative reference potential; and the second operational amplifier connected between the circuit output unit and the output terminal of the second operational amplifier. Allow current to pass from the operational amplifier output to the circuit output A third unidirectional element that restricts the passage of the reverse current and a current connected from the inverting input terminal to the output terminal are connected between the output terminal and the inverting input terminal of the second operational amplifier. A fourth unidirectional element that permits passage and restricts passage of a reverse current, a voltage follower having a non-inverting input terminal connected to the circuit output unit, an output terminal of the voltage follower, and the first follower Current limiting means connected between the inverting input terminal of the operational amplifier and current limiting means connected between the output terminal of the voltage follower and the inverting input terminal of the second operational amplifier. Limiter circuit.

4. The limiter circuit according to claim 1, wherein the current limiting unit disposed between the circuit input unit and the circuit output unit is a field effect transistor in which a gate terminal and a source terminal are connected. 5.