JPH03117928A - ２線式信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、２本の伝送線に対して直列に接続された電源
から電力の供給を受けこの伝送線に流す電流値をプロセ
スデータに応じて変化させアナログの電流信号として２
線の伝送線に送出する２線式信号伝送装置に係り、特に
限られた電力の中で高い電圧と大きい負荷電流を必要に
応じて採用できるように電源効率を向上させるように改
良された２線式信号伝送装置に関する。

〈従来の技術〉 この種の従来の２線式信号伝送装置の１例を第３図に示
し、これについて説明する。

１０は２線式信号伝送装置であり、この２線式信号伝送
装置１０は例えば温度、圧力などのプロセス変数Ｐ■に
対応してこれを電気信号に変換して、その出力ＤｉＪＴ
　＋　、’ｒ”　２にこのプロセス変数Ｐ■に対応する
電流信号ＩＬ１を出力する。

この２線式信号伝送装置１０の出力ＥＴ＋　、Ｔ２には
２本の伝送線！、と１２を介してこの２線式信号伝送装
置１０を付勢する電源１１と、電流信号ＩＬｊを受信し
例えばプロセス変数Ｐ■を指示する受信器１２などがそ
れぞれ直列に接続されている。

通常、この電流信号１ｔ＋は例えば４〜２０ｍＡなどの
統一電流として伝送される。この内、４ｍＡの電流はベ
ース電流として２線式信号伝送装置１０の中で消費する
電力の全てが賄われる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、この様な２本の伝送線からのみしかも４
ｍＡなどの小さな電流を用いて回路の電源を賄う場合に
は、２線式信号伝送装置の回路での消費電流を大きくと
ることができない。このなめ、機能の増大の要求にら拘
らず性能を犠牲にしても素子数を減らさなければならな
いなどの問題かある。

そこで、限られた電力を有効に活用して回路の要求に応
じる必要がある。

く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に、伝送線に対し
て直列に接続された電源から電力の供給を受け伝送線に
流す電流値をプロセスデータに応じて変化させアナログ
の電流信号として伝送線に送出する２線式信号伝送装置
において、プロセスデータが入力されこのプロセスデー
タに対応した電気信号に変換する信号変換手段と、２線
式信号伝送装置の中の他の信号処理回路の電源端からみ
た負荷と、伝送線に流れる電流を用いて第１定電圧を作
り信号変換手段と負荷とに直列に第１定電圧を印加する
第１定電圧素子と、この第１定電圧が電源端に供給され
ると共に基準電圧をベースとして信号変換手段と負荷と
の接続点の電圧を所定の値に制御する制御手段とを具備
するようにしたものである。

く作　用〉 電源投入により伝送線に流れる電流の少なくとも一部が
第１定電圧素子に流され第１定電圧が発生する。この第
１定電圧は信号変換手段と負荷とに直列に印加され所定
の電流を流す。

また、この第１定電圧を介して制御手段により信号変換
手段と負荷との接続点の電圧が所定の値に制御される。

この接続点の電圧は制御手段により基準電圧に対応する
電圧に制御される結果、信号変換手段と負荷にはこれ等
の消費電流差を補給するための不足の或いは過大の電流
を吸い込み或いは吐き出しがなされ、最終的にこれ等に
必要な消′ｆｔ電流になるように制御される。

〈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。第
１図は本発明の１実施例の構成を示す回路図である。

１３は本実施例の２線式信号伝送装置の全体構成を示し
、これは第３図の２線式信号伝送装置１０に対応してい
る。

その端子Ｔ　＋　、Ｔ　２にはダイオードＤｉ、カレン
トミラー回路ＣＭＲ１制御トランジスタＱ１、ダイオー
ドＤ２　、Ｄ３　、抵抗ｒｔ＋、帰還抵抗Ｒ。

などが直列に接続された直列回路ＳＲＣが接続されてい
る。

カレントミラー回路ＣＭＲはトランジスタＱ２Ｑ３の２
個で構成され、トランジスタＱ２のエミッタ面積１に対
してトランジスタＱ３のエミッタ面積はｎ倍に選定され
ている。トランジスタＱ２のエミッタはダイオードＤ、
のカソードに接続され、そのベースとコレクタは電界効
果１〜ランジスタＱ４のドレインＤに接続されている。

電界効果トランジスタＱ４のゲートＧは抵抗Ｒと帰還抵
抗Ｒｆの接続点Ｃ１に１ｌｉＩ接に、そのソースＳは抵
抗Ｒ２を介して接続点Ｃ７にそれぞれ接続されて定電流
回路ＯＣＲを構成している。この定電流回路ＣＣＲによ
りトランジスタＱ２のコレクタに定電流Ｉｓを供給して
いる。

カレントミラー回路ＣＭＨのトランジスタＱ２とＱ３の
ベースとエミッタはそれぞれ互いに接続されトランジス
タＱ３のコレクタは定電圧素子ＺＤ、を介して接続点Ｃ
１に接続されている。定電圧素子ＺＤ＋の両端に発生し
た定電圧■１は、図示はしていないが２線式信号伝送装
置の他の信号処理回路、例えばアナログ／デジタル変換
器などの負荷ＬＤの電源端と圧力、差圧などのプロセス
データＰｖを信号電圧に変換する信号変換回路Ｓ■Ｃの
電源端との直列回路に印加されている。

さらに、この定電圧Ｖ１は抵抗Ｒ３を介してツェナダイ
オードＺＤ２に印加されツェナダイオードＺＤ２の両端
に基準電圧Ｖｓを発生させる。

Ｑ５は制御回路として機能する演算増幅器であり、その
電源端には定電圧Ｖ１が印加されている。

その非反転入力端（＋）には基準電圧Ｖｓが、反転入力
端（−）にはその出力端の定電圧ｖ２を抵抗Ｒ４とＲ５
で分圧した分圧電圧ＶＤがそれぞれ印加されている。さ
らに、この定電圧ｖ２は負荷ＬＤの電源端と信号変換回
路ＳＶＣの電源端との接続点Ｃ２に印加されている。

Ｑ６は回路の基準電圧を作る演算増幅器であり、この演
算増幅器Ｑ６の非反転入力端（＋）には基準電圧Ｖｓが
印加され、その反転入力端（−）は出力端と接続されこ
れ等は基準電位点ＣＯＭに接続されている。これにより
、演算増幅器Ｑ５の非反転入力端（＋）が回路の基準電
位点に固定される。

また、信号変換回路ｓｖｃの出方端はその一端が基準電
位点ＣＯＭに接続され、他端と接続点Ｃ７との間に発生
する出力電圧Ｖ０は抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ，で分圧されて演
算増幅器Ｑ７の反転入力端（−）に印加されている。演
算増幅器Ｑ７の非反転入力端（＋）は接続点ｃ１と基準
電位点ＣＯＭとの間に発生した電圧を抵抗Ｒ６とＲ８で
分圧した電圧が印加されている。そして、その出方端の
電圧で出力トランジスタＱ１のベース電圧を制御する。

演算増幅器Ｑ７の電源端には定電圧Ｖ２が印加されてい
る。

なお、負荷ＬＤと信号変換回路ｓＶｃの各電源端にはノ
イズの混入を防ぐためにコンデンサｃＬとＣｓがそれぞ
れ接続されている。

なお、以上のように構成したときの最小の端子間の動作
電圧Ｖａｔπは、トランジスタ。コのコレクタ・エミッ
タ間の電圧をｖｃｅ、ダイオードＤ、の順方向の電圧降
下をＶｄｆ、帰還抵抗での電圧降下をＩＬ、Ｒ，とすれ
ば、 ＶａＬＴＬ＝ＶＩ　＋Ｖｃｅ　＋Ｖｄｆ＋Ｉ　Ｌ　Ｉ　
Ｒｆとなる。Ｖｃｅ　＝Ｏ，ＩＶ、Ｖｄｆ＝０．７Ｖ、
Ｉｔ＋Ｒｆ＝ＩＶ程度であるので、 Ｖｔ１ｔ　ｕ＝Ｖ＋　＋２　（Ｖ） となり、２線式信号伝送装置において最小の端子間電圧
を決定すれば、この電圧より２■低い定電圧Ｖ１として
これを決定できる。

次に、以上のように構成された実施例の動作に付いて説
明する。

端子′ｒ、とＴ２を介して電流信号ＩＬ、か入力される
と、定Ｔ４　’ａ　Ｉ　ｓがトランジスタＱ２と定電流
回路ＣＣＲを介して流れ、これによりこの定電流１ｓを
トランジスタＱ３により所定の倍率でコピーして定電圧
素子ＺＤ、に流し、この両端に定電圧■、を発生させる
。この定電圧Ｖ、により、基準電圧Ｖｓが確立し、演算
増幅器Ｑ５の作用で定電圧ｖ２が確立する。

このため、信号変換回路５ＶＣ１演算増幅器Ｑ６、Ｑ７
の電源が確立するので、これ等は正常動作か出来る状態
となり、出力トランジスタＱ１はプロセスデータＰ■に
対応するバイアスがかかり全体として正常に立ち上がる
。

以上のようにして回路が正常に立ち上がると、プロセス
データＰＶは演算増幅器Ｑ７で増幅され、その出力電圧
に対応した電圧が出力トランジスタＱ１のベースに印加
されて、この出力トランジスタＱ１の内部抵抗を変化さ
せてプロセスデータＰＶに対応した電流信号ＩＬ＋　と
して伝送線！１．１２を介して伝送される。

また、電流信号ＩＬ＋により帰還抵抗Ｒｆに発生する帰
還電圧は、抵抗Ｒ８とＲ３で分圧されて演算増幅器Ｑ７
の非反転入力＠（＋）に負帰還され、その反転入力端（
−）に印加される出力電圧ｖｏを抵抗Ｒ６とＲ７で分圧
した分圧電圧に等しくなるように制御されるので、回路
全体が安定化される。

いま、負荷ＬＤで消費する電流がｉ［ｏで、信号変換回
路ＳＶＣで消費する電流がｉｓｖとし、具体的には例え
ばｉＬｏが２ｍＡで、ｉｓｖが３ｍＡを必要とする場合
には、ｉし。は定電圧■。

により２ｍＡとして賄われるが、ｉＬｏは定電圧■、に
よって流れる電流では１ｍＡ不足する。この不足分は、
演算増幅器Ｑ５でその出力電圧が定電圧ｖ２に制御され
る結果、その出力端から吐出電流ｉｏ＋とじて信号変換
回路ＳＶＣに吐き出される。また、逆の場合は演算増幅
器Ｑ、の出力端から吸出電流ｉｏ２として吸い出される
。

以上のようにして、実消費電流３ｍＡの電流でこれ以上
の消費電流である負荷ＬＤと信号変換回路ＳＶＣの２つ
の負荷の合計の消費電流５ｍＡを駆動させることができ
る。

第２図は本発明の第２の実施例の要部を示すブロック図
である。

この実施例は第１図の実施例に対して演算増幅器Ｑ５の
非反転入力端（＋）側に抵抗Ｒ１゜で正帰還がかかって
いる点が異なっている。

電源投入により定電圧素子Ｚ　Ｄ　＋が立上り、演算増
幅器Ｑ３の電源が安定化する。演算増幅器Ｑ３には抵抗
Ｒ１゜により正帰還がかかつているので、その出力が増
大し始める。しかし、定電圧素子Ｚ　Ｄ　２によって演
算増幅器Ｑ３の非反転端子（＋）の電圧は一定に保持さ
れるので、演算増幅器Ｑ３を安定に立ち上げることがで
きる。その他の点については、第１図に示す実施例と同
様である。

〈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、制御手段により２つの負荷の消費電流差を調整し
ているので、多くの消費電流を必要とする負荷であって
も負荷を上下の２つに分離することにより少ない実消費
電流で駆動することができる。このため消費電流が４〜
２０ｍＡなどの統一電流方式が採用される２線式信号伝
送装置に有効に使用出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示す回路図、第２図
は本発明の他の実施例の要部の構成を示す回路図、第３
図は従来の一般的な２線式信号伝送装置の構成を示すブ
ロック図である。 １０．１３・・・２線式信号伝送装置、１１・・・電源
、１２・・・受信器、ＣＭＲ・・・カレントミラー回路
、ＳＲＣ・・・直列回路、ＣＣＲ・・・定電流回路、Ｐ
ｖ・・・プロセスデータ、ＬＤ・・・負荷、ＳｖＣ・・
・信号変換回路、■１、■２・・・定電圧、ＺＤ＋　、
ＺＤ２・・・定電圧素子Ｉｓ・・・定電流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 伝送線に対して直列に接続された電源から電力の供給を
   受け前記伝送線に流す電流値をプロセスデータに応じて
   変化させアナログの電流信号として前記伝送線に送出す
   る２線式信号伝送装置において、前記プロセスデータが
   入力されこのプロセスデータに対応した電気信号に変換
   する信号変換手段と、前記２線式信号伝送装置の中の他
   の信号処理回路の電源端からみた負荷と、前記伝送線に
   流れる電流を用いて第１定電圧を作り前記信号変換手段
   と前記負荷とに直列に前記第１定電圧を印加する第１定
   電圧素子と、この第１定電圧が電源端に供給されると共
   に基準電圧をベースとして前記信号変換手段と前記負荷
   との接続点の電圧を所定の値に制御する制御手段とを具
   備することを特徴とする２線式信号伝送装置。