JPH03182109A - チャージアンプ - 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］ 本発明は圧電素子などのバッファとして用いるのに好適
なチャージアンプに関するものである。

［従来の技術］ 移動体１回転体の振動、トルク、荷重などを圧′ＦＬＸ
子を用いて検出する場合、その検出出力を取出すために
高入力インピーダンスのチャージアンプか用いられ、回
転体あるいは移動体に組込まれる。チャージアンプの出
力は無線、光送信、電磁誘導などの伝送手段を介して固
定側に送信される。

第４図は従来のチャージアンプの一例を示す回路図であ
る。

演算増幅器（以下、オペアンプと略す）ｌの反転入力端
子には圧力、加速度などを検出するセンサとしての圧電
素子２が接続され、反転入力端子と出力端子との間に抵
抗３とコンデンサ４か並列に接続されている。また、抵
抗３と並列にリセット用のスイッチ５が接続されている
。

このような構成においては、オペアンプｌか電荷増幅器
として機能し、圧電素子２に発生した電荷Ｑに対し、Ｖ
Ｏ−−Ｑ／Ｃｎ　（但し、Ｃｎはコンデンサ４の静電容
量）で示される電圧出力が得られるような増幅を行う。

この式から明らかなように、オペアンプｌの出力電圧は
Ｃ，、の値に依存し、小さいほど出力偵が大きくなる。

また、Ｖｏは峙間とともに減衰するが、その値はＶ。−
Ｖｏｅ−”τ（但し、では時定数であって、τ＝ＣｎＲ
ｎで示され、Ｒｏは抵抗３の抵抗値である）で示される
。このＶｎの減衰を小さくするためには、τを大きくす
る必要かあり、このためにはＲ７の値を非常に大きくす
る必要かある。

［発明か解決しようとする課題］ しかし、上記した従来技術にあっては、チャージアンプ
の出力を大きくしようとすると、入・出力間に接続され
る抵抗を超高抵抗にする必要がある。ところが、このよ
うな超高抵抗は、次のような問題を右している。

（１）１作か困難である。

（２）高価になる。

（３）取扱いに注、Ｉｉを要する（手の油や汚れなどの
付着により、抵抗値か大きく変化する）。

（４）大気中の湿度によって抵抗値が低下し、安定性か
悪くなる。

このため、時定数τを大きくすることに限界がある。ま
た、時定数τを所望値にできたとしても、オペアンプの
入力バイアス電流の影響で出力かドリフトし、安定性を
損なうという問題もある。

さらに、特定数τを無限大にする場合のためにリセット
用のスイッチを設けているか、スイッチのケースの絶縁
性か大気中の湿度によって低下することから、　＋０１
２Ω以上の絶縁性を確保することば困雉てあった。この
ことも時定数τを大きくするための障書の１つになって
いた。また、スイッチに高絶縁性のものを用いようとす
ると、高価になるとともに入手も容易ではない。

本発明の「Ｉ的は、超高抵抗や高絶縁度のスイッチを用
いることなく所望の時定数及び高安定度か得られるよう
にしたチャージアンプを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 」二記目的を達成するために本発明は、抵抗とコンデン
サよりなる時定数回路を備えると共に入力端に接続され
たｉＥ電素子の出力電荷を増幅するチャージアンプ部と
、該チャージアンプ部の出力電ＩＥを積分する積分回路
部と、該積分回路部の出力電圧と前記チャージアンプ部
の出力電圧を加算する加算手段とを具備した４Ｒ戒にし
ている。

［作用］ 上記した手段によれば、積分手段と加算手段とより成る
積分回路部をチャージアンプ部に接続し、前記積分回路
部に時定数を決定するコンデンサ及び抵抗を設けるよう
にした結果、移動体や回転体の側に時定数を設けずに済
むようになる。

従って、雰囲気の影響を受けることか無いため。

特殊な抵抗やスイッチを用いる必要が無く、安定性を損
なうことなく所望の時定数を得ることが可能になる。

［実施例］ 以下１本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明によるチャージアンプの一実施例を示す
回路図である。尚、第１図では第４図と同一であるもの
には同一引用数字を用いたので、以下においては重複す
る説明を省略する。

本実施例は、第１図に示すように第４図に示した構成か
らスイッチ５を除去した構成のチャージアンプ部６に対
し、積分回路部１０を接続した構成に特徴かある。積分
回路部１０はオペアンプ１１による積分回路Ａ、オペア
ンプ１２による反転加算回路Ｂ、及びオペアンプ１３に
よる加算回路Ｃからａ成されている。

積分回路Ａはオペアンプ１１．オペアンプｌの出力端子
とオペアンプ１１の反転入力端子との間に接続される抵
抗１４．オペアンプ１１の入・出力ｔｌｌｌに接続され
るコンデンサｌ、５．このコンデンサ１５に並列接続さ
れる抵抗１６．及びコンデンサ１５に並列ｖｉ続される
リセット用のスイッチ１７から成る。

また、反転加算回路Ｂはオペアンプ１２．このオペアン
プ１２の反転入力端子とオペアンプ１１の出力端子との
間に接続される抵抗１Ｂ、及びオペアンプ１２の入・出
力間に接続される抵抗１９から成る。

さらに、加算回路Ｃは、オペアンプ１３．このオペアン
プ１３の反転入力端子とオペアンプｌの出力端子との間
に接続される抵抗２０．オペアンブ１３の反転入力端子
とオペアンプ１２の出力端子との間に接続される抵抗２
１．及びオペアンプ１３の入・出力間に接続される抵抗
２２から威る。

次に、以上の構成による実施例の動作について説明する
。以下においては、抵抗３の抵抗値をＲｏ　、コンデン
サ４の容置をＣ８，コンデンサ１５の容量をＣ１，抵抗
１４の抵抗値をＲ１，及び抵抗１６の抵抗値をＲ２とす
る。

オペアンプｌの出力端子には出力型［Ｖ、が生じるが、
この出力１ｔＩ：ｆＥ　Ｖ　＋は次式で示される。

Ｖ、＝−Ｖ。ｅ−（／γ この出力電圧ｖ１は、積分回路Ａに印加され、この積分
回路Ａのオペアンプ１１からは出力電圧Ｖ２が出力され
る。そして、出力電圧ｖ２は次式％式％ ］ ］ この出力電圧Ｖ２は、反転加算回路Ｂのオペアンプ１２
によって反転され、その出力電圧は、Ｖコ　＝−ｖ２ となる、この出力電圧Ｖ３は、抵抗２１を介して加算１
１！１路Ｃのオペアンプ１３の反転入力端子に印加され
る。

一方、オペアンプｌの出力電圧ｖ１も抵抗２０を介して
オペアンプ１３の反転入力端子に印加され、オペアンプ
１３によって出力電圧Ｖ、と出力゛１シバ、■３との加
算か、以下のように行われる。

Ｖ、＝−（Ｖｌ十Ｖ３）＝Ｖ２−Ｖ。

また、■、は次式で表される。

■４＝ （Ｃ０１１０／ＣＩＲＩ）−ＶＯ（１−ｅ−ｔ／ｃ＝〜
）◆ｖｏｅ−ｔ／Ｃ＝へ＝Ｖｏ（ｔ””　’　−（Ｃｏ
Ｒｏ／Ｃ＋Ｒ＋）”ｅ−””　”　＋（ＣｏＲｏ／Ｃ＋
Ｒ＋））ここて、Ｃ，Ｒ，＝Ｃ，Ｒ，とすると。

Ｖ、＝Ｖｏとなる。

即ち、　Ｃｏ　Ｒ−ｏ＝ｃ＋　Ｒ＋　とすることにより
、出力の時定数τは従来のＣ８Ｒ，に代えてＣＩＲｔと
することができる。従って、Ｃｏ　Ｒｏ”Ｃ＋　Ｒ＋の
関係を保持しなからＣ３を大きくすることにより、Ｒ，
、Ｒ，を比較的小さな値にしながら、所望の特定数を得
ることが可能になる。

また、本実施例では、積分のリセット用のスイッチ１７
が積分回路Ａに設けられているため、Ｃｏ　Ｒｏ−ＣＩ
　Ｒ＋の関係か保ｔｏｙされさえすれば、ＣＩを大きく
することができ、ケースなどの影響を受けることが無く
、時定数を従来に比べて大きくすることが可能になる。

ところで、従来のチャージアンプては、時定数Ｃ，Ｒ，
を大きくすると、オペアンプ１の入力バイアス電流の影
響によってドリフトか生じていたが１本発明ではコンデ
ンサＣ１の値を大きくすることにより、オペアンプ１１
の入力バイアス電流の影響を小さくすることかできる。

また、才へアンプ１の入力バイアス電流の影響は、第２
図に示すように、オペアンプ１１の入力部に調整用つ可
変抵抗２３を設けて調整を行うことにより、キャンセル
することかできる。

さらに、従来構成では１時定数τ（＝Ｃｆｉ、Ｒ，）を
可変にしたい場合、利得を一定にすると、Ｃｎを一定と
してＲｎを可変することになるが、前記したように、Ｒ
ｎを超高抵抗にすることには問題がある。しかし本発明
では、第３図に示すようにオペアンプ１３の出力端子に
抵抗値Ｒ２４の可変抵抗２４を接続することにより１時
定数（τ＝Ｃ：１Ｒ２４）を可変にすることが可能にな
る。

また、従来においては、テレメータによってチャージア
ンプ出力を伝送する場合、出力信号の他１時定数切換用
信号、リセット用信号の授受を必要とし、伝送系が複雑
であった。これに対し本発明では、チャージアンプ部６
を移動体あるいは回転体側に設けることができ、時定数
切換やリセットなどを固定側で行うことが可能になる。

従って、テレメートに際しては、チャージアンプ部の出
力信号のみを伝送すればよく、伝送系を簡略にすること
ができる。

尚、第１図の構成において、積分回路部１０はＡ／Ｄ変
換器、デジタル演算器、Ｄ／Ａ変換器による構成とする
ことも可能である。このような構成とすることにより、
時定数切換、積分リセット、ドリフト補正などをデジタ
ル処理することか可能になる。これにより、自動化及び
高精度化を図ることかできる。

［発明の効果］ 以上説明した通り１本発明によれば、抵抗とコンデンサ
よりなる時定数回路を鯖えると共に入力端に接続された
圧電素子の出力電荷を増幅するチャージアンプ部と、該
チャージアンプ部の出力電圧を積分する積分回路部と、
該積分回路部の出力電圧と前記チャージアンプ部の出力
電圧を加算する加算手段とを具備したので、特殊な抵抗
やスイッチを用いることなく、時定数を大きくすること
かでき、かつ安定化及びローコスト化を図ることかでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるチャージアンプの一実施例を示す
回路図、第２図は入力バイアス電流の影響を除去するた
めの回路構成を示す回路図、第３図は時定数を可変する
ための回路構成を示す回路図、第４図は従来のチャージ
アンプの一例を示す回路図である。 図中。 １．１１，１２．ｌ：ｌ：オベアンプ ２：圧電素子 ３．１４，１６，１８，１９，２０，２１，２２：抵抗
４．１５：コンデンサ ６：チャージアンプ部 １７：スイッチ ２３．２４：可変抵抗 Ａ：積分回路 Ｂ：反転加算回路 Ｃ：加算回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 抵抗とコンデンサよりなる時定数回路を備えると共に入
   力端に接続された圧電素子の出力電荷を増幅するチャー
   ジアンプ部と、該チャージアンプ部の出力電圧を積分す
   る積分回路部と、該積分回路部の出力電圧と前記チャー
   ジアンプ部の出力電圧を加算する加算手段とを具備した
   ことを特徴とするチャージアンプ。