JPH04369108A - 利得可変型増幅回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、利得可変型増幅回路に
関するものであり、詳しくは、使用状況に応じて信号レ
ベルが変化するセンサ検出信号等の微小信号を所定の信
号レベルにまで増幅するための利得可変型増幅回路に係
わるものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、使用状況に応じて信号レベルが
変化するセンサ検出信号等の微小信号を所定の信号レベ
ルにまで増幅し、その増幅後の信号を以て微小信号に基
づいたある種の判断を行う際には、そのための増幅回路
として、入力される微小信号の信号レベルの変化に応じ
て利得を任意の値に設定できるものが使用されている。 例えば、織機の運転時に糸が適正に供給されているか否
かをセンサで検出しようとする場合においては、その際
に用いられる糸の太さの違いに応じてセンサから出力さ
れるセンサ検出信号の信号レベルが変化してしまうので
、この種のいわゆる利得可変型増幅回路が必要不可欠な
ものとなっている。

【０００３】図４は、従来の利得可変型増幅回路の構成
を示す回路図である。同図に示すように、この従来の利
得可変型増幅回路はオペアンプ（演算増幅器）ＯＰ１を
中心に構成されており、その反転入力端子（−）にはセ
ンサ検出信号の入力用の抵抗Ｒ１が、非反転入力端子（
＋）には一端が接地されたバイアス電流補償用の抵抗Ｒ
２がそれぞれ接続されている。さらに、オペアンプＯＰ
１の出力端子と反転入力端子との間には、ともに電圧帰
還用の可変抵抗（半固定抵抗を含む）ＶＲ１と抵抗Ｒ３
とが直列に接続されており、その可変抵抗ＶＲ１及び抵
抗Ｒ３の合成抵抗値と抵抗Ｒ１の抵抗値との比を可変抵
抗ＶＲ１を調整して変化させることにより、オペアンプ
ＯＰ１の増幅度が変化してその利得が所定の範囲内にお
いて任意の値に設定されるようになっている。そして、
オペアンプＯＰ１の出力端子には、コンパレータ等から
成るレベル判断回路１が接続されており、以上の構成に
より、例えば、織機の運転時における糸の有無等が、そ
の糸の太さの違いによるセンサ検出信号の信号レベルの
強弱とは無関係に、Ｈ（ハイレベル）又はＬ（ローレベ
ル）の状態をとる出力信号によって一義的にかつ確実に
判断されるようになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の利得可変型増幅回路においては、その利得を変化さ
せるための可変抵抗ＶＲ１の調整作業を人手によって行
う必要があり、しかも、その可変抵抗ＶＲ１の調整作業
は、前述の織機に使用される糸の太さを変更する場合な
どのように検出対象を変更するごとに行う必要がある。

【０００５】本発明は、このような実情に鑑みて為され
たものであり、その目的は、人手を介することなく利得
を容易に変化させることが可能な利得可変型増幅回路を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、外部から印加
される電圧の平均値の変化に応じて抵抗値が連続的に変
化する抵抗値可変手段を有しており、この抵抗値可変手
段によって反転増幅器の増幅度を連続的に変化させるこ
とを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明では、外部から印加される電圧の平均値
の変化に応じて抵抗値が連続的に変化する抵抗値可変手
段により、反転増幅器の増幅度を連続的に変化させてい
る。従って、人手によって抵抗値を変化させる機構的な
可変抵抗を用いる必要がなくなり、利得可変型増幅回路
の利得を容易に変化させることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。なお、本実施例においては、第
１実施例を示した後にその変形例としての第２及び第３
実施例を示すものとし、従って、第１実施例では構成及
び動作を詳細に説明し、第２及び第３実施例では第１実
施例と相違する構成を中心に説明する。また、第２及び
第３実施例において示す部位で第１実施例において示す
部位と同等の機能を有するものには全て同一の符号を付
すものとする。

【０００９】まず、図１は、本発明の第１実施例に係る
利得可変型増幅回路の構成を示す回路図である。同図に
示すように、この第１実施例に係る利得可変型増幅回路
はオペアンプ（演算増幅器）ＯＰ１１を中心に構成され
ており、その反転入力端子（−）にはセンサ検出信号の
入力用の抵抗Ｒ１１が、非反転入力端子（＋）には一端
が接地されたバイアス電流補償用の抵抗Ｒ１２がそれぞ
れ接続されている。また、オペアンプＯＰ１１の出力端
子と反転入力端子との間には、共に電圧帰還用のＭＯＳ
トランジスタＴｒ１１と抵抗Ｒ１３とが直列に接続され
ている。なお、ＭＯＳトランジスタＴｒ１１はＭＯＳ型
のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、その接続の
形態は、ソース側がオペアンプＯＰ１１の出力端子に接
続され、ドレイン側が抵抗Ｒ１３に接続されたものとな
っている。また、抵抗Ｒ１３は、抵抗Ｒ１１との関連に
おいてオペアンプＯＰ１１の利得の最小値を決定してい
る。そして、以上の構成により、ＭＯＳトランジスタＴ
ｒ１１のソース−ドレイン間の抵抗値によるＭＯＳトラ
ンジスタＴｒ１１及び抵抗Ｒ１３の合成抵抗値と抵抗Ｒ
１１の抵抗値との比の関係が生じるようになっている。

【００１０】ここで、この利得可変型増幅回路はＣＰＵ
（中央処理装置）１１を具備しており、ＭＯＳトランジ
スタＴｒ１１のゲートには、そのＣＰＵ１１が外部命令
に応じて発生する所定の周波数のＰＷＭ（パルス幅変調
）信号を入力するための抵抗Ｒ１４が接続されている。 また、ＭＯＳトランジスタＴｒ１１のゲート−ソース間
には、ＣＰＵ１１が発生するＰＷＭ信号を充電（又は平
滑）するためのコンデンサＣ１１が接続されており、以
上の抵抗Ｒ１４及びコンデンサＣ１１の作用により、Ｐ
ＷＭ信号の平均電圧（平均値）がＭＯＳトランジスタＴ
ｒ１１のゲートに与えられるようになっている。 なお、ここで用いられるコンデンサＣ１１は、ＣＰＵ１
１が発生するＰＷＭ信号の周波数を高くし、かつ、ゲー
ト−ソース間容量の大きなＭＯＳトランジスタＴｒ１１
を使用した場合には省略することも可能である。そして
、これまでに示した一点鎖線１０１で囲まれる回路を以
て、実質的に、利得可変型増幅回路の要部が構成されて
いる。

【００１１】以上のように要部が構成された利得可変型
増幅回路には、さらに、オペアンプＯＰ１１の出力端子
にコンパレータ等から成るレベル判断回路１２が接続さ
れ、このレベル判断回路１２により、オペアンプＯＰ１
１から出力される信号の信号レベルに応じてＨ（ハイレ
ベル）又はＬ（ローレベル）の状態をとる出力信号が外
部の制御回路１３に与えられるようになっている。なお
、制御回路１３は、レベル判断回路１２から与えられた
出力信号に応じて前述のＣＰＵ１１に入力信号を与える
ことにより、そのＣＰＵ１１が発生するＰＷＭ信号のデ
ューティを変化させるようになっており、例えば、織機
等の内部に設けられたＣＰＵを利用することができる。 そして、これまでに示した点線１０２で囲まれる回路を
以てセンサ検出信号の信号レベルが判断され、また、制
御回路１３を以てセンサ検出信号の信号レベルの判断に
応じた利得の可変制御が行われる。

【００１２】以上のように利得可変型増幅回路を構成し
た場合、まず、センサ検出信号は、抵抗Ｒ１１を介して
オペアンプＯＰ１１の反転入力端子に与えられ、このオ
ペアンプＯＰ１１において、ＭＯＳトランジスタＴｒ１
１及び抵抗Ｒ１３の合成抵抗値と抵抗Ｒ１１の抵抗値と
の比によって決定される利得（すなわち、（Ｔｒ１１＋
Ｒ１３）／Ｒ１１）に増幅される。そして、オペアンプ
ＯＰ１１の現在の利得に応じてオペアンプＯＰ１１の出
力端子に生じた増幅後の信号はレベル判断回路１２に与
えられ、このレベル判断回路１２において、その増幅後
の信号の信号レベルがＨ又はＬの出力信号によって判断
される。

【００１３】このとき、オペアンプＯＰ１１の利得がセ
ンサ検出信号の信号レベルに応じて適正な値に設定され
ていると仮定した場合、例えば、織機の運転時における
糸の有無等をレベル判断回路１２によって実際に判断し
たときには、そのレベル判断回路１２は、織機に糸が供
給されていればＨの出力信号を発生し、また、糸が供給
されていなければＬの出力信号を発生するようになる。 すなわち、オペアンプＯＰ１１の利得が適正な値に設定
されていれば、レベル判断回路１２が発生する出力信号
はＨ又はＬの何れかに確定するようになり、これに伴い
、制御回路１３は、その出力信号の信号レベルによって
糸の有無等を認識するようになる。

【００１４】ここで、例えば、織機に供給される糸を太
いものに変更した場合などには、センサ検出信号の信号
レベルは必然的に増加する。この状態でオペアンプＯＰ
１１によってセンサ検出信号を増幅させた場合、その出
力端子には信号レベルが必要以上に大きい信号が生じて
しまい、その結果、レベル判断回路１２は、織機に糸が
供給されていないときにもＨの出力信号を常に発生する
ようになる。すると、制御回路１３は、オペアンプＯＰ
１１の利得が適正な値に設定されていないものと認識し
、ＣＰＵ１１に対してオペアンプＯＰ１１の利得を減少
させる旨の入力信号を与える。そして、ＣＰＵ１１は、
オペアンプＯＰ１１の利得を減少させるために、自らが
発生しているＰＷＭ信号のデューティを制御回路１３か
らの入力信号に基づいて変化させる。

【００１５】すなわち、ＣＰＵ１１は、制御回路１３か
らオペアンプＯＰ１１の利得を減少させる旨の入力信号
が与えられた場合には、自らが発生するＰＷＭ信号のデ
ューティを上げることにより、抵抗Ｒ１４（及びコンデ
ンサＣ１１）を介してＭＯＳトランジスタＴｒ１１のゲ
ートに与えられる平均電圧を上げる。すると、ＭＯＳト
ランジスタＴｒ１１のソース−ドレイン間のＯＮ抵抗が
必然的に下がってＭＯＳトランジスタＴｒ１１及び抵抗
Ｒ１３の合成抵抗値が下がり、その合成抵抗値と抵抗Ｒ
１１の抵抗値との比が小さくなってオペアンプＯＰ１１
の利得が減少するようになる。この結果、織機に供給さ
れる糸を太いものに変更するなどしてセンサ検出信号の
信号レベルが増加しても、オペアンプＯＰ１１の利得が
自動的に減少するようになり、これに伴い、レベル判断
回路１２において発生される出力信号が再びＨ又はＬの
何れかに確定するようになる。

【００１６】なお、織機に供給される糸を細いものに変
更するなどしてセンサ検出信号の信号レベルが逆に減少
した場合には、制御回路１３は、オペアンプＯＰ１１の
利得を増加させる旨の入力信号をＣＰＵ１１に与える。 そして、ＣＰＵ１１は、与えられた入力信号に基づき、
先の例とは逆に、ＰＷＭ信号のデューティを下げてＭＯ
ＳトランジスタＴｒ１１のゲートに与えられる平均電圧
を下げ、これにより、ＭＯＳトランジスタＴｒ１１のソ
ース−ドレイン間のＯＮ抵抗が上がってＭＯＳトランジ
スタＴｒ１１及び抵抗Ｒ１３の合成抵抗値が上がり、そ
の合成抵抗値と抵抗Ｒ１１の抵抗値との比が大きくなっ
てオペアンプＯＰ１１の利得が増加するようになる。

【００１７】以上、本発明の第１実施例について説明し
たが、制御回路１３は、前述したように、外部に接続さ
れる織機等のＣＰＵを利用したものであって本回路のＣ
ＰＵ１１と何ら機能が異なるものではないので、その動
作を本回路のＣＰＵ１１自身に負わせるようにすること
も可能である。

【００１８】次に、図２は、本発明の第２実施例に係る
利得可変型増幅回路の構成を示す回路図である。同図に
示すように、この第２実施例に係る利得可変型増幅回路
は、その要部が先の第１実施例におけるものと同様に構
成されている。すなわち、オペアンプＯＰ１１の反転入
力端子にはセンサ検出信号の入力用の抵抗Ｒ１１が、非
反転入力端子には一端が接地されたバイアス電流補償用
の抵抗Ｒ１２が、出力端子にはコンパレータ等から成る
レベル判断回路１２がそれぞれ接続されている。そして
、この利得可変型増幅回路では、オペアンプＯＰ１１の
出力端子と反転入力端子との間に、共に電圧帰還用のＭ
ＯＳトランジスタＴｒ１１と抵抗Ｒ１３とが並列に接続
されており、さらに、このように接続された状態のＭＯ
ＳトランジスタＴｒ１１のゲートに対してＰＷＭ信号を
入力するための抵抗Ｒ１４が接続され、さらに、そのゲ
ート−ソース間に対してＰＷＭ信号を充電（又は平滑）
するためのコンデンサＣ１１が接続されている。

【００１９】以上のように利得可変型増幅回路を構成し
た場合、先の第１実施例における抵抗Ｒ１３が、抵抗Ｒ
１１との関連においてオペアンプＯＰ１１の利得の最小
値を決定するように作用しているのに対し、この第２実
施例における接続形態によれば、抵抗１３が、抵抗Ｒ１
１との関連においてオペアンプＯＰ１１の利得の最大値
を決定するように作用する。従って、センサ検出信号の
信号レベルが当初から大きいものと予想され、オペアン
プＯＰ１１の利得を所定の値以上に上げる必要がない場
合などは、この形態の利得可変型増幅回路は特に有効と
なる。

【００２０】次に、図３は、本発明の第３実施例に係る
利得可変型増幅回路の構成を示す回路図である。同図に
示すように、この第３実施例に係る利得可変型増幅回路
も、その要部が第１及び第２実施例におけるものと同様
に構成されている。すなわち、オペアンプＯＰ１１の反
転入力端子にはセンサ検出信号の入力用の抵抗Ｒ１１が
、非反転入力端子には一端が接地されたバイアス電流補
償用の抵抗Ｒ１２が、出力端子にはコンパレータ等から
成るレベル判断回路１２がそれぞれ接続されている。 そして、この利得可変型増幅回路では、オペアンプＯＰ
１１の出力端子と反転入力端子との間に、共に電圧帰還
用のリニア・フォトカプラＬＰ１１の出力端におけるフ
ォトトランジスタと抵抗Ｒ１３とが直列に接続されてお
り、そのリニア・フォトカプラＬＰ１１の入力端におけ
るフォトダイオードには、抵抗Ｒ１４を介してＰＷＭ信
号がトランジスタＴｒ１２のベースに入力されるごとに
、抵抗Ｒ１５及びトランジスタＴｒ１２のコレクタ乃至
エミッタを介してＯＮ電流が供給されるようになってい
る。

【００２１】以上のように利得可変型増幅回路を構成し
た場合、リニア・フォトカプラＬＰ１１の作用により、
通常では異なるオペアンプＯＰ１１の出力端子の電位と
ＰＷＭ信号の入力電位とを電気的に分離することが可能
となり、第１実施例のようにＣＰＵ１１を使用した場合
のアイソレーション等の問題を気にすることなく、ＰＷ
Ｍ信号の平均電圧をオペアンプＯＰ１１側のリニア・フ
ォトカプラＬＰ１１の出力端におけるフォトトランジス
タに忠実に伝えることが可能となる。なお、この第３実
施例による手法は、第２実施例のように、オペアンプＯ
Ｐ１１の利得の最大値を決定する形態による場合に対し
ても勿論適用可能である。

【００２２】以上、本発明の実施例について説明したが
、オペアンプＯＰ１１の出力端子と反転入力端子との間
の抵抗値を連続的に変化させる手段は、ＭＯＳトランジ
スタＴｒ１１やリニア・フォトカプラＬＰ１１等に限定
されるものではなく、これと同等の機能を有する他の能
動素子に代えることも可能である。また、そのＭＯＳト
ランジスタＴｒ１１等のゲートに与えられる平均電圧は
ＰＷＭ信号によるものである必要性はなく、勿論、他の
変調方式の信号によるものであっても差し支えない。 さらに、そのＭＯＳトランジスタＴｒ１１等のゲートに
対して平均電圧を与える手段がＣＰＵ１１である必要性
もなく、例えば、入力されるセンサ検出信号の信号レベ
ルに応じて所定の平均電圧を生成することが可能なハー
ドウェハ等に代えてもよいであろう。

【００２３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、抵抗値可変手段によって反転増幅器の増幅度を
連続的に変化させるようにしたことから、その利得を人
手を介することなく容易に変化させることが可能となる
。また、従来のように機構的な可変抵抗を用いる必要が
なくなったことから、たとえ利得の設定の変更を何度行
っても可変抵抗のようには故障せず、この結果、回路の
信頼性が飛躍的に向上するようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る利得可変型増幅回路
の構成を示す回路図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る利得可変型増幅回路
の構成を示す回路図である。

【図３】本発明の第３実施例に係る利得可変型増幅回路
の構成を示す回路図である。

【図４】従来の利得可変型増幅回路の構成を示す回路図
である。

【符号の説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　外部から印加される電圧の平均値の変
   化に応じて抵抗値が連続的に変化する抵抗値可変手段を
   有しており、該抵抗値可変手段によって反転増幅器の増
   幅度を連続的に変化させることを特徴とする利得可変型
   増幅回路。