JPH0690234B2 - 微小電流測定回路 - Google Patents
微小電流測定回路Info
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- JPH0690234B2 JPH0690234B2 JP1195296A JP19529689A JPH0690234B2 JP H0690234 B2 JPH0690234 B2 JP H0690234B2 JP 1195296 A JP1195296 A JP 1195296A JP 19529689 A JP19529689 A JP 19529689A JP H0690234 B2 JPH0690234 B2 JP H0690234B2
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Description
電離真空計の微小電流測定のように、特に、広いダイナ
ミックレンジと迅速な測定が共に同時に要求される激し
い条件の場合に使用される微小電流測定回路に関するも
のである。
電流測定の場合に使用される電流測定回路としては、従
来は第5図に示すような、高入力インピーダンス演算増
幅器ICの非反転入力端子NTを接地、反転入力端子ITと出
力OTの間に帰還抵抗器Rfを挿入し、この反転入力端子IT
に被測定電流を入力する電流電圧変換回路が専ら使用さ
れている。
は、第6図に示すように、リレーの接点K1〜K3等を使用
して(または、電界効果トランジスタを用いる切り替え
器をここに使って)、抵抗値に大差を有する複数の帰還
抵抗器Rf1〜Rf4を遂次切り替えて測定を行なう方法が採
用されていた。
定を行なう回路としては、第7図にその基本的な回路構
成を示すような、対数増幅器を使うものがあり、この回
路では最高感度で10-9A台の電流が測定できている。
界効果トランジスタを用いて帰還抵抗器を切り替えると
き、特に高感度測定に測定を切り替えたときに、出力の
安定までに時間がかかって迅速な測定ができないという
欠点があった。
は、例えば質量分析計の場合等では感度に不足があって
採用することができなかった。
回路を用意し、これらを切り替えて検出を行なうような
微小電流測定回路も考えられはしたが、2つの検出部を
単純に機械的に組み合わせて回路を構成することは徒ら
に回路を高価にし、やはり採用できなかった。
が充分に広く、しかも迅速測定の可能な微小電流測定回
路を提供することを目的とする。
よりなる帰還抵抗器を、入力端と出力端の間に挿入した
高入力インピーダンス演算増幅器で構成され、被測定電
流が入力される電流電圧変換回路と、 その低感度用抵抗器の両端の電圧を入力とする高入力イ
ンピーダンス差動増幅回路と、 前記高入力インピーダンス演算増幅器が飽和状態に達す
る前にバイパス電流を流してその飽和を防止するよう
な、前記高感度用抵抗器に並列に接続された電流バイパ
ス回路と、 の3者を備えて、前記電流電圧変換回路の出力端子に高
感度用電流検出値を出力すると同時に、前記高入力イン
ピーダンス差動増幅回路の出力端子に低感度用電流検出
値を出力するようにした微小電流測定回路によって前記
目的を達成したものである。
用入力、電流電圧変換回路の出力を高感度用入力とし
て、該電流バイパス回路の導通、非導通に応じてこれら
2つの入力のいずれか一方を選択し、それを電流測定値
として出力する検出値選択回路を具えるとき、特に利用
価値の高い微小電流測定回路が得られる。
路の出力電圧を読み取るが、その出力電圧値は、帰還抵
抗器即ち低感度用抵抗値と高感度用抵抗値を加算したも
のに、被測定電流値を乗じたものである。
ダンス演算増幅器の出力が飽和するか飽和に近づいた時
であるが、この時は高感度用抵抗器に並列に挿入された
電流バイパス回路が動作して電流をバイパスさせ、高入
力インピーダンス演算増幅器の飽和が防止される。従っ
て低感度用帰還抵抗器を流れる電流は依然被測定電流に
等しく、低感度用検出抵抗器の両端に現れる電圧を高入
力インピーダンス差動増幅器の出力端子で、低感度用測
定値として誤差なく検出し読み取ることが可能である。
入力とし、そのいずれか一方を選択して微小電流測定値
として出力する検出値選択回路を具える時、読み取りに
大きい便宜がある。
増倍器の出力を被測定入力電流とする微小電流測定回路
の回路図である。その為、この回路は負の被測定入力電
流を検出する構成になっている。
iは、低感度用抵抗器R1と高感度用抵抗器R2の直列抵抗
(R1+R2)を帰還抵抗とする高入力インピーダンス演算
増幅器IC1の反転入力端子IT1(他方の入力端子NT1は接
地)に流入するが、被測定入力電流iが小さくて演算増
幅器IC1が飽和していない間は、IC1の入力インピーダン
スは無限大とは言えないまでも充分に大きいので、反転
入力端子IT1から演算増幅器IC1の内部へは電流は流れ込
まず、電流iは帰還抵抗器(R1+R2)を通ってIC1の出
力端子OHに達する。
1と帰還抵抗器(R1+R2)によって電流電圧変換回路CON
Vが形成され、測定感度が帰還抵抗器(R1+R2)の値で
決まるような出力、即ち高感度用電流検出出力が、出力
端子OHに得られる。
器IC1が飽和すると、電流iが演算増幅器IC1の内部に流
れ込むようになるので、それを防止する目的で、帰還抵
抗器の一方である高抵抗値の高感度用抵抗器R2にはそれ
に並列に電流バイパス回路BDが挿入してあり、電流iの
一部がそれに分流しはじめるようにしてある。
は、依然として、電流電圧変換回路CONVの影響を受けな
い被測定電流iがそのまま流れることになる。従って検
出抵抗器R1の両端に現れる電圧は、R1の抵抗値に被測定
入力電流iの値を乗じた値である。
成される周知の回路構成の高入力インピーダンス差動増
幅回路DAに送られ、そしてその出力端子OLに低感度用出
力が得られる。
力が端子OHに、抵抗器R1と高入力インピーダンス差動増
幅回路DAの利得に対応した低感度用出力が端子OLに、こ
れらが同時に得られることになる。
ッチASWを内蔵するマルチプレクサMUTI、A/Dコンバータ
ADC、マイクロプロセッサMPUで構成される検出値選択回
路DEDに入力される。そして、このマルチプレクサMUTI
内のアナログスイッチASWの切り替え、即ち前記両出力
のいずれを選択するかの切り替えをマイクロプロセッサ
MPUの出力するセレクト信号SLで制御し、出力端子OHの
高感度用出力が飽和していなければOH側出力を、飽和し
た場合は出力OL側の低感度用出力を、それぞれ自動的に
選ぶように構成し、選択の結果を出力することで、等価
的にダイナミックレンジが極めて広く、また、迅速な測
定のできる、優れた性能の微小電流測定回路が得られ
る。
レー切り替えの場合の出力の安定までに要する時間に較
べれば格段に短い。測定が迅速なのはそのためである。
選択回路DEDに演算増幅器を用いた比較器CMPを用意し
て、端子OHに得られる高感度用出力を、演算増幅器の飽
和即ち電流バイパス回路BDの導通、非導通に対応して設
けられた基準電圧VFと比較し、この比較器CMPの出力を
セレクト信号SLとして用いて、マルチプレクサMUTI内の
アナログスイッチASWを切り替え、同じセレクト信号SL
をマイクロプロセッサーMPUに与えるようにする。この
ようにすると、マイクロプロセッサーMPUは、A/Dコンバ
ータADCで変換され入力されて来たデータが、端子OLの
低感度出力か端子OHの高感度出力かを容易に判別するこ
とができる。
電流検出回路なので、負の入力電流を検出する構成にし
てあるが、イオンが入力される場合は正の入力電流を検
出する構成にしなくてはならない。この場合は、演算増
幅器IC1の出力は負電圧出力となるので回路構成では、Q
1はPチャンネル電界効果トランジスタとし、バイアス
を正電圧にするためにVDD部は正の定電圧電源となる。
効果トランジスタQ2を使用した例を示す。この場合は出
力端子OHの出力が負電圧なので、演算増幅器IC5を用い
た符号反転回路ICCにより符号を反転させてからNチャ
ンネル電界効果トランジスタQ2に制御信号を供給してい
る。
で後段増幅し、それらの出力値O1〜O6を8倍づつ上昇す
るように設定することで、マルチプレクサを経由しA/D
コンバータでディジタル変換された測定値を、2進数で
3ビットづつシフトして読めばよいものにでき、一層の
簡略化と使用の便宜を図ることができる。
低感度出力と高感度出力の両方を得ることができ、また
さらに、自動的に有効な方の出力を選択するようにする
ことで、広い入力電流範囲に亘り迅速に測定することが
可能な有能な装置が得られる。この回路は質量分析計の
用途の中でも特に迅速測定が要求されるもの例えばガス
クロマトグラフ質量分析装置等で有効である。ガスクロ
マトグラフ質量分析装置で計測したい電流値範囲は約1
×10-5Aから1×10-12Aであり、大小の信号が混交して
入力されている為従来の方法では電流電圧変換回路の帰
還抵抗器をリレー等で切り替えていたので迅速な測定は
できなかった。強いて迅速な測定をしようとすれば、一
定の感度にしておいて測定することでその分ダイナミッ
クレンジは犠牲にしていたのが本発明では完全に解決さ
れる。
測定装置のブロック図。 第3図と第4図はそれぞれ、別の実施例のブロック図で
ある。 第5図は従来の微小電流測定回路の回路図。 第6図は、そのダイナミックレンジを広くしたものの回
路図。 第7図は、従来の対数増幅器を使用する微小電流測定回
路の回路図。 I……入力端子、OT……出力端子、 OH……高感度用出力端子、OL……低感度用出力端子、i
……被測定入力電流、MUTI……マルチプレクサ、ADC…
…A/Dコンバータ、MPU……マイクロプロセッサー、SL…
…セレクト信号、DED……検出値選択回路、ICC……演算
増幅器IC4を用いた符号反転回路、Q1……Nチャネル電
界効果トランジスタ、R1……低感度用抵抗器、R2……高
感度用抵抗器、R3〜R11……抵抗器。
Claims (2)
- 【請求項1】低感度用抵抗器と高感度用抵抗器の直列接
続よりなる帰還抵抗器を入力端と出力端の間に挿入した
高入力インピーダンス演算増幅器で構成された、被測定
電流が入力される電流電圧変換回路と、 該低感度用抵抗器の両端の電圧を入力とする高入力イン
ピーダンス差動増幅回路と、 該高入力インピーダンス演算増幅器が飽和状態に達する
前にバイパス電流を流してその飽和を防止するような、
該高感度用抵抗器に並列に接続された電流バイパス回路
と、 の3者を備えて、 該電流電圧変換回路の出力端子に高感度用電流検出値を
出力すると同時に、該高入力インピーダンス差動増幅回
路の出力端子に低感度用電流検出値を出力するように構
成したことを特徴とする微小電流測定回路。 - 【請求項2】該高入力インピーダンス差動増幅回路の出
力を低感度用入力、該電流電圧変換回路の出力を高感度
用入力とし、該電流バイパス回路の導通、非導通に応じ
てこれら2つの入力のいずれか一方を選択してそれを電
流測定値として出力する検出値選択回路を具えたことを
特徴とする請求項(1)記載の微小電流測定回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1195296A JPH0690234B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 微小電流測定回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1195296A JPH0690234B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 微小電流測定回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0357966A JPH0357966A (ja) | 1991-03-13 |
JPH0690234B2 true JPH0690234B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=16338798
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1195296A Expired - Lifetime JPH0690234B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 微小電流測定回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0690234B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN118259071A (zh) * | 2024-04-10 | 2024-06-28 | 江苏三联生物工程股份有限公司 | 负电流信号检测电路及检测系统 |
-
1989
- 1989-07-27 JP JP1195296A patent/JPH0690234B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0357966A (ja) | 1991-03-13 |
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