JPH0818356A - 差動増幅回路 - Google Patents

差動増幅回路

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JPH0818356A
JPH0818356A JP14796294A JP14796294A JPH0818356A JP H0818356 A JPH0818356 A JP H0818356A JP 14796294 A JP14796294 A JP 14796294A JP 14796294 A JP14796294 A JP 14796294A JP H0818356 A JPH0818356 A JP H0818356A
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JP
Japan
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inverting input
input terminal
amplifier circuit
differential amplifier
diode
Prior art date
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Pending
Application number
JP14796294A
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English (en)
Inventor
Shigeo Yamazaki
茂雄 山崎
Tadashi Nomura
忠志 野村
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、入力信号から交流成分を除去す
ると共に、電源投入後に速やかに正常動作を開始する差
動増幅回路を提供する。 【構成】 OPアンプの反転入力端子にカップリング
用のコンデンサを用いて入力した入力信号を増幅する場
合、差動増幅回路の反転入力端子と非反転入力端子の間
にダイオードを接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直流成分と交流成分が
重畳した入力信号から直流成分をカットし、交流成分の
みを増幅する差動増幅回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】センサ等によって得られる微弱な入力信
号から直流成分を除去し、交流成分のみを増幅するため
には、OPアンプ等を利用した差動増幅回路が使用され
る。
【0003】図3に、一般的に用いられる差動増幅回路
1を示す。入力信号Sinは、カップリング用の靜電容
量値がc(F)のコンデンサCおよび、インピーダンス
がr1(Ω)の入力抵抗R1を介してOPアンプ2の反
転入力端子に入力される。OPアンプ2の非反転入力端
子には、オフセット電圧として、基準電圧Vrefが基
準電圧源から印加される。OPアンプ2の出力電圧は、
インピーダンスがr2(Ω)の帰還抵抗R2を介して反
転入力端子に帰還される。
【0004】差動増幅回路1において、電源がオフの状
態ではOPアンプ2の入力端子電圧は0Vであるが、電
源がオンの状態になると非反転入力端子には基準電圧V
refが印加される。Vrefが+電圧の場合、OPア
ンプ2の出力電圧Voutは+電位に一旦振り切れ、O
Pアンプ2の出力端子から帰還抵抗R2を通じて、コン
デンサCに電荷が供給される。OPアンプ2の反転入力
端子の電圧がVrefとほぼ等しくなった後に、OPア
ンプ2は正常動作を開始する。
【0005】図4に、他の差動増幅回路3を示す。差動
増幅回路3は、上述した差動増幅回路1の帰還抵抗R2
と並列に、OPアンプ2の反転入力端子および出力端子
間をショートするスイッチSが接続される。スイッチS
は、アナログスイッチ、FET、その他の機械的スイッ
チのいずれでもよい。差動増幅回路3の電源をオンにし
た時点から、OPアンプ2の反転入力端子と非反転入力
端子の電圧がほぼ等しくなるまでの間、スイッチSはオ
ンの状態にされる。スイッチSがオンの状態では、コン
デンサCを充電するための電荷は、帰還抵抗R2を通ら
ずに、スイッチSを通って流れるので、コンデンサCに
電荷が急速に供給され、OPアンプ2は数秒で正常動作
を開始する。
【0006】差動増幅回路1および差動増幅回路3にお
ける入力信号Sinの増幅利得は、帰還抵抗R2のイン
ピーダンスr2(Ω)と、コンデンサCおよび入力抵抗
R1のインピーダンス和(1/ωc+r1)(Ω)との
比によって決まり、増幅後の出力電圧Voutは、次に
示す(1)式によって求められる。 Vout=Vref−(Sin−Vref)×r2/(1/ωc+r1) 但し、ω=2πf (fは、周波数) …(1) 差動増幅回路1および差動増幅回路3は特性上、入力信
号Sinの周波数fが変化しても増幅利得が一定である
ことが望ましい。このため、(1)式から明らかなよう
に、入力抵抗R1のインピーダンスr1(Ω)は、コン
デンサCのインピーダンス1/ωc(Ω)に比べて十分
大きくなるように決められる。インピーダンスr1
(Ω)を大きくした場合は入力信号Sinの電流が小さ
くなり、コンデンサCの漏れ電流の影響が無視できなく
なる。このため、コンデンサCとしては、フイルムコン
デンサやセラミックコンデンサが一般的に用いられ、漏
れ電流の大きい電解コンデンサは使用されない。
【0007】フイルムコンデンサまたはセラミックコン
デンサの靜電容量値は通常数10μFであるので、例え
ばコンデンサCの靜電容量値を10μF、周波数fを1
0Hzとした場合は、インピーダンス1/ωc(Ω)は
1.6KΩとなる。インピーダンス和(1/ωc+r
1)(Ω)に対して、インピーダンス1/ωc(Ω)の
寄与率を1%程度とする場合は、インピーダンスr1
(Ω)は概略1.6KΩの100倍すなわち160KΩ
となり、インピーダンス和(1/ωc+r1)(Ω)は
161.6KΩとなる。20dBの増幅利得を得る場合
には、帰還抵抗R2のインピーダンスr2(Ω)は、
1.616MΩと極めて大きな値が必要となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、差動増
幅回路1においては、帰還抵抗R2のインピーダンスr
2(Ω)が大きいと、コンデンサCに電荷を供給するの
に時間がかかるため、OPアンプ2が正常動作を開始す
るまでに長時間を要するという欠点があった。この時間
は、一般にコンデンサCの靜電容量値c(F)と、入力
抵抗R1と帰還抵抗R2のインピーダンス和(r1+r
2)(Ω)との積によって定まる電気的時定数τの5倍
程度である。例えば、コンデンサCの靜電容量値が10
μF、入力抵抗R1と帰還抵抗R2のインピーダンス和
を10MΩとすると、電気的時定数τは100秒とな
り、OPアンプ2が正常動作を開始するまでには500
秒程度の時間を要する。
【0009】差動増幅回路3においては、スイッチSを
制御するための信号回路(図示せず)が別途必要とな
り、回路構成が複雑となるという欠点があった。また、
反転入力端子と非反転入力端子間の電圧がほぼ等しくな
った後にスイッチSをオフの状態にすると、OPアンプ
2の入力オフセットにより再び出力電圧が変化するの
で、帰還抵抗R2を通して充電電荷が流れる。このた
め、反転入力端子と非反転入力端子間の電圧がOPアン
プ2のオフセット電圧も含めた形で一致するまでOPア
ンプ2は正常動作をしないという欠点があった。
【0010】そこで、本発明は交流成分を除去して、電
源投入後に速やかに正常動作を開始する差動増幅回路を
提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の、差動増幅回路
は、上記目的を達成するために次のような構成が用いら
れる。すなわち、第一に、カップリング用のコンデンサ
を用いて交流信号のみを入力信号として増幅する差動増
幅回路において、第一のダイオードのアノード端子を反
転入力端子に、カソード端子を非反転入力端子に、第二
のダイオードのカソード端子を反転入力端子に、アノー
ド端子を非反転入力端子に接続するものであり、第二
に、上記記載の差動増幅回路において、非反転入力端子
に基準電圧源を接続するものであり、第三に、カップリ
ング用のコンデンサを用いて交流信号のみを入力信号と
して増幅する差動増幅回路において、ダイオードのアノ
ード端子を反転入力端子に、カソード端子を非反転入力
端子に接続するものであり、第四に、カップリング用の
コンデンサを用いて交流信号のみを入力信号として増幅
する差動増幅回路において、ダイオードのカソード端子
を反転入力端子に、アノード端子を非反転入力端子に接
続するものである。
【0012】
【作用】差動増幅回路の電源をオンにすると、差動増幅
回路の反転入力端子と、非反転入力端子間に接続された
ダイオードを通じて、カップリング用のコンデンサに供
給する電荷が流れ、コンデンサを急速に充電し、作動増
幅回路を早期に正常動作状態にする。
【0013】
【実施例】図1を用いて、本発明の差動増幅回路4の実
施例を示す。従来例と同じ機能の素子は同じ番号を用い
て、説明を省略する。
【0014】第一のダイオードD1はアノードをOPア
ンプ2の非反転入力端子に接続し、カソードをOPアン
プ2の反転入力端子に接続する。また、第二のダイオー
ドD2はアノードをOPアンプ2の反転入力端子に接続
し、カソードをOPアンプ2の反転入力端子に接続す
る。
【0015】差動増幅回路4の電源をオンの状態にする
と、OPアンプ2の非反転入力端子には基準電圧Vre
fが印加される。電源をオンにした直後はコンデンサC
の蓄電電荷量は0クーロンである。OPアンプ2は、基
準電圧Vrefが反転入力端子の電圧より高い場合は、
出力電圧Voutを正電位(+Vcc)いっぱいに振り
切らせ、帰還抵抗R2を通じてコンデンサCに電荷を供
給し、反転入力端子の電圧を上げようと動作する。この
時、第一のダイオードD1を通じて基準電圧Vrefか
ら直接にコンデンサCへ電荷を供給することができ、コ
ンデンサCの充電が急速に行える。この時、第二のダイ
オードD2は動作しない。また、基準電圧Vrefが反
転入力端子の電圧より低い場合、OPアンプ2は、出力
電圧Voutを負電位(−Vcc)いっぱいに振り切ら
せ、第二のダイオードD2を通じてコンデンサCに電荷
を供給する。この時、第一のダイオードD1は動作しな
い。いずれの場合においても、コンデンサCへの電荷の
供給が終了してOPアンプ2が正常動作を開始すると、
OPアンプ2の反転入力端子と、非反転入力端子の間は
仮想接地状態となり、ダイオードD1およびD2は動作
をしなくなる。
【0016】なお、実施例において、非反転入力には基
準電圧Vrefの正電位側が接続されているが、負電位
側を接続しても良い。また、基準電圧Vrefが、反転
入力端子の電圧よりも常に高いときは、第一のダイオー
ドD1のみでよいし、また、基準電圧Vrefが、反転
入力端子の電圧よりも常に低いときは、第二のダイオー
ドD2のみで良い。
【0017】次に、入力抵抗R1のインピーダンスr1
(Ω)を20KΩ、帰還抵抗R2のインピーダンスr2
(Ω)を20MΩ、コンデンサCの靜電容量値を22μ
Fとし、基準電圧がVrefであるとした場合について
説明する。第一のダイオードD1および第二のダイオー
ドD2が、OPアンプ2の反転入力端子および非反転入
力端子間に接続されていない場合には、電気的時定数τ
は約440秒であるため、OPアンプ2が正常動作を開
始するまでには約5τ、すなわち2000秒程度の時間
を必要とする。第一のダイオードD1および第二のダイ
オードD2を接続した場合における、実測したOPアン
プ2の出力電圧Voutの経時変化を図2に示す。OP
アンプ2の出力電圧Voutは正電位に一旦振り切れた
後、基準電圧Vrefに落ちつくまでに、約50秒程度
の時間に短縮される。
【0018】上述の実施例ではOPアンプ2の非反転入
力端子に基準電圧源を接続した差動増幅回路を示した
が、非反転入力端子は直接接地することができる。この
場合、基準電圧源の基準電圧Vrefが0Vと考えれば
良く、入力信号電圧が接地電圧よりも高いか、或いは低
いかにより、上述と同様に回路動作する。
【0019】なお、第一のダイオードD1および第二の
ダイオードD2は、シリコン、ゲルマニウム、ショット
キー等のダイオードでも同じ機能が得られる。また、図
1では、差動増幅回路4としてOPアンプ2を使用した
回路例を示すが、差動増幅回路の構成としてFET、ト
ランジスタを用いても良い。
【0020】
【発明の効果】差動増幅回路の電源がオンの状態のと
き、差動増幅回路の反転入力端子と非反転入力端子間に
接続したダイオードを通じて電荷が流れ、カップリング
用のコンデンサに電荷を急速に供給するので、差動増幅
回路が電源投入後速やかに正常動作を開始する。
【0021】また、従来の差動増幅回路にダイオードを
接続するだけなので、差動増幅回路の回路構成が複雑と
ならない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る、差動増幅回路図である。
【図2】本発明に係る、差動増幅回路を用いた時の、O
Pアンプが正常動作を開始するまでの時間を示す図であ
る。
【図3】従来の、差動増幅回路図である。
【図4】従来の、他の差動増幅回路図である。
【符号の説明】
Sin 入力信号 C コンデンサ R1 入力抵抗 R2 帰還抵抗 Vref 基準電圧 Vout 出力電圧 S スイッチ τ 時定数 1、3 差動増幅回路 2 OPアンプ 4 差動増幅回路 D1 第一のダイオード D2 第二のダイオード

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反転入力端子に接続したカップリング
    用のコンデンサを用いて入力信号を増幅する差動増幅回
    路において、第一のダイオードのアノード端子を反転入
    力端子に接続すると共に、そのカソード端子を非反転入
    力端子に接続し、第二のダイオードのカソード端子を反
    転入力端子に接続すると共に、そのアノード端子を非反
    転入力端子に接続したことを特徴とする差動増幅回路。
  2. 【請求項2】 非反転入力端子に基準電圧源を接続し
    たことを特徴とする請求項1記載の差動増幅回路。
  3. 【請求項3】 反転入力端子に接続したカップリング
    用のコンデンサを用いて入力信号を増幅する差動増幅回
    路において、反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電
    圧より常に高いとき、ダイオードのアノード端子を反転
    入力端子に接続し、そのカソード端子を非反転入力端子
    に接続したことを特徴とする差動増幅回路。
  4. 【請求項4】 反転入力端子に接続したカップリング
    用のコンデンサを用いて入力信号を増幅する差動増幅回
    路において、反転入力端子の電圧が非反転入力端子の電
    圧より常に低いとき、ダイオードのアノード端子を反転
    入力端子に接続し、そのアノード端子を非反転入力端子
    に接続したことを特徴とする差動増幅回路。
JP14796294A 1994-06-29 1994-06-29 差動増幅回路 Pending JPH0818356A (ja)

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JP14796294A JPH0818356A (ja) 1994-06-29 1994-06-29 差動増幅回路

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030067040A (ko) * 2002-02-06 2003-08-14 삼성전자주식회사 개선된 차동형 입출력 회로

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