JPS61193508A - 前置増幅器 - 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〕 本発明は一般に増幅回路および信号モニタ回路に関し、
特に水銀力Ｐミウムテルリウム／チルライ１″（ＭＣＴ
）型または感光型検出器用の前置増幅器に関する。

〔従来の技術〕

ＭＣＴ検出器に使用するための種々の前置増幅器がこれ
まで提案されている。

しかしながら従来の水銀−カドミウム−チルライドすな
わちＭＣＴ検出器用前置増幅器は検出器を通して一定の
電流を維持しそして検出器両端に発生する電圧を測定す
るようになっている。実際にはそれ故照度または入射光
により生じる抵抗変化が、ＭＣＴ検出器のコンダクタン
ス変化の代りにモニタされるようになっている。

一般にこの技術は本質的に非線形の出力測定を与えるも
のである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従ってこのような従来の前置増幅器では光検出器に発生
する電圧を測定しながらその電流を一定に維持するとい
うその動作上の制限に満足させるには大きな問題がある
。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は上記のごとき従来技術における問題および一般
には不正確な測定を実質的に解決するように組合された
新規な技術を含んでいる。

例えば従来の技術とは異り、変動する入射光における電
流を測定あるいは検出する間、ＭＣＴ検出器にまたがり
一般に固定された電圧を維持するための前置増幅器回路
構成がそれである。

一般にＭＣＴ検出器用の本発明の前置増幅器は選択しう
る暗電流または静電流（Ｉ５１）と、入射光の変化を表
わす可変電流にもとづく出力信号を出すＭＣＴ検出器へ
の入射光の変化に一般に比例して変化する動電流（Ｉｄ
）を与える手段（１２）と、ＭＣＴ検出器の漂遊抵抗（
Ｒｄ）により上記出力信号に導入される抵抗効果を実質
的に打消すための電圧／電流を与えるための正帰還装置
（１５）と、から成る。

すなわち、本発明の目的は新規な前置増幅器を提供する
ことである。

更に水銀−カドミウム−チルライド（Ｍ　ＣＴ）検出器
用の新しい前置増幅器を提供するものである。

また更に本発明の目的はＭＣＴ検出器にまたがり実質的
に一定の電圧を維持する前置増幅器を提供することであ
る。

また本発明の目的はＭＣＴ検出器への入射光に実質的に
比例するようにＭＣＴ検出器の電流を変化させる前置増
幅器を提供することである。

また更に本発明の目的は入射光の変化によりＭＣＴ検出
器の電流を変化させながらそれにまたがる電圧を一般に
一定に維持する前置増幅器を提供することである。

更に本発明の目的は不要な信号成分をオフセットあるい
は打消すために正帰還を用いる前置増幅器を提供するこ
とである。

また本発明の目的は改善された直線性を有する前置増幅
器を提供することである。

実に本発明の目的は入射光レベルに直線的に関係する出
力電圧を出す光検出器用の比較的低雑音の前置増幅器を
提供することである。

本発明の他の目的は入射光の変化による検出器のコンダ
クタンスの変化を実質的に検出する前置増幅器を提供す
ることである。

〔作用〕

上記のごとくに前置増幅器を構成することによりＭＣＴ
検出器にかかる電圧が実質的に一定となりそしてその電
流が入射光に比例するようになる。そしてその直線性が
改善されまた雑音レベルも改善される。

〔実施例〕

第１図は水銀−カドミウム−チルライド（ＭＣＴ）すな
わち光検出器１１に接続される本発明の前置増幅器１０
のブロック図である。この増幅器は同図中のブロックｌ
ｌ内に示すような検出器の等価回路にもとづいて構成さ
れている。

ＭＣＴ検出器１１の動作特性は、暗電流用の固定された
コンダクタンスＧｏと、このコンダクタンスＧｏに並列
であって入射光に比例して変化する第２のコンダクタイ
スＧと、漂遊固定直列抵抗Ｒｄからなる等価回路で実質
的に表わすことが出来ることが判った。これによれば、
従来の前置増幅器は一般にＭＣＴ検出器１１に発生する
電圧を測定する間その電流を一定にするものであるから
本質的にその出力は非線形となる。

従って本発明の基本概念は動電流Ｉｄを変化する入射光
に比例して変化させると同時にモニタされている信号情
報に対する漂遊抵抗Ｒｄの信号に対する有害な効果を実
質的に打消す信号成分を導入するように前置増幅器１０
を構成するものである。

説明の便宜上まず暗条件すなわち検出器１１に入射光の
ないあるいは殆んどない状態があるとする。暗条件下の
検出器１１では静電流源１２は検出器１１に静電施工ｓ
１　を与えるようにセットされる。

静電流源１２は例えば使用される検出器１１に適した範
囲内で静電流ＩＳ１　　を選択するためのジャンノミ可
変装置（図示せず）を有する従来のものでよい。

前置増幅器１０は後述するように前置増幅器１０の・々
イアスミ流となる第２の静電流Ｉｓ２を与えるように予
め条件づげられる。

電流■５１と工、□は検出器１１にまたがり電圧を発生
させる。この電圧の値は後述のように前置増幅器１０が
動作するときはｙ一定に維持される。

暗条件下のときには検出器１１は端子１３と１４の間に
一定の抵抗値をもつ。しかしながら光を検出すると検出
器１１のコンダクタンスは増加し、すなわち端子１３と
１４間の実効抵抗が減少して一時的に電圧が低下する傾
向がある。

前述のように本発明の前置増幅器１０は電流を検出しつ
つ検出器１１の電圧を実質的に一定に維持するという方
法を用いている。

検出器１１の電圧はサーボループ回路１６−２１により
はｙ一定に維持される。サー？ループ回路１６−２１は
帰還入力１６を有する信号レイル検出器すなわち信号電
圧増幅器と、加算（演算）増幅器１７と、周波数補償回
路１６と、レベルシフタ１９と、電流Ｐライ・々２ｏと
、帰還（抵抗）素子２１とから構成される。

動作を述べると、信号しＲル検出器１６により（瞬間的
）電圧降下が接続点２４において検出されると、導線２
５を通り加算増幅器１７に信号（図示せず）が与えられ
る。加算増幅器１７の出力信号（図示せず）は周波数補
償回路１６を介してレベルシフタ１９の入力に加えられ
る。レベルシフタ１９はこの信号に応答して電流Ｐライ
・々２０が、検出器１１にまたがる電圧なはｙ一定に維
持するための動電流Ｉｄを帰還回路２１を介して出させ
る。このように動電流Ｉｄが帰還回路２１と検出器１１
を通じて検出器１１のコンダクタンス変化に比例して与
えられる。

次に検出器１１０入射光が減少すると、上述のサーボル
ープ回路１６−２１は再び検出器１１の実質的に予め定
められている暗電圧レベルを維持するために帰還回路２
１を介して検出器１１に入る動電流Ｉｄをそれに比例し
て減少させる。漂遊抵抗Ｒｄはかなりの望ましくない電
圧降下を生じさせるから、これを補償しないと測定出力
の直線性が得られない。

漂遊抵抗のこの効果は前置増幅器１０に等しいが負の抵
抗を入れることにより実質的に打消される。この負性抵
抗は検出器１１にまたがる電圧を電流Ｉｄの変化に直接
比例してＲｄに等しくなるだけ上昇させるようにするこ
とにより与えられる。正帰還回路１５はこの実効的な負
性抵抗効果を発生するために用いられている。

漂遊抵抗Ｒｄは直接には測定出来ないから、この正帰還
は、はＳ：０である検出器のカットオフ波数より下の見
かけのエネルギーレベルから判断して最良の直線性を与
えるように、例えばポテンショメータにより経験的に調
節する。

例えば温度補償基準２２と可変電圧基準２３をもつ温度
補償回路を温度条件の変動に対してサーボループ回路、
特に信号電圧増幅器１６の動作を修正するために用いて
もよい。

動電流Ｉｄは接続点２６において高域フィルタ２８を介
して可変利得電圧増幅器２７により検出される。この増
幅器２７は検出器１１のコンダクタンス、従って入射光
レベルをはｙ比例して表わす信号出力を端子２９に与え
る。

検出器１１、静電流源１２、高域フィルタ２８および可
変利得電圧増幅器２７かもなる回路は従来のものでよく
、従ってその詳細は省略する。

第２図を参照して前置増幅器１０の詳細を次に述べる。

まずサーブルーゾ回路１６−２１の内容と機能を説明す
る。上述のように接続点２４は検出器１１、静電流源１
２、検出／帰還装置２１の一方の端子に、そして導線３
０を介して信号電圧増幅器−交流利得制御装置または信
号レベル検出器１６に接続する。

信号電圧増幅器および交流利得制御 導線３０は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＱｌとＣ２
のゲートＧと演算増幅器Ｕ１の非反転（＋）入力端子を
接続する。

ＦＥＴＱ、およびＣ２はＮチャンネル形であり、共通ソ
ースモーｒに並列接続されており、それらのケースは接
地されて低雑音動作をするようになっている。ＦＥＴＱ
ｌとＣ２のドレンは接続点３１および演算増幅器Ｕ２の
非反転入力に接続している。Ｆ　Ｅ　ＴＱ、のソースＳ
は抵抗Ｒ５とＲＩＯの接続点に接続する。ＦＥＴＣ２の
ソースＳは抵抗Ｒ６とＲ１１の接続点に接続する。ＦＥ
ＴＱｌとＣ２は抵抗Ｒ２を通る電流を引き込むことによ
りゲートＧ−ソースＳ間電圧の増幅を行う。

抵抗Ｒ５とＲ６の接続点は可変正帰還回路１５に接続す
る。これら抵抗は分流抵抗であってＦＥＴＱ、とＣ２お
よびソース抵抗Ｒ１ｏとＲ１１の間で夫々正帰還電流を
分流させるものである。

コンデンサＣＩＯとＣ１２は抵抗ＲＩＯとＲ１４の接続
点３３と接地電位間に背−背接続された有極コンデンサ
であり、接続点３３を交流的に接地するものである。

抵抗Ｒ１４は接続点３３と一１２ゼルト電源との間に接
続されてＦＥＴＱｌのソース−ドレン・々イアスミ流を
設定する。

同様にＦＥＴＣ２のソースＳは、抵抗ＲＩＯ１Ｒ１４お
よびコンデンサＣｌ０１Ｃ１２と同様に機能する抵抗Ｒ
１１、Ｒ１５およびコンデンサＣ１ｌ、Ｃ１３によりノ
ζイアスされる。

抵抗Ｒ２の一端は接続点３１にそして他端は抵抗Ｒ１に
接続する。抵抗Ｒ２は基本的にばＦＥＴＱ、と９２　の
交流電流に比例する電圧を発生するための負荷抵抗であ
る。この電圧は導線３４を介して加算増幅器Ｕ２の非反
転（＋）入力に加えられる。

抵抗Ｒ１とコンデンサＣ３は正電源以外の交流雑音をヂ
波するための低減フィルタを形成する。

コンデンサＣ４は、６イ・ξス交流フィルタおよび負荷
調整手段を形成する。

加算増幅器 加算増幅器１７（第１図）は、導線３４を介して接続点
３１に接続する非反転（＋）入力を有する、演算増幅器
Ｕ２からなる。その反転入力（−）は後述するように例
えば温度補償基準２２である基準源に接続する。

コンデンサＣ５とＣ９は不要の交流雑音を接地側へ戸波
するバイパスフィルタを形成する。

周波数補償 周波数補償回路１６は抵抗Ｒ３、Ｒ１２およびコンデン
サＣ１６からなる極−ゼロ補償回路である。これら素子
の値は極がは、！１′３０　Ｋ＆でゼロがはＳ：３００
　ＫＨ，となるように選ばれる。

この回路１６はサーダループ回路１６−２１を安定させ
るものである。加算増幅器Ｕ２の出力は周波数補償回路
１６０入力すなわち抵抗Ｒ３の一端に接続し、その出力
は接続点３５と導線３６を介してレベルシフタ４の入力
に接続する。

レベルシフタ レベルシフタ１９は、導線３６を介して周波数補償回路
１６の接続点３５に接続するゲート、−１２ゼルト電源
に接続するドレンＤと、電流ドライ・々２０に接続する
ソースＳを有するＦＥＴＱ４からなる。レベルシフタ１
９は加算増幅器Ｕ２の電圧範囲を拡げる機能を有する。

電流ドライバ 電流ドライバ２０は、−１２ｙｊ？ルト電源に接続する
コレクタと、検出／帰還抵抗Ｒ１６とポテンショメータ
Ｒ１７の間の接続点に接続するエミッタと、ＦＥＴ１７
のソースに接続するベースを有するエミッタホロワトラ
ンジスタからなる。電流ドライ・々２０は加算増幅器Ｕ
２の出力信号を助長するための電流ブースタとして機能
する。

検　出／帰還装置 検出／帰還装置２１は接続点２４と３７の間に直列接続
する抵抗Ｒ１６からなる。この抵抗の基本的機能は静電
施工Ｓ２　　と動電流Ｉｄを接続点２４を介して検出器
１１に結合し、導線３０を介してＦＥＴＱ、とＣ２のゲ
ートに結合されるべき電圧信号を接続点２４に形成し、
そして導線３８を介して高域フィルタ２８に結合される
べき出力信号を接続点３７に形成することである。

可変正帰還 上述のように正帰還は帰還電流を共通ゲートモードで接
続されるＦＥＴＱｌとＣ２に注入（交流結合により）す
ることによって負性抵抗効果をつくるために用いられる
。基本的にはこの正帰還回路１５は接地点と接続点２６
との間に、ワイパ３９がコンデンサＣ１７とＣ１６を介
して接続点３２に接続するように接続されたトリムポッ
トあるいはポテンショメータＲ１７からなる。コンデン
サＣ１７とＣ１６は帰還路からＦＥＴＱｌとＣ２への直
流を阻止するためのものである。ポテンショメータＲ１
７は検出器毎に設定されるものであり、また設定される
光レベルにもある程度依存する。従って２テンシヨメー
タＲ１７は特定の動作条件について最良の直線性が得ら
れるように経験的に調整しうる。

可変電圧基準 可変電圧基準回路２３はポテンショメータＲ９、抵抗Ｒ
１３およびコンデンサＣ１５からなる。ポテンショメー
タＲ９と抵抗Ｒ１３は接地点と一１２ゼルト電源端子牛
○との間に直列に接続される。コンデンサＣ１５は端子
４０と接地点との間に接続して端子４０を交流雑音から
切離するための、６イ・ぞスコンデンサとして機能する
。ポテンショメータＲ９は抵抗Ｒ１３と共に、抵抗Ｒ８
を介して演算増幅器Ｕ１０反転（ハ）入力に加えられる
電圧をセットする。抵抗Ｒ１３はポテンショメータＲ９
を適正な、すなわち所望の動作電圧範囲にするためのレ
ンジ抵抗である。抵抗Ｒ１３がセットされると暗条件下
にある検出器に加えられる動・々イアスミ流Ｉｄは一般
に２〜３ミリアンペアの範囲となる。

温度補償基準 温度補償基準回路２２は演算増幅器Ｕｌ、抵抗Ｒ６、Ｒ
７、Ｒ８、コンデンサＣ６、Ｃ７、Ｃ８、Ｃ１４および
ダイオードＣＲＩからなる。

抵抗Ｒ４とＲ８は演算増幅器Ｕ１の利得をセットする。

コンデンサＣ６の主機能は演算増幅器Ｕ１を安定化する
ことであるが、抵抗Ｒ４との関連において演算増幅器Ｕ
１の反転（−）入力から出力へ低周波を結合しそして例
えば３００Ｈ２の高周波を阻止するだめの低域フィルタ
としても機能する。コンデンサＣ７と０８は＋１２ボル
トおよび一１２ゼルト電源から交流雑音を除くためのノ
々イパスコンデンサである。抵抗Ｒ７とコンデンサＣ１
４は演算増幅器Ｕ１の出力と接地点との間に直列に接続
して約１迅のカットオフ特性をもつ低域フィルタとして
機能す谷ダイオ−１４ＣＲ１は接地点（Ｐ）と、抵抗Ｒ
７とコンデンサＣ１４との接続点との間に接続して、演
算増幅器Ｕ１がコンデンサＣ１４の極性をくずさないよ
うにする機能を有する。電圧基準回路２３０基準電圧出
力は抵抗Ｒ８を介して演算増幅器Ｕ１０反転（−）入力
に結合され、演算増幅器Ｕ１により、導線３０と非反転
入力とを介して与えられる接続点２４上の検出器電圧と
一般にｌ　Ｈｚ以下の周波数で直接に比較される。この
ように、ＦＥＴＱｌとＣ２内の低い温度ｒリフトの効果
が実質的に打消される。

第２図の前置増幅器１０は下表（１）にあげる素子値（
経験または計算により選ぶことが出来る）のとき満足す
べき効果を示した。

第　　１　　表 Ｃ３＝１００μＦ Ｃ＋＝Ｃ５＝（、ｙ＝Ｃ８＝Ｃ９＝Ｃ１５＝Ｃ１９＝０
．１μＦＣ１０＝Ｃ１１＝Ｃ１２＝ＣＩ３＝Ｃ１４＝４
’７μＦＣ１７＝Ｃ１６＝２．２μＦ Ｃ６＝ｌＯＯＯＰＦ Ｃ１６＝０．０１μＦ Ｒ１−Ｒ５＝Ｒ６＝１００Ω Ｒ２＝４０２０ Ｒ３＝４９９Ω Ｒ４＝４９９にΩ Ｒ７＝２２．１にΩ Ｒ８＝２にΩ Ｒ９＝Ｒ１７＝ＩＫΩ Ｒ１０＝Ｒ１１＝４０．２Ω Ｒ１２＝４９．９０ Ｒ１３＝４．９９にΩ Ｒ１４＝Ｒ１５＝１．５にΩ Ｒ１６＝２０００ ＦＥＴＱ４　　　・・・２Ｎ５１１５ トランジスタＱ３・・・２Ｎ５０８６ 演算増幅器Ｕ１　・・・ｏＰＡ２７Ｇｚ（）々−−ブラ
ウン）演算増幅器Ｕ２　・・・０ＰＡ３７ＧＺ（）々−
−ブラウン）〔発明の効果〕 以上述べたように本発明の前置増幅器によれば光検出器
の電圧を一定として入射光に比例する電流が直接測定し
うるようになり、その直線性は著しく改善される。また
検出器の漂遊抵抗による効果がはｙ完全に打消され、測
定精度を満足すべきものとすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２Ａ図およ
び第２Ｂ図は第１図の実施例の回路図である。 １０・・・前置増幅器、１１・・・光検出器、１２・・
−静電流源、１６・・・信号レベル検出器、１７・・・
加算増幅器、１６・・・周波数補償回路、１９・・・レ
ベルシフタ、２０・・・電流ドライ・ζ、２１・・・帰
還回路、２２・・・温度補償基準回路、２３・・・可変
電圧基準回路、２７・・・可変利得電圧増幅器、２８・
・・高域フィルタＱ１．Ｑ１２．　Ｑ４・・・ＦＥＴ、
Ｑ３・・・エミツタホロクトランジスタ、０１．Ｕ２−
・・演算増幅器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光強度に対し、一定の抵抗効果および変化する
   コンダクタンス効果をもつ検出器に、実質的に一定の電
   位とその検出器のコンダクタンスの変化に伴つて変化す
   る電流を与える第１手段と、上記電流に応答して入射光
   強度を示す信号を与える第２手段と、から成る上記検出
   器に使用するための前置増幅器。 ２、前記第１手段はサーボループ回路である特許請求の
   範囲第１項記載の前置増幅器。 ３、可変正帰還回路を含む、特許請求の範囲第２項記載
   の前置増幅器。 ４、温度補償回路を含む特許請求の範囲第１項記載の前
   置増幅器。 ５、前記第１手段は前記検出器に動作的に接続しうる信
   号入力と出力とを有する信号レベル検出器と、この信号
   レベル検出器の上記出力に接続する第１入力、基準電圧
   に接続する第２入力および出力を有する加算増幅回路と
   、この加算増幅回路の上記出力に動作的に接続すると共
   に出力を有する周波数補償回路と、この周波数補償回路
   の上記出力に動作的に接続する入力と出力とを有するレ
   ベルシフタ回路と、このレベルシフタ回路の上記出力に
   動作的に接続すると共に上記検出器に動作的に接続する
   出力を有する電流駆動回路とから成る特許請求の範囲第
   １項記載の前置増幅器。 ６、前記信号レベル検出器と前記検出器との間に動作的
   に接続する正帰還回路と、前記基準電圧を前記加算増幅
   回路に与えるための温度補償回路と、を含む特許請求の
   範囲第５項記載の前置増幅器。 ７、一般に一定のスプリアス抵抗効果と入射光のルミナ
   ンス変動に比例して変化するコンダクタンス効果を示す
   検出器に実質的に一定の暗電流を与える第１手段と、上
   記検出器に加わる電圧を実質的に一定に維持するように
   上記検出器のコンダクタンスの変化に直接に比例して変
   化する動電流を上記検出器に与えるための第２手段と、
   上記動電流の上記検出器のスプリアス抵抗による非直線
   性を実質的にオフセットするために上記検出器に電流を
   与える第３手段と、上記動電流に応答して入射光のルミ
   ナンスを示す出力信号を出す第４手段と、から成る上記
   検出器用に用いられる前置増幅器。 ８、前記第１手段はジヤンパ選択の可能な電流源を含む
   特許請求の範囲第７項記載の前置増幅器。 ９、前記第２手段は正帰還回路を有するサーボループ回
   路を含む特許請求の範囲第７項記載の前置増幅器。 １０、前記第３手段は前記サーボループ回路に挿入され
   てそれに応答する電流ドライバ装置から成る、特許請求
   の範囲第９項記載の前置増幅器。 １１、水銀カドミウムテルライド検出器に動作的に接続
   する信号検出および帰還装置（２１）と、上記信号検出
   および帰還装置に動作的に接続し且つ第１出力を有する
   信号レベル検出回路（１６）と、上記第１出力と基準電
   位回路（２２、２３）とに動作的に接続すると共に第２
   出力を有する加算増幅器（１７）と、上記第２出力に動
   作的に接続すると共に第３出力を有する極ゼロ補償回路
   （１６）と、上記第３出力に動作的に接続すると共に第
   ４出力を有するレベルシフタ回路（１９）と、上記第４
   出力に動作的に接続すると共に、上記信号検出および帰
   還装置に動作的に接続した第５出力を有する電流ドライ
   バ回路（２０）と、上記信号検出および帰還装置と上記
   信号レベル検出器との間に動作的に接続する調整可能な
   正帰還回路（１５）と、から成る上記検出器に使用する
   ための回路。 １２、前記信号検出および帰還装置は抵抗からなり、前
   記信号レベル検出回路は並列ソース共有モード動作をす
   るように動作的に接続した一対の電界効果トランジスタ
   からなり、前記加算増幅器は前記第１出力に接続する第
   １入力と前記基準電圧回路に接続する第２入力を有する
   演算増幅器からなり、前記極ゼロ補償回路は抵抗−容量
   回路からなり、前記レベルシフタ回路は電界効果トラン
   ジスタからなり、前記電流ドライバ回路はトランジスタ
   からなり、前記調整可能な正帰還装置は上記信号レベル
   検出回路に容量を介して接続するワイパを有するポテン
   ショメータからなる、特許請求の範囲第１１項記載の回
   路。 １３、電圧−電流源と前記検出器との間に動作的に接続
   するジヤンパ選択可能な静電流源回路（１２）と、前記
   信号検出および帰還装置に動作的に接続する入力を有す
   る高域フィルタ回路（２８）と、この高域フィルタ回路
   の出力に動作的に接続する可変利得電圧増幅回路（２７
   ）とを含む特許請求の範囲第１１項記載の回路。