JPS61295706A - ホ−ル効果型のアイソレ−シヨン増幅器 - 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、増幅回路に係り、特に。

入力信号を出力信号から電気的に分離しなければならな
いアイソレーション増幅回路と称する増幅回路に係る。

従来技術 アイソレーション増幅回路は、入力信号の直流成分を出
力信号の直流成分から分離するために使用される。２つ
の一般的な形式のアイソレーション増幅回路が現在使用
されている。その一方の形式の増幅回路においては、変
成器回路によって入力信号が出力信号から電気的に分離
される。この変成器回路は、良く知られた設計特性であ
ることから最も普及している。然し乍ら、受は入れられ
ないような低い周波数や直流成分があるために、変成器
は、アイソレーション増幅回路の分野ではその有用性に
限界がある。このような制約は、変成器の入力端子に供
給する入力信号を変調しそして変成器の出力端子におい
て出力信号を再構成することによって克服することがで
きる。この方法では、低い周波数は補償されるが１．高
い周波数における性能が低下する。両方の周波数レンジ
において適当な応答を与えるように複雑な回路を案出す
ることはできるが、回路は益々複雑で且つ高価なものと
なる。もう１つの一般的な技術は、光学的なカップラを
使用して、発光ダイオードによって電磁放射を発生する
ことである。この電磁放射は光感知ダイオードによって
検出される。然し、光学的なカップリング装置は、比較
的高価な上に、典型的に、入力回路の発光ダイオードを
作動させる電源を必要とする。

発明が解決しようとする問題点 それ故、周波数の低い信号に応答し且つ入力信号と出力
信号との間に完全な電気的分離を与えるようなアイソレ
ーション増幅回路が要望されている。

問題点を解決するための手段 そこで、本発明の目的は、改良されたアイソレーション
増幅回路を提供することである。

本発明の更に別の目的は、周波数の低い信号にも周波数
の高い信号にも応答するアイソレーション増幅回路を提
供することである。

本発明の更に別の目的は、ホール効果を利用したアイソ
レーション増幅回路のための装置及び方法を提供するこ
とである。

本発明の更に別の目的は、アイソレーション増幅回路に
おいて分割コレクタの半導体装置をホール効果検出器と
して使用することである。

本発明の更に別の目的は、ホール効果を利用した複数の
アイソレーション増幅回路であって、周囲磁界の影響を
打ち消すように構成されたアイソレーション増幅回路を
提供することである。

本発明の更に別の目的は、モノリシック型のアイソレー
ション増幅器を製造する技術を提供することである。

本発明の更に別の目的は、信号入力部分に電源を必要と
しないようなアイソレーション増幅器を提供することで
ある。

上記及び他の目的は１本発明によれば、入力信号によっ
て決定される磁界をホール効果装置に与えるような導体
の入力構成によって達成される。

ホール効果装置は、増幅回路に供給できる信号を発生す
る。増幅回路は、導体の構成体に出力信号を供給し、こ
れはホール効果装置に補償磁界を発生する。増幅回路は
、磁界フィードバックループと共に、入力信号によりホ
ール効果装置に発生された磁界を補償する。ホール効果
検出器は、分割コレクタの半導体装置を含んでおり、こ
の半導体装置は、エミッタ端子とコレクタ端子との間の
電流が磁界によって作用を受けるように配置される。

好ましい実施例においては、複数のこれら検出器が空間
的に逆の向きで結合される。この空間的に逆の向きでは
、入力磁界によって発生された信号が加算される一方、
周囲磁界の影響が打ち消される。好ましい実施例におい
ては、半導体ホール効果装置の磁界検出器のコレクタを
電流ミラーに接続することができ、この電流ミラーの出
力信号は増幅回路に接続され、この増幅回路は、磁界の
フィードバックを制御すると共に回路の出力信号を発生
する。

実施例 本発明のこれら及び他の特徴は、添付図面に関連した以
下の詳細な説明から明らかとなろう。

第１図を説明すれば、適当な材料１ｏに端子１１及び１
２によって電流が流される。電流を流すのと同時に、強
さＢの磁界１３が、一般的に平らな材料１０を通して上
記電流に−゛般的垂直に加えられる。この磁界と材料１
０の電荷キャリアとが相互作用することによって電界１
４が発生される。

第２図を説明すれば、２つの端子１と２との間に入力信
号Ｖｉｎが加えられる。端子２は、この入力信号を抵抗
２４を経て導通リード構成体２１−の第１の端子へ接続
し、端子１は、入力信号を導通リード構成体２１の第２
の端子へ接続する。電流源２３が電源電圧Ｖ＋に接続さ
れ、ホール効果装置２５の端子２５１に端子２５１に電
流が供給される。ホール効果装置２５の端子２５２は、
アース電位に接続される。電流の各側の２つの端子２５
３′及び２５３は、各々、差動増幅器２６の入力端子に
各々接続される。この差動増幅器２６の出力端子は、抵
抗２７を経て導通リード構成体２２の第１端子に接続さ
れ、この導通り一ド構成体２２の第２の端子はアース電
位に接続される。

差動増幅器２６の出力端子に発生されたアイソレーショ
ン増幅器の出力信号Ｖｏｕｔは、出力端子３と４との間
に現われ、出力端子４は、アース即ち共通電位に接続さ
れる。

第３図を説明すれば、入力信号Ｖｉｎが入力端子１及び
２に供給される。端子１は、導通り−ド構成体２１の第
２の端子に接続され、導通リード構成体２１の第１の端
子は、導通り−ド構成体２１″の第１の端子に接続され
る。導通リード構成体２１′の第２の端子は、抵抗２４
を経て端子２に接続され、入力信号Ｖｉｎを受は取る。

電流ｇ２３は、正の供給電圧′ｒＸＶ＋に接続され、ホ
ール効果装置２５の端子２５１に電流を供給する。ホー
ル効果装置２５の端子２５２からの電流は、供給電圧Ｖ
Ｂに結合される。第２の電流源２３′は正の電圧源■＋
に接続され、ホール効果装置２５′の端子２５１′に接
続される。ホール効果装置２５′の端子２５２′は、電
圧源ＶＢに接続される。

ホール効果装置２５の端子２５３は、ホール効果装置２
５′の端子２５３°″に接続され、ホール効果装置２５
の端子２５３′は、ホール効果装置２５′の端子２５３
　”に接続される６ホール効果装置２５の端子２５３及
びホール効果装置２５′の端子２５３”’　は、増幅器
２６の入力端子にも接続され、トランジスタ３２のコレ
クタ端子にも接続される。トランジスタ３２のエミッタ
は、負の供給電圧−■に接続され、一方、トランジスタ
３２のベースは、トランジスタ３１のベース及びコレク
タに接続される。トランジスタ３１のエミッタは、負の
供給電圧−■に接続される。Ｉ−ランジスタ３１のコレ
ゲタは、ホール効果装置２５′の端子２５３　”に接続
されると共に、ホール効果装置２５の端子２５３′に接
続される。増幅器２６の出力端子は、装置の出力信号端
子である端子３に出力信号Ｖｏｕｔを供給し、出力信号
端子４はアース電位に接続されている。又、増幅器２６
の出力信号は、抵抗２７を経て導通リード構成体２２′
の第２端子にも接続される。導通リード構成体２２′の
第１端子は、導通り−ド構成体２２の第１端子に接続さ
れ、導通り一ド構成体２２の第２端子はアース′貨位に
接続される。

第４図には、ホール効果装置２５及び２５′の等価回路
がＰＮＰ分割コレクタ１〜ランジスタ２５として示され
ている。このトランジスタ２５のベース２５２は、電圧
源ＶＢ（第３図に示すような）に接続され、トランジス
タ２５のエミッタは、電流源２３からの電流を受は取る
。１−ランジスタ２５は、分割コレクタ型のトランジス
タであり、一方のコレクタ端子は、ＮＰＮトランジスタ
３２のコレクタに接続され、半導体装置２５の第２の端
子は、トランジスタ３１のコレクタ、トランジスタ３１
．のベース及びトランジスタ３２のベースに接続されて
いる。１〜ランジスタ３１及び３２のエミッタは、負の
電圧源Ｖ−に接続されている。

動作 第２図を参照し、ホール効果装置を用いたアイソレーシ
ョン増幅器の基本的な動作について説明する。導通り−
ド構成体２１は、平らな導通コイルの形状をしており（
１，５巻回で示されている）、これは、ホール効果装置
２５の平面に対して一般的に垂直な磁界を発生する。電
流及び垂直磁界が存在すると、ホール効果装置２５の端
子２５３と２５３′　との間に電位差が生じる。平衡状
態、即ち、磁界が存在しない場合には、端子２５３及び
２５３′から流れる電流が互いに等しい。

コレクタが磁界に対して正しく配置されている時には、
磁界の付与によって生じる電位差により、２つのコレク
タ端子に流れる電流が不平衡となる。

２つのコレクタ端子に流れる電流がこのように異なるこ
とにより、差動増幅器２６の２つの端子に印加される電
圧が不平衡となる。導通り−ド構成体２２に信号が送ら
れ、これにより、ホール効果装置２５に磁界が加えられ
るが、この磁界は、導通リード構成体２１によって発生
される磁界と逆方向のものである。従って、差動増幅器
の利得が大きいことにより、端子１と２の間に加えられ
た入力信号Ｖｉｎが出力端子３と４との間の出力信号に
正確に反映される。

前記したように、好ましい実施例では、ホール効果検出
装置２５を分割コレクタ形態のＰＮＰトランジスタと考
えることができる。磁界の付与によって生じるホール効
果により、端子２５３と２５３′との間に電位差が生じ
、２つのコレクタ端子に流れる電流が不平衡となる。磁
界が全くないか或いは２つの磁界が互いに補い合う場合
には、ホール効果装置の２つの端子間に電圧が発生され
ず、これら端子に流れる電流が等しくなる。

第３図には、本発明のアイソレーション増幅回路の第２
の実施例が示されており、２つのホール効果装置２５及
び２５′は、これら２つの装置に対して補償磁界が逆に
なるように配置されている。この逆の構成により、地磁
界のような周囲磁界に対して自動的に補償が得られる。

第４図の回路と比較すると、ホール効果装置は、実際に
は、分割コレクタ構成のＰＮＰトランジスタである。

このトランジスタの２つの分割コレクタ端子から流れる
電流は、トランジスタ３１．及び３２で構成される電流
ミラー装置へ送られ、これは、２つのトランジスタに同
じ電流を維持する。入力と出力との結合は磁界によって
行なわれるので、入力信号を出力信号に対して電気的に
分離（又は−ｌいた状態」に）することができる。トラ
ンジスタ３１及び３２を含む電流ミラー回路は、磁界に
よって与えられる電流差に対して利得を増大するために
設けられている。

本発明のアイソレーション増幅器は、その信号入力部分
に電源を必要とせず、電流源２３（及び２３′）と演算
増幅器２６とに対して使用される電源のみが必要とされ
るに過ぎないことが明らかであろう。又、本発明は、モ
ノリシック技術を用いて容易に実施できることも当業者
に明らかであろう。

以上、好ましい実施例について詳細に説明したが１本発
明は、これに限定されるものではない。

本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって規定され
るものとする。上記の説明から、種々の変更が当業者に
明らかであろうが、これらは全て特許請求の範囲に包含
されるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ホール効果現象を示す概略図、第２図は、磁
界を検出するホール効果装置を本発明によるアイソレー
ション増幅器にいかに使用するかを示す図、 第３図は、周囲磁界の影響を打ち消すように２つのホー
ル効果装置を使用する実施例を示した回路図、そして 第４図は、第３図のホール効果装置の電気等価回路を示
す回路図である。 １．２・・・入力端子 ３．４・・・出力端子 １０・・・材料　　　１１．１２・・・端子１３・・・
磁界　　　１４・・・電界 ２１．２２・・・導通り一ド構成体 ２３・・・電流源　　２５・・・ホール効果装置２６・
・・差動増幅器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号に応答して磁界を発生する第１磁界手段
   と、 上記磁界に応答して誘起電圧を発生するホール効果手段
   と、 上記誘起電圧に応答して上記磁界をほゞ打ち消すような
   補償磁界を上記ホール効果手段に発生する第２磁界手段
   とを具備することを特徴とするアイソレーシヨン増幅器
   。
2. （２）入力信号に比例する磁界をホール効果装置に発生
   し、 誘起されたホール効果信号を用いて出力信号を発生し、
   そして 上記出力信号に比例する補償磁界を上記ホール効果装置
   に発生することを特徴とする入力信号を出力信号から分
   離する方法。