JPH07109966B2 - Amplifier circuit - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はオフセット電圧キャンセル回路を付加した増幅
回路に関するものである。更に詳述するとこのような増
幅回路の出力特性の改善に関するものである。The present invention relates to an amplifier circuit to which an offset voltage cancel circuit is added. More specifically, it relates to improvement of the output characteristics of such an amplifier circuit.
高周波領域まで増幅する機能を持つ高速増幅器(例えば
10MHZ以上まで増幅するような増幅器)は、一般にDCオ
フセット電圧VOFが比較的大きいため、このオフセット
電圧VOFを自動的にキャンセルする回路を増幅器に付加
することが行なわれる。なお、オフセット電圧が変化す
ることにより生じるドリフトもこのオフセット電圧キャ
ンセル回路で打消される。A high-speed amplifier that has the function of amplifying up to high frequencies
Since an amplifier that amplifies up to 10 MHz or more generally has a relatively large DC offset voltage V OF , a circuit that automatically cancels this offset voltage V OF is added to the amplifier. The offset voltage canceling circuit cancels the drift caused by the change in the offset voltage.
第3図は従来のオフセット電圧キャンセル回路を付加し
た増幅器を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an amplifier to which a conventional offset voltage cancel circuit is added.
同図において、U1は高周波領域まで増幅機能を持つ高速
増幅器であり、入力間にDCオフセット電圧VOF(入力電
圧Vin=0vでも増幅器の2つの入力端子間に現れる電
圧)を持つものである。In the figure, U1 is a high-speed amplifier having an amplifying function up to a high frequency region, and has a DC offset voltage V OF (a voltage appearing between two input terminals of the amplifier even when the input voltage Vin = 0v) between inputs.
一方、演算増幅器U2と抵抗R3と積分コンデンサCとで構
成される積分回路は、オフセット電圧キャンセル回路を
構成している。この増幅器U2は、速度は遅いがオフセッ
トの小さいものが用いられる。On the other hand, the integrating circuit composed of the operational amplifier U2, the resistor R3 and the integrating capacitor C constitutes an offset voltage canceling circuit. As the amplifier U2, an amplifier having a low speed but a small offset is used.
積分回路(オフセット電圧キャンセル回路)は、高速増
幅器U1のDCオフセット電圧VOF(増幅器U1の反転入力端
子の電圧)を反転積分して、この電圧を増幅器U1の非反
転入力端子(+入力端子)に加えている。従って、オフ
セット電圧キャンセル回路はオフセット電圧VOFの大き
さと等しく、かつ逆極性の電圧信号(−VOF)を増幅器U
1の非反転入力端子へ加えた時点でその動作が安定する
ので、高速増幅器U1の2つの入力端子間電圧は、VOF+
(−VOF)=0vとなり、オフセット電圧VOFは打消され
る。The integrator circuit (offset voltage cancel circuit) inverts and integrates the DC offset voltage V OF of the high-speed amplifier U1 (voltage of the inverting input terminal of the amplifier U1), and this voltage is non-inverting input terminal (+ input terminal) of the amplifier U1. In addition to. Therefore, the offset voltage cancel circuit outputs a voltage signal (−V OF ) having the same magnitude as the offset voltage V OF and the opposite polarity to the amplifier U.
Since the operation is stable when applied to the non-inverting input terminal of 1, the voltage between the two input terminals of the high speed amplifier U1 is V OF +
(−V OF ) = 0v, and the offset voltage V OF is canceled.
このような第3図回路の入出力関係を第6図に示す。オ
フセット電圧VOFが打消された状態(非反転入力端子電
位=0v)では、積分回路側へ新たに流入する電流はない
ので(積分回路の入出力間の電圧が等しいから)、入力
電圧Vinにより抵抗R1を流れる電流i inは総べて抵抗R2
にも流れる。従って、(1)式が成立つ。The input / output relationship of such a circuit of FIG. 3 is shown in FIG. When the offset voltage V OF is canceled (non-inverting input terminal potential = 0v), there is no new current flowing into the integrating circuit side (because the voltage between the input and output of the integrating circuit is the same). All the current i in flowing through the resistor R1 is the resistance R2
Also flows. Therefore, the equation (1) is established.
Vout/Vin=−R2/R1 (1) 第3図回路は、第6図に示す零点P1をあたかも支点とし
て動作する。即ち、入力電圧Vinが変化するとこの零点P
1を支点とし、抵抗R1とR2からなる斜めの線の傾きが変
化し、出力電圧Voutが出力される。Vout / Vin = -R2 / R1 (1) The circuit in FIG. 3 operates with the zero point P1 shown in FIG. 6 as if it were a fulcrum. That is, when the input voltage Vin changes, this zero point P
With 1 as the fulcrum, the slope of the diagonal line consisting of the resistors R1 and R2 changes, and the output voltage Vout is output.
以上のような第3図回路の長所は、積分回路の時定数が
充分大きければ正弦波のような往復信号に対しオフセッ
トエラーがなくなることである。The advantage of the circuit shown in FIG. 3 as described above is that if the time constant of the integrating circuit is sufficiently large, the offset error is eliminated with respect to a reciprocal signal such as a sine wave.
しかし、第3図回路にVinとして例えば第8図(1)に
示すようなステップ入力を印加すると、増幅器U1の出力
は、このVinに応じてステップ状に変化するのでなく第
8図(2)に示すように一旦立上がった後積分回路の時
定数で変化する波形となる。この理由を第7図を参照し
ながら説明する。However, when a step input such as that shown in FIG. 8 (1) is applied to the circuit of FIG. 3 as Vin, the output of the amplifier U1 does not change stepwise according to Vin, but is shown in FIG. 8 (2). As shown in, the waveform has a waveform that once rises and then changes with the time constant of the integrating circuit. The reason for this will be described with reference to FIG.
入力電圧Vinとして第8図(1)のようなステップ状の
信号が加えられた場合、積分回路は積分時定数で応答す
るため、ステップの立下がり(立上がり)時点では積分
回路出力はステップ入力に追従できない。When a stepped signal as shown in FIG. 8 (1) is applied as the input voltage Vin, the integrator circuit responds with an integral time constant, so that the output of the integrator circuit becomes the step input at the time of the fall (rise) of the step. I can't follow.
一方、一般に高速増幅器U1はオープンループのゲインA
が比較的低いため(例えばゲインA=10〜102程度)、
入力電圧Vinが第3図の入力部Bに印加されると、その
大きさに比例した電圧eが高速増幅器U1の反転入力端子
(−入力端子)に出現する。なお、VOFは入力電圧Vin=
0vで発生するオフセット電圧である。On the other hand, in general, the high speed amplifier U1 has an open loop gain A.
There relatively low (e.g., gain A = 10 to 10 2 about)
When the input voltage Vin is applied to the input section B of FIG. 3, a voltage e proportional to the magnitude thereof appears at the inverting input terminal (-input terminal) of the high speed amplifier U1. Note that V OF is the input voltage Vin =
This is the offset voltage generated at 0v.
高速増幅器U1は電圧eをゲインA倍した−Aeの電圧を出
力する。従って、ステップ入力が加えられた瞬間は、P2
点を零電位点とし、第7図に示す入出力関係になってい
る。なお、高速増幅器U1のオープンループゲインAが無
限大の値(理想値)であれば、多くの参考書に解説され
ているようにe0vとなり、支点は第7図のP1点とな
る。しかしここではゲインAは有限値なのでステップ入
力が加えられた瞬間は、第7図のP2点が支点となる。従
って、第3図の入出力ゲインG1は(2)式で現される。The high speed amplifier U1 outputs a voltage of -Ae obtained by multiplying the voltage e by a gain A. Therefore, the moment the step input is added, P2
The point is a zero potential point, and the input / output relationship shown in FIG. 7 is obtained. If the open loop gain A of the high speed amplifier U1 is an infinite value (ideal value), it will be e0v, as explained in many reference books, and the fulcrum will be the point P1 in FIG. However, since the gain A is a finite value here, the point P2 in FIG. 7 becomes the fulcrum at the moment when the step input is applied. Therefore, the input / output gain G1 in FIG. 3 is expressed by the equation (2).
しかし、時間が経過するにつれ、積分回路(オフセット
電圧キャンセル回路)の作用により、第7図に示す電圧
e=0vとなる(反転入力端子電圧=0v)。従って、第7
図に示すP1点が0vとなるため、積分時定数の後は、第7
図の状態が第6図になる。従って第3図回路の最後のゲ
インG2は、記述した(1)式となる。 However, as time elapses, the voltage e = 0v shown in FIG. 7 becomes (inverted input terminal voltage = 0v) due to the action of the integrating circuit (offset voltage canceling circuit). Therefore, the 7th
Since P1 point shown in the figure is 0v, after the integration time constant,
The state of the figure becomes FIG. Therefore, the final gain G2 of the circuit shown in FIG. 3 is expressed by the equation (1).
G2=−R2/R1 (1) 即ち、第3図の回路はDCゲインG2とACゲインG1が異なる
のである。G2 = -R2 / R1 (1) That is, the circuit of FIG. 3 has different DC gain G2 and AC gain G1.
このようなことから、ステップ入力を第3図回路に加え
ると、その出力Voutは第8図(2)のようになる。Therefore, when a step input is applied to the circuit of FIG. 3, its output Vout becomes as shown in FIG. 8 (2).
しかし、第8図(1)の波形を高速増幅器U1で増幅した
結果得られる波形が第8図(2)の波形では、不都合で
ある。However, if the waveform obtained by amplifying the waveform of FIG. 8 (1) by the high-speed amplifier U1 is the waveform of FIG. 8 (2), it is inconvenient.
第8図(2)の波形が得られる理由を要約すると、ステ
ップ入力があった瞬間は、高速増幅器U1の反転入力端子
の電位は0vでなく或る電圧eが発生するため、積分回路
に電圧eが印加される。そして積分回路はこの電圧eが
等価的に0vとなるように動作するからである。To summarize the reason why the waveform in Fig. 8 (2) is obtained, at the moment when there is a step input, the potential at the inverting input terminal of the high-speed amplifier U1 is not 0v, but a certain voltage e is generated. e is applied. This is because the integrator circuit operates so that the voltage e is equivalently 0v.
そこで従来は第4図の構成によりステップ入力での特性
を改善していた。第4図の回路は入力電圧Vinと出力電
圧Voutの間の電圧を抵抗R3とRNで分割し、その分割電圧
を積分回路(増幅器U2)へ加えるようにした点である。
その他の構成は第3図と同じである。なお、高速増幅器
U1は等価回路的に表わしており、内部に記載したURは出
力インピーダンスが0Ωの理想増幅器であり、r01は現
実の高速増幅器U1の出力インピーダンスである。Therefore, conventionally, the characteristics of step input have been improved by the configuration of FIG. The circuit of FIG. 4 is that the voltage between the input voltage Vin and the output voltage Vout is divided by the resistors R3 and RN, and the divided voltage is applied to the integrating circuit (amplifier U2).
Other configurations are the same as those in FIG. High-speed amplifier
U1 is represented by an equivalent circuit, UR described inside is an ideal amplifier having an output impedance of 0Ω, and r01 is an actual output impedance of the high-speed amplifier U1.
とすれば、抵抗R3とRNとで分割された電圧V2(第4図参
照)は、第9図のP2点の電位(0v)となる。αは任意の
定数である。 Then, the voltage V2 (see FIG. 4) divided by the resistors R3 and RN becomes the potential (0v) at the point P2 in FIG. α is an arbitrary constant.
動作説明をする。第4図の回路は、ステップ入力が印加
された瞬間は第9図のP2点(第7図に示すP2点と同じ)
が0vとなっている。従って、出力電圧Voutは、第9図に
示すように−Aeである(第7図の−Aeと同じ)。ここま
での動作は第3図と同様である。The operation will be explained. The circuit of FIG. 4 shows the point P2 of FIG. 9 (the same as the point P2 of FIG. 7) at the moment when the step input is applied.
Is 0v. Therefore, the output voltage Vout is -Ae as shown in FIG. 9 (same as -Ae in FIG. 7). The operation up to this point is the same as in FIG.
しかし、その後の動作が異なる。第4図の回路は、積分
回路に加えられる電圧V2が抵抗R3とRNで分割されたもの
であり、しかも抵抗R3とRNが(3),(4)式のように
予め設定されているので、積分回路に加えられる電圧
は、第9図のP2点の電圧である。即ち、積分回路には第
9図のP1点の電圧eが印加されず、ステップ入力が印加
された際のP2点の電圧がそのまま加えられているので、
第8図(3)のようなステップレスポンスの出力電圧波
形が高速増幅器U1から得られる。However, the operation after that is different. In the circuit of FIG. 4, the voltage V2 applied to the integrating circuit is divided by the resistors R3 and RN, and the resistors R3 and RN are preset as shown in equations (3) and (4). The voltage applied to the integrating circuit is the voltage at point P2 in FIG. That is, the voltage e at the point P1 in FIG. 9 is not applied to the integrating circuit, and the voltage at the point P2 when the step input is applied is applied as it is.
A step response output voltage waveform as shown in FIG. 8 (3) is obtained from the high speed amplifier U1.
以上のような従来の第4図回路は、次の課題がある。 The conventional FIG. 4 circuit as described above has the following problems.
上述は、第4図の高速増幅器U1を理想状態、即ち、無負
荷状態で動作させかつ、出力インピーダンスは0Ωと仮
定して説明した。しかし実用の回路では第4図のU1に示
すように通常、高速増幅器U1に負荷RLが接続され、かつ
現実の高速増幅器U1には出力インピーダンスr01(例え
ば約10Ω位)が存在するので、負荷電流iLによって電圧
降下(r01・iL)が発生し、出力電圧Voutは低下する。The above description is based on the assumption that the high speed amplifier U1 shown in FIG. 4 is operated in an ideal state, that is, no load, and the output impedance is 0Ω. However, in a practical circuit, as shown by U1 in FIG. 4, the load RL is usually connected to the high-speed amplifier U1, and the output impedance r01 (for example, about 10Ω) exists in the actual high-speed amplifier U1. i L voltage drop (r01 · i L) is generated, the output voltage Vout is reduced.
このことは高速増幅器U1のゲインAが見掛け上低下した
のと等価である。従って、第4図の回路を実用化する場
合、積分回路に加える電圧V2を定める抵抗値R3とRNは、
予め負荷電流iLによる電圧降下を見込んで値を定める
が、負荷RLが変化したり、あるいは第4図回路の設計段
階では、負荷RLの値が確定されていない場合、その補正
が不可能である。即ち、第4図の積分回路の入力電圧V2
を第9図のP2点に合せることができず、その結果第8図
(2)のような出力波形になる恐れがあった。このよう
に第4図の回路は、高速増幅器U1が理想状態では、DCゲ
インとACゲインを等しくすることができたが、実用化段
階では、DCゲインとACゲインが負荷の影響を受けて等し
くするこができなかった。This is equivalent to the apparent decrease in the gain A of the high speed amplifier U1. Therefore, when the circuit of FIG. 4 is put to practical use, the resistance values R3 and RN that determine the voltage V2 applied to the integrating circuit are
Although the value is determined in advance by anticipating the voltage drop due to the load current i L , if the load RL changes or the value of the load RL is not fixed at the design stage of the circuit in FIG. 4, the correction cannot be performed. is there. That is, the input voltage V2 of the integrating circuit of FIG.
Could not be adjusted to the point P2 in FIG. 9, and as a result, the output waveform as shown in FIG. As described above, in the circuit of FIG. 4, when the high-speed amplifier U1 is in an ideal state, the DC gain and the AC gain can be made equal, but at the stage of practical application, the DC gain and the AC gain are equal due to the influence of the load. I couldn't.
また、第3頁においてオフセットキャンセル回路に用い
る増幅器U2は特別にオフセットの小さいものが用いられ
ると述べたが、一般にオフセットの小さい増幅器は周波
数帯域が狭い。即ち直流に極めて近い領域でのみ利得を
保持する特性となっている。また、高速増幅器U1は第5
頁に記載したようにオープンループゲインAが小さい。
従って第4図の増幅回路は高周波領域まである程度のゲ
インを持つが、低周波領域でのオープンループゲインが
低いと言う問題がある。Although it has been stated on page 3 that the amplifier U2 used in the offset cancel circuit has a particularly small offset, the amplifier with a small offset generally has a narrow frequency band. That is, the characteristic is that the gain is maintained only in the region extremely close to the direct current. The high speed amplifier U1 is the fifth
The open loop gain A is small as described on the page.
Therefore, although the amplifier circuit of FIG. 4 has a certain level of gain up to the high frequency region, there is a problem that the open loop gain in the low frequency region is low.
本発明の第1の目的は、負荷RLが変動したりまたその値
が未定であっても、ステップ入力を正確に増幅できる
(第8図(3)の波形を出力できる)増幅回路を提供す
ることである。A first object of the present invention is to provide an amplifier circuit capable of accurately amplifying a step input (outputting the waveform of FIG. 8 (3)) even if the load RL fluctuates or its value is undetermined. That is.
本発明の第2の目的は、上記目的を達成しつつ、低周波
領域でのオープンループゲインを高くした増幅回路を提
供することである。A second object of the present invention is to provide an amplifier circuit having a high open loop gain in the low frequency region while achieving the above object.
本発明は、上記課題を解決するために 入力部(B)と反転入力端子間に接続された入力抵抗
(R1)と、入出力間に接続された帰還抵抗(R2)と、一
端が前記入力部(B)に接続された抵抗(R3)と積分コ
ンデンサと増幅器(U2)とから構成されその積分出力を
非反転入力端子に加える積分回路と、を備え、出力イン
ピーダンス(r01)とオフセット電圧VOFを持つ増幅器
(U1)と、 この増幅器(U1)の出力端子と負荷(RL)の間に接続さ
れた微小抵抗(r02)と、 この微小抵抗(r02)の両端の電圧を導入し、前記積分
回路の出力がマイナスのオフセット電圧−VOFを維持す
る値の信号を積分回路に加える演算回路と、 を備えるようにしたものである。In order to solve the above problems, the present invention provides an input resistance (R1) connected between an input section (B) and an inverting input terminal, a feedback resistance (R2) connected between input and output, and one end of the input resistance. The output impedance (r01) and the offset voltage V are provided with an integrating circuit which is composed of a resistor (R3) connected to the section (B), an integrating capacitor and an amplifier (U2) and adds the integrated output to the non-inverting input terminal. The amplifier (U1) having OF , the small resistance (r02) connected between the output terminal of this amplifier (U1) and the load (RL), and the voltage across the small resistance (r02) are introduced, The output of the integrator circuit is provided with an arithmetic circuit that adds a signal having a value that maintains the negative offset voltage −V OF to the integrator circuit.
本発明では負荷電流iLの大きさを高速増幅器の出力端子
に設けた微小抵抗で観測している。そしてこの微小抵抗
の両端電圧を導入し積分回路の出力(第8図(4)参
照)がマイナスのオフセット電圧−VOFを維持する値の
信号を演算回路で演算し、これを積分回路に加えるよう
にしているので、負荷が変動してもオフセット電圧VOF
のみキャンセルし、入力電圧に応じて高速増幅器の入力
に発生する電圧eはキャンセルしない。In the present invention, the magnitude of the load current i L is observed by the minute resistance provided at the output terminal of the high speed amplifier. Then, the voltage across the minute resistor is introduced, and the output of the integrating circuit (see FIG. 8 (4)) calculates a signal having a value that maintains the negative offset voltage −V OF, and the signal is added to the integrating circuit. Therefore, even if the load fluctuates, the offset voltage V OF
It cancels only, and does not cancel the voltage e generated at the input of the high speed amplifier according to the input voltage.
従って第8図(3)のような波形を出力できる。Therefore, the waveform as shown in FIG. 8 (3) can be output.
以下、図面を用いて本発明を詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は本発明に係る増幅回路の一実施例を示す図、第
2図は本発明の別の構成例を示す図、第5図は本発明の
動作原理を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an amplifier circuit according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing an operating principle of the present invention.
第1図及び第2図が、第4図と異なる点は、高速増幅器
U1の出力端子と負荷RLの間に微小抵抗r02を設けたこと
と、この微小抵抗r02の両端の電圧を導入し、積分回路
の出力がマイナスのオフセット電圧−VOFを維持する値
の信号SAを出力する演算回路1を設けたことである。そ
のほかの構成は、第4図と同様であるため、第4図と異
なる点の構成のみ詳しく説明する。1 and 2 is different from FIG. 4 in that a high speed amplifier is used.
A small resistor r02 is provided between the output terminal of U1 and the load RL, and the voltage SA across the small resistor r02 is introduced so that the output of the integrating circuit maintains a negative offset voltage −V OF. That is, the arithmetic circuit 1 for outputting is output. Since other configurations are similar to those in FIG. 4, only configurations different from those in FIG. 4 will be described in detail.
演算回路1は、微小抵抗r02の両端の電圧を導入し、積
分回路を構成する増幅器U2の反転入力端子に次のような
信号SAを出力するものである。The arithmetic circuit 1 introduces the voltage across the micro resistor r02 and outputs the following signal SA to the inverting input terminal of the amplifier U2 that constitutes the integrating circuit.
この信号SAを説明する。積分回路(増幅器U2)は、抵抗
R3を介して加えられる電流i inと、演算回路1から加え
られる信号SA(ここでは電流if)の代数和の電流を積分
する。ここで電流i inは入力電圧Vinが入力部Bへ印加
されたことにより抵抗R3に流れる電流であり、電流i
fは、入力電圧Vinが印加されたことにより微小抵抗r02
の両端に発生する電圧をもとにして演算回路1から出力
される電流である。This signal SA will be described. Integrator circuit (amplifier U2) is a resistor
The current i in applied via R3 and the current of the algebraic sum of the signal SA (current i f here) applied from the arithmetic circuit 1 are integrated. Here, the current i in is the current flowing through the resistor R3 when the input voltage Vin is applied to the input section B.
f is a small resistance r02 due to the input voltage Vin being applied.
Is a current output from the arithmetic circuit 1 based on the voltage generated at both ends of the.
本発明の構成要素である演算回路1,2は、if=−i in
の関係の電流を出力するものである。積分回路の出力
は、入力電圧Vin=0vの場合、上述したように電圧(−V
OF)を出力し、高速増幅器U1のオフセット電圧VOFをキ
ャンセルしている。このような状態で入力電圧Vinが印
加されても、これにより積分回路に流入する電流i inと
ifの代数和が0であるから、積分回路の出力は、(−V
OF)を維持する(第8図の(4)参照)。The arithmetic circuits 1 and 2 which are the constituent elements of the present invention have an if ==-i in
The current is output in the relationship of. When the input voltage Vin = 0v, the output of the integrating circuit is the voltage (−V
OF ) to cancel the offset voltage V OF of the high speed amplifier U1. Even if the input voltage Vin is applied in this state, the current i in
Since the algebraic sum of i f is 0, the output of the integrating circuit is (−V
OF ) is maintained (see (4) in FIG. 8).
このようなif=−i in の関係の信号(if)を出力する
ことができる演算回路であれば、どのような構成でも良
いが、本願では、第1図と第2図にその具体例を示し
た。Any configuration may be used as long as it is an arithmetic circuit capable of outputting a signal (i f ) having such a relation of if == − i in. However, in the present application, a specific example thereof is shown in FIGS. 1 and 2. An example was given.
第1図の演算回路1は、微小抵抗r02の両端の電位を抵
抗R6とR7を介して反転・非反転入力端子に導入した増幅
器U3を備えている。更にこの増幅器U3は入出力間に帰還
抵抗R5を備え、抵抗R4を介してその出力信号を積分回路
の増幅器U2の反転入力端子に加えている。The arithmetic circuit 1 shown in FIG. 1 includes an amplifier U3 in which the potential across the minute resistor r02 is introduced to the inverting / non-inverting input terminals via resistors R6 and R7. Further, this amplifier U3 is provided with a feedback resistor R5 between its input and output, and its output signal is applied to the inverting input terminal of the amplifier U2 of the integrating circuit via the resistor R4.
第2図の演算回路2は、微小抵抗r02の高速増幅器U1側
の電位を抵抗R14で取出し、これを積分回路の増幅器U2
の反転入力端子に加えるとともに、微小抵抗r02の負荷R
L側の電位を抵抗R17にて増幅器U3の反転入力端子に導
き、帰還抵抗R16を持つ増幅器U3で増幅し、出力抵抗R15
を介してその出力を積分回路の増幅器U2の反転入力端子
に加えている。In the arithmetic circuit 2 of FIG. 2, the potential of the small resistor r02 on the high speed amplifier U1 side is taken out by the resistor R14 and this is taken out by the amplifier U2 of the integrating circuit.
In addition to the inverting input terminal of
The L side potential is led to the inverting input terminal of the amplifier U3 by the resistor R17, amplified by the amplifier U3 having the feedback resistor R16, and the output resistor R15.
The output is added to the inverting input terminal of the amplifier U2 of the integrating circuit via.
上述は演算回路1,2から出力される信号SAを電流で説明
したが、電圧で説明したのが第5図である。この第5図
を参照しながら、第1図の増幅回路の動作を説明する。Although the signal SA output from the arithmetic circuits 1 and 2 has been described as a current in the above description, FIG. 5 illustrates it as a voltage. The operation of the amplifier circuit of FIG. 1 will be described with reference to FIG.
上述したように現実の高速増幅器U1は出力インピーダン
スが0Ωの理想増幅器URと、その出力端に接続された出
力インピーダンスr01に分けて描くことができる。As described above, the actual high-speed amplifier U1 can be drawn by dividing it into the ideal amplifier UR having an output impedance of 0Ω and the output impedance r01 connected to its output end.
第1図の演算回路1を構成する増幅器U3と抵抗R5,R6
は、理想増幅器URの出力電圧VRを発生させる機能を持つ
(即ち、増幅器U3の出力V3=VR)。その理由を説明す
る。抵抗R3,R4,R5,R6は次のように予め設定している。Amplifier U3 and resistors R5 and R6 that form the arithmetic circuit 1 of FIG.
Has a function of generating the output voltage VR of the ideal amplifier UR (that is, the output V3 of the amplifier U3 = VR). The reason will be explained. The resistors R3, R4, R5, R6 are preset as follows.
R3=α{R1+R2/(A+1)} R4=α・R2・A/(A+1) R5=β・r01 (5) R6=β・r02 (6) β:任意の定数 理想増幅器URの出力電圧VRは(7)式で表わすことがで
きる。R3 = α {R1 + R2 / (A + 1)} R4 = α ・ R2 ・ A / (A + 1) R5 = β ・ r01 (5) R6 = β ・ r02 (6) β: arbitrary constant The output voltage VR of the ideal amplifier UR is It can be expressed by equation (7).
VR=Vout+{(V4−Vout)/r02}(r01+r02) …
(7) VoutとV4は第1図中に示す点の電圧である。VR = Vout + {(V4-Vout) / r02} (r01 + r02) ...
(7) Vout and V4 are the voltages at the points shown in FIG.
なお、第1図に示す抵抗R2に流れる電流iDと高速増幅器
U1から出力される電流iLとは、(r01+r02+RL)《R2で
あるからiD《iLの関係がある。したがって抵抗r02に流
れる電流はiLとして説明する。The current i D flowing through the resistor R2 shown in FIG.
Since the current i L output from U1 is (r01 + r02 + RL) << R2, there is a relationship of i D << i L. Therefore, the current flowing through the resistor r02 will be described as i L.
抵抗r02を流れる電流iLのうちiL/βだけ抵抗R6側に流
れ込むように抵抗R6,R5の値を設定することができる。
従って、増幅器U3の出力電圧V3は(8)式で表わすこと
ができる。The values of the resistors R6 and R5 can be set so that only i L / β of the current i L flowing through the resistor r02 flows into the resistor R6 side.
Therefore, the output voltage V3 of the amplifier U3 can be expressed by equation (8).
V3=Vout+(R5+R6)・(iL/β) (8) (5),(6)式、及びiL=(V4−Vout)/r02の関係
を(8)式に代入すると V3=VR となる。V3 = Vout + (R5 + R6) ・ (i L / β) (8) Equations (5) and (6), and i L = (V4-Vout) / r02 are substituted into equation (8), V3 = VR Become.
第4図(従来例)の抵抗RNに加えられる高速増幅器U1か
らの電圧Voutは、r01・iLの影響を受けるため、第9図
のP2点の電位を維持して増幅器U2の反転入力端子に加え
ることができなかった。Since the voltage Vout from the high-speed amplifier U1 applied to the resistor RN in FIG. 4 (conventional example) is affected by r01.i L , the potential at the point P2 in FIG. 9 is maintained and the inverting input terminal of the amplifier U2 is maintained. Could not be added to.
一方、本発明に係る第1図の回路によれば、抵抗R4に加
える電圧V3は、高速増幅器U1の出力インピーダンスr01
の影響を受けない電圧VR(理想増幅器URの出力電圧)と
等しい電圧に自動的に演算される。従って、本発明によ
れば、負荷がどのように変化しても、自動的に積分回路
の増幅器U2の反転入力端子を第5図のP2点(第9図のP2
点と同じ)の電圧に保つことができる。その結果、第8
図(3)のような波形を出力することができる。On the other hand, according to the circuit of FIG. 1 according to the present invention, the voltage V3 applied to the resistor R4 is the output impedance r01 of the high speed amplifier U1.
Is automatically calculated to a voltage equal to the voltage VR (output voltage of the ideal amplifier UR) that is not affected by. Therefore, according to the present invention, no matter how the load changes, the inverting input terminal of the amplifier U2 of the integrating circuit is automatically connected to point P2 of FIG. 5 (P2 of FIG. 9).
Can be kept at the same voltage). As a result, the 8th
It is possible to output a waveform as shown in FIG.
第2図の演算回路2によっても、第1図回路と同様な効
果を得ることができる。The arithmetic circuit 2 of FIG. 2 can also achieve the same effect as the circuit of FIG.
上述した第1図回路では、VR=V3であるから、(7)式
より、(9)式が成立つ。In the circuit of FIG. 1 described above, since VR = V3, the equation (9) is established from the equation (7).
V3=Vout+{(V4−Vout)/r02}(r01+r02)=V4
(r01+r02)/r02−Vout・r01/r02 …(9) そして、第1図回路では、if=V3/R4の電流を積分回路
の増幅器U2へ加えていた。V3 = Vout + {(V4-Vout) / r02} (r01 + r02) = V4
(R01 + r02) /r02-Vout.r01/r02 (9) Then, in the circuit of FIG. 1, the current of if = V3 / R4 was applied to the amplifier U2 of the integrating circuit.
第2図の演算回路2でも、この第1図演算回路1と同じ
電流ifを積分回路の増幅器U2へ加えることができる。Also in the arithmetic circuit 2 of FIG. 2, the same current if as in the arithmetic circuit 1 of FIG. 1 can be applied to the amplifier U2 of the integrating circuit.
即ち、第2図では、各抵抗が次のように設定されてい
る。That is, in FIG. 2, each resistance is set as follows.
従って、増幅器U3の出力電圧VAは(11)式で表わされ
る。 Therefore, the output voltage VA of the amplifier U3 is expressed by equation (11).
VA=−Vout・r01/r02 (11) これは、(9)式の右辺の第2項の値である。この電圧
VAは、第1図回路の抵抗R4と同じ値の抵抗R15を介して
増幅器U2へ加えられる。VA = −Vout · r01 / r02 (11) This is the value of the second term on the right side of the equation (9). This voltage
VA is applied to amplifier U2 through resistor R15, which has the same value as resistor R4 in the circuit of FIG.
第1図回路において、(9)式の右辺の第1項の電圧に
基づいて増幅器U2へ加えられる電流i1は i1={V4(r01+r02)/r02}/R4 …(12) である。従って、第2図の演算回路2において、抵抗R1
4を(10)式の値にすれば、このR14を流れる電流値は
(12)式の電流値である。In the circuit of FIG. 1, the current i 1 applied to the amplifier U2 based on the voltage of the first term on the right side of the equation (9) is i 1 = {V4 (r01 + r02) / r02} / R4 (12). Therefore, in the arithmetic circuit 2 of FIG.
If 4 is set to the value of equation (10), the current value flowing through this R14 is the current value of equation (12).
このように第2図の回路においても第1図と同様な動作
を行なうことができる。Thus, the circuit shown in FIG. 2 can perform the same operation as that shown in FIG.
第10図は、本発明の第2の目的を果たす増幅回路を示す
図である。第10図と第4図が異なる点は点線で囲んだ構
成を新たに追加したことである。この点線の部分の作用
は、高速増幅器U1に対するオフセット電圧キャンセル用
の積分増幅器U2の作用と同じである。即ち、オフセット
電圧キャンセル用増幅器U2自身が持つオフセット電圧VO
F2を新たに設けた点線の部分の回路で更にキャンセルす
るようにしたものである。FIG. 10 is a diagram showing an amplifier circuit that achieves the second object of the present invention. The difference between FIG. 10 and FIG. 4 is that the structure surrounded by a dotted line is newly added. The operation of the part indicated by the dotted line is the same as the operation of the integrating amplifier U2 for canceling the offset voltage with respect to the high speed amplifier U1. That is, the offset voltage VO of the offset voltage canceling amplifier U2 itself
F2 is further canceled by the circuit in the newly provided dotted line.
第4図に対して新たに追加した点線で囲った部分の構成
を説明する。出力端子と反転入力端子の間に積分コンデ
ンサC2を設け、非反転入力端子を共通電位に接続した増
幅器U4を備える。そして抵抗R3とRNの接続点の電位を抵
抗R21を介して反転入力端子に導入し増幅器U4の出力電
圧は抵抗R22を介して増幅器U2の非反転入力端子に加え
ている。点線で囲った部分の基本的動作は第3図と同じ
であり、増幅器U2のDCオフセット電圧VOF2を反転積分し
て、この電圧を増幅器U2の非反転入力端子に加えてい
る。従ってオフセット電圧VOF2は打消される。The configuration of a portion surrounded by a dotted line newly added to FIG. 4 will be described. An integrating capacitor C2 is provided between the output terminal and the inverting input terminal, and an amplifier U4 having a non-inverting input terminal connected to a common potential is provided. The potential at the connection point between the resistors R3 and RN is introduced into the inverting input terminal via the resistor R21, and the output voltage of the amplifier U4 is applied to the non-inverting input terminal of the amplifier U2 via the resistor R22. The basic operation of the part surrounded by the dotted line is the same as in FIG. 3, and the DC offset voltage VOF2 of the amplifier U2 is inverted and integrated, and this voltage is applied to the non-inverting input terminal of the amplifier U2. Therefore, the offset voltage VOF2 is canceled.
第10図の動作を第11図を参照して説明する。高速増幅器
U1は、オープンループゲインは小さいがこれを高い周波
数領域まで維持した第11図(A)に示すような周波数−
ゲイン特性を持っている。The operation of FIG. 10 will be described with reference to FIG. High speed amplifier
U1 has a small open-loop gain, but the frequency as shown in FIG.
Has gain characteristics.
一方、第11図(B)の特性はオフセット電圧を特別小さ
く設計した低オフセット増幅器の周波数特性であり、第
11図(C)の特性は汎用増幅器の周波数特性である。On the other hand, the characteristic of FIG. 11 (B) is the frequency characteristic of the low offset amplifier designed to have a small offset voltage.
The characteristic shown in FIG. 11C is the frequency characteristic of a general-purpose amplifier.
汎用増幅器と、低オフセット増幅器と、高速増幅器を比
較する。Compare general-purpose amplifiers, low-offset amplifiers, and high-speed amplifiers.
周波数−ゲイン特性について比較すると、最も高い周波
数領域までゲインを保持しているのが高速増幅器であ
り、その次が汎用増幅器であり、最後が低オフセット増
幅器である。但し、高速増幅器は低周波領域でもそのゲ
インが小さく問題である。Comparing the frequency-gain characteristics, the high-speed amplifier holds the gain up to the highest frequency region, the general-purpose amplifier is next, and the low-offset amplifier is the last. However, the high-speed amplifier has a problem that its gain is small even in a low frequency region.
オフセット電圧について比較すると、最も小さいのが低
オフセット増幅器、次が汎用増幅器、最もオフセット電
圧が大きいのが高速増幅器である。Comparing the offset voltages, the smallest is the low-offset amplifier, the second is the general-purpose amplifier, and the largest is the high-speed amplifier.
第4図の回路のように2つの増幅器を組み合わせた複合
増幅回路においては、2つの増幅器の合成の周波数−ゲ
イン特性となる。従って第4図において増幅器U2に低オ
フセット増幅器を用いると直流に近い領域では(B)の
周波数−ゲイン特性を持ち、周波数f1を越えると(A)
の周波数−ゲイン特性となる。この組み合わせは低周波
領域においてゲインが小さく増幅回路として問題であ
る。In a composite amplifier circuit in which two amplifiers are combined like the circuit of FIG. 4, the combined frequency-gain characteristic of the two amplifiers is obtained. Therefore, when a low offset amplifier is used for the amplifier U2 in FIG. 4, it has the frequency-gain characteristic of (B) in the region near DC, and exceeds the frequency f1 (A).
The frequency-gain characteristics of This combination has a small gain in the low frequency region and is problematic as an amplifier circuit.
そこで本発明では増幅器U2として汎用増幅器を用いる。
従って汎用増幅器U2と高速増幅器U1を組合わせると低周
波領域では第11図(C)の周波数−ゲイン特性をもち、
周波数f2を越えると(A)の周波数−ゲイン特性とな
る。この組合わせによれば低周波領域において汎用増幅
器U2の作用により高いゲインを確保できる。Therefore, in the present invention, a general-purpose amplifier is used as the amplifier U2.
Therefore, the combination of the general-purpose amplifier U2 and the high-speed amplifier U1 has the frequency-gain characteristic of FIG. 11C in the low frequency region,
When the frequency f2 is exceeded, the frequency-gain characteristic of (A) is obtained. According to this combination, a high gain can be secured by the action of the general-purpose amplifier U2 in the low frequency region.
しかし、このままでは汎用増幅器U2が保有するオフセッ
ト電圧VOF2により高速増幅器U1のオフセットをキャンセ
ルすると言う目的を達成できない。However, as it is, the purpose of canceling the offset of the high speed amplifier U1 by the offset voltage VOF2 held by the general purpose amplifier U2 cannot be achieved.
そこで本発明では第10図の如く汎用増幅器U2のオフセッ
ト電圧VOF2をキャンセルする増幅器U4を新たに設け、こ
の増幅器U4に低オフセット増幅器を用いるようにしたも
のである。その結果、第10図の増幅回路によれば、増幅
器U4の作用によりオフセット電圧はキャンセルされ、ま
た周波数−ゲイン特性は第11図の(D)となる。Therefore, in the present invention, an amplifier U4 for canceling the offset voltage VOF2 of the general-purpose amplifier U2 is newly provided as shown in FIG. 10, and a low offset amplifier is used for this amplifier U4. As a result, according to the amplifier circuit of FIG. 10, the offset voltage is canceled by the action of the amplifier U4, and the frequency-gain characteristic is as shown in (D) of FIG.
なお、第10図の高速増幅器U1の出力端子に第1図及び第
2図に示す微小抵抗r02を設け、第10図の抵抗RNの部分
を第1図及び第2図のように構成することができるのは
明らかである。In addition, the minute resistor r02 shown in FIGS. 1 and 2 is provided at the output terminal of the high speed amplifier U1 shown in FIG. 10, and the portion of the resistor RN shown in FIG. 10 is configured as shown in FIGS. It is obvious that
以上述べたように本発明によれば、DCゲインとACゲイン
を負荷RLに影響されず等しくすることができる。即ち、
負荷RLが変動したりまたその値が未定であっても、ステ
ップ入力を正確に増幅できる(第8図(3)の波形を出
力できる)。As described above, according to the present invention, the DC gain and the AC gain can be equalized without being influenced by the load RL. That is,
Even if the load RL fluctuates or its value is undecided, the step input can be accurately amplified (the waveform of FIG. 8 (3) can be output).
第1図と第2図は本発明に係る増幅回路の構成例を示す
図、第3図と第4図は従来例を示す図、第5図は本発明
の電位関係を示す図、第6図と第7図と第9図は従来例
の電位関係を示す図、第8図は各部のタイムチャート、
第10図は本発明の別の構成例を示す図、第11図は周波数
−ゲイン特性を示す図である。 1,2……演算回路、U1,U2,U3,U4……増幅器、r01……出
力インピーダンス、r02……微小抵抗、R1〜R17……抵
抗、RL……負荷、C……積分コンデンサ。1 and 2 are diagrams showing a configuration example of an amplifier circuit according to the present invention, FIGS. 3 and 4 are diagrams showing a conventional example, FIG. 5 is a diagram showing a potential relationship of the present invention, and FIG. FIG. 7, FIG. 7 and FIG. 9 are diagrams showing the potential relationship of the conventional example, FIG. 8 is a time chart of each part,
FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of the present invention, and FIG. 11 is a diagram showing frequency-gain characteristics. 1,2 ... Arithmetic circuit, U1, U2, U3, U4 ... Amplifier, r01 ... Output impedance, r02 ... Small resistance, R1 to R17 ... Resistance, RL ... Load, C ... Integration capacitor.
Claims (1)
た入力抵抗(R1)と、入出力間に接続された帰還抵抗
(R2)と、一端が前記入力部(B)に接続された抵抗
(R3)と積分コンデンサと増幅器(U2)とから構成され
その積分出力を非反転入力端子に加える積分回路と、を
備え、出力インピーダンス(r01)とオフセット電圧VOF
を持つ増幅器(U1)と、 この増幅器(U1)の出力端子と負荷(RL)の間に接続さ
れた微小抵抗(r02)と、 この微小抵抗(r02)の両端の電圧を導入し、前記積分
回路の出力がマイナスのオフセット電圧−VOFを維持す
る値の信号を積分回路に加える演算回路と、 を備えたことを特徴とする増幅回路。1. An input resistance (R1) connected between an input section (B) and an inverting input terminal, a feedback resistance (R2) connected between input and output, and one end connected to the input section (B). A resistor (R3), an integrating capacitor, and an amplifier (U2) that add the integrated output to the non-inverting input terminal. The output impedance (r01) and the offset voltage V OF
(U1) with a small resistance (r02) connected between the output terminal of this amplifier (U1) and the load (RL), and the voltage across both ends of this small resistance (r02) is introduced, and the integration An amplifier circuit comprising: an arithmetic circuit that adds a signal whose output maintains a negative offset voltage −V OF to an integrator circuit.
Priority Applications (1)
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| JP1108500A JPH07109966B2 (en) | 1988-04-28 | 1989-04-27 | Amplifier circuit |
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Cited By (1)
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1989
- 1989-04-27 JP JP1108500A patent/JPH07109966B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2002504280A (en) * | 1997-06-10 | 2002-02-05 | シーラス ロジック,インコーポレイテッド | High-order multipath operational amplifier with dynamic offset reduction for enhanced conditional stability, controlled saturation current limit, and current feedback |
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|---|---|
| JPH0229011A (en) | 1990-01-31 |
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