(57)【要約】【課題】センサ等の微少な検出信号も高精度に増幅できる差動増幅回路を提供する。【解決手段】差動入力信号を増幅する前段の差動増幅回路を構成する第１、第２のオペアンプと、前段の差動増幅回路の増幅率を決定する第１、第２、第３の抵抗と、前段の差動増幅回路から出力された差動信号を更に増幅する後段第３のオペアンプと、後段の差動増幅回路の増幅率を決定する第４、第５、第６、第７の抵抗と、差動増幅回路全体の基準電圧を決定するリファレンス電圧源から成る差動増幅回路において、第１のオペアンプの出力（７）とリファレンス電圧（３）との間に補正手段（１１０）を備えたことを特徴とする高精度差動増幅回路。【選択図】    図１
2004241912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動入力信号を増幅する前段の差動増幅回路を構成する第１、第２のオペアンプと、前段の差動増幅回路の増幅率を決定する第１、第２、第３の抵抗と、前段の差動増幅回路から出力された差動信号を更に増幅する後段の差動増幅回路を構成する第３のオペアンプと、後段の差動増幅回路の増幅率を決定する第４、第５、第６、第７の抵抗と、差動増幅回路全体の基準電圧を決定するリファレンス電圧源から成る差動増幅回路において、
第１のオペアンプの出力（７）とリファレンス電圧（３）との間に補正手段（１１０）を備えたことを特徴とする高精度差動増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計測用に広く用いられている差動増幅回路（インスツルメンテーションアンプ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の差動増幅回路について、図を用いて説明する。
図３は従来の差動増幅回路を示す回路図である。図３において、１、２は差動入力信号であり、リファレンス電圧３を基準に互いに反転した微少信号が入力されている。４、５はオペアンプで、前記差動入力信号１、２を受け、抵抗１０１、１０２、１０３の各値により決定される増幅率で差動出力信号７、８を出力する。６はオペアンプで、前記差動出力信号７、８を受け、抵抗１０４、１０５、１０６、１０７の各値により決定される増幅率で出力信号９を出力する。前記差動入力信号１、２と前記出力信号９の関係は、Ｒ１＝Ｒ３、Ｒ４＝Ｒ６、Ｒ５＝Ｒ７であれば一般に次式で表される。
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ５／Ｒ４）（１＋２Ｒ１／Ｒ２）（Ｖ１−Ｖ２）＋Ｖｒｅｆ                ・・・（１）
１０８、１０９はリファレンス抵抗で、抵抗比により前記リファレンス電圧３の電圧値が決定される。１０はリファレンス電流で、電源から前記リファレンス電圧３へ流れる電流である。１１はリファレンス電流で、前記リファレンス電圧３からグランドへ流れる電流である。１２は差動出力電流で、前記差動出力信号８と前記リファレンス電圧３の電位差により生じる電流であり、前記差動出力信号８を直流分と交流分に分けて表すとＶｏ２＝Ｖｒｅｆ＋Ｖａｃとなり、前記差動出力電流１２は次式で表される。
Ｉ＝（Ｖｏ２−Ｖｒｅｆ）／（Ｒ６＋Ｒ７）＝Ｖａｃ／（Ｒ６＋Ｒ７）                  ・・・（２）
また、前記差動出力電流１２が前記リファレンス電圧３へ流れ込むことを考慮すると、キルヒホッフの第１法則より次式が成り立つ。
Ｉ＋Ｉ１＝Ｉ２                                                                                      ・・・（３）
上式に回路定数を代入し、Ｖｒｅｆについて整理すると次式のようになる。
Ｖａｃ／（Ｒ６＋Ｒ７）＋（Ｖｄｄ−Ｖｒｅｆ）／Ｒ８＝Ｖｒｅｆ／Ｒ９
Ｖａｃ／（Ｒ６＋Ｒ７）＋Ｖｄｄ／Ｒ８＝Ｖｒｅｆ／Ｒ８＋Ｖｒｅｆ／Ｒ９
Ｖａｃ／（Ｒ６＋Ｒ７）＋Ｖｄｄ／Ｒ８＝Ｖｒｅｆ＊（Ｒ８＋Ｒ９）／（Ｒ８＊Ｒ９）
Ｖｒｅｆ＝Ｖｄｄ＊Ｒ９／（Ｒ８＋Ｒ９）＋Ｖａｃ＊Ｒ８＊Ｒ９／（（Ｒ６＋Ｒ７）（Ｒ８＋Ｒ９））    ・・・（４）
（４）式の右辺第１項Ｖｄｄ＊Ｒ９／（Ｒ８＋Ｒ９）は定数で、ＶｄｄをＲ８：Ｒ９に分圧した値である。（４）式右辺第２項Ｖａｃ＊Ｒ８＊Ｒ９／（（Ｒ６＋Ｒ７）（Ｒ８＋Ｒ９））はＶａｃが変数で、前記差動電流１２により生じた項であり、前記リファレンス電圧３の不安定要因となっている。
図４は従来の差動増幅回路の動作波形図である。図４に示すとおり、前記リファレンス電圧３は、前記差動出力電流１２により不安定な動作波形となる。また、前記出力信号９の動作波形は、前記リファレンス電圧３の変動分だけ加算された波形となり、点線で示された前記出力信号９の期待値に比べ、誤差を生じている。
一般的な差動増幅回路としては、例えば特許文献１がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開９−１４８９３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来の差動増幅回路は、リファレンス電圧源へ差動出力電流が流れる事により、リファレンス電圧が不安定になり、誤差を生じるという問題があった。
そこで、本発明は簡単な補正回路を付加し、リファレンス電圧源へ流れる差動出力電流を補正電流により相殺する事で、リファレンス電圧を安定化させ、センサ等の微少な検出信号も高精度に増幅できる差動増幅回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は差動入力信号を増幅する前段の差動増幅回路を構成する第１、第２のオペアンプと、前段の差動増幅回路の増幅率を決定する第１、第２、第３の抵抗と、前段の差動増幅回路から出力された差動信号を更に増幅する後段の差動増幅回路を構成する第３のオペアンプと、後段の差動増幅回路の増幅率を決定する第４、第５、第６、第７の抵抗と、差動増幅回路全体の基準電圧を決定するリファレンス電圧源から成る差動増幅回路において、
第１のオペアンプの出力（７）とリファレンス電圧（３）との間に補正手段（１１０）を備えたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の差動増幅回路の実施例を示す回路図である。図１において、１、２は差動入力信号であり、リファレンス電圧３を基準に互いに反転した微少信号が入力されている。４、５はオペアンプで、前記差動入力信号１、２を受け、抵抗１０１、１０２、１０３の各値により決定される増幅率で差動出力信号７、８を出力する。６はオペアンプで、前記差動出力信号７、８を受け、抵抗１０４、１０５、１０６、１０７の各値により決定される増幅率で出力信号９を出力する。前記差動入力信号１、２と前記出力信号９の関係は、Ｒ１＝Ｒ３、Ｒ４＝Ｒ６、Ｒ５＝Ｒ７であれば一般に次式で表される。
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ５／Ｒ４）（１＋２Ｒ１／Ｒ２）（Ｖ１−Ｖ２）＋Ｖｒｅｆ              ・・・（５）
【０００７】
１０８、１０９はリファレンス抵抗で、抵抗比により前記リファレンス電圧３の電圧値が決定される。１０はリファレンス電流で、電源から前記リファレンス電圧３へ流れる電流である。１１はリファレンス電流で、前記リファレンス電圧３からグランドへ流れる電流である。１２は差動出力電流で、前記差動出力信号８と前記リファレンス電圧３の電位差により生じる電流であり、前記差動出力信号８を直流分と交流分に分けて表すとＶｏ２＝Ｖｒｅｆ＋Ｖａｃとなり、前記差動出力電流１２は次式で表される。
Ｉ＝（Ｖｏ２−Ｖｒｅｆ）／（Ｒ６＋Ｒ７）＝Ｖａｃ／（Ｒ６＋Ｒ７）                ・・・（６）
【０００８】
１３は補正回路で、前記差動出力信号７と前記リファレンス電圧３との間に補正抵抗１１０が接続され構成されており、前記補正抵抗１１０はＲ１０＝Ｒ６＋Ｒ７の関係が成り立つように抵抗値が決められている。１４は補正電流で、前記補正回路１３を流れており、前記差動出力信号７を直流分と交流分に分けて表すとＶｏ１＝Ｖｒｅｆ−Ｖａｃとなり、前記補正電流１４は次式で表される。
（Ｖｏ１−Ｖｒｅｆ）／Ｒ１０＝−Ｖａｃ／Ｒ１０                                                ・・・（７）
ここで、Ｒ１０＝Ｒ６＋Ｒ７より前記補正電流１２は−Ｖａｃ／Ｒ１０＝−  Ｖａｃ／（Ｒ６＋Ｒ７）＝−Ｉとなる。
よって、前記差動出力電流１２は前記補正電流１４により相殺される仕組みとなっている。
【０００９】
図２は本発明の差動増幅回路の動作波形図である。図２に示すとおり、前記差動出力電流１２と前記補正回路１３が互いに打ち消し合い、前記リファレンス電圧３に流れ込む電流が０となる事で、前記リファレンス電圧３は常に一定値となり、安定した動作波形となっている。また、前記出力信号９は誤差の無い動作波形となっている。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の差動増幅回路によれば、簡単な補正回路を付加することによって、誤差の原因となっていた差動出力電流を補正電流により相殺し、リファレンス電圧を安定化させ、センサ等の微少な検出信号も高精度に増幅できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の差動増幅回路の実施例を示す回路図
【図２】本発明の差動増幅回路の動作波形図
【図３】従来の差動増幅回路を示す回路図
【図４】従来の差動増幅回路の動作波形図
【符号の説明】
１、２  差動入力信号
３  リファレンス電圧
４、５、６  オペアンプ
７、８  差動出力信号
９  出力信号
１０、１１  リファレンス電流
１２  差動出力電流
１３  補正回路
１４  補正電流
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７  抵抗
１０８、１０９  リファレンス抵抗
１１０  補正抵抗
【図１】
2004241912.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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