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技術情報:計測講座

I/Vアンプ(電流/電圧変換増幅器)

エヌエフのI/Vアンプの特長

微小な電流信号検出に役立つ、エヌエフのI/Vアンプの特長をご紹介します。

 

   

 

 入力に大きな容量が付いても安定動作

入力の容量と安定動作の関係について、オペアンプに抵抗でフィードバックをかけた構成のI/Vアンプで説明します(図4)。このI/Vアンプの入力部の等価回路を図4に示します。

 

図4 : オペアンプを用いたフィードバック型アンプ

 

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オペアンプオープンループ利得
周波数特性

img07
入力部等価回路

 

オペアンプのDCでのオープンループ利得をAv、ユニティゲイン周波数をfとすると入力等価回路の定数は下記になります。

 

Lz=Rf/(2・π・fт) (H)   
Rz=Rf/(1+Av) (Ω)   
RDMP=1/(2・π・fт・Cf) (Ω)  Cfはダンピング抵抗と等価

 

ここで、センサの出力容量や、信号源からI/Vアンプの入力までのケーブルの容量など、入力につく容量Csを等価回路に加えます。Csを加えた等価回路は図5のような並列共振回路となり、不安定になる可能性があります。

 

図5 :入力にCsが付加された時の入力部等価回路(並列共振)
img08

 

図5の入力部等価回路で、ダンピング抵抗として働くRDMPは、Cfに依存するので,安定性を得るためには、Csに応じたCfが必要になります。図6はCsが10pFの時に周波数特性が最適になるようなCfを付けたときの、利得の周波数特性です。帰還抵抗と信号源抵抗はそれぞれ1GΩとしています。Csが100pFになると高域遮断周波数付近で少し利得があがり、Csが1000pFになると大きなピークが生じていることがわかります。

 

図6 : Cs付加時の周波数特性例(Rs=Rf=1GΩ Cs=10pF時に最適調整)
img09

 

 

前の節での説明で、高域遮断周波数を高くするためには、Cfを小さくする必要があることがわかりましたが,入力に容量Csがつく場合、安定性を得るためにCfを大きくする必要があります。これにより、安定性と高域遮断周波数のトレードオフが生じます。

エヌエフのSA-600/CA-550/CA-650シリーズは回路の工夫により、入力にCsがついたとしても共振しない構成です。この構成により,Cfを付けることなくCsによる不安定性を避けることができ、広帯域かつ安定動作を実現しております。図7にSA-606F2の利得の周波数特性を示します。Csが10pF、100pF、1000pFのときそれぞれに対して、安定した周波数特性であることがわかります。

なお、Csに相当するケーブルやフォトダイオードの一般的な容量値を表4に示します。

 

図7 : SA-606F2の利得周波数特性

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表4 :ケーブルやフォトダイオードの容量値

 

並列容量

50Ω BNCケーブル

約100pF/m

75Ω BNCケーブル

約67pF/m

フォトダイオード(小型)

数pF~100pF程度

フォトダイオード(大型)

100pF~1000pF程度

 

 

 

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