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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。

 

   

 

 他社を凌ぐ周波数特性を実現

電流を電圧に変換するI/Vアンプの構成は、オペアンプに抵抗でフィードバックをかける方式が一般的です。

図1
に基本回路を示します。この回路の利得は帰還抵抗Rfで決まります。また、高域遮断周波数は、帰還容量CfとRfで決まります。
CfとRfによって決まるので、利得帯域幅積の大きなオペアンプを使っても、I/Vアンプの高域遮断周波数を高くすることはできません。

 

図1 :フィードバック方式を用いたI/Vアンプ

img01

 

 

帯域を伸ばすためにCfの容量を減らしていっても、一般的な部品/回路の寄生容量によってCfを0.1pFより小さくすることは困難です。帰還抵抗Rfが10GΩで、寄生容量による帰還容量が0.1pFあると、高域遮断周波数は160Hzにしかなりません。0.1pFの帰還容量に対する高域遮断周波数を、表1に示します。

表1 :帰還容量による高域遮断周波数限界

帰還抵抗 Rf(Ω)

帰還容量 Cf(F)

高域遮断周波数(Hz)

10M

0.1p

160k

100M

16k

1G

1.6k

10G

160

 

 

エヌエフのSA-600/CA-550/CA-650シリーズは回路構成と部品実装の工夫、調整により、寄生容量による帰還容量を等価的に0.1pFより小さくし、高い高域遮断周波数を実現しました。表2にエヌエフのSA-600/CA-550/CA-650シリーズの高域遮断周波数と帰還抵抗(利得)、等価帰還容量を示します。

表2 :エヌエフのSA-600/CA-550/CA-650シリーズの高域遮断周波数、帰還抵抗、等価帰還容量

型名

高域遮断周波数
fc(Hz)

帰還抵抗
Rf(Ω)

等価帰還容量
Cf(F)

SA-604F2/CA-554F2/CA-654F2

500k

10M

32f

SA-605F2/CA-555F2/CA-655F2

250k

100M

6.4f

SA-606F2/CA-556F2/CA-656F2

100k

1G

1.6f

SA-607F2/CA-557F2/CA-657F2

20k

10G

0.8f

 

  等価帰還容量 : 高域遮断周波数と帰還抵抗から計算した帰還容量 img02

 

 

表3に高域遮断周波数の他社製品との比較を示します。表3よりエヌエフのSA-600/CA-550/CA-650シリーズは他社製品を凌ぐ広帯域特性を実現していることがわかります。

表3 :高域遮断周波数の他社製品との比較

利得(V/A)

エヌエフ
SA-600/CA-550/CA-650
シリーズ(Hz)

A社
利得固定スタンドアロン型
(Hz)

C社
利得切換筐体型
(Hz)

10M

500k

400k

23k

100M

250k

40k

8.8k

1G

100k

4k

3.5k

10G

20k

200

1.4k

※2017年6月16日調査

 

 

図2、3は±5nAの方形波電流を入力したときのパルス応答波形です。エヌエフのSA-607F2とC社I/Vアンプを比較しました。ともに利得は10GV/Aです。図2の1kHzのパルスの場合、SA-607F2の立ちあがり時間はC社I/Vアンプの20倍早く立ち上がっています。また、C社のI/Vアンプは10kHzの信号を増幅することができていませんが、SA-607F2では、信号が出力されていることがわかります。

 

図2  : f=1kHzのパルス応答波形

 

img03

 

   

図3  : f=10kHzのパルス応答波形

 

図3  : f=10kHzのパルス応答

 

※2017年6月16日調査


立ち上がり時間
エヌエフ SA-607F2 13μs
C社 I/Vアンプ 260μs

 

 

 

 大容量入力でも安定動作 next

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