トランジスタ1石を用いた簡易的なインピーダンス変換について

質問

センサーのオフセット電圧を調整する回路を書いてみたのですが、設計方針が正しいか分らないため、御指導願います。
対象のセンサーは村田製作所製ジャイロスターで、具体的には秋月電子より販売しているジャイロキットになります。
http://www.murata.co.jp/products/catalog/pdf/s42.pdf
キットの内容は上記URLのカタログに載っている増幅回路例とほぼ同一です。ハイパスフィルタが微分回路として働き出力波形が下記のようになってしまうため、ハイパスフィルタをはずした結果、センサー停止時のオフセット電圧が1.2V～1.6Vとばらつくためセンサー出力のオフセット電圧を調整する回路を作る必要が出てきた次第です。

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↑センサ出力　　　 ／　　　　　　　＼
静止電圧＿＿＿／　　　　　　　　　　　＼
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　　　　→時間
・回路のVccは3.3V単一電源になります。
・センサー出力は回路図のV2になります。
・使用するオペアンプはLM324を考えています。
・U1周りの回路は、センサー出力を1.35Vにしたいのですが、センサー出力が1.2Vの場合、後段の差動増幅が上手く働かない為、1.3倍の非反転増幅をとっています。
・U2周りの回路は増幅度1倍の差動増幅をとっています。
・R8、R11(R11はVRと仮定)、R9を使ってVccを分圧してオフセット調整用の電圧を作っています。
※質問
差動増幅を取るに当り、R11から直接R4に接続した場合、R4の抵抗値が変動してしまい、R4=R3の条件が崩れてしまうことから"センサー出力 - オフセット調整電圧"という単純な式が崩れてしまいます。このことからインピーダンス変換の意味合いを込めて分圧器と差動増幅器の間に2SC1815を用いたエミッタフォロワを挿入しました。この場合、エミッタフォロワの出力インピーダンスはR10(120Ω)となり、R4に対して十分小さいため、R4=R3とみなすことができる。
上記の考え方は正しいでしょうか。
御指導願います。

回答No.1

tance · ベストアンサー

まず、本当にDC結合して良いのでしょうか。温度変化でセンサ出力の
DC値はドリフトすると書いてあります。AC結合が必須だとすると、微分
波形になるのは避けられません。あとはその時定数を大きくして実用上
波形が微分されるのを低減するしかないでしょう。

DC結合しても良いとしましょう。
最初の1.3倍のアンプの意味をよく考えてください。たまたまそのセンサ
出力が1.35Vでなくバラツイているのを補正するためのアンプでしょうか。
だとすると、センサを替えるといちいちゲインを合わせ直す必要がでて
きますが、それで良いのでしょうか。しかも、感度がそれにつれて変化
しますが、それも問題ないでしょうか。

もし、オフセットを合わせるときに感度も一緒に変わるのが問題ないの
なら、U2でのゲインが変わっても良いはずですから、トランジスタを
使わずに直接可変抵抗をR4につなぐことでも良いはずです。（もちろん
R4は値を少し小さくしておきます）（差動アンプのバランスは崩れ
ますがオフセット印加側は信号ではないので、バランスを絶対だと
考える必要はありません）

頭の1.3倍アンプでは1.2Vのオフセットは1.56Vになり、1.35Vには
なりませんが、それで良いのでしょうか。

LM324は４個入りだったと思います。だとするとまだOPアンプが余って
いるのでトランジスタを使うより、OPでバッファを作った方が間違い
ありません。トランジスタを温度補償なしで使うとエミッタ電圧は約
2mV/℃くらいの温度係数で変化します。その意味でもOPアンプで
バッファを設けた方が得策です。

トランジスタのエミッタの出力抵抗はR10=120Ωよりずっと低いはず
です。エミッタフォロワですから、おそらく10Ω～30Ωくらいでしょう。

あとひとつ。LM324は単一電源で3.3Vで使うには少々役不足です。
出力振幅がほとんどとれなくなるはずです。できれば入力も出力も
レール・ツー・レールのOPアンプに替えることをお奨めします。

補足

御教授ありがとうございます。
文字数の関係で、補足への記入で失礼します。

>まず、本当にDC結合して良いのでしょうか。温度変化でセンサ出力の
DC値はドリフトすると書いてあります。AC結合が必須だとすると、微分
波形になるのは避けられません。あとはその時定数を大きくして実用上
波形が微分されるのを低減するしかないでしょう。

→まず最初にハイパスフィルタの見直しからはじめようと思います。
既にハイパスフィルタには4.7uFと比較的大きなコンデンサが入っているので、抵抗値を変えて挙動を見てみようと思います。

>最初の1.3倍のアンプの意味をよく考えてください。たまたまそのセンサ
出力が1.35Vでなくバラツイているのを補正するためのアンプでしょうか。
だとすると、センサを替えるといちいちゲインを合わせ直す必要がでて
きますが、それで良いのでしょうか。しかも、感度がそれにつれて変化
しますが、それも問題ないでしょうか。

→どうしてもDC結合しかない場合、U1の回路は加算回路に変更しようと思います。行いたい処理としては、オフセット電圧の調整なので、"増幅→減算"という処理よりも、"ゲイン1で、加算→減算"という処理の方が正しいと思いました。

>LM324は４個入りだったと思います。だとするとまだOPアンプが余って
いるのでトランジスタを使うより、OPでバッファを作った方が間違い
ありません。トランジスタを温度補償なしで使うとエミッタ電圧は約
2mV/℃くらいの温度係数で変化します。その意味でもOPアンプで
バッファを設けた方が得策です。

→回路図は1回路分ですが、実際はヨー軸用、ピッチ軸用と、2回路分必要になり、OPAMPは4個必要になります。基盤のサイズを30mm*60mmに収めたい為、ICは1個にしたい + 6回路入りのOPAMPが見つからなかった = エミッタフォロワを入れてみた。
というのが、今回の回路の経緯になります。でもやはりアドバイスを読ませていただくと、OPAMPを使った方が良いと思いました。

>あとひとつ。LM324は単一電源で3.3Vで使うには少々役不足です。
出力振幅がほとんどとれなくなるはずです。できれば入力も出力も
レール・ツー・レールのOPアンプに替えることをお奨めします。

→入手できればこの辺当りで、IC2個で挑戦しようと思います。6回路入りで良いOPAMPがありましたら教えていただくと助かります。
NJM2734
NJM2732
http://semicon.njr.co.jp/njr/hp/productCategorySearchExec.do?_categoryId=1010