積分型・二重積分型A/D変換について教えてください。

■積分型A/D変換についてなんですが、
本にデメリットとして「積分回路に直流オフセットなどの誤差要因があると、それも積分され、結果的に誤差が累積される。」と書かれていたのですが、

直流オフセットなどの誤差というのはどういった誤差なのでしょうか。
そもそも直流オフセットとはどの様なものなのでしょうか。

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■二重積分型A/D変換についてなんですが、
本に「まずはじめに入力の直流をその大きさに係わらず一定の時間積分し、次に、入力とは逆の極性を持つ基準電圧に切り換え、さらに積分を続けます。」と書かれていたのですが、
[入力とは逆の極性を持つ基準電圧に切り換え]というところが
理解できません。
具体的に説明していただけないでしょうか。


長々と申し訳ありません。
どなたか解説お願いいたします。

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A 回答 (3件)

#1に関して


二行目「AD変換器の」の部分を読み飛ばしてください。(この部分があると、文が変になりそうな。)
例えば、増幅度の非常に高い直流増幅器だと、入力電圧を0にしても、いろんな要因で出力が0にならず、ある直流電圧が出ます。(あたかも、入力に微小な直流電圧が加わっているように見える。)こういう、「(直流的な)ずれ」が(直流)オフセットです。

二重積分
例えば、積分器の時定数を1秒として、入力に3Vを加えた場合を考えると
1. 3Vの入力電圧(Vin)を1秒間(AD変換器で設定する基準時間:T1)積分すると、積分器出力は3Vになる。
2. 次に、積分器入力を-1V(変換器で設定する基準電圧:V2)にすると、積分器出力は1V/sの割合で減少していき、3秒後(T2)に0Vになる。
3. Vin*T1+V2*T2=0の関係があるので、Vin=-V2*T2/T1 と計算できる。
という動作になります。メリットは3.の計算の中に積分器の時定数が入らない(積分器の時定数(利得)に多少誤差が合っても、変換誤差にならない)ということです。
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この回答へのお礼

お返事が遅れて申し訳ありません。
回答、ありがとうございました。

申し訳ないのですが、二重積分の2の項目について
質問させてください。

「積分器入力を-1にする」と書いてありますが、
どんな値でも積分器出力(今は3V)から-1Vした値が
2の項目の基準電圧になるのでしょうか?

それとも入力電圧から-1Vした値が2の項目の基準電圧になるのですか?

すみません。
しょうもない質問かもしれませんが、
回答よろしくお願いします。

お礼日時:2009/05/18 14:51

#2お礼欄に関して


2.の積分器入力(AD変換器入力ではない)は、AD変換器の入力電圧にかかわらず、(AD入力電圧とは逆極性の)一定電圧にします。

一度、AD変換器になったつもりで、積分器の出力電圧を横軸を時間にとってグラフに描いて、そこからV2*T2/T1を実際に図から読み取って計算してみることをお薦めします。
(で、Vinをかえてみて、グラフやT1,T2,V2*T2/T1がどう変わるかをみてみる。)
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1. 直流オフセット


例えば、AD変換器の入力を0Vにしたのに出力が若干出る、というような物です。積分器でオフセットがあると、入力を0Vにしても、出力が徐々に変わっていきます。

2. 二重積分
例えば、3VをAD変換するときに、
3Vを1秒間積分して、次はそこから-1V(基準電圧)を入力して(積分機出力が0になるまで)積分する、というような方式です。
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この回答へのお礼

お早い回答、本当にありがとうございます。

「AD変換器の入力を0Vにしたのに出力が若干出る」というのは
外部ノイズのことなのでしょうか?

二重積分についてもう少し分かりやすく説明していただけませんか?
特に「積分器出力が0になるまで積分」というところがイメージしずらくて・・。

相当面倒なお願いだとは思うのですが、
どうか宜しくお願いします。

お礼日時:2009/05/18 10:14

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Aベストアンサー

原理は単純に、指定の直流電圧(100Vとか500Vとか1000Vとか)をかけて電流を測り、抵抗値(=電圧/電流)として表示するというものです。
テスタの抵抗測定と違うのは、かける電圧が高い(テスタは数V程度)という点です。

昔は手回しの直流発電機が内蔵されていてそれで高い電圧を発生させていたようですが、現在普通に用いられる電池式の絶縁抵抗計では、電池の電圧をDC-DCコンバータ回路で昇圧して高い直流電圧を得ています。

日本財団図書館の事業成果物(財団から助成を受けた事業の成果)から
・初級講習用指導書(電気機器編)3・13・5 抵抗の測定(2)絶縁抵抗測定
http://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2002/00395/contents/069.htm
には、回路例の図が載っています。

メーカーのHIOKIが出している日置技報
http://hioki.jp/report/index.html
の、
・高電圧絶縁抵抗計 3455
・ディジタルメグオームハイテスタ 3454
(それぞれpdfファイル)あたりも参考になるかと。
絶縁不良のときに大電流が流れないよう、電流を一定値で制限する(電圧を下げる)ような回路も、実際の絶縁抵抗計では使われています。

原理は単純に、指定の直流電圧(100Vとか500Vとか1000Vとか)をかけて電流を測り、抵抗値(=電圧/電流)として表示するというものです。
テスタの抵抗測定と違うのは、かける電圧が高い(テスタは数V程度)という点です。

昔は手回しの直流発電機が内蔵されていてそれで高い電圧を発生させていたようですが、現在普通に用いられる電池式の絶縁抵抗計では、電池の電圧をDC-DCコンバータ回路で昇圧して高い直流電圧を得ています。

日本財団図書館の事業成果物(財団から助成を受けた事業の成果)から
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こんにちは。

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金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
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>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

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Qホール効果(van der pauw法)について

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Aベストアンサー

ホール効果は測定法を知っているだけで、実際の測定は通常の電気抵抗測定しか経験無いのですが、一応薄膜の測定をやっている者です。
「薄い」というのは薄膜形状の半導体と考えて良いのでしょうか?その場合、Pauw法のような解釈の面倒な方法を使わなくても、試料を矩形状に作って、長手方向と横方向に電極を作ればオーソドックスなホール測定が出来ますよ。厚み方向が一定で薄ければ、試料内での電流分布も少ないですから測定はやりやすくなります。
通常の直流電源と電圧計の組み合わせで、メガオーム程度なら測定は可能です。電気抵抗が有る程度高い方がホール電圧が大きく出るので、むしろ測定はしやすいと思います。逆に、抵抗が低いとホール電圧が低くて、電極の接触抵抗や起電力の影響を正確に除かなくてはいけなくなって注意深い測定が要求されます。
電極の件はPauw法に対する疑問でしょうか?上記の通常の薄膜測定の場合には、縦方向電極=電流を流す電極は、試料の幅分べったりと作ります。その方が、試料中を均一に電流が流れやすいからです。逆に、ホール電圧を測る横方向の電極は、出来るだけ小さく同じ縦位置に作ります。電極は通常非常に導電性の良い金属なので、電極の付いた部分はショートされたことと同じになり、その範囲のホール電圧が消されてしまうからです。
縦位置を出来るだけ合わせるのは、電流の流れる方向に電極の位置ずれが生じるとその分だけ電圧降下を拾ってしまうからです。測定時に逆電流測定をすればその誤差は原理的には消せますが、余計な誤差は作らない方が望ましいです。
Pauw方は詳しくないのですが、やはり電極の面積分は同じようにショートすることになりますから、あまり大きくし過ぎない方が望ましいと思います。Pauw法は4カ所の電極を設けますし、10mm角の試料に直径5mmの電極はいくらんなんでも大きいと思いますよ。電極同士で接触しちゃいません?(笑)
どういう形状の試料、材質か分かりませんが、機械的接触や導電性ペーストを使えば、電極は1,2mmで十分なはずです。
それに、どの測定法を使っても、電極から流れ込んだ電流は直ぐに試料内に均一に拡散する(と想定している?)ので、導電性の良い電極は、よほど小さい(ミクロンオーダー)サイズにしない限り測定電流の制限に影響しませんよ。測定試料の抵抗が高ければ、測定電流は少ないのでなおさら電極の大きさの心配は不要です。
最後に抵抗率に関してですが、測定するのは「抵抗」であって「抵抗率」ではないことに注意してください。抵抗率は、測定した抵抗値に測定試料の大きさの換算を行って、対象試料の固有の物性値として算出するものです。例えば、10cm角1cm長さの抵抗率1kオームcmの試料の抵抗は10オームですが、0.1mm角で10cm長さの抵抗率1オームcmの試料の抵抗は100kオームになってしまいます。測定可能な抵抗値ですが、私の経験では、上述のように通常の直流電源と電圧計の組み合わせでメガオーム程度、エレクトロメーターを使って100Gオーム程度が直流測定可能だと思います。それ以上の抵抗は交流法が適当だと思います。
抵抗率そのものに特に上限も下限も有りません。通常の半導体で10~1mオームcm程度、金属で1m~1マイクロオームcm程度です。

ホール効果は測定法を知っているだけで、実際の測定は通常の電気抵抗測定しか経験無いのですが、一応薄膜の測定をやっている者です。
「薄い」というのは薄膜形状の半導体と考えて良いのでしょうか?その場合、Pauw法のような解釈の面倒な方法を使わなくても、試料を矩形状に作って、長手方向と横方向に電極を作ればオーソドックスなホール測定が出来ますよ。厚み方向が一定で薄ければ、試料内での電流分布も少ないですから測定はやりやすくなります。
通常の直流電源と電圧計の組み合わせで、メガオーム程度な...続きを読む

Qオシロスコープのカップリング

オシロスコープの設定で、
“DCカップリング”か“ACカップリング”かを
設定する項目があるのですが、
どの様に使い分ければいいのでしょうか。
測定する波形によって使い分けるのだと思うのですが、
単に直流波形を測定する時はDCカップリング、
交流波形を測定する時はACカップリング
ではダメなのでしょうか?

Aベストアンサー

オシロスコープで観測するものは、交流信号であることがほとんどです。(まれに直流信号も観測します)
交流信号は、グランドを中心に振幅をもっているものもあれば、ある直流電位を中心に振幅を持っているものもあります。

DCカップリングで波形を観測すると、直流成分も同時に観測することができます。
例えば、直流2Vに500mV(P-P)の信号が乗っている波形を観測すると、その信号はグランドラインより2V上昇したところで500mV(P-P)の振幅を見せます。
同じ信号をACカップリングで観測すると、直流成分の2V(DC)が排除されるので、グランドライン上で500mV(P-P)の振幅を見せます。

DCカップリングとACカップリングの使い分けですが、基本的には信号を観測するという特性上、ACカップリングで良いかと思います。しかし、周波数が低くなると(100Hz以下では注意)、カップリングにコンデンサを用いているため、正しい振幅を表現しきれない可能性がでてきます。そのような時は、DCカップリングにします。
DCカップリングで不都合が生じるのは、小さい交流信号が大きな直流成分に乗っているときです。
例えば、直流10Vに100mV(P-P)の信号が乗っていると、VOLTS/DIVは、50mVか20mVにしないと信号をきれいに見ることができません(1倍プローブ時)。しかし、直流成分が10Vもあるので、信号が管面からはみ出して見えなくなってしまいます。
これくらい信号と直流成分に差があると、グランドラインを調整しても、まず、信号を見ることはできないでしょう。

要は、信号が最もきれいに見える状況を作り出せれば良いのです。

オシロスコープで観測するものは、交流信号であることがほとんどです。(まれに直流信号も観測します)
交流信号は、グランドを中心に振幅をもっているものもあれば、ある直流電位を中心に振幅を持っているものもあります。

DCカップリングで波形を観測すると、直流成分も同時に観測することができます。
例えば、直流2Vに500mV(P-P)の信号が乗っている波形を観測すると、その信号はグランドラインより2V上昇したところで500mV(P-P)の振幅を見せます。
同じ信号をACカップリングで観測すると、直流成分の2V(...続きを読む


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