(57)【要約】      （修正有）【課題】低雑音の電流増幅回路を提供する。【解決手段】電流増幅回路１２は電流増幅部１４を備える。電流増幅部は、増幅部Ｕの出力と入力の間に接続して増幅部の出力から入力に負帰還をかける帰還抵抗Ｒｆとを含み、帰還抵抗の抵抗値によって入力電流と出力電圧の電流−電圧変換係数が決まる。帰還抵抗が、設定出力電圧（±１Ｖ）を得るための設定電流−電圧変換係数（１０９）に対応する帰還抵抗の抵抗値（１ＧΩ）のｎ倍（ｎ＞１、１００）の抵抗値（１００ＧΩ）を有し、電流増幅部の出力に設定出力電圧のｎ倍又は−ｎ倍の出力電圧（±１００Ｖ）を得ると共に、アッテネータＡＴＴによって減衰（１／１００）した設定出力電圧を電流増幅回路の出力とする。【選択図】図１
2020027991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の増幅器を含む増幅部と、前記増幅部の出力と入力の間に接続して前記増幅部の出力から入力に負帰還をかける帰還抵抗とを含み、前記帰還抵抗の抵抗値によって入力電流と出力電圧の電流−電圧変換係数が決まる電流増幅部を備え、
前記帰還抵抗が、設定出力電圧を得るための設定電流−電圧変換係数に対応する帰還抵抗の抵抗値のｎ倍（ｎ＞１）の抵抗値を有し、前記電流増幅部の出力に前記設定出力電圧のｎ倍又は−ｎ倍の出力電圧を得ると共に、
前記設定出力電圧を電流増幅回路の出力とすることによって、前記設定出力電圧を得る、
電流増幅回路。
【請求項２】
前記電流増幅部の出力に接続し、前記設定出力電圧のｎ倍又は−ｎ倍の出力電圧を前記設定出力電圧に減衰するための第１のアッテネータを更に備える、
請求項１の電流増幅回路。
【請求項３】
前記第１のアッテネータは、抵抗分割回路、抵抗と容量を併用する分割回路、容量分割回路、又は降圧トランスである、
請求項２の電流増幅回路。
【請求項４】
前記第１のアッテネータの出力に接続された第１のバッファアンプを更に備える、
請求項２又は請求項３の電流増幅回路。
【請求項５】
前記第１のアッテネータは、増幅率の絶対値が１未満の第２の増幅器を含む、
請求項２の電流増幅回路。
【請求項６】
前記増幅部は、前記第１の増幅器と増幅率の絶対値が１を超える第１の増幅回路の直列回路を含む、
請求項２の電流増幅回路。
【請求項７】
前記第１の増幅回路は、コンプリメンタリなベース接地増幅回路又はゲート接地増幅回路と、コンプリメンタリなエミッタ接地増幅回路又はソース接地増幅回路とを含む、
請求項６の電流増幅回路。
【請求項８】
前記第１の増幅回路は、昇圧トランスを含む、
請求項６の電流増幅回路。
【請求項９】
前記第１のアッテネータとして、前記昇圧トランスに設けたタップを備える、
請求項８の電流増幅回路。
【請求項１０】
前記第１の増幅回路は、
前記昇圧トランスの駆動信号を交流に変換する交流変換回路と、
前記昇圧トランスを通過した信号を復元する復元回路と、
を更に含む、
請求項８の電流増幅回路。
【請求項１１】
前記増幅部が、前記第１の増幅器と増幅率の絶対値がｎ倍の第１の増幅回路の直列回路を含み、前記第１の増幅器と前記第１の増幅回路は直列に接続し、前記第１の増幅器が前記設定出力電圧を出力すると共に、前記第１の増幅回路が前記設定出力電圧のｎ倍又は−ｎ倍の出力電圧を出力し、
前記第１の増幅器の出力を前記電流増幅回路の出力とする、
請求項１の電流増幅回路。
【請求項１２】
前記第１の増幅回路が第３の増幅器と増幅率の絶対値が１を超える第２の増幅回路の第２の直列回路を含む、
請求項１１の電流増幅回路。
【請求項１３】
前記第２の増幅回路は、コンプリメンタリなベース接地増幅回路又はゲート接地増幅回路と、コンプリメンタリなエミッタ接地増幅回路又はソース接地増幅回路とを含む、
請求項１２の電流増幅回路。
【請求項１４】
前記第１の増幅回路は、昇圧トランスを含む、
請求項１１の電流増幅回路。
【請求項１５】
前記第１の増幅回路は、
前記昇圧トランスの駆動信号を交流に変換する交流変換回路と、
前記昇圧トランスを通過した信号を復元する復元回路と、
を更に含む、
請求項１４の電流増幅回路。
【請求項１６】
前記帰還抵抗が第１の抵抗と、第１の容量と、第２のバッファアンプと、第２の抵抗と第２の容量の並列回路とを含み、
前記増幅部の出力に前記第１の抵抗の一端が接続され、前記第１の抵抗の他端に前記第１の容量の一端と前記第２のバッファアンプの入力が接続され、前記第１の容量の他端が交流的に接地され、前記第２のバッファアンプの出力に前記並列回路の一端が接続され、前記並列回路の他端が前記増幅部の入力に接続され、
前記第１の抵抗の抵抗値と前記第１の容量の容量値の積は、前記第２の抵抗の抵抗値と前記第２の容量の容量値の積に等しくされる、
請求項１乃至請求項１５の何れか一項の電流増幅回路。
【請求項１７】
前記帰還抵抗が第１の抵抗と、第１の容量と、第２の抵抗と第２の容量の並列回路とを含み、
前記増幅部の出力に前記第１の抵抗の一端が接続され、前記第１の抵抗の他端に前記第１の容量の一端と前記並列回路の一端が接続され、前記第１の容量の他端が交流的に接地され、前記並列回路の他端が前記増幅部の入力に接続され、
前記第１の抵抗の抵抗値と前記第１の容量の容量値の積は、前記第２の抵抗の抵抗値と前記第２の容量の容量値の積に等しくされる、
請求項１乃至請求項１５の何れか一項の電流増幅回路。
【請求項１８】
前記電流増幅部は、前記帰還抵抗に並列に接続される帰還容量を更に含み、前記帰還容量は、第２のアッテネータと、第３のバッファアンプと、第３の容量とを含み、
前記帰還抵抗の一端及び前記増幅部の出力に前記第２のアッテネータの入力が接続され、前記第２のアッテネータの出力に前記第３のバッファアンプの入力が接続され、前記第３のバッファアンプの出力に前記第３の容量の一端が接続され、前記第３の容量の他端が前記帰還抵抗の他端と前記増幅部の入力に接続される、
請求項１乃至請求項１７の何れか一項の電流増幅回路。
【請求項１９】
前記電流増幅部は、前記帰還抵抗に並列に接続される帰還容量を更に含み、前記帰還容量は、第２のアッテネータと、第３の容量とを含み、
前記帰還抵抗の一端及び前記増幅部の出力に前記第２のアッテネータの入力が接続され、前記第２のアッテネータの出力に前記第３の容量の一端が接続され、前記第３の容量の他端が前記帰還抵抗の他端と前記増幅部の入力に接続される、
請求項１乃至請求項１７の何れか一項の電流増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電流増幅回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本開示において、電流増幅回路は、電流を入力して増幅し、電圧を出力する回路（電流電圧変換回路、Ｉ−Ｖアンプなどともいう）を指す。
【０００３】
図２８に示すような電流増幅回路５０２が一般的に用いられている。電流増幅回路５０２は、増幅器Ｕ及び帰還抵抗Ｒｆを含んでいる。帰還抵抗Ｒｆは、増幅器Ｕの入力及び出力の間に接続し、増幅器Ｕの出力から入力に負帰還をかけている。電流増幅回路５０２の入力Ｉｉｎにおける入力電流をＩｉｎ、電流増幅回路５０２の出力Ｖｏｕｔにおける出力電圧をＶｏｕｔ、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値をＲｆとして、電流増幅回路５０２の出力電圧は、式１のように表される（特許文献１の段落〔０００５〕、段落〔０００６〕、及び図１参照）。
Ｖｏｕｔ＝−（Ｉｉｎ×Ｒｆ）・・・・・（１）
【０００４】
例えば図２８において、帰還抵抗Ｒｆが１［ＧΩ］の場合、
・入力電流：−１［ｎＡ］時、出力電圧：＋１［Ｖ］
・入力電流：  ０［ｎＡ］時、出力電圧：  ０［Ｖ］
・入力電流：＋１［ｎＡ］時、出力電圧：−１［Ｖ］
となる。式１でも示しているように、入力電流と出力電圧は逆極性となり、電流増幅回路５０２の入力Ｉｉｎと出力Ｖｏｕｔの極性が逆になる。
【０００５】
以下の文中ではこのことを、「入力電流が−／＋１［ｎＡ］のとき、出力電圧が±１［Ｖ］になる」のように記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−００７２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
抵抗に電流が流れると、熱雑音が発生する。
【０００８】
ｋをボルツマン定数（約１．３８×１０−２３［ｍ２・ｋｇ・ｓ−２・Ｋ−１］）、Ｔを絶対温度［Ｋ］、Ｒを抵抗値［Ω］、Ｂｗを帯域幅［Ｈｚ］とすると、抵抗の熱雑音電圧Ｖｎは下記の式２、雑音電圧密度Ｖｎｄは下記の式３、抵抗の熱雑音電流Ｉｎは下記の式４、雑音電流密度Ｉｎｄは下記の式５のような関係になる。
【数１】
2020027991.tif 000003
【数２】
2020027991.tif 000004
【数３】
2020027991.tif 000005
【数４】
2020027991.tif 000006
［Ｖｒｍｓ］、［Ｖ／√Ｈｚ］、［Ａｒｍｓ］及び［Ａ／√Ｈｚ］は、それぞれ熱雑音電圧Ｖｎ、雑音電圧密度Ｖｎｄ、熱雑音電流Ｉｎ及び雑音電流密度Ｉｎｄの単位である。√ＨｚはＨｚ（ヘルツ）の平方根である。
【０００９】
一例として、電流増幅回路５０２において帰還抵抗Ｒｆが１［ＧΩ］、周囲温度が２０［℃］（≒２９３［Ｋ］）のとき、帰還抵抗Ｒｆの熱雑音に起因して、電流増幅回路５０２の出力に雑音電圧密度が約４．０２［μＶ／√Ｈｚ］の雑音が発生する（一例として帯域幅が１［ｋＨｚ］時には、熱雑音電圧が約１２７［μＶｒｍｓ］となる）。
【００１０】
このため、もし雑音が全く生じない増幅器を使用したとしても、電流−電圧変換係数によって決定される帰還抵抗Ｒｆの熱雑音未満の出力雑音となる電流増幅回路を得ることは、原理的に不可能であった。
【００１１】
特に、μＡオーダーやｎＡオーダーのような微小電流を実用的な電圧に増幅する電流増幅回路においては、ＭΩオーダーやＧΩオーダーのような高抵抗を帰還抵抗として使用する必要が生じる。しかし、高抵抗であればあるほど帰還抵抗Ｒｆの熱雑音に起因して電流増幅回路の出力雑音が大きくなるため、低雑音の電流増幅回路を実現することがより困難であるという課題を有していた。
【００１２】
そこで、本開示の目的は、例えば低雑音の電流増幅回路を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示の一側面によれば、電流増幅回路は電流増幅部を備える。電流増幅部は、第１の増幅器を含む増幅部と、増幅部の出力と入力の間に接続して増幅部の出力から入力に負帰還をかける帰還抵抗とを含み、帰還抵抗の抵抗値によって入力電流と出力電圧の電流−電圧変換係数が決まる。帰還抵抗が、設定出力電圧を得るための設定電流−電圧変換係数に対応する帰還抵抗の抵抗値のｎ倍（ｎ＞１）の抵抗値を有し、電流増幅部の出力に設定出力電圧のｎ倍又は−ｎ倍の出力電圧を得ると共に、設定出力電圧を電流増幅回路の出力とすることによって、設定出力電圧を得る。
【００１４】
電流増幅回路は、電流増幅部の出力に接続し、設定出力電圧のｎ倍又は−ｎ倍の出力電圧を設定出力電圧に減衰するための第１のアッテネータを更に備えてもよい。
【００１５】
電流増幅回路において、第１のアッテネータは、抵抗分割回路、抵抗と容量を併用する分割回路、容量分割回路、又は降圧トランスであってもよい。
【００１６】
電流増幅回路は、第１のアッテネータの出力に接続された第１のバッファアンプを更に備えてもよい。
【００１７】
電流増幅回路において、第１のアッテネータは、増幅率の絶対値が１未満の第２の増幅器を含んでもよい。
【００１８】
電流増幅回路において、増幅部は、第１の増幅器と増幅率の絶対値が１を超える第１の増幅回路の直列回路を含んでもよい。
【００１９】
電流増幅回路において、第１の増幅回路は、コンプリメンタリなベース接地増幅回路又はゲート接地増幅回路と、コンプリメンタリなエミッタ接地増幅回路又はソース接地増幅回路とを含んでもよい。
【００２０】
電流増幅回路において、第１の増幅回路は、昇圧トランスを含んでもよい。
【００２１】
電流増幅回路において、第１のアッテネータとして、昇圧トランスに設けたタップを備えてもよい。
【００２２】
電流増幅回路において、第１の増幅回路は、昇圧トランスの駆動信号を交流に変換する交流変換回路と、昇圧トランスを通過した信号を復元する復元回路とを更に含んでもよい。
【００２３】
電流増幅回路において、増幅部が、第１の増幅器と増幅率の絶対値がｎ倍の第１の増幅回路の直列回路を含んでもよい。第１の増幅器と第１の増幅回路は直列に接続し、第１の増幅器が設定出力電圧を出力すると共に、第１の増幅回路が設定出力電圧のｎ倍又は−ｎ倍の出力電圧を出力してもよい。第１の増幅器の出力を電流増幅回路の出力としてもよい。
【００２４】
電流増幅回路において、第１の増幅回路が第３の増幅器と増幅率の絶対値が１を超える第２の増幅回路の第２の直列回路を含んでもよい。
【００２５】
電流増幅回路において、第２の増幅回路は、コンプリメンタリなベース接地増幅回路又はゲート接地増幅回路と、コンプリメンタリなエミッタ接地増幅回路又はソース接地増幅回路とを含んでもよい。
【００２６】
電流増幅回路において、帰還抵抗が第１の抵抗と、第１の容量と、第２のバッファアンプと、第２の抵抗と第２の容量の並列回路とを含んでもよい。増幅部の出力に第１の抵抗の一端が接続され、第１の抵抗の他端に第１の容量の一端と第２のバッファアンプの入力が接続され、第１の容量の他端が交流的に接地され、第２のバッファアンプの出力に並列回路の一端が接続され、並列回路の他端が増幅部の入力に接続され、第１の抵抗の抵抗値と第１の容量の容量値の積は、第２の抵抗の抵抗値と第２の容量の容量値の積に等しくされてもよい。
【００２７】
電流増幅回路において、帰還抵抗が第１の抵抗と、第１の容量と、第２の抵抗と第２の容量の並列回路とを含んでもよい。増幅部の出力に第１の抵抗の一端が接続され、第１の抵抗の他端に第１の容量の一端と並列回路の一端が接続され、第１の容量の他端が交流的に接地され、並列回路の他端が増幅部の入力に接続され、第１の抵抗の抵抗値と第１の容量の容量値の積は、第２の抵抗の抵抗値と第２の容量の容量値の積に等しくされてもよい。
【００２８】
電流増幅回路において、電流増幅部は、帰還抵抗に並列に接続される帰還容量を更に含んでもよい。帰還容量は、第２のアッテネータと、第３のバッファアンプと、第３の容量とを含み、帰還抵抗の一端及び増幅部の出力に第２のアッテネータの入力が接続され、第２のアッテネータの出力に第３のバッファアンプの入力が接続され、第３のバッファアンプの出力に第３の容量の一端が接続され、第３の容量の他端が帰還抵抗の他端と増幅部の入力に接続されてもよい。
【００２９】
電流増幅回路において、電流増幅部は、帰還抵抗に並列に接続される帰還容量を更に含んでもよい。帰還容量は、第２のアッテネータと、第３の容量とを含み、帰還抵抗の一端及び増幅部の出力に第２のアッテネータの入力が接続され、第２のアッテネータの出力に第３の容量の一端が接続され、第３の容量の他端が帰還抵抗の他端と増幅部の入力に接続されてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
帰還抵抗Ｒｆが電流増幅回路の設定電流−電圧変換係数に対応する帰還抵抗の抵抗値のｎ倍（ｎ＞１、以下全体に渡り同様）の抵抗値を有するので、負帰還がかけられた増幅部の出力電圧はｎ倍又は−ｎ倍になり、抵抗の熱雑音は√ｎ倍になる。そこで、ｎ倍又は−ｎ倍大きい出力電圧の１／ｎ又は−１／ｎの電圧を出力とすることで、又はｎ倍又は−ｎ倍に増幅される前の電圧を出力することで、設定電圧を出力することができるとともに、雑音を、（√ｎ）／ｎ、つまり１／（√ｎ）に低減することができる。
【００３１】
すなわち本開示によれば、必然的に生じる抵抗の熱雑音による雑音の限界を超えた、低雑音の電流増幅回路を実現できる。
【００３２】
特に、μＡオーダーやｎＡオーダーのような微小電流を実用的な電圧に増幅する電流増幅回路においては、ＭΩオーダーやＧΩオーダーのような高抵抗を帰還抵抗として使用する必要が生じる。高抵抗であればあるほど抵抗の熱雑音に起因する電流増幅回路の出力雑音が大きくなり、雑音を低減する必要性が増すので、本開示の電流増幅回路は特に効果的である。
【００３３】
電子回路による増幅回路によって前述のようにｎ倍又は−ｎ倍大きい出力電圧を得る場合、それに伴い約ｎ倍高い電源電圧が必要となる。これに対して、昇圧トランスを増幅回路として用いれば、高い電源電圧が不要になるので、回路の簡素化や費用低減等の効果が得られる。
【００３４】
また、ｎ倍又は−ｎ倍大きい出力電圧を得るための増幅器や増幅回路を、独立した増幅器と独立した増幅回路を直列接続した組み合わせで構成する場合には、直列接続した組み合わせの直流特性は独立した増幅器によって決まるので、直流特性が劣るが低コストである独立した増幅回路を採用可能にするという効果も得てもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１の実施の形態に係る、電流増幅回路の一例を示す図である。
【図２】第２の実施の形態に係る、電流増幅回路の一例を示す図である。
【図３】電流増幅回路の他の例を示す図である。
【図４】電流増幅回路の他の例を示す図である。
【図５】電流増幅回路の他の例を示す図である。
【図６】バッファアンプを有する電流増幅回路の例を示す図である。
【図７】第３の実施の形態に係る、電流増幅回路の一例を示す図である。
【図８】電流増幅回路の他の例を示す図である。
【図９】第４の実施の形態に係る、電流増幅回路の一例を示す図である。
【図１０】電流増幅回路の他の例を示す図である。
【図１１】コンプリメンタリトランジスタを含む電流増幅回路の例を示す図である。
【図１２】コンプリメンタリトランジスタを含む電流増幅回路の例を示す図である。
【図１３】コンプリメンタリトランジスタを含む電流増幅回路の例を示す図である。
【図１４】コンプリメンタリトランジスタ含む電流増幅回路のさらに別の例を示す図である。
【図１５】昇圧トランスによる増幅回路を含む電流増幅回路の例を示す図である。
【図１６】第５の実施の形態に係る、電流増幅回路の一例を示す図である。
【図１７】電流増幅回路の動作の一例を示す図である。
【図１８】電流増幅回路の他の例を示す図である。
【図１９】第６の実施の形態に係る、電流増幅回路の一例を示す図である。
【図２０】電流増幅回路の他の例を示す図である。
【図２１】電流増幅回路の他の例を示す図である。
【図２２】第７の実施の形態に係る、電流増幅回路の一例を示す図である。
【図２３】第８の実施の形態に係る、電流増幅回路の一例を示す図である。
【図２４】第９の実施の形態に係る、電流増幅回路の一例を示す図である。
【図２５】電流増幅回路の他の例を示す図である。
【図２６】第１０の実施の形態に係る、電流増幅回路の一例を示す図である。
【図２７】電流増幅回路の他の例を示す図である。
【図２８】従来の電流増幅回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照して実施の形態を説明する。図面において、括弧〔〕で示されている値は、この括弧に対応する要素又は部分の値の一例を示している。同一の図面中又は明細書中に「−／＋Ｎ１」及び「±Ｎ２」（Ｎ１、Ｎ２は数値である）という表記がある場合、これらの表記は、「−Ｎ１」と「＋Ｎ２」の値の対と、「＋Ｎ１」と「−Ｎ２」の値の対を表すものとする。また、各実施の形態において、増幅器及び演算増幅器は、例えば、オペアンプＩＣ等のように、外付け部品を追加することによって増幅機能を実現するためのものを指し、増幅回路は、例えば、増幅器に外付け部品を追加する等によって、回路全体として増幅機能を有するものを指す。増幅器は、上記増幅器と上記増幅回路の直列接続によって構成されてもよく、増幅回路は、上記増幅器と上記増幅回路の直列接続に外付け部品を追加する等によって構成されてもよい。図面において、括弧（）で示されている要素は、その図面に示されている回路に追加されてもよい要素である。
第１の実施の形態
【００３７】
第１の実施の形態の例を、図１に示す。
【００３８】
第１の実施の形態の電流増幅回路は、所定の抵抗値よりも抵抗値がｎ倍大きい帰還抵抗Ｒｆを用いることによって設定出力電圧よりもｎ倍大きな出力電圧を得て、その出力電圧をアッテネータＡＴＴによって１／ｎに減衰させる構成を有する。この構成によって、帰還抵抗Ｒｆの熱雑音に起因する雑音を１／（√ｎ）に低減することができ、低雑音の電流増幅回路を実現できる。
【００３９】
電流増幅回路１２は、電流増幅部１４とアッテネータＡＴＴを含み、電流増幅部１４は、増幅器Ｕ及び帰還抵抗Ｒｆを含んでいる。
【００４０】
増幅器Ｕは、増幅部の一例であり、オペアンプＩＣ等のように、外付け部品を追加することによって増幅機能を実現する。増幅器Ｕは、演算増幅器（オペアンプ）が代表的な一例であるが、これに限定するものではなく、負帰還をかけることができるいずれの増幅器であってもよい。増幅器Ｕの反転入力は電流増幅回路１２の入力Ｉｉｎに接続され、非反転入力は接地される。電流増幅回路１２の入力電流は、電流増幅部１４の入力電流に一致する。
【００４１】
帰還抵抗Ｒｆは、増幅器Ｕの出力と反転入力の間に接続され、増幅器Ｕの出力から入力に負帰還をかけている。電流増幅部１４は、この帰還抵抗Ｒｆの抵抗値によって決定される電流−電圧変換係数を有する。この電流−電圧変換係数は、電流増幅部１４の入力電流と出力電圧間の変換係数である。帰還抵抗Ｒｆの抵抗値は、設定電流−電圧変換係数に対応する帰還抵抗の抵抗値のｎ倍になるように設定されている。ｎは１よりも大きな値であり、設定電流−電圧変換係数は、電流増幅部１４により電流増幅回路１２の設定出力電圧を得るための電流−電圧変換係数である。つまり、帰還抵抗Ｒｆは、増幅器と帰還抵抗から成る基本的な増幅器により電流増幅回路の電流−電圧変換係数を得る場合の帰還抵抗の抵抗値のｎ倍の抵抗値を有する。基本的な増幅器では、帰還抵抗が増幅器の出力から入力に負帰還をかけている。位相補償や周波数特性の調整等のために、他の素子や回路を帰還抵抗Ｒｆに接続してもよい。
【００４２】
アッテネータＡＴＴは、電流増幅部１４の出力電圧を減衰させる電圧減衰手段の一例である。アッテネータＡＴＴの入力は、電流増幅部１４の出力に接続され、アッテネータＡＴＴの出力は電流増幅回路１２の出力Ｖｏｕｔに接続される。アッテネータＡＴＴは、設定出力電圧よりもｎ倍大きい電流増幅部１４の出力電圧を１／ｎに減衰させて、設定出力電圧を得ている。アッテネータＡＴＴは、信号を減衰する機能を有する回路や素子でもよい。
【００４３】
電流増幅回路１２の動作を説明するために、既述の電流増幅回路５０２を参照比較する。ｎは例えば１００であるが、ｎは１より大きければよく、１００に限定されるものではない。
【００４４】
電流増幅回路５０２において、例えば帰還抵抗Ｒｆが１［ＧΩ］の場合、前述のように、電流増幅回路５０２の入力Ｉｉｎにおける入力電流が−／＋１［ｎＡ］のとき、電流増幅回路５０２の出力Ｖｏｕｔにおける出力電圧が±１［Ｖ］になる。
【００４５】
電流増幅回路１２において、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値は、電流増幅回路５０２の帰還抵抗Ｒｆの抵抗値の１００倍（ｎ倍）の１００［ＧΩ］とする。これにより、一例として電流増幅回路１２の入力Ｉｉｎにおける入力電流が−／＋１［ｎＡ］のとき電流増幅部１４の出力電圧は１００倍の±１００［Ｖ］になる。アッテネータＡＴＴは電流増幅部１４の出力電圧を１／１００（１／ｎ）に減衰し、その結果、電流増幅回路１２の出力Ｖｏｕｔにおける出力電圧が±１Ｖとなり、電流増幅回路５０２と同じ出力電圧が得られる。ただし、出力Ｖｏｕｔに接続される負荷は、アッテネータＡＴＴの出力インピーダンスに対して十分に高いインピーダンスの負荷、又は無負荷とする。
【００４６】
例えば周囲温度が２０［℃］のとき、１［ＧΩ］の帰還抵抗Ｒｆを備える電流増幅回路５０２では、前述のように、雑音電圧密度が約４．０２［μＶ／√Ｈｚ］の雑音が電流増幅回路５０２の出力Ｖｏｕｔに発生する。一例として帯域幅が１［ｋＨｚ］時には、熱雑音電圧が約１２７［μＶｒｍｓ］となる。
【００４７】
これに対して周囲温度が同じく２０［℃］のとき、電流増幅回路１２の１００［ＧΩ］の帰還抵抗Ｒｆでは、雑音電圧密度が約４０．２［μＶ／√Ｈｚ］と、１０倍（√１００倍）大きい雑音が電流増幅部１４の出力に発生する。同じく帯域幅が１［ｋＨｚ］時、熱雑音電圧が約１．２７［ｍＶｒｍｓ］となる。
【００４８】
アッテネータＡＴＴに起因する雑音が十分に小さい場合、アッテネータＡＴＴが電圧だけでなく雑音も１／１００に減衰させる結果、電流増幅回路１２の出力Ｖｏｕｔにおける雑音電圧密度が約０．４０２［μＶ／√Ｈｚ］となり、電流増幅回路５０２の雑音の１／１０｛１／（√１００）｝の低雑音が得られる。同じく帯域幅が１［ｋＨｚ］時、熱雑音電圧が約１２．７［μＶｒｍｓ］となる。
【００４９】
すなわち電流増幅回路１２によれば、電流増幅回路５０２と比較して、雑音が１／（√ｎ）に低減されるという効果が得られる。
【００５０】
電流増幅回路１２では、増幅器Ｕの反転入力が電流増幅回路１２の入力Ｉｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆに接続されている。増幅器Ｕの出力と帰還抵抗Ｒｆの間に反転回路を配置する場合は、増幅器Ｕの非反転入力が電流増幅回路１２の入力Ｉｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆに接続される。増幅器Ｕの非反転入力が入力Ｉｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆに接続される場合、増幅器Ｕの出力と帰還抵抗Ｒｆの間に反転回路を配置して、増幅器Ｕ及び反転回路で増幅部を形成する。反転回路は信号極性を反転させる機能を有する。したがって、非反転入力に接続された帰還抵抗Ｒｆは、増幅部に負帰還をかけることができる。
第２の実施の形態
【００５１】
第２の実施の形態の例を、図２から図６に示す。図２から図６において、図１と同じ構成要素には、同じ符号を付している。
【００５２】
第２の実施の形態は、第１の実施の形態において信号電圧を１／ｎに減衰させるアッテネータＡＴＴの、各種の実施の形態を示すものである。電流増幅回路の性能、用途、価格等によって、適する形式のアッテネータＡＴＴを選択することができる。第２の実施の形態において、増幅器Ｕ及び帰還抵抗Ｒｆは第１の実施の形態と同様であり、その説明を省略する。
【００５３】
図２に示されている電流増幅回路２２−１は、電流増幅部１４及びアッテネータＡＴＴ−１を含んでいる。アッテネータＡＴＴ−１は、アッテネータＡＴＴの一例であり、抵抗分割回路によって構成されている。図３に示されている電流増幅回路２２−２は、電流増幅部１４及びアッテネータＡＴＴ−２を含んでいる。アッテネータＡＴＴ−２は、アッテネータＡＴＴの一例であり、容量が併用された抵抗分割回路によって構成されている。図４に示されている電流増幅回路２２−３は、電流増幅部１４及びアッテネータＡＴＴ−３を含んでいる。アッテネータＡＴＴ−３は、アッテネータＡＴＴの一例であり、容量分割回路で構成されており、交流信号を扱う電流増幅回路に適用できる。図５に示されている電流増幅回路２２−４は、電流増幅部１４及びアッテネータＡＴＴ−４を含んでいる。アッテネータＡＴＴ−４は、アッテネータＡＴＴの一例であり、ｎ：１の降圧トランスＴｄで構成されており、交流信号を扱う電流増幅回路に適用できる。
【００５４】
図６は、図１の電流増幅回路１２のアッテネータＡＴＴの出力側にバッファアンプＢが追加されている電流増幅回路の例を示している。このようなバッファアンプＢは、図２から図５の電流増幅回路２２−１、２２−２、２２−３、２２−４のアッテネータＡＴＴ−１、ＡＴＴ−２、ＡＴＴ−３、ＡＴＴ−４の出力にも追加可能である。バッファアンプＢは、接続される負荷の大小によるアッテネータＡＴＴの減衰率への影響を抑制する。
【００５５】
電流増幅回路２２−１のアッテネータＡＴＴ−１は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２による抵抗分割回路によって構成されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の並列抵抗値に対して、出力Ｖｏｕｔに接続される負荷のインピーダンスが十分に大きいとき、アッテネータＡＴＴ−１の減衰率は、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１、抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ２として、Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となる。例えば、抵抗Ｒ１の抵抗値が９９Ｒ（Ｒは任意の抵抗値、以下同様）、抵抗Ｒ２の抵抗値がＲのとき、アッテネータＡＴＴ−１は、信号電圧を１／１００に減衰させる。
【００５６】
出力Ｖｏｕｔに接続される負荷は抵抗Ｒ２に並列に接続されることになるので、出力Ｖｏｕｔに接続される負荷のインピーダンスが十分に大きくない場合は、抵抗Ｒ１の抵抗値を小さくしたり抵抗Ｒ２の抵抗値を大きくしたりすることによって、所望の減衰率を得るようにすればよい。出力Ｖｏｕｔに接続される負荷インピーダンスが小さい場合（例えば、出力Ｖｏｕｔに５０［Ω］や７５［Ω］の抵抗負荷が接続される場合）は、抵抗Ｒ２を省略し、出力Ｖｏｕｔに接続される負荷抵抗と抵抗Ｒ１によって抵抗分割回路を構成して所望の減衰率を得ることも可能である。
【００５７】
電流増幅回路２２−１において、アッテネータＡＴＴ−１を構成する抵抗Ｒ１や抵抗Ｒ２が、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値よりも十分に小さな抵抗値（一例として、１／１００以下）を有するため、アッテネータＡＴＴ−１を構成する抵抗Ｒ１や抵抗Ｒ２に起因する雑音を、帰還抵抗Ｒｆに起因する雑音よりも十分に小さくできる。
【００５８】
電流増幅回路２２−２のアッテネータＡＴＴ−２は、容量Ｃ１、Ｃ２が併用された抵抗分割回路によって構成されており、容量Ｃ１と容量Ｃ２は各々抵抗分割回路を構成する抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２に並列接続している。出力Ｖｏｕｔに接続される負荷のインピーダンスが十分に大きいとき、アッテネータＡＴＴ−２の減衰率は、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１、抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ２、容量Ｃ１の容量をＣ１、容量Ｃ２の容量をＣ２として、直流成分に対してはＲ２／（Ｒ１＋Ｒ２）となり、交流成分に対してはＣ１／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。直流成分に対する減衰率と交流成分に対する減衰率は例えば一致させる。例えば抵抗Ｒ１の抵抗値が９９Ｒ、抵抗Ｒ２の抵抗値がＲ、容量Ｃ１の容量がＣ（Ｃは任意の容量値、以下同様）、容量Ｃ２の容量が９９Ｃのとき、アッテネータＡＴＴ−２は信号電圧を信号電圧の周波数成分に関わらず１／１００に減衰させる。
【００５９】
オシロスコープの入力は一般的に、１［ＭΩ］の抵抗と１０［ｐＦ］〜５０［ｐＦ］の容量が並列接続されたインピーダンスとなっている。信号ケーブルを介して出力Ｖｏｕｔにオシロスコープを接続する場合はさらに、信号ケーブルの容量も出力Ｖｏｕｔに接続されることになる。出力Ｖｏｕｔに接続される負荷は、抵抗Ｒ２や容量Ｃ２に並列に接続されることになる。抵抗Ｒ１や抵抗Ｒ２の抵抗値が出力Ｖｏｕｔに接続されるオシロスコープ入力の負荷抵抗（例えば１［ＭΩ］）よりも十分に小さくない場合は、抵抗Ｒ１の抵抗値を小さくしたり抵抗Ｒ２の抵抗値を大きくしたりすることによって、直流成分に対して所望の減衰率を得るようにする。また、容量Ｃ１や容量Ｃ２の容量が、負荷に接続される容量（オシロスコープ入力の容量や信号ケーブルの容量）よりも十分に大きくない場合は、容量Ｃ１の容量を大きくしたり容量Ｃ２の容量を小さくしたりして、交流成分に対して所望の減衰率を得るようにする。容量Ｃ２を省略し、容量Ｃ１の容量を適宜調整して交流成分に対して所望の減衰率を得る構成も可能である。
【００６０】
アッテネータＡＴＴ−２を構成する抵抗Ｒ１や抵抗Ｒ２が、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値よりも十分に小さな抵抗値（一例として、１／１００以下）を有するため、アッテネータＡＴＴ−２を構成する抵抗Ｒ１や抵抗Ｒ２に起因する雑音を、帰還抵抗Ｒｆに起因する雑音よりも十分に小さくできる。
【００６１】
電流増幅回路２２−３のアッテネータＡＴＴ−３は、容量Ｃ１と容量Ｃ２を直列接続した容量分割回路によって構成されており、交流信号を扱う電流増幅回路に適用できる。出力Ｖｏｕｔに接続される負荷のインピーダンスが十分に大きいとき、アッテネータＡＴＴ−３の減衰率は、容量Ｃ１の容量をＣ１、容量Ｃ２の容量をＣ２として、Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。例えば容量Ｃ１の容量がＣ、容量Ｃ２の容量が９９Ｃのとき、信号電圧を１／１００に減衰させる。
【００６２】
使用する周波数における容量Ｃ１や容量Ｃ２のインピーダンスが、負荷に接続されるインピーダンスよりも十分に大きくない場合は、容量Ｃ１の容量を大きくしたり容量Ｃ２の容量を小さくしたりして、交流成分に対して所望の減衰率を得るようにする。容量Ｃ２を省略し、容量Ｃ１の容量を適宜調整して交流成分に対して所望の減衰率を得る構成も可能である。
【００６３】
電流増幅回路２２−４のアッテネータＡＴＴ−４は、巻線比がｎ：１の降圧トランスＴｄによって構成されており、交流信号を扱う電流増幅回路に適用できる。出力Ｖｏｕｔに接続される負荷のインピーダンスが十分に大きいとき、アッテネータＡＴＴ−４の降圧トランスＴｄは信号電圧を１／ｎに減衰させる。例えば巻線比が１００：１の降圧トランスＴｄは信号電圧を１／１００に減衰させる。
【００６４】
図５では、降圧トランスＴｄとして、一次巻線と二次巻線が分離されたトランス（二巻トランス）が例示されており、必要に応じて電流増幅回路２２−４の出力Ｖｏｕｔの基準電位を任意の電位に調整することができる。電流増幅回路２２−４とその出力Ｖｏｕｔの基準電位が同一電位でよい場合は、降圧トランスＴｄとして単巻トランスを使用することも可能である。
【００６５】
出力Ｖｏｕｔに接続されるインピーダンスが、降圧トランスＴｄの出力インピーダンスよりも十分に大きくない場合は、巻線比を調整して、交流成分に対して所望の減衰率を得るようにする。
【００６６】
増幅器Ｕの出力に直流成分が含まれていることによって、降圧トランスＴｄが正常に動作できない場合は、図５に（）付きで表示しているように、電流増幅回路２２−４は、電流増幅部１４とアッテネータＡＴＴ−４の間に配置される容量Ｃｉを有していてもよい。容量Ｃｉによって降圧トランスＴｄの入力に直流成分が印加されないようにすることができる。容量Ｃｉを使用しない場合は、増幅器Ｕの出力がそのまま降圧トランスＴｄの入力に接続される。
【００６７】
電流増幅回路２２−５は、アッテネータＡＴＴの出力と出力Ｖｏｕｔの間にバッファアンプＢを有しているため、出力Ｖｏｕｔに接続される負荷の影響をほとんど受けない。
【００６８】
このようなバッファアンプＢは、アッテネータＡＴＴ−１、ＡＴＴ−２、ＡＴＴ−３、ＡＴＴ−４の出力と出力Ｖｏｕｔの間にも追加可能であり、電流増幅回路２２−１、２２−２、２２−３．２２−４において、出力Ｖｏｕｔに接続される負荷のインピーダンスが十分に大きいときの説明がそのまま適用できる。アッテネータＡＴＴ−１、ＡＴＴ−２、ＡＴＴ−３、ＡＴＴ−４の出力と出力Ｖｏｕｔの間にバッファアンプＢを有する電流増幅回路の図は、省略する。
第３の実施の形態
【００６９】
第３の実施の形態の例を、図７と図８に示す。図７及び図８において、図１から図６と同じ構成要素には、同じ符号を付している。
【００７０】
第３の実施の形態は、電流増幅回路における入出力の極性関係を変更する例であり、合わせてアッテネータＡＴＴとして増幅率の絶対値が１未満の増幅回路を使用する例である。
【００７１】
第１の実施の形態、第２の実施の形態や、既述の電流増幅回路５０２では、式１のように、電流増幅回路の入力Ｉｉｎと出力Ｖｏｕｔの極性が逆になる。これに対して第３の実施の形態は、入力Ｉｉｎと出力Ｖｏｕｔが同じ極性を有する電流増幅回路の例である。
【００７２】
第３の実施の形態に係る電流増幅回路３２−１は、図７に示すように、電流増幅部１４及びアッテネータＡＴＴ−５を含む、アッテネータＡＴＴ−５は、アッテネータＡＴＴの一例であり、増幅器Ｕ’、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４による反転増幅回路である。アッテネータＡＴＴ−５は、電流の極性を反転させて、電流増幅回路３２−１の出力Ｖｏｕｔの極性を電流増幅回路３２−１の入力Ｉｉｎの極性と同じにする。
【００７３】
アッテネータＡＴＴ−５の増幅率は、抵抗Ｒ３の抵抗値をＲ３、抵抗Ｒ４の抵抗値をＲ４として、−（Ｒ４／Ｒ３）となる。Ｒ３をＲ４より大きくすることによって、増幅率の絶対値を１未満にできる。したがって、アッテネータＡＴＴ−５は、アッテネータとして機能する。例えば抵抗Ｒ３の抵抗値を１００Ｒ、抵抗Ｒ４の抵抗値をＲとすることによって、アッテネータＡＴＴ−５は、信号を−（１／１００）に減衰することができる。
【００７４】
なお、アッテネータＡＴＴ−５は、直列に接続された２つ以上の反転増幅回路を含み、これらの反転増幅回路の増幅率の絶対値の積が１未満であってもよい（図不示）。ただし、アッテネータＡＴＴ−５が偶数個の反転増幅回路を含む場合は、電流増幅回路３２−１の入力Ｉｉｎと出力Ｖｏｕｔの極性は逆になる。一例として、反転増幅回路が２つであり、これら２つの反転増幅器の増幅率がそれぞれ−１／１０であるとき、直列に接続された２つの反転増幅器は、信号を１／１００に減衰し、アッテネータとして機能する。
【００７５】
電流増幅回路３２−２は、図８に示すように、電流増幅部１４及びアッテネータＡＴＴ−６を含んでいる。アッテネータＡＴＴ−６は、アッテネータＡＴＴの一例であり、巻線比がｎ：１の降圧トランスＴｄ’を含み、交流信号を扱う電流増幅回路に適用できる。
【００７６】
電流増幅回路３２−２を第２の実施の形態に係る電流増幅回路２２−４と比較すると、電流増幅回路３２−２の降圧トランスＴｄ’は、電流増幅回路２２−４の降圧トランスＴｄに対して、一次巻線と二次巻線の極性が逆になっている。降圧トランスＴｄ’が入出力極性を反転させて、電流増幅回路３２−２の入力Ｉｉｎと出力Ｖｏｕｔを同極性としている。降圧トランスＴｄ、Ｔｄ’の巻線の極性以外は、電流増幅回路３２−２は、第２の実施の形態に係る電流増幅回路２２−４と同様なので、他の部分に関する説明は省略する。
【００７７】
図８は、降圧トランスＴｄ’として二巻トランスを例示しており、降圧トランスＴｄ’は、必要に応じて電流増幅回路３２−２の出力Ｖｏｕｔの基準電位を任意の電位にすることができる。電流増幅回路３２−２とその出力Ｖｏｕｔの基準電位が同一電位でよい場合は、降圧トランスＴｄ’として単巻トランスを使用することも可能である。
【００７８】
また、図６に示すように、アッテネータＡＴＴ−６の出力側にバッファアンプＢを追加することも可能である。
第４の実施の形態
【００７９】
第４の実施の形態の例を、図９から図１５に示す。
【００８０】
第４の実施の形態は、第１の実施の形態における増幅器Ｕを、増幅器Ｕと増幅回路Ａの直列回路で置き換えて、増幅部がこの直列回路を含む例である。
【００８１】
図９は、増幅器Ｕと増幅回路Ａの直列回路で置き換える電流増幅回路の基本的な構成を示している。図１０は、電流増幅回路の例を示し、図１０には、増幅回路Ａの例が示されている。図９から図１０において、図１から図８と同じ構成要素には、同じ符号を付している
【００８２】
図９は、第１の実施の形態における増幅器Ｕを、増幅器Ｕと増幅回路Ａの直列回路で置き換える基本的な構成を示す図である。
【００８３】
図９の電流増幅回路４２は、電流増幅部４４及びアッテネータＡＴＴを含む。電流増幅部４４は、増幅器Ｕ、増幅回路Ａ及び帰還抵抗Ｒｆを含む。増幅器Ｕ及び増幅回路Ａが直列に接続されて直列回路を形成している。この直列回路は増幅部の一例である。増幅回路Ａは、例えば絶対値が１を超える増幅率を有する。帰還抵抗Ｒｆは、直列回路の入力と出力の間に接続して、直列回路の入力から出力に負帰還をかけている。一例として、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値を１００［ＧΩ］とすると、入力Ｉｉｎでの入力電流が−／＋１［ｎＡ］のとき増幅回路Ａの出力電圧は±１００［Ｖ］になる。アッテネータＡＴＴが電流増幅部４４の出力に接続されて、電流増幅部４４の出力電圧を１／１００（１／ｎ）にする結果、電流増幅回路４２の出力Ｖｏｕｔに±１［Ｖ］の出力電圧が得られる。
【００８４】
図９中の増幅器Ｕとして市販のオペアンプＩＣを使用する場合、一般的な±５［Ｖ］電源で使用するときの増幅器Ｕの最大出力電圧は、ほとんど±３［Ｖ］から±４．９［Ｖ］程度になり、一般的な±１５［Ｖ］電源で使用するときの増幅器Ｕの最大出力電圧は、ほとんど±１２［Ｖ］から±１４［Ｖ］程度になる。
【００８５】
増幅回路Ａの出力電圧を一例として上記の例のように±１００［Ｖ］にする場合、増幅回路Ａの増幅率をＡとすると、増幅器Ｕは±（１００／Ａ）［Ｖ］を出力すればよい。増幅器Ｕを±５［Ｖ］電源で使用する場合は一例として、以下の第１状態から第２状態の範囲が実用的な範囲になる。
第１状態：  増幅器Ｕの出力電圧は±１［Ｖ］、増幅回路Ａの増幅率は１００である。
第２状態：  増幅器Ｕの出力電圧は±４［Ｖ］、増幅回路Ａの増幅率は２５である。
増幅器Ｕを±１５［Ｖ］電源で使用する場合は一例として、以下の第３状態から第４状態の範囲が実用的な範囲になる。
第３状態：  増幅器Ｕの出力電圧は±５［Ｖ］、増幅回路Ａの増幅率は２０である。
第４状態：  増幅器Ｕの出力電圧は±１０［Ｖ］、増幅回路Ａの増幅率は１０である。
【００８６】
このように増幅器Ｕと増幅回路Ａの直列回路を使用する場合、電流増幅回路４２全体の直流オフセット、オフセットドリフトやバイアス電流等の性能（以下、「直流性能」という）は、増幅器Ｕで決まる。言い換えると、増幅回路Ａは、アッテネータＡＴＴと帰還抵抗Ｒｆに対して必要な出力電圧を供給できればよく、直流性能は多少劣っていても問題ない。
【００８７】
代表的な例では、増幅回路Ａの増幅率が１００、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値が１００［ＧΩ］、入力Ｉｉｎにおける入力電流が−／＋１［ｎＡ］、及び出力Ｖｏｕｔにおける出力電圧を±１［Ｖ］として、電流増幅回路４２は電流増幅回路５０２と比較して、雑音を１／１０に低減する。
【００８８】
より大きな入力電流に対応しながら、より低雑音にできる可能性のある別の例では、増幅回路Ａの増幅率が１０００、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値が１［ＴΩ］、入力Ｉｉｎにおける入力電流が−／＋１０［ｎＡ］、増幅回路Ａの出力電圧が±１０［ｋＶ］、アッテネータＡＴＴが電圧を１／１０００に減衰させ、電流増幅回路４２の出力Ｖｏｕｔにおける出力電圧を±１０［Ｖ］として、電流増幅回路４２は電流増幅回路５０２と比較して、雑音を約１／３１．６に低減する。
【００８９】
この別の例では、電流増幅回路４２は増幅器Ｕの一例として±１５［Ｖ］電源のオペアンプＩＣ、及び増幅率１０００倍、出力電圧±１０［ｋＶ］の増幅回路Ａを含み、出力Ｖｏｕｔから±１０［Ｖ］の出力電圧を得る。増幅率１０００倍、出力電圧±１０［ｋＶ］の増幅回路Ａは、市販されている高圧アンプモジュールや高圧アンプ装置のうち低雑音のものであってもよく、市販されていないアンプモジュールやアンプ装置であってもよい。
【００９０】
図１０の（ａ）の電流増幅回路４２−１は、増幅回路Ａの一例として、増幅回路Ａ−１を含み、この増幅回路Ａ−１は、回路４５−１と、トランジスタＴｒによるエミッタ接地増幅回路を含んでいる。回路４５−１は、反転機能、レベルシフト機能及びバイアス機能を有する回路を含み、増幅器Ｕの出力とエミッタ接地増幅回路のトランジスタＴｒの間に接続する。そのため、増幅器Ｕの出力が回路４５−１を介してトランジスタＴｒのベースを駆動する。トランジスタＴｒによるエミッタ接地増幅回路は、トランジスタＴｒ、エミッタ抵抗Ｒｅ及びコレクタ抵抗Ｒｃを含んでいる。トランジスタＴｒのエミッタは、エミッタ抵抗Ｒｅを介して負電圧電源−Ｖに接続されている。トランジスタＴｒのコレクタは、コレクタ抵抗Ｒｃを介して正電圧電源＋Ｖに接続されており、エミッタ接地増幅回路の出力となっている。コレクタ抵抗Ｒｃの代わりに、定電流ダイオード等の定電流素子や定電流回路を用いることも可能である。
【００９１】
正電圧電源＋Ｖや負電圧電源−Ｖは、電流増幅部４４−１において必要な出力電圧よりも高い電圧に設定される。図１０の（ａ）に示すように、一例として増幅回路Ａ−１が±１００［Ｖ］を出力する場合は、正電圧電源＋Ｖや負電圧電源−Ｖは、±１００［Ｖ］よりも高い電圧にする。
【００９２】
トランジスタＴｒは、温度によってＶｂｅ−Ｉｃ特性などの性能が変化する。このようなエミッタ接地増幅回路において入出力電位や増幅率を安定させるため、例えばバイアス回路等に様々な工夫が必要となる。しかし第４の実施の形態のように増幅器Ｕによって電流増幅回路４２−１の性能が決まる場合は、増幅回路Ａの直流性能は多少劣っていてもよいので、回路４５−１はシンプルな構成で済むという効果が得られる。
【００９３】
図１０の（ｂ）の電流増幅回路４２−２は、増幅回路Ａの一例として、増幅回路Ａ−２を含み、この増幅回路Ａ−２は、回路４５−２と、コンプリメンタリトランジスタによるエミッタ接地増幅回路を有している。回路４５−２は、反転機能、レベルシフト機能及びバイアス機能を有する回路を含み、増幅器Ｕの出力とエミッタ接地増幅回路のコンプリメンタリトランジスタの間に接続する。そのため、増幅器Ｕの出力が回路４５−２を介してコンプリメンタリトランジスタを駆動する。コンプリメンタリトランジスタによるエミッタ接地増幅回路は、コンプリメンタリトランジスタとして、ＮＰＮトランジスタＴｒｎとＰＮＰトランジスタＴｒｐを含んでいる。ＮＰＮトランジスタＴｒｎのエミッタは、負電圧電源−Ｖに接続されている。ＰＮＰトランジスタＴｒｐのエミッタは、正電圧電源＋Ｖに接続されており、互いに接続されたＮＰＮトランジスタＴｒｎ及びＰＮＰトランジスタＴｒｐのコレクタが、エミッタ接地増幅回路の出力となっている。
【００９４】
図１０の（ｃ）の電流増幅回路４２−３は、図１０の（ｂ）の電流増幅回路４２−２の変形である。電流増幅回路４２−３は、回路４５−２の代わりに、反転機能を省略した回路４５−３を有している。つまり、回路４５−３は、レベルシフト機能及びバイアス機能を有する回路を含んでいる。増幅器Ｕは、電流増幅回路４２−２の増幅器Ｕとは逆極性で使用されている。つまり、増幅器Ｕの非反転入力が電流増幅回路４２−３の入力Ｉｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆに接続される。回路４５−３と、コンプリメンタリトランジスタによるエミッタ接地増幅回路が、反転増幅回路である増幅回路Ａ−３を構成する。このような構成によって、コンプリメンタリトランジスタを駆動するための回路をさらにシンプルな構成にすることが可能である。この変形は、図１０の（ａ）に示されているトランジスタＴｒによるエミッタ接地増幅回路を含む電流増幅部４４−１にも適用可能である。
【００９５】
図１１及び図１２は、コンプリメンタリトランジスタによる増幅回路を含む電流増幅回路の他の例を示している。図１１の（ａ）の電流増幅回路４２−４は、図１０の（ｂ）の電流増幅回路４２−２と同様に、増幅器Ｕの反転入力が電流増幅回路４２−２の入力Ｉｉｎに接続されている。図１１の（ｂ）の電流増幅回路４２−５、図１２の（ａ）の電流増幅回路４２−６及び図１２の（ｂ）の電流増幅回路４２−７は、図１０の（ｃ）の電流増幅回路４２−３と同様に、増幅器Ｕの非反転入力が電流増幅回路４２−５、４２−６、４２−７の入力Ｉｉｎに接続されている。図１１から図１２において、図１から図１０と同じ構成要素には、同じ符号を付している。
【００９６】
図１１の（ａ）の電流増幅回路４２−４の電流増幅部４４−４は、増幅器Ｕと増幅回路Ａ−４の直列回路を含んでいる。直列回路は増幅部の一例である。増幅回路Ａ−４は、反転回路４６と、ベース接地増幅回路４７と、カレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’を含んでいる。反転回路４６は、増幅器Ｕｉと２つの抵抗Ｒ５を含み、増幅器Ｕｉと２つの抵抗Ｒ５は、増幅率が−１の反転増幅器を構成している。反転回路４６は、信号又は電流の極性を逆転させればよく、増幅率が−１の反転増幅器に限定されるものではない。
【００９７】
反転回路４６の出力には、コンプリメンタリなベース接地増幅回路４７が接続されている。ベース接地増幅回路４７は、コンプリメンタリトランジスタ、各トランジスタのベース抵抗Ｒｂ、エミッタ抵抗Ｒｅを含み、バイアス機能の一部とレベルシフト機能を有する回路の一例である。ベース接地増幅回路４７において、エミッタ抵抗Ｒｅの一端は反転回路４６の出力に接続されており、他端は各コンプリメンタリトランジスタのエミッタに接続されている。ベース抵抗Ｒｂの一端は各コンプリメンタリトランジスタのベースに接続されており、他端は正電源＋Ｖ’や負電源−Ｖ’に接続されている。正電源＋Ｖ’や負電源−Ｖ’として、増幅器Ｕｉ又は増幅器Ｕに用いられている電源を流用することができる。
【００９８】
正電源側のベース接地増幅回路に用いているトランジスタのエミッタ電圧は、＋Ｖ’よりもトランジスタのＶｂｅだけ低い電圧となり、負電源側のベース接地増幅回路のエミッタ電圧は、−Ｖ’よりもトランジスタのＶｂｅだけ高い電圧となる。例えば＋Ｖ’が＋１５Ｖ、−Ｖ’が−１５Ｖ、トランジスタのＶｂｅがいずれも０．７Ｖの場合、ベース接地増幅回路に用いているトランジスタのエミッタ電圧は各々、＋１４．３Ｖと−１４．３Ｖとなる。
【００９９】
各コンプリメンタリトランジスタのコレクタは正電源側のカレントミラー回路ＣＭや負電源側のカレントミラー回路ＣＭ’に接続されている。カレントミラー回路ＣＭの出力側のトランジスタとカレントミラー回路ＣＭ’の出力側のトランジスタは、コンプリメンタリトランジスタによるエミッタ接地増幅回路を構成している。
【０１００】
正電源側のカレントミラー回路ＣＭはカレントミラー回路ＣＭからベース接地増幅回路４７に流れる電流Ｉ１とほぼ等しい電流を増幅回路Ａ−４の出力、つまり電流増幅部４４−４の出力に供給し、負電源側のカレントミラー回路ＣＭ’はベース接地増幅回路４７からカレントミラー回路ＣＭ’に流れる電流Ｉ２とほぼ等しい電流を増幅回路Ａ−４の出力に供給する。カレントミラー回路ＣＭやカレントミラー回路ＣＭ’は電流出力の増幅回路であり、例えば２個のトランジスタからなるワイドラー型のカレントミラー回路であってもよく、ウィルソン型カレントミラー回路などの他のカレントミラー回路であってもよい。
【０１０１】
増幅回路Ａ−４の出力に供給された電流は、アッテネータＡＴＴ−１の抵抗Ｒ１、Ｒ２と帰還抵抗Ｒｆによって電圧信号に変換される。つまり、電流増幅回路４２−４では、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び帰還抵抗Ｒｆが、電流信号を電圧信号に変換するための負荷抵抗として利用される。抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び還抵抗Ｒｆを負荷抵抗として利用する場合、増幅回路Ａ−４の出力電圧をＶ、増幅回路Ａ−４の出力に供給される電流をＩ、抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１、抵抗Ｒ２の抵抗値をＲ２、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値をＲｆ、負荷抵抗の抵抗値をＲＬとすると、増幅回路Ａ−４の出力電圧Ｖは、式６のように表される。
【数５】
2020027991.tif 000007
【０１０２】
増幅回路Ａ−４の反転回路４６を除く部分、つまりベース接地増幅回路４７及びカレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’の部分の増幅率Ａｐは、負の値となる。カレントミラー回路ＣＭ、カレントミラー回路ＣＭ’やベース接地増幅回路４７に含まれているコンプリメンタリトランジスタの直流電流増幅率ｈＦＥが十分大きいとき、エミッタ抵抗Ｒｅの抵抗値をＲｅとして、増幅率Ａｐは、式７のように表される。
Ａｐ＝−２・ＲＬ／Ｒｅ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
【０１０３】
実際の増幅回路Ａ−４では、コンプリメンタリトランジスタの直流電流増幅率ｈＦＥの影響によって増幅率Ａｐの絶対値は式７よりも若干小さめになる。したがって、正確な増幅率Ａｐを得るためには、式７において、エミッタ抵抗Ｒｅを直流電流増幅率ｈＦＥの影響の分小さくすればよい。増幅器Ｕや増幅器Ｕｉの最大出力電圧が、実際に扱う信号電圧に対して余裕がある場合は、増幅回路Ａ−４に与える信号電圧が若干大きくなることによって補償されるため、増幅率Ａｐの絶対値が若干小さめであっても問題は生じない。
【０１０４】
図１１の（ｂ）の電流増幅回路４２−５では、図１０の（ｃ）の電流増幅回路４２−３と同様、増幅器Ｕの非反転入力が入力Ｉｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆに接続されて、反転回路が省略され、回路が簡素化されている。
【０１０５】
電流増幅回路４２−５の電流増幅部４４−５は、増幅器Ｕと増幅回路Ａ−５の直列回路を含んでいる。直列回路は増幅部の一例である。この増幅回路Ａ−５は、ベース接地増幅回路４７とカレントミラー回路ＣＭやカレントミラー回路ＣＭ’を含んでいる。正電源側のカレントミラー回路ＣＭは２つのＰＮＰトランジスタ、負電源側のカレントミラー回路ＣＭ’は２つのＮＰＮトランジスタで構成されている。
【０１０６】
正電源側のカレントミラー回路ＣＭの２つのＰＮＰトランジスタは各々、特性の揃ったトランジスタを使用し、熱結合して使用することが好ましい。負電源側のカレントミラー回路ＣＭ’の２つのＮＰＮトランジスタも、同様である。
【０１０７】
増幅回路Ａ−５では、最も基本的と言われるワイドラー型のカレントミラー回路を例示しているが、他の形式のカレントミラー回路も適宜利用可能である。
【０１０８】
カレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’の出力部、即ち増幅回路Ａ−５の電流出力部は、コンプリメンタリトランジスタによるエミッタ接地増幅回路で構成されている。すなわち、カレントミラー回路ＣＭのＰＮＰトランジスタＴｒｐと、カレントミラー回路ＣＭ’のＮＰＮトランジスタＴｒｎによってエミッタ接地増幅回路が構成されている。
【０１０９】
図１２の（ａ）の電流増幅回路４２−６の電流増幅部４４−６は、増幅器Ｕと増幅回路Ａ−６の直列回路を含んでいる。直列回路は増幅部の一例である。増幅回路Ａ−６は、電圧出力の増幅回路の例である。増幅回路Ａ−６は、図１１の（ｂ）の電流出力の増幅回路Ａ−５と、その出力部に接続された、独立した負荷抵抗ＲＬとバッファアンプＢを含んでいる。
【０１１０】
電流増幅回路４２−４、４２−５では、アッテネータＡＴＴ−１と帰還抵抗Ｒｆが負荷抵抗を形成していた。これに対して電流増幅回路４２−６では、カレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’の電流出力を独立した負荷抵抗ＲＬによって電圧信号に変換している。負荷抵抗ＲＬの変換により得られる電圧信号は、バッファアンプＢを通して電流増幅部４４−６の出力に送られる。バッファアンプＢは、例えばコンプリメンタリエミッタフォロア回路によるバッファアンプである。電流増幅回路４２−６は、独立した負荷抵抗ＲＬを含み、電圧出力の増幅回路を構成している。
【０１１１】
カレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’に含まれているコンプリメンタリトランジスタによるエミッタ接地増幅回路の電流出力はまた、ダイオードによるバッファアンプＢのバイアス回路としても動作しているが、増幅回路Ａ−６において、独立したバッファアンプＢのバイアス回路を設けてもよい。
【０１１２】
バッファアンプＢは、利得が１近辺の増幅回路であればよく、例えばダイヤモンドバッファ回路や市販されているバッファアンプＩＣ等であってもよい。
【０１１３】
図１２の（ｂ）の電流増幅回路４２−７の電流増幅部４４−７は、増幅器Ｕと増幅回路Ａ−７の直列回路を含んでいる。直列回路は増幅部の一例である。この増幅回路Ａ−７は、ベース接地増幅回路４７と、コンプリメンタリトランジスタによるエミッタ接地増幅回路４８を含んでいる。つまり、増幅回路Ａ−７は、カレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’の代わりに、より簡略化した回路を有している。
【０１１４】
ベース接地増幅回路４７のトランジスタのコレクタには、抵抗Ｒｃの一端とエミッタ接地増幅回路４８のトランジスタのベースが接続されている。エミッタ接地増幅回路４８のトランジスタのエミッタには抵抗Ｒｅ’の一端が接続されている。抵抗Ｒｃと抵抗Ｒｅ’各々の他端は正負の電源に接続されている。エミッタ接地増幅回路４８を構成するコンプリメンタリなトランジスタはコレクタ同士が接続され、エミッタ接地増幅回路４８の出力となっている。
【０１１５】
増幅回路Ａ−７では、抵抗Ｒｅ’に生じる電圧の分、最大出力電圧が低下するので、必要に応じて正負の電源電圧を高くする等の対応により最大出力電圧を維持してもよい。
【０１１６】
電流増幅回路４２−７のエミッタ接地増幅回路４８は、電流出力であるので、図１１の（ｂ）の電流増幅回路４２−５と同様に、アッテネータＡＴＴ−１の抵抗Ｒ１、Ｒ２と帰還抵抗Ｒｆを利用して負荷抵抗を形成する。負荷抵抗の形成は、電流増幅回路４２−５と同様であり、説明を省略する。
【０１１７】
電流増幅回路４２−４、４２−５、４２−６の増幅回路Ａ−４、Ａ−５、Ａ−６では、増幅回路Ｕの出力電圧が正負のベース接地増幅回路のトランジスタのエミッタ電圧以内の場合は、抵抗Ｒｅに常に電流が流れる。このため、カレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’の動作によって、カレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’内の例えばエミッタ接地増幅回路、つまりトランジスタＴｒｐとＴｒｎにも常に電流が流れることになる。また、電流増幅回路４２−７の増幅回路Ａ−７では、増幅回路Ｕの出力電圧が正負のベース接地増幅回路のトランジスタのエミッタ電圧以内の場合は、抵抗Ｒｅに常に電流が流れる。このため、エミッタ接地増幅回路４８にも常に電流が流れることになる。即ち、電流増幅回路４２−４、４２−５、４２−６、４２−７の増幅回路Ａ−４、Ａ−５、Ａ−６、Ａ−７は、トランジスタＴｒｐとＴｒｎに常に電流が流れるＡ級動作となっている。
【０１１８】
図１３の（ａ）は、Ａ級動作するエミッタ接地増幅回路を含む電流増幅回路の変形例を示している。電流増幅回路４２−８は、電流増幅部４４−８及びアッテネータＡＴＴ−１を含み、電流増幅部４４−８の増幅回路Ａ−８は、ＡＢ級動作するエミッタ接地増幅回路を含む。図１３の（ｂ）は、Ａ級動作するエミッタ接地増幅回路を含む電流増幅回路の変形例を示している。電流増幅回路４２−９は、電流増幅部４４−９及びアッテネータＡＴＴ−１を含み、電流増幅部４４−９の増幅回路Ａ−９は、Ｂ級動作するエミッタ接地増幅回路を含む。図１３において、図１から図１２と同じ構成要素には、同じ符号を付している。
【０１１９】
増幅回路Ａ−８において、ベース接地増幅回路４７に含まれているトランジスタのベース電圧は、定電流ダイオードによる電流と抵抗Ｒｂ’の積の電圧と、ダイオードの順方向電圧Ｖｆとの和になる。例えばベース接地増幅回路４７に含まれているトランジスタがシリコントランジスタであり、ダイオードがシリコンダイオードであり、トランジスタとダイオードを熱結合している場合、トランジスタのＶｂｅとダイオードの順方向電圧Ｖｆはほぼ等しくなる。
【０１２０】
この結果、定電流ダイオードによる電流と抵抗Ｒｂ’の積の電圧と、ベース接地増幅回路４７に含まれているトランジスタのエミッタ電流と抵抗Ｒｅの積が等しくなるようなエミッタ電流が流れる。カレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’の動作によって、エミッタ電流と等しい電流、又はほぼ等しい電流が、増幅器Ｕの出力が０［Ｖ］のときの、エミッタ接地増幅回路のアイドル電流として流れることになる。
【０１２１】
そして、増幅器Ｕの出力が、正電源側のベース接地増幅回路４７のトランジスタのエミッタ電圧よりもある程度高くなると、正電源側のベース接地増幅回路４７のトランジスタがオフする。また、増幅器Ｕの出力が、負電源側のベース接地増幅回路４７のトランジスタのエミッタ電圧よりもある程度低くなると、負電源側のベース接地増幅回路４７のトランジスタがオフする。
【０１２２】
この結果、増幅器Ｕの出力が０［Ｖ］近辺ではベース接地増幅回路４７のトランジスタの両方にアイドル電流が流れ、増幅器Ｕの出力が０［Ｖ］から離れるといずれかのトランジスタがオフする、ＡＢ級動作になる。抵抗Ｒｂ’の抵抗値が小さい場合は、Ｂ級動作に近くなる。
【０１２３】
増幅回路Ａ−９では、抵抗Ｒｂ’が省略されているため、エミッタ接地増幅回路のアイドル電流はほとんど流れず、Ｂ級動作になる。
【０１２４】
増幅回路Ａ−８、Ａ−９は、定電流ダイオードを含むが、これに限定するものではなく、一例として定電流ダイオードの代わりに抵抗や定電流回路を含んでもよい。
【０１２５】
電流増幅回路４２−５から４２−９の増幅回路Ａ−５からＡ−９の増幅率は、電流増幅回路４２−４の増幅回路Ａ−４の増幅率Ａｐと同様、式７のように表される。
【０１２６】
図１４の（ａ）と図１４の（ｂ）は、ベース接地増幅回路を含む電流増幅回路の変形例を示している。図１４の（ａ）の電流増幅回路４２−１０は、電流増幅部４４−１０及びアッテネータＡＴＴ−１を含む。電流増幅部４４−１０の増幅回路Ａ−１０は、増幅器Ｕの電源消費電流の直流成分の量に応じて、異なる動作級になる。増幅器Ｕの電源消費電流の直流成分が少ない場合に、増幅回路Ａ−１０はＢ級動作になり、直流成分がある程度以上の大きさである場合に、増幅回路Ａ−１０はＡＢ級動作になる。図１４の（ｂ）の電流増幅回路４２−１１は、電流増幅部４４−１１及びアッテネータＡＴＴ−１を含み、電流増幅部４４−１１の増幅回路Ａ−１１は、増幅器Ｕの電源消費電流の直流成分が少ない場合でもＡＢ級動作にできる。図１４において、図１から図１３と同じ構成要素には、同じ符号を付している。
【０１２７】
増幅器Ｕの電源消費電流は、出力に依存する成分と、出力に依存しない直流成分を含んでいる。出力に依存する成分は、主に、出力から流出する出力電流であり、出力に依存しない直流成分は、主に、出力段よりも前の増幅段の定電流回路によって流れる直流と、出力段のアイドル電流である。
【０１２８】
電流増幅回路４２−１０、４２−１１の電流増幅部４４−１０、４４−１１において、ベース接地増幅回路４７のトランジスタのエミッタは、増幅器Ｕの電源に接続されており、増幅器Ｕの出力には負荷抵抗ＲＬ’が接続されている。
【０１２９】
電流増幅部４４−１０では、増幅器Ｕの電源消費電流のうちその出力に依存する成分が、ベース接地増幅回路４７を介してカレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’に与えられる結果、同じ信号電流、又はほぼ同じ信号電流がエミッタ接地増幅回路の出力に流れる。この信号電流がエミッタ接地増幅回路の負荷抵抗、つまりアッテネータＡＴＴ−１の抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び帰還抵抗Ｒｆなどによって電圧に変換され、エミッタ接地増幅回路の出力となる。
【０１３０】
電流増幅部４４−１０と電流増幅部４４−５を比較すると、ベース接地増幅回路４７に流れる信号成分の極性が逆になっている。即ち、電流増幅部４４−５では増幅器Ｕの出力から“流れ出る”電流をベース接地増幅回路４７に与えているのに対して、電流増幅部４４−１０では、増幅器Ｕの電源端子に“流れ込む”電流をベース接地増幅回路４７に与えているため、ベース接地増幅回路４７に流れる信号成分の極性が逆になる。
【０１３１】
即ち、電流増幅回路４２−５の増幅回路Ａ−５は反転増幅回路のため、増幅器Ｕの非反転入力が入力Ｉｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆに接続されているのに対して、電流増幅回路４２−１０の増幅回路Ａ−１０は非反転増幅回路のため、増幅器Ｕの反転入力が入力Ｉｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆに接続されている。
【０１３２】
電流増幅部４４−１０において、増幅器Ｕの電源消費電流のうち出力に依存しない直流成分も、ベース接地増幅回路４７を介してカレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’に与えられる。この結果、増幅器Ｕの電源直流成分と同じ電流、又はほぼ同じ電流がエミッタ接地増幅回路の出力のアイドル電流として流れる。ここで、増幅器Ｕの電源に流れる直流成分が小さい場合はエミッタ接地増幅回路はＢ級動作となり、ある程度の直流成分が流れる場合はＡＢ級動作となる。
【０１３３】
カレントミラー回路ＣＭ、カレントミラー回路ＣＭ’やベース接地増幅回路４７に含まれているコンプリメンタリトランジスタの直流電流増幅率ｈＦＥが十分大きいとき、エミッタ接地増幅回路の負荷抵抗（アッテネータＡＴＴ−１の抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び帰還抵抗Ｒｆなど）の抵抗値をＲＬ、増幅器Ｕの出力に接続されている負荷抵抗ＲＬ’の抵抗値をＲＬ’として、増幅回路Ａ−１０の増幅率Ａｐ’は、式８のように表される。
Ａｐ’＝ＲＬ／ＲＬ’  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８）
【０１３４】
実際の増幅回路Ａ−１０では、コンプリメンタリトランジスタの直流電流増幅率ｈＦＥの影響によって増幅率Ａｐ’の絶対値は式８よりも若干小さめになる。したがって、正確な増幅率Ａｐ’を得るためには、式８において、増幅器Ｕの出力に接続されている負荷抵抗ＲＬ’の抵抗値を直流電流増幅率ｈＦＥの影響の分小さくすればよい。又は、エミッタ接地増幅回路の負荷抵抗に含まれるアッテネータＡＴＴ−１の抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の抵抗値を直流電流増幅率ｈＦＥの影響の分大きくしてもよい。
【０１３５】
図１４の（ｂ）は、エミッタ接地増幅回路がＡＢ級動作になるようにアイドル電流を流すための変形例と、カレントミラー回路を抵抗で置き換えた変形例を示している。
【０１３６】
電流増幅回路４２−１１の電流増幅部４４−１１では、ベース接地増幅回路４７の正負のトランジスタのエミッタの間（即ち、増幅器Ｕの正負電源の間）に定電流ダイオードが接続されている。このため、定電流ダイオードに流れる電流と等しい電流、又はほぼ等しい電流の分だけエミッタ接地増幅回路のアイドル電流が増加する。増幅器Ｕの電源消費電流のうち出力に依存しない直流成分が小さい場合（即ち、低消費電流の増幅器Ｕの場合）であっても、エミッタ接地増幅回路のアイドル電流を必要なだけ増加させて、ＡＢ級動作にすることができる。
【０１３７】
電流増幅部４４−１１では、定電流ダイオードが含まれているが、所定の電流を流せる素子や回路であればよく、定電流ダイオードの代わりに抵抗やその他の定電流回路等が含まれていてもよい。
【０１３８】
図１４の（ｂ）は、カレントミラー回路を抵抗で置き換えて簡略化した変形例を示しているが、これは電流増幅回路４２−７で説明した置き換えなので、詳細な説明は省略する。
【０１３９】
電流増幅回路４２−１１の増幅回路Ａ−１１の増幅率は、電流増幅回路４２−１０の増幅回路Ａ−１０の増幅率Ａｐ’と同様、式８のように表される。
【０１４０】
電流増幅回路４２−４、４２−５、４２−７、４２−８、４２−９、４２−１０、４２−１１では、アッテネータＡＴＴ−１の抵抗Ｒ１、Ｒ２と帰還抵抗Ｒｆを利用して負荷抵抗を形成している。しかしながら、電流増幅回路４２−６における負荷抵抗ＲＬとバッファアンプＢを増幅回路Ａ−４、Ａ−５、Ａ−７、Ａ−８、Ａ−９、Ａ−１０、Ａ−１１の出力部に設置して、電圧出力の増幅回路を形成してもよい。
【０１４１】
また、電流増幅回路４２−７や４２−１１では、カレントミラー回路が抵抗で置き換えられて、回路が簡略化されているが、電流増幅回路４２−４、４２−５、４２−６、４２−８、４２−９、４２−１０のベース接地増幅回路４７とカレントミラー回路ＣＭ、ＣＭ’を用いたコンプリメンタリトランジスタによるエミッタ接地増幅回路に置き換えてもよい。
【０１４２】
図１０から図１４は、バイポーラトランジスタを用いた増幅回路を例示しているが、ＦＥＴ等の他の増幅素子を用いたり併用したりしてもよい。また図１０から図１４では、コンプリメンタリなバイポーラトランジスタによるベース接地増幅回路とエミッタ接地増幅回路による増幅回路を例示しており、ＦＥＴを用いる場合は、ゲート接地増幅回路とソース接地増幅回路になる。必要な増幅率と出力電圧が得られる増幅回路であれば、さらに他の形式の増幅回路であってもよい。
【０１４３】
図１５は、昇圧トランスによる増幅回路を含む電流増幅回路の例を示している。図１５において、図１から図１４と同じ構成要素には、同じ符号を付している。
【０１４４】
電流増幅回路４２−１２の電流増幅部４４−１２は、増幅器Ｕと増幅回路Ａ−１２の直列回路を含み、電流増幅回路４２−１３の電流増幅部４４−１３は、増幅器Ｕと増幅回路Ａ−１３の直列回路を含み、電流増幅回路４２−１４の電流増幅部４４−１４は、増幅器Ｕと増幅回路Ａ−１４の直列回路を含んでいる。直列回路は増幅部の一例である。これらの増幅回路Ａ−１２、Ａ−１３、Ａ−１４は、昇圧トランスＴｕを含んでいる。昇圧トランスＴｕにより、電流増幅回路４２−１２、４２−１３、４２−１４は交流信号を扱うことができる。
【０１４５】
電子回路による増幅回路Ａによってｎ倍大きい出力電圧を得る場合、それに伴い約ｎ倍高い電源電圧が必要となる。これに対して、昇圧トランスＴｕを増幅回路Ａとして用いれば、高い電源電圧や、高電圧を出力可能な電子回路による増幅回路Ａが不要になるので、回路の簡素化や費用低減等の効果が得られる。
【０１４６】
昇圧トランスＴｕのトランス巻線の抵抗値は、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値よりもはるかに低い。そのため、トランス巻線の抵抗に起因する熱雑音は、帰還抵抗Ｒｆに起因する熱雑音よりもはるかに小さい。したがって、電磁誘導が少ない環境で用いたり十分な電磁シールドを施したトランスを用いることによって、低雑音で交流信号用の増幅回路及び電流増幅回路を実現することができる。
【０１４７】
帰還抵抗Ｒｆのインピーダンス、又は帰還抵抗Ｒｆのインピーダンス及びアッテネータＡＴＴの入力インピーダンスが、昇圧トランスＴｕの二次巻線の出力インピーダンスよりも十分大きい場合、増幅回路Ａ−１２、Ａ−１３の増幅率は、昇圧トランスＴｕの一次巻線と二次巻線の巻線比となる。一例として増幅回路Ａ−１２、Ａ−１３の増幅率を１００倍にするとき、昇圧トランスＴｕの巻線比は１：１００にすればよい。
【０１４８】
増幅器Ｕの出力に直流成分が含まれていることによって、昇圧トランスＴｕが正常に動作できない場合は、図１５に（）付きで表示しているように、増幅回路Ａ−１２、Ａ−１３、Ａ−１４は、増幅器Ｕと昇圧トランスＴｕの間に配置される容量Ｃｉを有していてもよい。容量Ｃｉによって昇圧トランスＴｕの入力に直流成分が印加されないようにすることができる。容量Ｃｉを使用しない場合は、増幅器Ｕの出力がそのまま昇圧トランスＴｕの入力に接続される。
【０１４９】
電流増幅回路４２−１２において、アッテネータＡＴＴの入力インピーダンスが、昇圧トランスＴｕの二次巻線の出力インピーダンスよりも十分に大きくない場合は、アッテネータＡＴＴの入力に図不示のバッファアンプＢを追加してもよい。また、電流増幅回路４２−１２の出力Ｖｏｕｔに接続される負荷のインピーダンスがアッテネータＡＴＴの出力インピーダンスよりも十分に高くない場合は、アッテネータＡＴＴの出力に図不示のバッファアンプＢを追加してもよい。
【０１５０】
電流増幅回路４２−１２の増幅回路Ａ−１２の昇圧トランスＴｕは、二巻トランスであるが、単巻トランスによる昇圧トランスＴｕであってもよい。単巻トランスによる昇圧トランスＴｕの図示は省略する。
【０１５１】
図１５の（ｂ）は、アッテネータの機能を兼ね備える昇圧トランスによる増幅回路を含む電流増幅回路の例を示している。一例として増幅回路Ａ−１３の増幅率を１００倍にするとき、昇圧トランスＴｕの巻線比は１：１００とした上で、二次巻線の１／１００の点にタップを設けて電流増幅回路４２−１３の出力Ｖｏｕｔに接続する。このタップにより、減衰率１／１００のアッテネータＡＴＴと同様の機能が得られる。つまり、昇圧トランスＴｕの二次巻線に設けたタップは、アッテネータの一例である。
【０１５２】
電流増幅回路４２−１３の出力Ｖｏｕｔに接続される負荷のインピーダンスが昇圧トランスＴｕのタップにおける出力インピーダンスよりも十分に高くない場合は、昇圧トランスＴｕのタップに図不示のバッファアンプＢを設けてもよい。
【０１５３】
図１５の（ｃ）は、図１５の（ｂ）の二巻トランスによる昇圧トランスＴｕを、単巻トランスによる昇圧トランスＴｕに置き換えた変形例である。この場合は、昇圧トランスＴｕを駆動する信号がそのまま、電流増幅回路４２−１４の出力にもなる。単巻トランスによる昇圧トランスＴｕに設けたタップも、アッテネータの一例である。
第５の実施の形態
【０１５４】
第５の実施の形態の例を、図１６から図１８に示す。図１６から図１８において、図１から図１５と同じ構成要素には、同じ符号を付している。図１６の（ａ）及び図１８において、制御信号の信号線が破線で示されている。
【０１５５】
第５の実施の形態では、第４の実施の形態に係る電流増幅回路４２−１２、４２−１３、４２−１４と同様、昇圧トランスＴｕを含み、交流信号を扱うことができる。第５の実施の形態では、さらに直流信号も扱うことを可能とした電流増幅回路の例を示す。
【０１５６】
電子回路による増幅回路Ａによってｎ倍大きい出力電圧を得る場合、それに伴い約ｎ倍高い電源電圧が必要となる。これに対して、昇圧トランスＴｕを増幅回路Ａとして用いれば、高い電源電圧や、高電圧を出力可能な電子回路による増幅回路Ａが不要になるので、回路の簡素化や費用低減等の効果が得られる。
【０１５７】
図１６の（ａ）の電流増幅回路５２−１は、電流増幅部５４−１及びアッテネータＡＴＴを含む。電流増幅部５４−１は、増幅器Ｕ及び増幅回路Ａ−１５の直列回路、及び帰還抵抗Ｒｆを含む。直列回路は、増幅部の一例であり、帰還抵抗Ｒｆは、直列回路の出力と入力の間に接続し、直列回路の出力から入力に負帰還をかける。増幅回路Ａ−１５は、極性反転回路５６、第１の切替スイッチ５７−１、二次巻線を２つ有する昇圧トランスＴｕ、第２の切替スイッチ５７−２、制御回路５５、第３の切替スイッチ５７−３及び容量Ｃｈを含む。増幅回路Ａ−１５は、図１６の（ａ）中に（）付きで示しているバッファアンプＢや容量Ｃｉを、必要な場合に追加的に含んでいてもよい。これらの要素を含まない場合は、短絡接続される。
【０１５８】
極性反転回路５６と第１の切替スイッチ５７−１は、交流変換回路５８−１の一例であり、この交流変換回路５８−１は、増幅器Ｕの出力を交流に変換し、昇圧トランスＴｕの一次巻線の駆動信号を交流に変換する。
【０１５９】
第１の切替スイッチ５７−１の一方の接点Ｐ１には増幅器Ｕの出力が接続され、他方の接点Ｐ２には増幅率が−１の極性反転回路５６の出力が接続される。第１の切替スイッチ５７−１の共通接点Ｐ３は昇圧トランスＴｕの一次巻線の一端に接続される。一次巻線の他端は接地されている。
【０１６０】
第１の切替スイッチ５７−１は、制御回路５５によって周期的（一例として、１［ｍｓ］ごと）に接点が切り替えられ、増幅器Ｕの出力を交流に変換する。
【０１６１】
交流変換回路５８−１は、図１６の（ａ）中に（）付きで示すように、増幅器Ｕの出力と第１の切替スイッチの一方の接点Ｐ１間に、バッファアンプＢを含んでもよい。バッファアンプＢの増幅率が１以外の場合は、極性反転回路５６の増幅率の絶対値は、バッファアンプＢの増幅率と同じ値にされる。
【０１６２】
交流変換回路５８−１は信号を交流に変換するので、昇圧トランスＴｕの入力には基本的に直流は印加されない。しかし、図１６の（ａ）中に（）付きで表示しているように、第１の切替スイッチ５７−１の共通接点Ｐ３と昇圧トランスＴｕの一次巻線の一端の間に容量Ｃｉを接続し、昇圧トランスＴｕの入力への直流成分の印加をさらに抑制してもよい。
【０１６３】
昇圧トランスＴｕの２つの二次巻線は同じ巻線方向になっており、２つの二次巻線の一方の巻線の始端と他方の巻線の終端が接続される。２つの二次巻線の接続点は接地されている。２つの二次巻線の他端は各々、第２の切替スイッチの一方の接点Ｐ４と他方の接点Ｐ５に接続されている。
【０１６４】
極性反転回路５６の増幅率の絶対値（やバッファアンプＢの増幅率）が１のとき、増幅率がｎ倍の増幅回路Ａ−１５を得るには、二次巻線の巻線数は各々、一次巻線のｎ倍の巻線数とする。
【０１６５】
増幅回路Ａ−１５に含まれている昇圧トランスＴｕは、図１６の（ｂ）に示す単巻トランスによる昇圧トランスＴｕに置き換えてられてもよい。図１６の（ｂ）中の「１」、「（ｎ−１）」、「ｎ」は各々、巻線比を示している。
【０１６６】
第２の切替スイッチ５７−２は、交流変換して昇圧トランスＴｕを通過した信号を復元する回路（以下、「復元回路」という）の一例である。第２の切替スイッチ５７−２は、第１の切替スイッチ５７−１と連動して制御回路５５によって周期的に接点が切り替えられる。交流変換回路５８−１で交流に変換された信号は、昇圧トランスＴｕで昇圧される。第２の切替スイッチ５７−２は、昇圧トランスＴｕで昇圧された信号を復元している。第２の切替スイッチ５７−２の接点を切り替える周期に対応する周波数は、電流増幅回路５２−１が扱う信号の帯域よりも高くすることが好ましいが、これに限定するものではない。
【０１６７】
第１の切替スイッチ５７−１や第２の切替スイッチ５７−２は周期的・連続的に切り替えられるため、第１の切替スイッチ５７−１や第２の切替スイッチ５７−２は、機械的なスイッチやリレーよりも接点寿命が長い電子スイッチが望ましい。
【０１６８】
第２の切替スイッチ５７−２の共通接点Ｐ６は、トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈの入力に接続される。
【０１６９】
トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈは、過渡状態の影響を抑制する回路の一例であり、第３の切替スイッチ５７−３と容量Ｃｈを含む。第１の切替スイッチ５７−１と第２の切替スイッチ５７−２の切り替えタイミングのずれや、切り替えにかかる時間に起因して、スイッチ切替時に、復元した信号にパルス状の雑音が現れる可能性がある。トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈは、このような過渡状態の影響を抑制し、パルス状の雑音を除去する。トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈの出力が帰還抵抗Ｒｆの一端に接続される。
【０１７０】
トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈの出力信号は、トラック状態では入力信号に追従し、ホールド状態になったときにはその直前の入力に対応した値を保持するように動作する。
【０１７１】
トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈは、前述の制御回路５５によってトラック状態又はホールド状態に切り替えられる。すなわち、第１の切替スイッチ５７−１と第２の切替スイッチ５７−２におけるスイッチ切り替え直前から直後までの間は、トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈがホールド状態となり、スイッチ切り替え直前の電圧を保持する。このため、パルス状の雑音が出力Ｖｏｕｔに現れないようにすることができる。スイッチ切り替え直前から直後までの間以外の時間では、トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈがトラック状態となり、トラック＆ホールド回路の入力がそのまま出力に表れる。トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈの出力、即ち第３の切替スイッチ５７−３と容量Ｃｈの接続点がアッテネータＡＴＴの入力に接続され、アッテネータＡＴＴの出力から電流増幅回路５２−１の出力Ｖｏｕｔが得られる。
【０１７２】
第１の切替スイッチ５７−１や第２の切替スイッチ５７−２の切替時のパルス状の雑音が問題にならない場合には、トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈは省略してもよい。トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈを省略する場合、第２の切替スイッチ５７−２の共通接点Ｐ６は帰還抵抗Ｒｆの一端及びアッテネータＡＴＴの入力に接続され、アッテネータＡＴＴの出力から電流増幅回路５２−１の出力Ｖｏｕｔが得られる。
【０１７３】
電流増幅回路５２−１は、図１６の（ａ）中に（）付きで示しているように、電流増幅部５４−１とアッテネータＡＴＴの間に他のトラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈ’を含んでいてもよい。トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈ’は、第１の切替スイッチ５７−１と第２の切替スイッチ５７−２の切替時に生じうるパルス状の雑音をさらに低減する。図１６の（ａ）では、アッテネータＡＴＴの前にトラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈ’が追加されている例を示しているが、アッテネータＡＴＴの後にトラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈ’が追加されてもよい。
【０１７４】
図１７は、電流増幅回路５２−１の動作の一例を示している。図１７の（ａ）は、第１の切替スイッチの共通接点Ｐ３の電圧を示し、図１７の（ｂ）は、第２の切替スイッチの一方の接点Ｐ４の電圧を示し、図１７の（ｃ）は、第２の切替スイッチの他方の接点Ｐ５の電圧を示し、図１７の（ｄ）は、第２の切替スイッチの共通接点Ｐ６の電圧を示し、図１７の（ｅ）は、トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈのオン・オフを示す。図１７の（ｅ）において、ＯＦＦは第３の切替スイッチがオフであり、トラック＆ホールド回路がホールド状態であることを表す。また、図１７の（ｅ）において、ＯＮは第３の切替スイッチがオンであり、トラック＆ホールド回路がトラック状態であることを表す。
【０１７５】
一例として、入力Ｉｉｎには矢印の方向に−１［ｎＡ］（矢印と逆方向に１［ｎＡ］）の電流が流れており、増幅器Ｕの出力は＋１［Ｖ］、極性反転回路５６の増幅率は−１、第１の切替スイッチ５７−１の一方の接点Ｐ１には増幅器Ｕの出力が直接（バッファアンプＢなしで）接続されており、昇圧トランスＴｕの巻線比（一次巻線と、二次巻線各々の巻線比）は各々１：１００であり、第２の切替スイッチ５７−２の共通接点Ｐ６が＋１００［Ｖ］になる場合を考える。
【０１７６】
この場合、第１の切替スイッチ５７−１の共通接点Ｐ３の電圧は、
・一方の接点Ｐ１と共通接点Ｐ３が接続されているとき：＋１［Ｖ］、
・他方の接点Ｐ２と共通接点Ｐ３が接続されているとき：−１［Ｖ］、
のように切り替わる。図１７の（ａ）に示すように交流変換される結果、第１の切替スイッチ５７−１の共通接点Ｐ３では、±１［Ｖ］の方形波が得られる。
【０１７７】
昇圧トランスＴｕの一方の二次巻線の一端（接地されている点から見て、一次巻線と同じ巻線方向の二次巻線側）が接続されている第２の切替スイッチ５７−２の一方の接点Ｐ４には、図１７の（ｂ）に示すように、±１００［Ｖ］の方形波が得られる。
【０１７８】
昇圧トランスＴｕの他の二次巻線の一端（接地点から見て、一次巻線と逆の巻線方向の二次巻線の側）が接続されている第２の切替スイッチ５７−２の他方の接点Ｐ５には、図１７の（ｃ）に示すように、−／＋１００［Ｖ］の方形波が得られる。
【０１７９】
第１の切替スイッチ５７−１と第２の切替スイッチ５７−２が連動し、第１の切替スイッチ５７−１の共通接点Ｐ３が一方の接点Ｐ１に接続されるときに第２の切替スイッチ５７−２の共通接点Ｐ６も一方の接点Ｐ４に接続され、第１の切替スイッチ５７−１の共通接点Ｐ３が他方の接点Ｐ２に接続されるときに第２の切替スイッチ５７−２の共通接点Ｐ６も他方の接点Ｐ５に接続されることによって、復元回路を実現している。この場合、第２の切替スイッチ５７−２の共通接点Ｐ６には、図１７の（ｄ）に示すように復元された、＋１００［Ｖ］の直流が得られる。
【０１８０】
トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈを備える場合、第３の切替スイッチ５７−３は、第１の切替スイッチ５７−１と第２の切替スイッチ５７−２が切り替わる直前にオフになり、トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈはホールド状態になって、スイッチ切り替え直前の共通接点Ｐ６の電圧を保持する。また第３の切替スイッチ５７−３は、第１の切替スイッチ５７−１と第２の切替スイッチ５７−２が切り替わった直後にオンになり、トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈはトラック状態になって、共通接点Ｐ６の電圧に追従し続ける。
【０１８１】
すなわち、トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈは、スイッチ切り替え直前から直後までの間の必要時間のみホールド状態としてスイッチ切り替え直前の電圧を保持し、それ以外ではトラック状態にする。トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈは、パルス状の雑音が出力Ｖｏｕｔに現れないようにして、過渡状態の影響を抑制している。
【０１８２】
極性反転回路５６、第１の切替スイッチ５７−１、二次巻線を２つ有する昇圧トランスＴｕ、第２の切替スイッチ５７−２（、第３の切替スイッチ５７−３、容量Ｃｈ）と制御回路５５はこのように、全体として増幅回路Ａ−１５として動作し、昇圧トランスＴｕを用いながら直流を扱うこともできる。第３の切替スイッチ５７−３のオフ時間がオン時間よりも十分に短い場合は、帰還抵抗Ｒｆに起因する雑音の低減効果は、他の実施の形態と同様である。
【０１８３】
図１８の電流増幅回路５２−２は、電流増幅回路５２−１の変形例である。電流増幅回路５２−２は、電流増幅部５４−２及びアッテネータＡＴＴを含む。電流増幅部５４−２は、増幅器Ｕ及び増幅回路Ａ−１６の直列回路、及び帰還抵抗Ｒｆを含む。直列回路は、増幅部の一例であり、帰還抵抗Ｒｆは、直列回路の出力と入力の間に接続し、直列回路の出力から入力に負帰還をかける。増幅回路Ａ−１６は、電流増幅回路５２−１の増幅回路Ａ−１５の変形例であり、交流変換回路５８−２、復元回路、ローパスフィルタＬＰＦ及び制御回路５５を含む。交流変換回路５８−２、復元回路及びローパスフィルタＬＰＦは、増幅回路Ａ−１５の交流変換回路５８−１、復元回路及び過渡状態の影響を抑制する回路の、各々の変形例である。
【０１８４】
交流変換回路５８−１では、増幅器Ｕの出力と、その極性を反転させた出力を第１の切替スイッチ５７−１で切り替えていた。これに対して、交流変換回路５８−２では、増幅器Ｕの出力と基準電位とを、第１の切替スイッチ５７−１で切り替えている。図１７に示したように、増幅器Ｕの出力が＋１［Ｖ］のとき、第１の切替スイッチ５７−１の共通接点Ｐ３の電圧は、交流変換回路５８−１では±１［Ｖ］になるのに対して、交流変換回路５８−２では＋１［Ｖ］／０［Ｖ］となり、ピークトゥピーク電圧は半分になる。このため、前述の例と同様ｎ＝１００の場合、昇圧トランスＴｕの巻線比は、図１６の（ａ）の昇圧トランスＴｕの２倍の０．５：ｎ＝１：２ｎとして、二次巻線に±１００Ｖが現れるようにする。
【０１８５】
増幅回路Ａ−１６では、昇圧トランスＴｕの二次巻線と、第２の切替スイッチ５７−４、５７−５が復元回路として機能する。
【０１８６】
増幅回路Ａ−１５の復元回路では、直列接続された２組の二次巻線を１つの第２の切替スイッチ５７−２で切り替えているのに対して、増幅回路Ａ−１６の復元回路では、１つの二次巻線を２つの第２の切替スイッチ５７−４、５７−５で切り替えている。しかし、交流変換してトランスを経由した信号を復元するという機能は、同等である。
【０１８７】
増幅回路Ａ−１５の過渡状態の影響を抑制する回路は、トラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈであるのに対して、増幅回路Ａ−１６の過渡状態の影響を抑制する回路は、ローパスフィルタＬＰＦである。スイッチの切り替えに伴うパルス状の雑音が大きいときはトラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈを、小さいときはローパスフィルタＬＰＦを使用する等、適宜選択すればよい。
【０１８８】
なお、パルス状の雑音がほとんど発生しない場合は、ローパスフィルタＬＰＦを省略してもよい。また一例として、復元回路の後にはトラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈを使用し、アッテネータＡＴＴの前や後にローパスフィルタＬＰＦを設けるような構成や、その逆の構成も可能である。
【０１８９】
増幅回路Ａ−１６は、図１８に（）付きで示しているバッファＢ及び容量Ｃｉを含んでいてもよい。容量Ｃｉは直流成分を除去する結果、第１の切替スイッチ５７−１の共通接点Ｐ３の電圧が＋１［Ｖ］／０［Ｖ］の場合、昇圧トランスＴｕの一次巻線の一端には±０．５［Ｖ］の電圧が印加される。増幅回路Ａ−１６の交流変換回路５８−２は、増幅回路Ａ−１５の交流変換回路５８−１と置き換えることが可能である。
【０１９０】
増幅回路Ａ−１６の復元回路を構成している２つの第２の切替スイッチ５７−４、５７−５は、増幅回路Ａ−１５の復元回路を構成している第２の切替スイッチ５７−２と置き換えることが可能である。また、増幅回路Ａ−１６の過渡状態の影響を抑制する回路のローパスフィルタＬＰＦは、増幅回路Ａ−１５の過渡状態の影響を抑制する回路のトラック＆ホールド回路Ｔ＆Ｈと置き換えることが可能である。これらは、各々独立して自由な組み合わせで置き換えが可能である。
第６の実施の形態
【０１９１】
第６の実施の形態の例を、図１９から図２１に示す。図１９から図２１において、図１から図１８と同じ構成要素には、同じ符号を付している。
【０１９２】
第６の実施の形態は、増幅器Ｕと増幅率の絶対値がｎ倍の増幅回路の直列回路を使用し、所定の抵抗値よりも抵抗値がｎ倍大きい帰還抵抗Ｒｆを用いて増幅回路の出力から増幅器Ｕの入力に負帰還をかけることによって、増幅回路の出力にｎ倍大きな出力電圧を得た上で、増幅器Ｕから出力Ｖｏｕｔとして１倍の出力電圧を得る構成の、電流増幅回路である。
【０１９３】
この構成によっても、帰還抵抗Ｒｆの熱雑音に起因する雑音を１／（√ｎ）に低減することができ、低雑音の電流増幅回路を実現できる。
【０１９４】
図１９の電流増幅回路６２−１は、電流増幅部６４−１を含んでいる。この電流増幅部６４−１は、増幅器Ｕ、増幅率がｎ倍の増幅回路Ａと、帰還抵抗Ｒｆを含んでいる。増幅器Ｕの出力は、増幅回路Ａの入力に直列に接続され、増幅器Ｕと増幅回路Ａの直列回路が形成されている。この直列回路は増幅部の一例である。
【０１９５】
増幅器Ｕの出力は、更に電流増幅回路６２−１の出力Ｖｏｕｔに接続されている。増幅器Ｕは、演算増幅器（オペアンプ）が代表的な一例であるが、これに限定するものではなく、負帰還をかけることができる他種の増幅器であってもよい。
【０１９６】
帰還抵抗Ｒｆは、増幅回路Ａの出力と増幅器Ｕの入力の間に接続され、直列回路に負帰還をかけている。帰還抵抗Ｒｆは、増幅器Ｕの反転入力に接続されている。位相補償や周波数特性の調整等のために、他の素子や回路を帰還抵抗Ｒｆに接続してもよい。
【０１９７】
電流増幅部６４−１は、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値によって決定される電流−電圧変換係数を有する。この電流−電圧変換係数は、電流増幅部６４−１の入力電流と増幅回路Ａの出力電圧間の変換係数である。帰還抵抗Ｒｆの抵抗値は、設定電流−電圧変換係数に対応する帰還抵抗の抵抗値のｎ倍になるように設定されている。ｎは１よりも大きな値であり、設定電流−電圧変換係数は、電流増幅部６４−１により電流増幅回路６２−１の設定出力電圧を得るための電流−電圧変換係数である。
【０１９８】
電流増幅回路６２−１の動作を説明するために、既述の電流増幅回路５０２を参照比較する。ｎは例えば１００であるが、ｎは１より大きければよく、１００に限定されるものではない。
【０１９９】
電流増幅回路５０２において、例えば帰還抵抗Ｒｆが１［ＧΩ］の場合、前述のように、入力Ｉｉｎにおける入力電流が−／＋１［ｎＡ］のとき、出力Ｖｏｕｔにおける出力電圧が±１［Ｖ］になる。
【０２００】
電流増幅回路６２−１において、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値は、電流増幅回路５０２の帰還抵抗Ｒｆの抵抗値の１００倍（ｎ倍）の１００［ＧΩ］とする。これにより、一例として電流増幅回路６２−１の入力Ｉｉｎにおける入力電流が−／＋１［ｎＡ］のときの増幅回路Ａの出力電圧は１００倍の±１００［Ｖ］になる。増幅回路Ａの増幅率が１００倍のとき、増幅器Ｕの出力、つまり電流増幅回路６２−１の出力Ｖｏｕｔからは、電流増幅回路５０２の出力電圧と同じ±１［Ｖ］の出力電圧が得られる。
【０２０１】
例えば周囲温度が２０［℃］のとき、電流増幅回路５０２の１［ＧΩ］の帰還抵抗Ｒｆでは前述のように、雑音電圧密度が約４．０２［μＶ／√Ｈｚ］の雑音が電流増幅回路５０２の出力Ｖｏｕｔに発生する。一例として帯域幅が１［ｋＨｚ］時には、熱雑音電圧が約１２７［μＶｒｍｓ］となる。
【０２０２】
これに対して周囲温度が同じく２０［℃］のとき、電流増幅回路６２−１の１００［ＧΩ］の帰還抵抗Ｒｆでは、雑音電圧密度が約４０．２［μＶ／√Ｈｚ］と、１０倍（√１００倍）大きい雑音が増幅回路Ａの出力に発生する。同じく帯域幅が１［ｋＨｚ］時、熱雑音電圧が約１．２７［ｍＶｒｍｓ］となる。
【０２０３】
しかし増幅器Ｕの出力電圧、つまり電流増幅回路６２−１の出力電圧は、増幅率１００倍の増幅回路Ａの出力電圧の１／１００であり、雑音も１／１００である結果、出力Ｖｏｕｔにおける雑音電圧密度が約０．４０２［μＶ／√Ｈｚ］となり、電流増幅回路５０２の雑音の１／１０｛１／（√１００）｝の低雑音が得られる。同じく帯域幅が１［ｋＨｚ］時、熱雑音電圧が約１２．７［μＶｒｍｓ］となる。
【０２０４】
すなわち電流増幅回路６２−１によれば、電流増幅回路５０２と比較して、雑音が１／（√ｎ）に低減されるという効果が得られる。
【０２０５】
代表的な例では、ｎが１００、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値が１００［ＧΩ］、入力Ｉｉｎにおける入力電流が−／＋１［ｎＡ］、及び出力Ｖｏｕｔにおける出力電圧を±１［Ｖ］として、電流増幅回路６２−１は電流増幅回路５０２と比較して、雑音を１／１０に低減する。
【０２０６】
別の例では、ｎが１０００、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値が１［ＴΩ］、入力Ｉｉｎにおける入力電流が−／＋１０［ｎＡ］、増幅回路Ａの出力電圧が±１０［ｋＶ］、電流増幅回路６２−１の出力Ｖｏｕｔにおける出力電圧を±１０［Ｖ］として、電流増幅回路６２−１は電流増幅回路５０２と比較して、雑音を約１／３１．６に低減する。この別の例は、より大きな入力電流に対応しながら、雑音をより低減することができる。
【０２０７】
この別の例では、電流増幅回路６２−１は増幅器Ｕの一例として±１５［Ｖ］電源のオペアンプＩＣ及び増幅率１０００倍の増幅回路Ａを含み、増幅回路Ａから±１０［ｋＶ］の出力電圧を得るとともに、オペアンプＩＣから±１０［Ｖ］の出力電圧を得る。増幅率１０００倍の増幅回路Ａは、市販されている高圧アンプモジュールや高圧アンプ装置のうち低雑音のものであってもよく、市販されていないアンプモジュールやアンプ装置であってもよい。
【０２０８】
図２０の電流増幅回路６２−２は、電流増幅部６４−２を含んでいる。この電流増幅部６４−２は、増幅器Ｕ、増幅率が−ｎ倍の増幅回路Ａ（反転増幅回路）と、帰還抵抗Ｒｆを含んでいる。増幅器Ｕの出力は、増幅回路Ａの入力に直列に接続され、増幅器Ｕと増幅回路Ａの直列回路が形成されている。この直列回路は増幅部の一例である。電流増幅回路６２−２では、帰還抵抗Ｒｆが増幅器Ｕの非反転入力に接続される。電流増幅回路６２−２によれば、入力Ｉｉｎと出力Ｖｏｕｔは同極性となり、増幅回路Ａの出力は逆極性となる。
【０２０９】
電流増幅回路６２−２における一例として、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値が１［ＧΩ］の１００倍（ｎ倍）の１００［ＧΩ］であり、入力Ｉｉｎの入力電流が±１［ｎＡ］であるとき、増幅器Ｕの出力からは±１［Ｖ］の出力電圧が得られる。このとき、増幅回路Ａの出力電圧は逆極性の−／＋１００［Ｖ］になる。
【０２１０】
電流増幅回路６２−２においても、電流増幅回路６２−１と同様の雑音低減効果が得られる。
【０２１１】
図２１は、増幅率がｎ倍の増幅回路として、第４の実施の形態に係る電流増幅回路４２−５の増幅回路Ａ−５を応用した増幅回路を含む電流増幅回路を示している。図１１の（ｂ）と同じ構成要素には、同じ符号を付している。
【０２１２】
電流増幅回路６２−３は、電流増幅部６４−３を含み、電流増幅部６４−３は、増幅器Ｕと増幅回路Ａ−１７の直列回路を含んでいる。直列回路は増幅部の一例である。増幅回路Ａ−１７は、増幅回路Ａ’、増幅器Ｕ”、帰還抵抗Ｒ７及び利得抵抗Ｒ６を含む。増幅器Ｕ”と増幅回路Ａ’は直列回路を形成する。増幅回路Ａ’は、コンプリメンタリトランジスタを用いたベース接地増幅回路４７とエミッタ接地増幅回路４８による増幅回路であり、増幅回路Ａ−５と同じ構成を有している。
【０２１３】
増幅回路Ａ’の入力は増幅器Ｕ”の出力に接続されており、増幅回路Ａ’の出力は帰還抵抗Ｒ７と帰還抵抗Ｒｆ各々の一端に接続されている。帰還抵抗Ｒ７の他端は、利得抵抗Ｒ６の一端と、増幅器Ｕ”の入力に接続されており、増幅器Ｕ”に負帰還をかけている。増幅回路Ａ’は反転増幅回路のため、帰還抵抗Ｒ７の他端は、増幅器Ｕ”の非反転入力に接続されている。利得抵抗Ｒ６の他端は、接地されている。帰還抵抗Ｒｆの他端は増幅器Ｕの入力に接続されており、増幅器Ｕに負帰還をかけている。
【０２１４】
増幅回路Ａ’は、電流出力であり、負荷抵抗によって電圧出力に変換される。電流増幅回路６２−３では、帰還抵抗Ｒ７と利得抵抗Ｒ６の直列回路と、当該直列回路に並列に接続されている帰還抵抗Ｒｆが負荷抵抗として機能する。つまり、帰還抵抗Ｒ７、利得抵抗Ｒ６及び帰還抵抗Ｒｆが増幅回路Ａ’を電圧出力に変換している。この場合、増幅回路Ａ’の出力電圧をＶ、増幅回路Ａ’の出力に供給される電流をＩ、帰還抵抗Ｒ７の抵抗値をＲ７、利得抵抗Ｒ６の抵抗値をＲ６、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値をＲｆ、負荷抵抗の抵抗値をＲＬとすると、これらは、式９のような関係になる。
【数６】
2020027991.tif 000008
【０２１５】
増幅回路Ａ’は反転増幅回路のため、その増幅率Ａ’は負の値であり、使用しているコンプリメンタリトランジスタのｈＦＥ（直流電流増幅率）が十分大きいときは、エミッタ抵抗Ｒｅの抵抗値をＲｅとして、式１０のようになる。
Ａ’＝−２・ＲＬ／Ｒｅ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１０）
【０２１６】
実際の回路では、コンプリメンタリトランジスタのｈＦＥの影響によって増幅率Ａ’の絶対値は式１０の値の絶対値よりも若干小さめになる。そこで、エミッタ抵抗ＲｅをｈＦＥの影響分小さくすることによって、正確な増幅率Ａ’を得るようにしてもよい。増幅器Ｕ”の最大出力電圧が、実際に扱う信号電圧に対して余裕がある場合は、信号電圧が若干大きくなることによって補償されるため、増幅率Ａ’の絶対値が若干小さめであっても不都合は生じない。
【０２１７】
増幅回路Ａ−１７は、非反転増幅回路になっており、増幅回路Ａ−１７の増幅率Ａは、式１１のようになる。
【数７】
2020027991.tif 000009
【０２１８】
具体的な一例として、増幅回路Ａ−１７の増幅率Ａが１００倍の場合は、Ｒ６：Ｒ７＝１：９９とする。また、帰還抵抗Ｒ７や利得抵抗Ｒ６の抵抗値は、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値よりも十分に小さな値とし、帰還抵抗Ｒ７や利得抵抗Ｒ６によって生じる雑音を、帰還抵抗Ｒｆによって生じる雑音よりも十分に小さくすることが好ましい。
【０２１９】
また具体的な一例として、電流増幅回路６２−３の出力電圧、つまり増幅器Ｕ”の入力電圧が±１［Ｖ］であり、増幅回路Ａ−１７の出力が±１００［Ｖ］であるとき、増幅回路Ａ−１７の増幅率が１００倍である。この状態において、増幅器Ｕ”の電源電圧が±５［Ｖ］であり最大出力電圧が±４［Ｖ］の場合、増幅回路Ａ’の増幅率は、２５倍（±１００［Ｖ］／±４［Ｖ］）以上であり、実用的には一例として３０倍から１００倍程度である。一方、増幅器Ｕ”の電源電圧が±１５［Ｖ］であり最大出力電圧が±１２．５［Ｖ］の場合は、増幅回路Ａ’の増幅率は、８倍（±１００［Ｖ］／±１２．５［Ｖ］）以上であり、実用的には一例として１０倍から１００倍程度である。
【０２２０】
増幅回路Ａ’は、コンプリメンタリトランジスタを用いたベース接地増幅回路４７とエミッタ接地増幅回路４８による増幅回路であるが、他の増幅回路であってもよい。増幅回路Ａ’は、図１１の（ｂ）に示されている増幅回路Ａ−５と同じ回路構成を有しているが、一例として、増幅回路Ａ’は、増幅回路Ａ−１乃至増幅回路Ａ−４及び増幅回路Ａ−６乃至増幅回路Ａ−１１のいずれかの増幅回路であってもよい。また、増幅回路Ａ’は、これらの増幅回路に限定されない。
【０２２１】
なお、増幅回路Ａ−４、増幅回路Ａ−１０、及び増幅回路Ａ−１１は非反転増幅機能を有しているので、帰還抵抗Ｒｆは増幅器Ｕの反転入力に接続され、図１０の（ｂ）の増幅回路Ａ−２の変形例である。増幅回路Ａ−５乃至増幅回路Ａ−９は反転増幅機能を有しているので、帰還抵抗Ｒｆは増幅器Ｕの非反転入力に接続され、図１０の（ｃ）の増幅回路Ａ−３の変形例である。
【０２２２】
つまり増幅回路Ａ’は、図１２の（ａ）に示されている増幅回路Ａ−６のように独立した負荷抵抗ＲＬとコンプリメンタリなエミッタフォロア回路を含み、電圧を出力する増幅回路であってもよく、図１２の（ｂ）に示されている増幅回路Ａ−７のように、簡略化した増幅回路であってもよく、図１３に示されている増幅回路Ａ−８、Ａ−９のように、動作級を変更する増幅回路であってもよく、図１４に示されている増幅回路Ａ−１０、Ａ−１１のようにしてもよい。
第７の実施の形態
【０２２３】
第７の実施の形態の例を、図２２に示す。図２２において、図１から図２１と同じ構成要素には、同じ符号を付している。
【０２２４】
図２２の（ａ）の電流増幅回路７２−１は、第６の実施の形態に係る電流増幅回路６２−１において、増幅回路Ａを、昇圧トランスＴｕで形成する例である。電流増幅回路７２−１は、電流増幅部７４−１を含む。電流増幅部７４−１は、増幅器Ｕと、増幅回路Ａ−１８と、帰還抵抗Ｒｆを含む。増幅器Ｕ及び増幅回路Ａ−１８は直列に接続されて、直列回路を形成している。この直列回路は増幅部の一例である。増幅回路Ａ−１８は昇圧トランスＴｕを含み、交流信号を扱うことができる。電流増幅回路７２−１では、電流増幅回路７２−１の入力Ｉｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆが増幅器Ｕの反転入力に接続されている。
【０２２５】
電子回路による増幅回路Ａによってｎ倍大きい出力電圧を得る場合、それに伴い約ｎ倍高い電源電圧が必要となる。これに対して、昇圧トランスＴｕを増幅回路Ａとして用いれば、高い電源電圧や、高電圧を出力可能な電子回路による増幅回路Ａが不要になるので、回路の簡素化や費用低減等の効果が得られる。
【０２２６】
昇圧トランスＴｕの二次巻線のインピーダンスに対して、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値が十分大きい場合、増幅回路Ａ−１８の増幅率は、昇圧トランスＴｕの一次巻線と二次巻線の巻線比となる。一例として増幅回路Ａの増幅率として１００倍が必要なときは、昇圧トランスＴｕの巻線比は１：１００とすればよい。
【０２２７】
帰還抵抗Ｒｆの抵抗値が十分に大きくない場合は、電流増幅回路７２−１が例えば図不示の増幅率１倍のバッファアンプを含んでいてもよい。このバッファアンプの入力は、昇圧トランスＴｕの二次巻線に接続され、バッファアンプの出力は帰還抵抗Ｒｆに接続される。電流増幅回路７２−１が、増幅率が１倍でないバッファアンプを含む場合は、昇圧トランスＴｕの巻線比を調整することによって、所望の増幅率を得ることができる。
【０２２８】
なお、電流増幅回路７２−１において、昇圧トランスＴｕは、単巻トランスであってもよい。単巻トランスは、例えば図１５の（ｃ）の電流増幅回路４２−１４に含まれている単巻トランスと同様の回路構成を有する。
【０２２９】
図２２の（ｂ）の電流増幅回路７２−２は、電流増幅部７４−２を含む。電流増幅部７４−２は、増幅器Ｕと、増幅回路Ａ−１９と、帰還抵抗Ｒｆを含む、増幅器Ｕ及び増幅回路Ａ−１９は直列に接続されて、直列回路を形成している。直列回路は増幅部の一例である。増幅回路Ａ−１９は昇圧トランスＴｕを含む。増幅回路Ａ−１９の昇圧トランスＴｕは、一次巻線と二次巻線の極性が逆にされて、負の増幅率を有する。電流増幅回路７２−２は、電流増幅回路７２−１と同様、交流信号を扱うことができ、雑音低減効果が得られる。
【０２３０】
電流増幅回路７２−２では、電流増幅回路７２−２の入力Ｉｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆが増幅器Ｕの非反転入力に接続されている。つまり、電流増幅回路７２−１と電流増幅回路７２−２の間で、増幅器Ｕの入力極性が逆である。電流増幅回路７２−２では、入力Ｉｉｎと出力Ｖｏｕｔは同極性となり、昇圧トランスＴｕの出力は逆極性となる。
【０２３１】
電流増幅回路７２−２において、一例として、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値が１［ＧΩ］の１００倍（ｎ倍）の１００［ＧΩ］であり、入力Ｉｉｎでの入力電流が±１［ｎＡ］のとき、電流増幅回路５０２と同じ±１［Ｖ］の出力電圧が得られるが、昇圧トランスＴｕの出力電圧は逆極性の−／＋１００［Ｖ］になる。
【０２３２】
図２２の（ｃ）の電流増幅回路７２−３は、電流増幅部７４−３を含む。電流増幅部７４−３は、増幅器Ｕと、増幅回路Ａ−２０と、帰還抵抗Ｒｆを含む、増幅器Ｕ及び増幅回路Ａ−２０は直列に接続されて、直列回路を形成している。直列回路は増幅部の一例である。増幅回路Ａ−２０は昇圧トランスＴｕを含む。増幅回路Ａ−２０の昇圧トランスＴｕは、単巻トランスである。電流増幅回路７２−２の昇圧トランスＴｕを単巻トランスに置き換えると、電流増幅回路７２−３が得られる。電流増幅回路７２−３は、昇圧トランスＴｕ以外は、電流増幅回路７２−２と同様である。
【０２３３】
電流増幅回路７２−１、７２−２、７２−３において、増幅器Ｕは、昇圧トランスＴｕの一次巻線を駆動可能な、十分な電流駆動能力が必要である。増幅器Ｕの電流駆動能力が不足する場合には、図２２中に（）付きで表示しているように、増幅器Ｕの出力と昇圧トランスＴｕの間に、十分な電流駆動能力を有するバッファアンプＢを設けてもよい。このバッファアンプＢは、バッファアンプＩＣを用いてもよいし、ディスクリート素子によるフォロア回路によるバッファアンプＢとしてもよい。バッファアンプＢを用いる場合は、電流増幅回路７２−１、７２−２、７２−３の出力ＶｏｕｔはバッファアンプＢの出力に接続する。このバッファアンプＢの増幅率は１前後が望ましいが、１よりも小さければ増幅器Ｕの出力（＝バッファアンプＢの入力）が大きくなり、１よりも大きければ増幅器Ｕの出力が小さくなるだけであり、増幅器Ｕが正常に出力できる範囲であれば問題ない。
【０２３４】
電流増幅回路７２−１、７２−２、７２−３において、増幅器Ｕの出力に直流成分が含まれていることによって、昇圧トランスＴｕが正常に動作できない場合は、図２２中に（）付きで表示しているように、増幅回路Ａ−１８、Ａ−１９、Ａ−２０は、増幅器Ｕと昇圧トランスＴｕの間に配置される容量Ｃｉを有していてもよい。容量Ｃｉによって昇圧トランスＴｕの入力に直流成分が印加されないようにできる。容量Ｃｉを使用しない場合は、増幅器Ｕの出力がそのまま昇圧トランスＴｕの入力に接続される。図２２は、容量Ｃｉの前を電流増幅回路７２−１、７２−２、７２−３の出力Ｖｏｕｔに接続する例を示しているが、容量Ｃｉの後（昇圧トランスＴｕとの接続点）を出力Ｖｏｕｔに接続してもよい。
第８の実施の形態
【０２３５】
第８の実施の形態の例を、図２３に示す。図２３において、図１から図２２と同じ構成要素には、同じ符号を付している。図２３において、制御信号の信号線が破線で示されている。
【０２３６】
第８の実施の形態は、第７の実施の形態と同様、増幅回路Ａを昇圧トランスＴｕで形成しながら、さらに直流信号も扱える電流増幅回路の例である。
【０２３７】
電子回路による増幅回路Ａによってｎ倍大きい出力電圧を得る場合、それに伴い約ｎ倍高い電源電圧が必要となる。これに対して、昇圧トランスＴｕを増幅回路Ａとして用いれば、高い電源電圧や、高電圧を出力可能な電子回路による増幅回路Ａが不要になるので、回路の簡素化や費用低減等の効果が得られる。
【０２３８】
図２３の（ａ）の電流増幅回路８２−１は、増幅器Ｕ、帰還抵抗Ｒｆと、増幅回路Ａ−１５を含んでいる。増幅回路Ａ−１５の構成や動作は、第５の実施の形態に係る図１６の（ａ）の電流増幅回路５２−１の増幅回路Ａ−１５と同様である。
【０２３９】
電流増幅回路５２−１では、増幅回路Ａ−１５の出力をアッテネータＡＴＴの入力に与え、アッテネータＡＴＴの出力から電流増幅回路５２−１の出力Ｖｏｕｔを得ている。一方、電流増幅回路８２−１の出力Ｖｏｕｔは、増幅器Ｕの出力から得ている。
【０２４０】
電流増幅回路８２−１の増幅回路Ａ−１５の昇圧トランスＴｕは、第５の実施の形態に係る図１６の（ｂ）に示されているような単巻トランスであってもよい。
【０２４１】
図２３の（ｂ）の電流増幅回路８２−２は、増幅器Ｕ、帰還抵抗Ｒｆと、増幅回路Ａ−１６によって構成されている。増幅回路Ａ−１６の構成や動作は、第５の実施の形態に係る図１８の電流増幅回路５２−２の増幅回路Ａ−１６と同様である。
【０２４２】
電流増幅回路８２−１、８２−２の交流変換回路５８−１、５８−２、復元回路、及び過渡状態の影響を抑制する回路は自由に組み合わせることができ、いずれの組み合わせであっても昇圧トランスＴｕによって増幅回路を形成することができ、直流信号を扱うことができる。
【０２４３】
電流増幅回路８２−１、８２−２では、出力Ｖｏｕｔは増幅器Ｕの出力から得ているが、増幅器Ｕの出力にバッファアンプＢを有する場合、出力ＶｏｕｔはバッファアンプＢの出力から得る。
第９の実施の形態
【０２４４】
第１の実施の形態から第８の実施の形態では、抵抗素子で帰還抵抗Ｒｆが形成されているが、帰還抵抗Ｒｆは抵抗素子以外の電子素子を含んでいてもよい。例えば第１の実施の形態の電流増幅回路１２の帰還抵抗Ｒｆ及び第６の実施の形態の電流増幅回路６２−１の帰還抵抗Ｒｆは、図２４に示すように、帰還抵抗Ｒｆ’の他に、抵抗Ｒｃ、容量Ｃｃ、バッファアンプＢ、帰還容量Ｃｆを含んでいてもよい。
【０２４５】
帰還抵抗Ｒｆとして用いられる抵抗素子は、実際には図不示の端子間容量Ｃｓを含んでいる。増幅器Ｕや増幅回路Ａなどが十分な帯域幅を有している場合、電流増幅回路１２、６２−１の帯域ｆｃは、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値をＲｆ、端子間容量Ｃｓの容量値をＣｓとして、式１２のようになる。
【数８】
2020027991.tif 000010
【０２４６】
一例として、チップ抵抗の端子間容量Ｃｓは０．１［ｐＦ］程度ある。例えば帰還抵抗Ｒｆが１［ＧΩ］のとき、帯域ｆｃは約１．５９［ｋＨｚ］に制限され、帰還抵抗Ｒｆが１００［ＧΩ］のとき、帯域ｆｃは約１５．９［Ｈｚ］に制限される。
【０２４７】
帰還抵抗Ｒｆが、図２４に示すように、抵抗素子以外の電子素子を含むと、帰還抵抗Ｒｆの端子間容量Ｃｓを等価的にゼロにする回路を得ることができ、この端子間容量Ｃｓをキャンセルし、端子間容量Ｃｓによる帯域制限を回避又は緩和することができる。
【０２４８】
帰還抵抗Ｒｆは、抵抗Ｒｃ、容量Ｃｃ、バッファアンプＢ、帰還抵抗Ｒｆ’と帰還容量Ｃｆの並列回路で構成されており、全体として、等価的に端子間容量がゼロの帰還容量Ｒｆを形成している。
【０２４９】
抵抗Ｒｃの一端は、増幅器Ｕや増幅器Ｕと増幅回路Ａの直列回路などの増幅部の出力に接続されており、抵抗Ｒｃの他端は容量Ｃｃの一端とバッファアンプＢの入力に接続されている。バッファアンプＢの増幅率は例えば１である。容量Ｃｃの他端は例えば直接接地されている。容量Ｃｃの他端は交流的に接地していればよく、必要に応じて一例として適当な直流電圧源等に接続していてもよい。
【０２５０】
帰還抵抗Ｒｆ’と帰還容量Ｃｆは並列に設けられ、バッファアンプＢの出力は帰還抵抗Ｒｆ’と帰還容量Ｃｆの一端に接続されている。帰還抵抗Ｒｆ’とＣｆの他端は増幅器Ｕの入力に接続されて負帰還をかけている。
【０２５１】
帰還容量Ｃｆは、前述の端子間容量Ｃｓだけで構成してもよいが、さらに帰還抵抗Ｒｆ’に独立した容量素子を並列接続して、端子間容量Ｃｓと合わせて帰還容量Ｃｆとしてもよい。実際の抵抗素子の端子間容量は、実際の容量素子よりもＱ値が低く、容量のばらつきが大きく、容量値が保証されない可能性があるので、独立した容量素子を並列に接続して、容量値を安定させることが好ましい。
【０２５２】
抵抗Ｒｃの抵抗値Ｒｃ、容量Ｃｃの容量値Ｃｃ、帰還抵抗Ｒｆ’の抵抗値Ｒｆ’及び帰還容量Ｃｆの容量値Ｃｆは、下記の式１３を満たすように設定されて、帰還容量Ｃｆがキャンセルされる。
Ｒｃ・Ｃｃ≒Ｒｆ’・Ｃｆ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１３）
【０２５３】
この結果、抵抗Ｒｃ、容量Ｃｃ、バッファアンプＢ、帰還抵抗Ｒｆ’及び帰還容量Ｃｆ全体によって、等価的に端子間容量をゼロとした帰還抵抗Ｒｆを実現できる。
【０２５４】
なお、バッファアンプＢの増幅率が１でない場合、バッファアンプＢの増幅率をＢとすると、電流増幅回路１２、６２−１の電流−電圧変換係数は、１／Ｂになる。この場合は必要があれば、帰還抵抗Ｒｆ’の抵抗値を変更する等によって、所望の電流−電圧変換係数になるようにすればよい。
【０２５５】
図２４に示されている帰還抵抗Ｒｆは、第１の実施の形態から第８の実施の形態の電流増幅回路において帰還抵抗Ｒｆとして用いることができる。
【０２５６】
帰還抵抗Ｒｆ’の抵抗値が抵抗Ｒｃの抵抗値よりも十分に大きいときは、電流増幅回路１２、６２−１は、図２５に示すように、バッファアンプＢを省略して抵抗Ｒｃと容量Ｃｃを帰還抵抗Ｒｆ’と帰還容量Ｃｆに直結しても、増幅率が１のバッファアンプＢと同様の効果が得られる。すなわち、電流増幅回路１２、６２−１は、バッファアンプの省略により簡略化できる。
【０２５７】
図２５に示されている帰還抵抗Ｒｆは、第１の実施の形態から第８の実施の形態の電流増幅回路において帰還抵抗Ｒｆとして用いることができる。
【０２５８】
第９の実施の形態において、抵抗Ｒｃやその一部を可変抵抗として、式１３を満たすように調整する構成も可能である。容量Ｃｃやその一部、又は帰還容量Ｃｆやその一部を可変容量（例えばトリマコンデンサ）として、式１３を満たすように調整する構成も可能である。しかし実際的には、可変容量よりも可変抵抗を用いる方が、可変範囲や部品コスト等の点で有利である。
第１０の実施の形態
【０２５９】
第１の実施の形態から第８の実施の形態では、帰還抵抗Ｒｆで増幅部に負帰還がかけられていたが、電流増幅回路は、帰還抵抗Ｒｆに並列に接続された帰還容量Ｃｆ’を含んでいてもよい。例えば第１の実施の形態の電流増幅回路１２及び第６の実施の形態の電流増幅回路６２−１は、図２６に示すように、帰還抵抗Ｒｆに並列に接続された帰還容量Ｃｆ’を含んでいてもよい。
【０２６０】
帰還容量Ｃｆ’は、等価的に、より小容量、かつ容量の調整が容易な帰還容量である。例えば帰還抵抗Ｒｆが１［ＧΩ］のとき、チップ抵抗の端子間容量Ｃｓは一例として０．１［ｐＦ］程度あるので、式１２により、電流増幅回路の帯域ｆｃが約１．５９［ｋＨｚ］となる。この帯域ｆｃを１［ｋＨｚ］に下げるためには、例えば約０．０５９［ｐＦ］の帰還容量Ｃｆ’を帰還抵抗Ｒｆに並列に接続して、帰還容量を１．５９［ｐＦ］に調整する。
【０２６１】
しかしながら、例えば０．１［ｐＦ］未満のチップセラミックコンデンサは、入手することが困難、又は非常に高価である。またトリマコンデンサやピストントリマ等の調整可能な容量でも、０．１［ｐＦ］未満の調整可能な容量は、入手することが困難、又は非常に高価である。
【０２６２】
図２６に示されている帰還容量Ｃｆ’は、このような小容量であり、さらに容量の調整が容易であるという効果も有している。さらに容量の調整が容易なので、電流増幅回路の帯域ｆｃを所望の帯域幅に調整可能であるという効果も有している。
【０２６３】
帰還容量Ｃｆ’は、アッテネータＡＴＴ’、バッファアンプＢ、容量Ｃｍによって構成されており、容量の調整が容易な等価的小容量の帰還容量である。
【０２６４】
アッテネータＡＴＴ’の入力は、増幅器Ｕや増幅器Ｕと増幅回路Ａの直列回路などの増幅部の出力と帰還抵抗Ｒｆの一端に接続されている。アッテネータＡＴＴ’の出力は、バッファアンプＢの入力に接続されている。バッファアンプＢの出力は容量Ｃｍの一端に接続されており、容量Ｃｍの他端は帰還抵抗Ｒｆの他端と増幅器Ｕの入力に接続されている。アッテネータＡＴＴ’の接地端子は直接接地されているが、交流的に接地していればよく、必要に応じて一例として直流電圧源等に接続してもよい。
【０２６５】
アッテネータＡＴＴ’、バッファアンプＢ、容量Ｃｍの直列接続回路は、全体として、帰還容量Ｃｆ’を構成している。
【０２６６】
アッテネータＡＴＴ’は、例えば第２の実施の形態で例示したアッテネータＡＴＴである。アッテネータＡＴＴ’は、その他のアッテネータであってもよい。容量によるアッテネータやトランスによるアッテネータは交流信号用であるが、使用する周波数において所定の減衰率が得られれば、アッテネータＡＴＴ’として適用可能である。
【０２６７】
アッテネータＡＴＴ’の減衰率をＡＴＴ’、バッファアンプＢの増幅率をＢ、容量Ｃｍの容量をＣｍとすると、帰還容量Ｃｆ’の容量Ｃｆ’は等価的に式１４のようになる。
Ｃｆ’＝ＡＴＴ’・Ｂ・Ｃｍ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１４）
減衰率は１未満の値、例えば１／１０であり、増幅率は、正の値である。増幅率Ｂは１でなくてもよいが、減衰率と増幅率の積は１未満の値である。
【０２６８】
帰還容量Ｃｆ’がアッテネータＡＴＴ’を含むので、帰還容量Ｃｆ’の容量を容量Ｃｍの容量よりも小さくすることができる。したがって、例えば安価な市販の容量Ｃｍで小さな帰還容量を得ることができる。
【０２６９】
図２６に示されている帰還容量Ｃｆ’は、第１の実施の形態から第９の実施の形態の電流増幅回路に適用可能である。
【０２７０】
使用する周波数において、容量ＣｍのインピーダンスがアッテネータＡＴＴ’のインピーダンスよりも十分に大きいときは、電流増幅回路１２、６２−１は、図２７に示すように、バッファアンプＢを省略してアッテネータＡＴＴ’を容量Ｃｍに直結しても、同様の効果が得られる。すなわち、電流増幅回路１２、６２−１は、バッファアンプの省略により、簡略化できる。
【０２７１】
バッファアンプＢを省略して直結する場合は、帰還容量Ｃｆ’の容量Ｃｆ’は等価的に式１５のようになる。（バッファアンプＢの増幅率が１の場合と等価になる。）
Ｃｆ’＝ＡＴＴ’・Ｃｍ  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１５）
【０２７２】
アッテネータＡＴＴ’の減衰率を可変したり、容量Ｃｍを可変容量とすれば、帰還容量Ｃｆ’の容量Ｃｆ’を変更することができる。一例として、アッテネータＡＴＴ’を抵抗分割回路で構成すれば、抵抗のいずれか又はその一部を可変抵抗にすることによって、容量Ｃｆ’を変化させることができる。帰還容量Ｃｆ’の容量Ｃｆ’によって電流増幅回路の帯域幅を決める場合は、容量Ｃｆ’を変化させることによって帯域幅を調整することが可能になる。
【０２７３】
図２７に示されている帰還容量Ｃｆ’は、第１の実施の形態から第９の実施の形態の電流増幅回路に適用可能である。
〔他の変形例〕
【０２７４】
電流増幅回路４２では、増幅器Ｕの反転入力が電流増幅回路４２の入力Ｉｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆに接続されているが、増幅器Ｕに直列に接続される増幅回路Ａが反転増幅回路であるときには、増幅器Ｕの非反転入力を電流増幅回路４２の入力Ｉｉｎ及び帰還抵抗Ｒｆに接続して、負帰還をかけてもよい。
【０２７５】
電流増幅部４４−１０は、電流増幅部４４−１１と同様に、ベース接地増幅回路４７の正負のトランジスタのエミッタの間（即ち、増幅器Ｕの正負電源の間）に接続された定電流ダイオードを含んで、アイドル電流を必要なだけ増加させてもよい。また、定電流ダイオードの代わりに抵抗やその他の定電流回路等が含まれていてもよい。
【０２７６】
以上説明したように、本開示の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本開示は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された本開示の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本開示の範囲に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０２７７】
１２、２２−１〜２２−５、３２−１、３２−２、４２、４２−１〜４２−１４、５２−１、５２−２、６２−１〜６２−３、７２−１〜７２−３、８２−１、８２−２  電流増幅回路
１４、４４、４４−１〜４４−１４、５４−１、５４−２、６４−１〜６４−３、７４−１〜７４−３  電流増幅部
４５−１、４５−２、４５−３  回路
４６  反転回路
４７  ベース接地増幅回路
４８  エミッタ接地増幅回路
５５  制御回路
５６  極性反転回路
５７−１、５７−２、５７−３、５７−４、５７−５  切替スイッチ
５８−１、５８−２  交流変換回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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