(57)【要約】【課題】入力信号を増幅し、入力信号と出力信号のリニアリティを改善する。【解決手段】ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１は、ベースに入力される電流Ｉｂを増幅して電流路（コレクタ・エミッタ間）に電流Ｉ１を流す。電流Ｉ１が流れると、発光ダイオードＤ１が発光し、フォトトランジスタＱ２の電流路（コレクタ・エミッタ間）が導通する。このとき、発光ダイオードＤ２に出力電流Ｉｏｕｔが流れ、発光ダイオードＤ２が発光する。発光ダイオードＤ２が発光すると、フォトトランジスタＱ１の電流路（コレクタ・エミッタ間）が導通し、電流Ｉ２が流れる。電流Ｉ３は、電流Ｉ１と電流Ｉ２の和である。電流Ｉ３は、抵抗Ｒ３を通って流れる。発光ダイオードＤ２とフォトトランジスタＱ１とは負帰還回路として機能し、トランジスタＴ１とフォトトランジスタＱ１とは差動増幅器のように動作する。このため、電流Ｉｂと出力電流Ｉｏｕｔのリニアリティが向上する。【選択図】図１
2020053544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に絶縁された入力段と出力段とを有するアイソレーションアンプであって、
前記入力段が、流れる電流に応じた強度の光を放射する発光素子と、入射する光の強度に応じた大きさの電流を電流路に流す受光素子と、制御端子に入力される信号に応じて電流路を流れる電流を増幅する増幅素子とを有し、当該発光素子の入力端子と当該受光素子の電流路の入力端子とに当該入力段における電源電圧が入力されており、当該発光素子の出力端子が当該増幅素子の電流路の入力端子と接続されており、当該受光素子の電流路の出力端子と当該増幅素子の電流路の出力端子とが接続されており、
前記出力段が、入射する光の強度に応じた大きさの電流を電流路に流す受光素子と、流れる電流に応じた強度の光を放射する発光素子とを有し、当該受光素子の電流路と当該発光素子とが直列に接続された回路の入力端子に当該出力段における電源電圧が入力されており、
前記出力段の受光素子に、前記入力段における発光素子から放射される光に応じた強度の光が入射し、
前記入力段の受光素子に、前記出力段における発光素子から放射される光に応じた強度の光が入射し、
前記入力段における増幅素子の制御端子に入力される信号に応じて、前記出力段における受光素子の電流路と発光素子とが直列に接続された回路に流れる電流または当該電流に応じた電圧を出力する、
アイソレーションアンプ。
【請求項２】
前記入力段における受光素子と増幅素子が、それぞれフォトトランジスタとＮＰＮバイポーラトランジスタである請求項１に記載のアイソレーションアンプ。
【請求項３】
一端が前記入力段における受光素子の電流路の出力端子と増幅素子の電流路の出力端子との接続部分に接続され、他端に前記入力段における基準電位が入力される可変抵抗を備える請求項１または２に記載のアイソレーションアンプ。
【請求項４】
一端が前記出力段における受光素子の電流路と発光素子とが直列に接続された回路の出力端子に接続され、他端に前記出力段における基準電位が入力される可変抵抗を備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアイソレーションアンプ。
【請求項５】
前記入力段と前記出力段との間に、電気的に絶縁された１つ以上の中間段を有し、
前記各中間段が、入射する光の強度に応じた大きさの電流を電流路に流す第１の受光素子および第２の受光素子と、流れる電流に応じた強度の光を放射する第１の発光素子および第２の発光素子とを有し、当該第１の受光素子の電流路の入力端子と当該第２の受光素子の電流路の入力端子とに当該中間段における電源電圧が入力されており、当該第１の受光素子の電流路の出力端子と当該第１の発光素子の入力端子とが接続されており、当該第１の発光素子の出力端子と当該第２の受光素子の電流路の出力端子と当該第２の発光素子の入力端子とが接続されており、
前記各中間段の第１の受光素子に、隣接した前記入力段における発光素子または一方の側に隣接した前記中間段における第１の発光素子から放射される光が入射し、
前記出力段の受光素子に、隣接した前記中間段における第１の発光素子から放射される光が入射し、
前記各中間段の第２の受光素子に、隣接した前記出力段における発光素子または他方の側に隣接した前記中間段における第２の発光素子から放射される光が入射し、
前記入力段の受光素子に、隣接した前記中間段における第２の発光素子から放射される光が入射する、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアイソレーションアンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力端子と出力端子が電気的に絶縁されたアイソレーションアンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトカプラは、入力端子と出力端子が電気的に絶縁されているにも関わらず、入力端子と出力端子の間で信号を伝達することができる。しかし、フォトカプラは通常入力信号と出力信号が比例の関係になく、例えば入力信号が直線的に変化する場合であっても出力信号は直線的に変化しない。これは、フォトカプラをスイッチング素子として用いる場合には問題とならない。しかし、フォトカプラ単独では、アイソレーションアンプ（絶縁増幅器）のように入力信号と出力信号の高いリニアリティが要求される用途に用いることができない。
【０００３】
そこで、特許文献１は、２つのフォトカプラを用いて入力信号と出力信号のリニアリティを改善したアイソレーションアンプ１００を開示する。このアイソレーションアンプ１００では、図３に示すように、フォトカプラＰ１に含まれる発光ダイオード（ＬＥＤ）Ｄ１とフォトカプラＰ２に含まれるフォトトランジスタＱ１とが並列に接続されている。また、フォトカプラＰ１に含まれるフォトトランジスタＱ２とフォトカプラＰ２に含まれる発光ダイオードＤ１とが直列に接続されている。
【０００４】
図３において、Ｖｉｎは電圧入力端子、Ｖｃｃ２は電源電圧、Ｇｎｄ１とＧｎｄ２はそれぞれ入力側と出力側の基準電位である。アイソレーションアンプ１００では、入力電流Ｉｉｎは、抵抗Ｒ５を介して流れ、電流Ｉ１と電流Ｉ２に分かれる。電流Ｉ１が発光ダイオードＤ１を流れると、発光ダイオードＤ１が発光し、フォトトランジスタＱ２の電流路（コレクタ・エミッタ間）が導通する。このとき、発光ダイオードＤ２に出力電流Ｉｏｕｔが流れ、発光ダイオードＤ２が発光する。発光ダイオードＤ２が発光すると、フォトトランジスタＱ１の電流路（コレクタ・エミッタ間）が導通し、電流Ｉ２が流れる。出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電流Ｉｏｕｔが抵抗Ｒ４を流れることによって生じる。
【０００５】
例えば、電流Ｉ１が過度に大きいと、発光ダイオードＤ１の発光強度も過度に大きく、フォトトランジスタＱ２に過度に大きな出力電流Ｉｏｕｔが流れる。出力電流Ｉｏｕｔが過度に大きいとき、発光ダイオードＤ２の発光強度も過度に大きい。このとき、フォトトランジスタＱ１に過度に大きな電流Ｉ２が流れる。このため、発光ダイオードＤ１に流れる電流Ｉ１が減少する。これにより、発光ダイオードＤ１の発光強度が小さくなるため、フォトトランジスタＱ２に流れる出力電流Ｉｏｕｔは減少する。このように、フォトカプラＰ２が負帰還回路として機能するため、入力電流Ｉｉｎと出力電流Ｉｏｕｔのリニアリティが向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−９３１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のアイソレーションアンプ１００では、発光ダイオードＤ１を流れる電流Ｉ１は、入力電流ＩｉｎからフォトトランジスタＱ１を流れる電流Ｉ２を除いたものである。電流Ｉ１は増幅されていないため、発光ダイオードＤ１を発光させるために、大きな入力電流Ｉｉｎを流さなければならない。
また、上述したように、アイソレーションアンプ１００では、フォトカプラＰ２が負帰還回路として機能し、入力電流Ｉｉｎと出力電流Ｉｏｕｔのリニアリティを向上させる。しかし、フォトトランジスタには、入射する光の強度と電流の強度が比例しない領域がある。この領域は、アイソレーションアンプ１００における入力電流Ｉｉｎと出力電流Ｉｏｕｔのリニアリティを低下させる。
【０００８】
本発明の目的は、小さな入力信号を増幅することができ、入力信号と出力信号のリニアリティを改善することができるアイソレーションアンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のアイソレーションアンプは、
電気的に絶縁された入力段と出力段とを有するアイソレーションアンプであって、
前記入力段が、流れる電流に応じた強度の光を放射する発光素子と、入射する光の強度に応じた大きさの電流を電流路に流す受光素子と、制御端子に入力される信号に応じて電流路を流れる電流を増幅する増幅素子とを有し、当該発光素子の入力端子と当該受光素子の電流路の入力端子とに当該入力段における電源電圧が入力されており、当該発光素子の出力端子が当該増幅素子の電流路の入力端子と接続されており、当該受光素子の電流路の出力端子と当該増幅素子の電流路の出力端子とが接続されており、
前記出力段が、入射する光の強度に応じた大きさの電流を電流路に流す受光素子と、流れる電流に応じた強度の光を放射する発光素子とを有し、当該受光素子の電流路と当該発光素子とが直列に接続された回路の入力端子に当該出力段における電源電圧が入力されており、
前記出力段の受光素子に、前記入力段における発光素子から放射される光に応じた強度の光が入射し、
前記入力段の受光素子に、前記出力段における発光素子から放射される光に応じた強度の光が入射し、
前記入力段における増幅素子の制御端子に入力される信号に応じて、前記出力段における受光素子の電流路と発光素子とが直列に接続された回路に流れる電流または当該電流に応じた電圧を出力する。
【００１０】
好ましくは、本発明のアイソレーションアンプは、
前記入力段における受光素子と増幅素子が、それぞれフォトトランジスタとＮＰＮバイポーラトランジスタである。
【００１１】
好ましくは、本発明のアイソレーションアンプは、
一端が前記入力段における受光素子の電流路の出力端子と増幅素子の電流路の出力端子との接続部分に接続され、他端に前記入力段における基準電位が入力される可変抵抗を備える。
【００１２】
好ましくは、本発明のアイソレーションアンプは、
一端が前記出力段における受光素子の電流路と発光素子とが直列に接続された回路の出力端子に接続され、他端に前記出力段における基準電位が入力される可変抵抗を備える。
【００１３】
好ましくは、本発明のアイソレーションアンプは、
前記入力段と前記出力段との間に、電気的に絶縁された１つ以上の中間段を有し、
前記各中間段が、入射する光の強度に応じた大きさの電流を電流路に流す第１の受光素子および第２の受光素子と、流れる電流に応じた強度の光を放射する第１の発光素子および第２の発光素子とを有し、当該第１の受光素子の電流路の入力端子と当該第２の受光素子の電流路の入力端子とに当該中間段における電源電圧が入力されており、当該第１の受光素子の電流路の出力端子と当該第１の発光素子の入力端子とが接続されており、当該第１の発光素子の出力端子と当該第２の受光素子の電流路の出力端子と当該第２の発光素子の入力端子とが接続されており、
前記各中間段の第１の受光素子に、隣接した前記入力段における発光素子または一方の側に隣接した前記中間段における第１の発光素子から放射される光が入射し、
前記出力段の受光素子に、隣接した前記中間段における第１の発光素子から放射される光が入射し、
前記各中間段の第２の受光素子に、隣接した前記出力段における発光素子または他方の側に隣接した前記中間段における第２の発光素子から放射される光が入射し、
前記入力段の受光素子に、隣接した前記中間段における第２の発光素子から放射される光が入射する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小さな入力信号を増幅することができ、入力信号と出力信号のリニアリティを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアイソレーションアンプの構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るアイソレーションアンプの構成の一例を示す図である。
【図３】先行技術に係るアイソレーションアンプの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係るアイソレーションアンプについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアイソレーションアンプ１の構成の一例を示す。
アイソレーションアンプ１は、電気的に絶縁された入力段と出力段とを有する。
入力段は、電圧入力端子Ｖｉｎと、電源電圧入力端子Ｖｃｃ１と、発光ダイオードＤ１と、フォトトランジスタＱ１と、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１と、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ３と、基準電位入力端子Ｇｎｄ１とを有する。電源電圧入力端子Ｖｃｃ１には、入力段における電源電圧が入力される。発光ダイオードＤ１は、流れる電流に応じた強度の光を放射する発光素子の一例である。フォトトランジスタＱ１は、入射する光の強度に応じた大きさの電流を電流路（コレクタ・エミッタ間）に流す受光素子の一例である。ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１は、制御端子（ベース）に入力される信号（電圧および／または電流）に応じて電流路（コレクタ・エミッタ間）を流れる電流を増幅する増幅素子の一例である。基準電位入力端子Ｇｎｄ１には、入力段における基準電位が入力される。
【００１８】
入力段において、発光ダイオードＤ１のアノード（入力端子）とフォトトランジスタＱ１のコレクタ（電流路の入力端子）とは、電源電圧入力端子Ｖｃｃ１に接続されており、入力段における電源電圧が入力される。発光ダイオードＤ１のカソード（出力端子）とＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１のコレクタ（電流路の入力端子）とは接続されている。フォトトランジスタＱ１のエミッタ（電流路の出力端子）とＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１のエミッタ（電流路の出力端子）とは接続されている。抵抗Ｒ３の一端は、フォトトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１のエミッタとの接続部分に接続されている。抵抗Ｒ３の他端は、基準電位入力端子Ｇｎｄ１に接続されており、入力段における基準電位が入力される。抵抗Ｒ１は、一端が電圧入力端子Ｖｉｎに接続され、他端が抵抗Ｒ２の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は基準電位入力端子Ｇｎｄ１に接続されている。ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１のベース（制御端子）は、抵抗Ｒ１の他端と抵抗Ｒ２の一端との接続部分に接続されている。
【００１９】
出力段は、電源電圧入力端子Ｖｃｃ２と、フォトトランジスタＱ２と、発光ダイオードＤ２と、抵抗Ｒ４と、基準電位入力端子Ｇｎｄ２と、電圧出力端子Ｖｏｕｔとを有する。電源電圧入力端子Ｖｃｃ２には、出力段における電源電圧が入力される。フォトトランジスタＱ２は、入射する光の強度に応じた大きさの電流を電流路（コレクタ・エミッタ間）に流す受光素子の一例である。発光ダイオードＤ２は、流れる電流に応じた強度の光を放射する発光素子の一例である。基準電位入力端子Ｇｎｄ２には、出力段における基準電位が入力される。
【００２０】
出力段において、フォトトランジスタＱ２は、コレクタが電源電圧入力端子Ｖｃｃ２に接続され、エミッタが発光ダイオードＤ２のカソードに接続されている。発光ダイオードＤ２のアノードは抵抗Ｒ４の一端に接続されている。抵抗Ｒ４の他端は基準電位入力端子Ｇｎｄ２に接続されている。電圧出力端子Ｖｏｕｔは、発光ダイオードＤ２のアノードと抵抗Ｒ４の一端との接続部分に接続されている。
なお、フォトトランジスタＱ２の電流路と発光ダイオードＤ２とは直列に接続された回路を形成している。この直列回路の入力端子は、電源電圧入力端子Ｖｃｃ２に接続されており、出力段における電源電圧が入力される。この直列回路の出力端子は、抵抗Ｒ４の一端に接続されている。
ただし、フォトトランジスタＱ２と発光ダイオードＤ２の接続の順番は逆でもよい。すなわち、発光ダイオードＤ２のカソードが電源電圧入力端子Ｖｃｃ２に接続され、そのアノードがフォトトランジスタＱ２のコレクタに接続され、フォトトランジスタＱ２のエミッタが抵抗Ｒ４の一端に接続されていてもよい。
【００２１】
フォトトランジスタＱ２のベースには、発光ダイオードＤ１から放射される光が入射する。発光ダイオードＤ１とフォトトランジスタＱ２は、例えばフォトカプラＰ１で形成することができる。また、フォトトランジスタＱ１のベースには、発光ダイオードＤ２から放射される光が入射する。発光ダイオードＤ２とフォトトランジスタＱ１は、例えばフォトカプラＰ２で形成することができる。
なお、フォトトランジスタＱ２（出力段の受光素子）のベースに入射する光は、入力段における発光素子（発光ダイオードＤ１）から放射される光に応じた強度の光の一例である。また、フォトトランジスタＱ１（入力段の受光素子）のベースに入射する光は、出力段における発光素子（発光ダイオードＤ２）から放射される光に応じた強度の光の一例である。
【００２２】
電圧入力端子Ｖｉｎに電圧が入力されると、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２を介して入力電流Ｉｉｎが流れる。このとき、入力電流Ｉｉｎに応じてＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１のベース（制御端子）に電流Ｉｂが入力される。ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１は、電流Ｉｂを増幅して電流路（コレクタ・エミッタ間）に電流Ｉ１を流す。電流Ｉ１が流れると、発光ダイオードＤ１が発光し、フォトトランジスタＱ２の電流路（コレクタ・エミッタ間）が導通する。このとき、発光ダイオードＤ２に出力電流Ｉｏｕｔが流れ、発光ダイオードＤ２が発光する。発光ダイオードＤ２が発光すると、フォトトランジスタＱ１の電流路（コレクタ・エミッタ間）が導通し、電流Ｉ２が流れる。電流Ｉ３は、電流Ｉ１と電流Ｉ２の和である。電流Ｉ３は、抵抗Ｒ３を通って流れる。出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電流Ｉｏｕｔが抵抗Ｒ４を流れることによって生じる。
このように、アイソレーションアンプ１は、入力段における増幅素子（ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１）の制御端子（ベース）に入力される電流Ｉｂに応じて、出力段における受光素子（フォトトランジスタＱ２）の電流路（コレクタ・エミッタ間）と発光素子（発光ダイオードＤ２）とが直列に接続された回路に流れる電流Ｉｏｕｔまたはその電流に応じた電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００２３】
例えば、電流Ｉｂが過度に大きいと、電流Ｉ１も過度に大きい。電流Ｉ１が過度に大きいと、発光ダイオードＤ１の発光強度も過度に大きく、フォトトランジスタＱ２に過度に大きな出力電流Ｉｏｕｔが流れる。出力電流Ｉｏｕｔが過度に大きいとき、発光ダイオードＤ２の発光強度も過度に大きい。このとき、フォトトランジスタＱ１に過度に大きな電流Ｉ２が流れる。電流Ｉ３は電流Ｉ１と電流Ｉ２の和であるため、電流Ｉ１と電流Ｉ２が過度に大きいとき、電流Ｉ３も過度に大きい。このとき、抵抗Ｒ３の電圧降下が過度に大きいため、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１はエミッタの電圧が高くなり、ベース・エミッタ間電圧が減少しようとする。このため、電流Ｉｂと電流Ｉ１が減少する。これにより、発光ダイオードＤ１の発光強度が小さくなり、フォトトランジスタＱ２に流れる出力電流Ｉｏｕｔは減少する。
【００２４】
一方、例えば、電流Ｉｂが過度に小さいと、電流Ｉ１も過度に小さい。電流Ｉ１が過度に小さいと、発光ダイオードＤ１の発光強度も過度に小さく、フォトトランジスタＱ２に過度に小さな出力電流Ｉｏｕｔが流れる。出力電流Ｉｏｕｔが過度に小さいとき、発光ダイオードＤ２の発光強度も過度に小さい。このとき、フォトトランジスタＱ１に過度に小さな電流Ｉ２が流れる。電流Ｉ３は電流Ｉ１と電流Ｉ２の和であるため、電流Ｉ１と電流Ｉ２が過度に小さいとき、電流Ｉ３も過度に小さい。このとき、抵抗Ｒ３の電圧降下が過度に小さいため、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１はエミッタの電圧が低下し、ベース・エミッタ間電圧が増加しようとする。このため、電流Ｉｂと電流Ｉ１が増加する。これにより、発光ダイオードＤ１の発光強度が大きくなり、フォトトランジスタＱ２に流れる出力電流Ｉｏｕｔは増加する。
このように、発光ダイオードＤ２とフォトトランジスタＱ１とは負帰還回路として機能し、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１とフォトトランジスタＱ１とは差動増幅器のように動作する。このため、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１のベース（制御端子）に入力される電流Ｉｂと出力電流Ｉｏｕｔのリニアリティが向上する。従って、入力電流Ｉｉｎと出力電流Ｉｏｕｔのリニアリティが向上する。また、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗値を適切に設定することにより、入力電流Ｉｉｎを小さくすることができる。
【００２５】
また、抵抗Ｒ３の代わりに、一端が入力段における受光素子（フォトトランジスタＱ１）の電流路の出力端子（コレクタ）と増幅素子（ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１）の電流路の出力端子（コレクタ）との接続部分に接続され、他端に入力段における基準電位（Ｇｎｄ１）が入力される可変抵抗を用いてもよい。
抵抗Ｒ４の代わりに、一端が出力段における受光素子（フォトトランジスタＱ２）の電流路と発光素子（発光ダイオードＤ２）とが直列に接続された回路の出力端子に接続され、他端に出力段における基準電位（Ｇｎｄ２）が入力される可変抵抗を用いてもよい。
これらの抵抗の抵抗値を変更することにより、負帰還の程度を変えることができる。
【００２６】
図２は、本発明の第２の実施形態に係るアイソレーションアンプ２の構成の一例を示す。
アイソレーションアンプ２は、入力段と出力段の間に中間段を有する。入力段と中間段と出力段とは、互いに電気的に絶縁されている。アイソレーションアンプ２の入力段と出力段は、第１の実施形態に係るアイソレーションアンプ１のものと同一の構成である。
中間段は、電源電圧入力端子Ｖｃｃ３と、フォトトランジスタＱ３と、発光ダイオードＤ３と、フォトトランジスタＱ４と、発光ダイオードＤ４と、基準電位入力端子Ｇｎｄ３とを有する。電源電圧入力端子Ｖｃｃ３には、中間段における電源電圧が入力される。フォトトランジスタＱ３とフォトトランジスタＱ４は、入射する光の強度に応じた大きさの電流を電流路（コレクタ・エミッタ間）に流す受光素子の例である。発光ダイオードＤ３と発光ダイオードＤ４は、流れる電流に応じた強度の光を放射する発光素子の例である。基準電位入力端子Ｇｎｄ３には、中間段における基準電位が入力される。
【００２７】
中間段において、フォトトランジスタＱ３のコレクタ（電流路の入力端子）とフォトトランジスタＱ４のコレクタ（電流路の入力端子）とは、電源電圧入力端子Ｖｃｃ３に接続されており、中間段における電源電圧が入力される。フォトトランジスタＱ３のエミッタ（電流路の出力端子）と発光ダイオードＤ３のアノード（入力端子）とは接続されている。発光ダイオードＤ３のカソード（出力端子）とフォトトランジスタＱ４のエミッタ（電流路の出力端子）と発光ダイオードＤ４のアノード（入力端子）とは接続されている。発光ダイオードＤ４のカソード（出力端子）は、基準電位入力端子Ｇｎｄ３に接続されており出力段における基準電位が入力される。
【００２８】
フォトトランジスタＱ３のベースには、発光ダイオードＤ１から放射される光が入射する。発光ダイオードＤ１とフォトトランジスタＱ３は、例えばフォトカプラＰ３で形成することができる。また、フォトトランジスタＱ２のベースには、発光ダイオードＤ３から放射される光が入射する。発光ダイオードＤ３とフォトトランジスタＱ３は、例えばフォトカプラＰ４で形成することができる。フォトトランジスタＱ４のベースには、発光ダイオードＤ２から放射される光が入射する。発光ダイオードＤ２とフォトトランジスタＱ４は、例えばフォトカプラＰ５で形成することができる。また、フォトトランジスタＱ１のベースには、発光ダイオードＤ４から放射される光が入射する。発光ダイオードＤ４とフォトトランジスタＱ１は、例えばフォトカプラＰ６で形成することができる。
なお、フォトトランジスタＱ２（出力段の受光素子）のベースに入射する光は、入力段における発光素子（発光ダイオードＤ１）から放射される光に応じた強度の光の一例である。また、フォトトランジスタＱ１（入力段の受光素子）のベースに入射する光は、出力段における発光素子（発光ダイオードＤ２）から放射される光に応じた強度の光の一例である。
【００２９】
電圧入力端子Ｖｉｎに電圧が入力されると、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２を介して入力電流Ｉｉｎが流れる。このとき、入力電流Ｉｉｎに応じてＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１のベース（制御端子）に電流Ｉｂが入力される。ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１は、電流Ｉｂを増幅して電流路（コレクタ・エミッタ間）に電流Ｉ１を流す。電流Ｉ１が流れると、発光ダイオードＤ１が発光し、フォトトランジスタＱ３の電流路（コレクタ・エミッタ間）が導通する。このとき、発光ダイオードＤ３に電流Ｉ４が流れ、発光ダイオードＤ３が発光する。発光ダイオードＤ３が発光すると、フォトトランジスタＱ２の電流路（コレクタ・エミッタ間）が導通し、出力電流Ｉｏｕｔが流れる。出力電流Ｉｏｕｔが流れると、発光ダイオードＤ２が発光する。発光ダイオードＤ２が発光すると、フォトトランジスタＱ４の電流路（コレクタ・エミッタ間）が導通し、電流Ｉ５が流れる。電流Ｉ６は、電流Ｉ４と電流Ｉ５の和である。従って、電流Ｉ４と電流５が流れると、電流Ｉ６が流れ、発光ダイオードＤ４が発光する。発光ダイオードＤ４が発光すると、フォトトランジスタＱ１の電流路（コレクタ・エミッタ間）が導通し、電流Ｉ２が流れる。電流Ｉ３は、電流Ｉ１と電流Ｉ２の和である。電流Ｉ３は、抵抗Ｒ３を通って流れる。出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電流Ｉｏｕｔが抵抗Ｒ４を流れることによって生じる。
【００３０】
例えば、電流Ｉｂが過度に大きいと、電流Ｉ１も過度に大きい。電流Ｉ１が過度に大きいと、発光ダイオードＤ１の発光強度も過度に大きく、フォトトランジスタＱ３に過度に大きな電流Ｉ４が流れる。電流Ｉ４が過度に大きいとき、発光ダイオードＤ３の発光強度も過度に大きく、フォトトランジスタＱ２に過度に大きな出力電流Ｉｏｕｔが流れる。出力電流Ｉｏｕｔが過度に大きいとき、発光ダイオードＤ２の発光強度も過度に大きい。このとき、フォトトランジスタＱ４に過度に大きな電流Ｉ５が流れる。電流Ｉ６は電流Ｉ４と電流Ｉ５の和であるため、電流Ｉ４と電流Ｉ５が過度に大きいとき、電流Ｉ６も過度に大きい。電流Ｉ６も過度に大きいと、発光ダイオードＤ４の発光強度も過度に大きい。このとき、フォトトランジスタＱ１に過度に大きな電流Ｉ２が流れる。電流Ｉ３は電流Ｉ１と電流Ｉ２の和であるため、電流Ｉ１と電流Ｉ２が過度に大きいとき、電流Ｉ３も過度に大きい。このとき、抵抗Ｒ３の電圧降下が過度に大きいため、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１はエミッタの電圧が高くなり、ベース・エミッタ間電圧が減少しようとする。このため、電流Ｉｂと電流Ｉ１が減少する。これにより、発光ダイオードＤ１の発光強度が小さくなり、フォトトランジスタＱ３に流れる電流Ｉ４は減少する。電流Ｉ４が減少すると、発光ダイオードＤ３の発光強度も減少し、フォトトランジスタＱ２を流れる出力電流Ｉｏｕｔが減少する。
【００３１】
このように、中間段は、入力段における発光ダイオードＤ１から放射される光に応じた強度の光を出力段のフォトトランジスタＱ２に入射させ、出力段における発光ダイオードＤ２から放射される光に応じた強度の光を入力段のフォトトランジスタＱ１に入射させる。
このため、アイソレーションアンプ２も、第１の実施形態に係るアイソレーションアンプ１と同様に、入力段における増幅素子（ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１）の制御端子（ベース）に入力される電流Ｉｂに応じて、出力段における受光素子（フォトトランジスタＱ２）の電流路（コレクタ・エミッタ間）と発光素子（発光ダイオードＤ２）とが直列に接続された回路に流れる電流Ｉｏｕｔまたはその電流に応じた電圧Ｖｏｕｔを出力する。そして、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１のベース（制御端子）に入力される電流Ｉｂと出力電流Ｉｏｕｔのリニアリティが向上する。従って、入力電流Ｉｉｎと出力電流Ｉｏｕｔのリニアリティが向上する。
【００３２】
なお、上述した第２の実施形態では、中間段が１段のみの構成を示したが、２段以上の中間段を設けても、第２の実施形態に係るアイソレーションアンプ２と同様に動作する。この場合、入力段に隣接する中間段を除く各中間段のフォトトランジスタＱ３には前段の中間段（一方の側に隣接した中間段）における発光ダイオードＤ３から放射される光が入射し、出力段に隣接する中間段を除く各中間段のフォトトランジスタＱ４には後段の中間段（他方の側に隣接した中間段）における発光ダイオードＤ４から放射される光が入射する。
【００３３】
また、上述した実施形態と異なり、フォトトランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ４の代わりにフォトダイオードを用いてもよい。
また、上述した実施形態では、出力電流Ｉｏｕｔが抵抗Ｒ４を流れると、抵抗Ｒ４に電圧が生じ、その電圧が出力端子Ｖｏｕｔから出力される構成の例を示したが、抵抗Ｒ４がなく、出力端子から外部の負荷に対して出力電流Ｉｏｕｔが出力される構成としてもよい。
また、上述した実施形態では、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１のベース（制御端子）に信号として電流Ｉｂが入力されるとして説明したが、ＮＰＮバイポーラトランジスタＴ１のベースに信号として電圧Ｖｂが入力されると考えることもできる。
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、小さな入力信号を増幅することができ、入力信号と出力信号のリニアリティを改善することができる。
また、例えば、第２の実施形態に係るアイソレーションアンプ２において、フォトカプラＰ３〜Ｐ６として絶縁耐圧が２ＫＶのフォトカプラを用いた場合、入力段と出力段の間の絶縁耐圧を４ＫＶとすることができる。中間段の数を更に増やすことにより、入力段と出力段の間の絶縁耐圧を更に増加させることができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、設計または製造上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１，２，１００…アイソレーションアンプ、Ｐ１〜Ｐ６…フォトカプラ、Ｄ１〜Ｄ４…発光ダイオード、Ｑ１〜Ｑ４…フォトトランジスタ、Ｔ１…ＮＰＮバイポーラトランジスタＲ１〜Ｒ５…抵抗、Ｖｃｃ１〜Ｖｃｃ３…電源電圧入力端子、Ｇｎｄ１〜Ｇｎｄ３…基準電位入力端子、Ｖｉｎ…電圧入力端子、Ｖｏｕｔ…電圧出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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