(57)【要約】【課題】基準電圧とは異なる直流電圧を低ノイズかつ低インピーダンスで出力する正転アンプを提供すること。【解決手段】出力端子と負の入力端子に接続された抵抗素子２と、負の入力端子とグランドとの間に接続された抵抗３とを備え、抵抗素子２が、出力端子と負の入力端子に接続されたダイオード特性を有する素子であり、入力された直流電圧の電圧値をシフトして出力する際に出力される不要なノイズを低減できるように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力端子と負の入力端子に接続された抵抗素子と、負の入力端子とグランドとの間に接続された抵抗とを備え、
前記抵抗素子が、前記出力端子と前記負の入力端子に接続されたダイオード特性を有する素子であり、入力された直流電圧の電圧値をシフトして出力する際に出力される不要なノイズを低減できるようにしたことを特徴とする正転アンプ。
【請求項２】
前記ダイオード特性を有する素子が、ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の正転アンプ。
【請求項３】
前記ダイオード特性を有する素子が、ＭＯＳトランジスタであり、該ＭＯＳトランジスタのゲートとドレインが接続されてダイオード接続されていることを特徴とする請求項１に記載の正転アンプ。
【請求項４】
前記ダイオード特性を有する素子が、バイポーラトランジスタであり、該バイポーラトランジスタのベースとコレクタが接続されてダイオード接続されていることを特徴とする請求項１に記載の正転アンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正転アンプに関し、より詳細には、半導体回路装置に用いられ、入力された直流電圧の電圧値をシフトして出力する際に出力される不要なノイズを低減することのできる正転アンプ（正転増幅器）に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、オペアンプは、２つの入力間の電位差によって作動する差動増幅器で、主に反転増幅器と非反転増幅器とがある。反転増幅器は、入力信号に対して出力信号の位相が１８０°変化する増幅器で、非反転増幅器は、入力信号と出力信号の位相が同一である増幅器で、種々の信号処理回路に用いられている。
【０００３】
図１は、従来の非反転増幅器を説明するための回路構成図で、この非反転増幅器は、正側入力端（＋）及び負側入力端（−）を備え、正側入力端を信号入力端子と接続して入力信号Ｖｒｅｆを入力し、出力端を信号出力端子と接続するオペアンプと、一端を信号出力端子と接続し他端をオペアンプの負側入力端と接続する抵抗Ｒ２及び一端を抵抗Ｒ２の他端と接続し他端を電源電位点の接地電位点と接続する抵抗Ｒ１を備えた帰還回路とを有する構成となっている。そして、この非反転増幅器においては、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値をそれぞれ信号と同一のＲ１，Ｒ２とすると、入力信号に対し（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１倍の出力信号ＯＵＴが得られる。
【０００４】
つまり、このような従来における非反転増幅器（正転アンプ）１００において、出力端子と負の入力端子に接続された抵抗値Ｒ２の抵抗と、負の入力端子とグランドとの間に接続された抵抗値Ｒ１の抵抗との抵抗値の相対比に基づき、入力された直流電圧の電圧値をシフトして出力していた（例えば、特許文献１乃至３参照）。
上述した図１において、入力された直流電圧値をＶｒｅｆ、出力される直流電圧値をＶｏｕｔとすると、Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ＋Ｒ２×Ｉで表され、Ｖｒｅｆとは電圧値が異なる電圧値であるＶｏｕｔが生成できる。ただし、Ｉ＝Ｖｒｅｆ／Ｒ１である。
【０００５】
次に、このような状態において、不要に出力されるノイズについて説明する。出力ノイズの電圧値をＶｎｏｕｔ、オペアンプが発生する入力換算ノイズをＶｎｏｐ、抵抗値がＲ１の抵抗から発生するノイズをＶｎｒ１、抵抗値がＲ２の抵抗から発生するノイズをＶｎｒ２とすると、Ｖｎｏｕｔは、Ｖｎｏｕｔ＝Ｖｎｏｐ×（１＋Ｒ２／Ｒ１）＋Ｖｎｒ１×Ｒ２／Ｒ１＋Ｖｎｒ２で表される。したがって、従来の正転アンプは、入力された直流電圧の電圧値をシフトして出力する際に、オペアンプや抵抗から発生するノイズを、抵抗値の相対比に基づいて増幅させ、不要なノイズも出力している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２０３７０８号公報
【特許文献２】特開平５−０１４０７１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２７８４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、従来の正転アンプにおいては、入力された直流電圧の電圧値をシフトして出力する際に、オペアンプや抵抗から発生するノイズを、抵抗値の相対比に基づいて増幅させ、不要なノイズも出力しているという問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、入力された直流電圧の電圧値をシフトして出力する際に出力される不要なノイズを低減することのできる正転アンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、出力端子と負の入力端子に接続された抵抗素子と、負の入力端子とグランドとの間に接続された抵抗とを備え、前記抵抗素子が、前記出力端子と前記負の入力端子に接続されたダイオード特性を有する素子であり、入力された直流電圧の電圧値をシフトして出力する際に出力される不要なノイズを低減できるようにしたことを特徴とする正転アンプである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ダイオード特性を有する素子が、ダイオードであることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ダイオード特性を有する素子が、ＭＯＳトランジスタであり、該ＭＯＳトランジスタのゲートとドレインが接続されてダイオード接続されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ダイオード特性を有する素子が、バイポーラトランジスタであり、該バイポーラトランジスタのベースとコレクタが接続されてダイオード接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ノイズ源から発生する一部のノイズを下げ、また、ノイズ源から発生するノイズを、従来よりも増幅せずに出力できる。したがって、従来よりも低ノイズの直流電圧を出力することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の非反転増幅器を説明するための回路構成図である。
【図２】本発明に係る正転アンプの実施例１を説明するための回路構成図である。
【図３】ダイオードと抵抗の端子間電圧に対する端子間電流を示す図である。
【図４】本発明に係る正転アンプの実施例２を説明するための回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。  
本発明の正転アンプは、出力端子と負の入力端子に接続された抵抗素子と、負の入力端子とグランドとの間に接続された抵抗とを備え、この抵抗素子が、出力端子と負の入力端子に接続されたダイオード特性を有する素子であり、入力された直流電圧の電圧値をシフトして出力する際に出力される不要なノイズを低減できるように構成されている。
【実施例１】
【００１４】
図２は、本発明に係る正転アンプの実施例１を説明するための回路構成図で、図中符号１はオペアンプ、２はダイオード（Ｚｄ）、３は抵抗（Ｒ１）、２００は正転アンプを示している。
【００１５】
以下、本発明の正転アンプにおける出力される不要なノイズの低減効果について説明する。図２に示されるように、正転アンプ２００の出力端子と負の入力端子に、ダイオード２を接続し、負の入力端子とグランドとの間に抵抗３を接続した。図２において、入力された直流電圧値Ｖｒｅｆ、出力される直流電圧値Ｖｏｕｔ、ダイオード２の閾値をＶｔ、ダイオード２のインピーダンスをＺｄとすると、Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ＋Ｖｔ＋Ｚｄ×Ｉで表され、Ｖｒｅｆとは電圧値が異なる電圧値であるＶｏｕｔが生成できる。ただし、Ｉ＝Ｖｒｅｆ／Ｒ１である。
【００１６】
次に、このような状態において、不要に出力されるノイズについて説明する。出力ノイズの電圧値をＶｎｏｕｔ、オペアンプが発生する入力換算ノイズをＶｎｏｐ、抵抗値がＲ１の抵抗から発生するノイズをＶｎｒ１、ダイオードから発生するノイズをＶｎｄとすると、Ｖｎｏｕｔは、Ｖｎｏｕｔ＝Ｖｎｏｐ×（１＋Ｚｄ／Ｒ１）  ＋Ｖｎｒ１×Ｚｄ／Ｒ１＋Ｖｎｄで表される。
【００１７】
図３は、  ダイオードと抵抗の端子間電圧に対する端子間電流を示す図で、同一の端子間電圧を印加した状態において、ダイオードのインピーダンス値が抵抗のインピーダンスである抵抗値よりも非常に低いことを示す図である。
ダイオードのインピーダンス値であるＺｄについて、図３に示される、一般的なダイオードの端子間電圧、電流特性と、一般的な抵抗の端子間電圧、電流特性を用いて説明する。図３に示されるように、ダイオードは、ダイオードの閾値であるＶｔ以上の電圧が、ダイオードの端子間電圧として印加されると、急激に端子間電流が増加する。このような状態において、ダイオードのインピーダンス値であるＺｄは、微小端子間電圧Ｖｄと、微小端子間電流ＩｄｄによりＺｄ＝Ｖｄ／Ｉｄｄで表される。これに対して、抵抗の端子間に微小端子間電圧Ｖｄを与えると、微小端子間電流Ｉｄｒが流れ、Ｖｄ／ｉｄｄは抵抗値と同一である。
【００１８】
したがって、ダイオードと抵抗のインピーダンス値を比較すれば、ダイオードの閾値よりも高い、同じ端子間電圧を与えた状態においては、ダイオードのインピーダンス値が抵抗のインピーダンス値である抵抗値よりも非常に低いことが分かる。
また、ダイオードから発生するノイズの主因は熱ノイズであり、この熱ノイズはインピーダンス値の平方根に比例するため、ダイオードのインピーダンスが非常に小さいことから、ノイズも非常に小さい。
したがって、本発明における正転アンプにおいては、不要に出力されるノイズであるＶｎｏｕｔは、Ｖｎｏｏｕｔ≒Ｖｎｏｐに近似できるので、入力された直流電圧の電圧値をシフトして出力する際に発生していた不要なノイズが、従来よりも削減できる。
【実施例２】
【００１９】
図４は、本発明に係る正転アンプの実施例２を説明するための回路構成図で、図中符号１２はトランジスタを示している。なお、図２と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００２０】
図４に示されるように、正転アンプ２００の出力端子と負の入力端子に、トランジスタ１２のゲートとドレインが接続され、ダイオード接続されたトランジスタ１２を接続し、負の入力端子とグランドとの間に抵抗３を接続した。図４において、入力された直流電圧値Ｖｒｅｆ、出力される直流電圧値Ｖｏｕｔ、ダイオード接続されたトランジスタ１２の閾値をＶｔ、トランジスタ１２のインピーダンスをＺｔｄとすると、Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ＋Ｖｔ＋Ｚｔｄ×Ｉで表され、Ｖｒｅｆとは電圧値が異なる電圧値であるＶｏｕｔが生成できる。ただし、Ｉ＝Ｖｒｅｆ／Ｒ１である。
【００２１】
次に、このような状態において、不要に出力されるノイズについて説明する。出力ノイズの電圧値をＶｎｏｕｔ、オペアンプが発生する入力換算ノイズをＶｎｏｐ、抵抗値がＲ１の抵抗から発生するノイズをＶｎｒ１、ダイオードされたトランジスタから発生するノイズをＶｎｔｄとすると、Ｖｎｏｕｔは、Ｖｎｏｕｔ＝Ｖｎｏｐ×（１＋Ｚｔｄ／Ｒ１）  ＋Ｖｎｒ１×Ｚｔｄ／Ｒ１＋Ｖｎｔｄで表される。
【００２２】
ここで、ダイオード１２のインピーダンス値については、上述した図３に示される、一般的なダイオードの端子間電圧、電流特性と同様の特性であり、ダイオード接続されたトランジスタ１２の閾値であるＶｔ以上の電圧が、トランジスタ１２の端子間電圧として印加されると、急激に端子間電流が増加する。
したがって、同じ端子間電圧が印加された、ダイオード接続されたトランジスタ１２と、抵抗３のインピーダンス値とを比較すれば、ダイオード接続されたトランジスタ１２の閾値よりも高い、同じ端子間電圧を与えた状態においては、ダイオード接続されたトランジスタ１２のインピーダンス値が抵抗のインピーダンス値である抵抗値よりも非常に低い。
【００２３】
また、ダイオード接続されたトランジスタ１２から発生するノイズの主因は、熱ノイズとフリッカーノイズである。熱ノイズは、インピーダンス値の平方根に比例するため、ダイオード接続されたトランジスタ１２のインピーダンスが非常に小さいことから、ノイズも非常に小さいが、フリッカーノイズは残る。ダイオード接続されたトランジスタ１２から発生する熱ノイズをＶｎｔｄｓ、ダイオード接続されたトランジスタ１２から発生するフリッカーノイズをＶｎｔｄｆとすると、ダイオード接続されたトランジスタ１２から発生するノイズであるＶｎｔｄは、Ｖｎｔｄ≒Ｖｎｔｄｆと表される。また、フリッカーノイズであるＶｎｔｄｆはダイオード接続されたトランジスタ１２のゲート面積に反比例するので、ゲート面積を増やすことでＶｎｔｄｆを低減できる。
【００２４】
したがって、本発明における正転アンプにおいては、不要に出力されるノイズであるＶｎｏｕｔは、Ｖｎｏｕｔ≒Ｖｎｏｐ＋Ｖｎｔｄｆに近似できるので、特に、Ｖｎｔｄｆを抑えることにより、入力された直流電圧の電圧値をシフトして出力する際に発生していた不要なノイズが、従来よりも削減できる。
つまり、図４に示されるように、正転アンプ２００の出力端子と負の入力端子にダイオード１２を接続し、負の入力端子とグランドとの間に抵抗３を接続するこれにより、出力電圧は、入力電圧に対してダイオード１２の閾値電圧にほぼ等しい電圧だけシフトされた電圧となる。この状態において、不要に出力されるノイズ量は、従来と比較して改善されるので、従来よりも低ノイズである直流電圧が、低インピーダンスで出力できる。
【実施例３】
【００２５】
なお、本発明における正転アンプの実施例２においては、ＭＯＳトランジスタの例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、トランジスタのゲートとドレインが接続され、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタの代わりに、バイポーラのベースとコレクタが接続され、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタであってもよい。
【００２６】
このように上述した各実施例によれば、ノイズ源から発生する一部のノイズを下げ、また、ノイズ源から発生するノイズを、従来よりも増幅せずに出力できる。したがって、従来よりも低ノイズの直流電圧を出力することが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  オペアンプ
２  ダイオード
３  抵抗（Ｒ１）
１２  トランジスタ
１００  非反転増幅器（正転アンプ）
２００  正転アンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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