(57)【要約】【課題】一般化インピーダンス変換器を利用して、変換された素子の両端子が非接地等価インピーダンス素子となる変換器を提供することである。【解決手段】４つの直列接続されたインピーダンス素子Z1〜Z4があり、Z1とZ2それぞれに負帰還ループを構成するように接続した２つのオペアンプ回路OP1とOP2がある。Z3とZ4の接続点をOP1の非反転入力端子に接続する。直列接続されたZ1〜Z4のZ4側の端を接地する。第５のインピーダンス素子Z5の片方の端子を接地し、他方の端子をOP2の非反転入力端子と接続した回路を構成する。OP2の非反転入力端子を端子1とし、OP1の出力端子を端子1’とすれば、1-1’間の入力インピーダンスは非接地等価インピーダンスとなる。このインピーダンス変換器で、Z1〜Z3とZ5を抵抗、Z4をキャパシタンスとすると、1-1’間の入力インピーダンスは、非接地等価インダクタンスとなる。【選択図】図１
2017034522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４つの直列接続された第１乃至第４のインピーダンス素子と、
上記第１と第２のインピーダンス素子に対し、負帰還ループを形成するように入出力端子を接続した第１のオペアンプ回路OP1と第２のオペアンプ回路OP2と、を備え、
第１のオペアンプ回路の非反転入力端子に第３と第４のインピーダンス素子の接続点を接続し、第２のオペアンプ回路の非反転入力端子には第５のインピーダンス素子を接続し、第４と第５のインピーダンス素子のそれぞれのもう一方の端子を接地し、
第１のオペアンプ回路OP1の出力端子1’と第２のオペアンプ回路OP2の非反転入力端子1の間に、両端子が非接地となる等価インピーダンス素子が現れるように構成したことを特徴とする非接地等価インピーダンス変換器。
【請求項２】
前記第１乃至第３のインピーダンス素子と前記第５のインピーダンス素子を抵抗とし、
前記第４のインピーダンス素子をキャパシタンスとすることにより、
前記第１のオペアンプ回路OP1の出力端子1’と前記第２のオペアンプ回路OP2の非反転入力端子1の間に、両端子が非接地となる等価インダクタンスが現れるように構成したことを特徴とする請求項1に記載の非接地等価インピーダンス変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般化インピーダンス変換器の利用範囲を拡大して非接地等価インピーダンスを得ることを可能にしたインピーダンス変換器に関し、特に抵抗とキャパシタンスから所望の非接地等価インダクタンスを得ることを可能にしたインピーダンス変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインピーダンス変換器として一般化インピーダンス変換器（例えば、A. Antoniou, ”Realization of Gyrators Using Operational Amplifiers, and Their Use in RC-Active-Network Synthesis”, Proc. IEE, vol. 116, pp. 1838-1850, 1969. 参照）がある。この一般化インピーダンス変換器は図４に示すように２つのオペアンプ回路OP1とOP2と５つのインピーダンス素子ZA〜ZEを組み合わせた回路で、その入力端子1-1’間から見た入力インピーダンスは式（１）で表されるようになる。
【数１】
2017034522.tif 000003
【０００３】
上記一般化インピーダンス変換器は５つのインピーダンス素子に種々のインピーダンス素子を用いることができる。例えば、ZDをキャパシタンスCDとしそのインピーダンスを1/sCDで、それ以外の素子をすべて抵抗Rとするならば
【数２】
2017034522.tif 000004
となり、等価的にインダクタンスを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2004-336511  負性インピーダンス変換器
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A. Antoniou, ”Realization of Gyrators UsingOperational Amplifiers, and Their Use in RC-Active-NetworkSynthesis”, Proc. IEE, vol. 116, pp. 1838-1850, 1969.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように従来の一般化インピーダンス変換器は式（１）のようにインピーダンスの変換が実現でき、式（２）のようにキャパシタンスと抵抗から等価インダクタンスを作ることができるが、このインダクタンスは片側の端子が接地されたものであり、インダクタンスの両端子が非接地のものは作ることができず、適用できる応用領域に制限があった。
【０００７】
そこで本発明の課題は、一般化インピーダンス変換器の回路を利用して、変換された素子の両端子が非接地の等価インピーダンス素子を得ることができる変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の非接地インピーダンス素子が得られるインピーダンス変換器は、４つの直列接続された第１乃至第４のインピーダンス素子と、上記第１と第２のインピーダンス素子に対し、負帰還ループを形成するように入出力端子を接続した第１のオペアンプ回路OP1と第２のオペアンプ回路OP2と、を備え、第１のオペアンプ回路の非反転入力端子に第３と第４のインピーダンス素子の接続点を接続し、第２のオペアンプ回路の非反転入力端子には第５のインピーダンス素子を接続し、第４と第５のインピーダンス素子のそれぞれのもう一方の端子を接地する構成とする。
【０００９】
前記の構成における第１のオペアンプ回路OP1の出力端子1’と第２のオペアンプ回路OP2の非反転入力端子1の間に、両端子が非接地となる等価インピーダンス素子が現れることを要旨とする。
【００１０】
本発明のインピーダンス変換器において、さらに下記の構成とすることが可能である。前記第１乃至第３のインピーダンス素子と第５のインピーダンス素子を抵抗とし、第４のインピーダンス素子をキャパシタンスとする構成とする。
【００１１】
前記の構成における第１のオペアンプ回路OP1の出力端子1’と第２のオペアンプ回路OP2の非反転入力端子1の間に、両端子が非接地となる等価インダクタンスが現れることになる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、従来の一般化インピーダンス変換器では、等価インピーダンスの片側の端子が接地された状態でしか得られなかったが、その両端子とも非接地で得られることが可能となり、その利用範囲を大幅に拡大することができる。特に非接地等価インダクタンスを得られることは、インダクタンスを集積回路として実現する場合において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる基本的回路構成図および動作原理を説明するための回路構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示す回路構成図である。
【図３】試作変換器で測定された変換結果である。
【図４】従来の一般化インピーダンス変換器の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
図１に本発明の非接地等価インピーダンスを得ることを可能にしたインピーダンス変換器にかかる第１実施形態を説明する。同図において、Z1〜Z5は第１乃至第５のインピーダンス素子、OP1、OP2は第１および第２のオペアンプ回路で、４つの第１乃至第４のインピーダンス素子は直列に接続され、該第１のインピーダンス素子に対し、第１のオペアンプ回路OP1が負帰還ループを形成し、該第2のインピーダンス素子に対し、第2のオペアンプ回路OP2が負帰還ループを形成するように入出力端子を接続し、第１のオペアンプ回路の非反転入力端子に第３と第４のインピーダンス素子の接続点を接続し、第２のオペアンプ回路の非反転入力端子には第５のインピーダンス素子を接続し、第４と第５のインピーダンス素子のそれぞれのもう一方の端子を接地する。
【００１５】
オペアンプ回路の反転入力端子と非反転入力端子間は仮想短絡となっているので、図に示した第１と第２のオペアンプ回路の入力端子である3点（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の電位は等しくなり、点（Ｃ）は非接地等価インピーダンスの端子1であり、この電圧をVINとすると、3点の電位はすべてVINとなる。
【００１６】
第４のインピーダンス素子Z4に加わる電圧はVINとなり、流れる電流I4は式（３）となる。
【数３】
2017034522.tif 000005
【００１７】
第３のインピーダンス素子Z3を流れる電流もI4と等しいので第２のオペアンプ回路OP2の出力電圧であるV2は式（４）となる。
【数４】
2017034522.tif 000006
【００１８】
V2＞VINであるので、第２のインピーダンス素子Z2を流れる電流I2は上向きとなり、その大きさは式（５）となる。
【数５】
2017034522.tif 000007
【００１９】
第１のインピーダンス素子Z1を流れる電流もI2となり、第１のオペアンプ回路OP1の出力電圧である端子1’の電圧VIN’は式（６）となる。
【数６】
2017034522.tif 000008
【００２０】
端子1から流れ込む電流IINはZ5を流れる電流I5と等しく、式（7）で表される。
【数７】
2017034522.tif 000009
【００２１】
端子1-1’間から見た入力インピーダンスZINはVINとVIN’の電位差とIINから式（８）のようになる。
【数８】
2017034522.tif 000010
【実施例】
【００２２】
［第２実施形態］
次に図２を参照して第２実施形態を説明する。図２のように第１乃至第３のインピーダンス素子Z1〜Z3と第５のインピーダンス素子Z5を抵抗R1〜R3とR5とし、第４のインピーダンス素子Z4をキャパシタンスC4とする。なお、第４のインピーダンス素子をキャパシタンスとするため、R4はない。この構成において、端子1-1’間から見た入力インピーダンスは式（９）のようになる。
【数９】
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即ち、図２の回路の端子1-1’間から見た入力インピーダンスZINは両端が非接地のインダクタンスとなる。図３に個別部品を用いて変換器を試作し、C4として100pFから4.8nFにわたり変化させた場合の、非接地等価インダクタンスの測定結果のグラフを示す。測定値は、20mHから8.6Hの広い範囲にわたり、精度よく変換されており、第２実施形態の有用性がわかる。
【００２３】
図１と図２の回路において、第４と第５のインピーダンスに接続されている接地電位は、オペアンプ回路を動作させるための正負の電源の共通電位であり、ZINを観測する測定系統、あるいはZINを使用する回路系統の共通電位とは全く別のものであり、ZINは回路図に書かれている接地電位からは完全に切り離された素子として観測あるいは使用することができる。また、第４と第５のインピーダンスの接続点の電位は必ずしも接地電位である必要はなく、オペアンプ回路が正常に動作する入力電圧として加えることのできる電圧の範囲で変化しても、端子1-1’間から観測されるインピーダンスの値は変化しない。さらに、第４と第５のインピーダンスの接続点の電位が時間的に変動しても、インピーダンスに変動はなく、これらの回路が非接地等価インピーダンスや非接地等価インダクタンスを得る回路であることがわかる。
【００２４】
以上説明したように、この変換器を用いれば、抵抗とキャパシタとオペアンプ回路を用いて等価インダクタンスを実現できる。集積回路において、インダクタンスを実現することは難しいが、この回路を用いればそれが可能となり、様々な信号処理回路を集積回路で実現することが可能となる。また、現実のインダクタンスに比べ、大きな値の等価インダクタンスを得ることが可能であり、広い応用分野があると考えられる。
【符号の説明】
【００２５】
OP1  第１のオペアンプ回路
OP2  第２のオペアンプ回路
Z1  第１のインピーダンス素子
Z2  第２のインピーダンス素子
Z3  第３のインピーダンス素子
Z4  第４のインピーダンス素子
Z5  第５のインピーダンス素子
ZIN  入力インピーダンス
R1〜R3、R5  抵抗
C4  キャパシタンス
ZA、ZB、ZC、ZD、ZE  インピーダンス素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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