(57)【要約】【課題】電気信号から他の物理量への変換動作と、外部から与えられる物理量から電気信号への変換動作とを同時に実施することができるようにする。【解決手段】増幅器２の出力信号Ｖ１である電気信号を音響振動に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる音響振動を電気信号に変換する双方向性トランスデューサ３と、増幅器２の出力信号Ｖ１が入力される擬似負荷回路４と、負荷電流検出抵抗５に誘起される電圧ＶＳ１と負荷電流検出抵抗６に誘起される電圧ＶＳ２の差分を検出して、その電圧の差分を示す差分信号ＶＢＯを出力する減算器７とを設け、増幅器８が減算器７から出力された差分信号ＶＢＯを増幅する。【選択図】図１
2009284160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号である電気信号を増幅する第１の増幅器と、上記第１の増幅器により増幅された電気信号を他の物理量に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる物理量を電気信号に変換する双方向性トランスデューサと、上記第１の増幅器により増幅された電気信号が入力される上記双方向性トランスデューサの擬似負荷回路と、上記双方向性トランスデューサにより変換された電気信号と上記擬似負荷回路の出力信号である電気信号の差分を検出する減算器と、上記減算器により検出された差分を増幅する第２の増幅器とを備えた双方向変換器。
【請求項２】
入力信号である電気信号と帰還信号である電気信号の誤差を増幅する誤差増幅器と、上記誤差増幅器の出力信号を増幅する第１の増幅器と、上記第１の増幅器の出力信号である電気信号を他の物理量に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる物理量を電気信号に変換する双方向性トランスデューサと、上記双方向性トランスデューサにより変換された電気信号を増幅し、増幅後の電気信号を帰還信号として上記誤差増幅器に出力する帰還増幅器と、上記第１の増幅器の出力信号である電気信号が入力される上記双方向性トランスデューサの擬似負荷回路と、上記双方向性トランスデューサにより変換された電気信号と上記擬似負荷回路の出力信号である電気信号の差分を検出する減算器と、上記減算器により検出された差分を増幅する第２の増幅器とを備えた双方向変換器。
【請求項３】
入力信号である電気信号と帰還信号である電気信号の誤差を増幅する誤差増幅器と、上記誤差増幅器の出力信号を増幅する第１の増幅器と、上記第１の増幅器の出力信号である電気信号を他の物理量に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる物理量を電気信号に変換する双方向性トランスデューサと、上記双方向性トランスデューサにより変換された電気信号を増幅し、増幅後の電気信号を帰還信号として上記誤差増幅器に出力する帰還増幅器と、上記入力信号である電気信号を増幅する前方向増幅器と、上記前方向増幅器により増幅された電気信号が入力される上記双方向性トランスデューサの擬似負荷回路と、上記第１の増幅器の出力信号である電気信号と上記擬似負荷回路の出力信号である電気信号の差分を検出する減算器と、上記減算器により検出された差分を増幅する第２の増幅器とを備えた双方向変換器。
【請求項４】
入力信号である電気信号と第１の帰還信号である電気信号の誤差を増幅する第１の誤差増幅器と、上記第１の誤差増幅器の出力信号を増幅する第１の増幅器と、上記第１の増幅器の出力信号である電気信号を他の物理量に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる物理量を電気信号に変換する双方向性トランスデューサと、上記双方向性トランスデューサにより変換された電気信号を増幅し、増幅後の電気信号を第１の帰還信号として上記第１の誤差増幅器に出力する第１の帰還増幅器と、上記入力信号である電気信号と第２の帰還信号である電気信号の誤差を増幅する第２の誤差増幅器と、上記第２の誤差増幅器の出力信号を増幅する第２の増幅器と、上記第２の増幅器の出力信号である電気信号が入力される上記双方向性トランスデューサの擬似負荷回路と、上記擬似負荷回路の出力信号である電気信号を増幅し、増幅後の電気信号を第２の帰還信号として上記第２の誤差増幅器に出力する第２の帰還増幅器と、上記第１の増幅器の出力信号である電気信号と上記第２の増幅器の出力信号である電気信号の差分を検出する減算器と、上記減算器により検出された差分を増幅する第３の増幅器とを備えた双方向変換器。
【請求項５】
入力信号である電気信号を増幅する差動出力増幅器と、上記差動出力増幅器の一方の差動出力端子から出力される電気信号を他の物理量に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる物理量を電気信号に変換する双方向性トランスデューサと、上記差動出力増幅器の一方の差動出力端子から出力される電気信号が入力される上記双方向性トランスデューサの擬似負荷回路と、上記差動出力増幅器の他方の差動出力端子と上記双方向性トランスデューサの帰路側の間に接続されている第１の負荷電流検出抵抗と、上記差動出力増幅器の他方の差動出力端子と上記擬似負荷回路の帰路側の間に接続されている第２の負荷電流検出抵抗と、上記第１の負荷電流検出抵抗の両端の電位差を増幅する第１の差動入力増幅器と、上記第２の負荷電流検出抵抗の両端の電位差を増幅する第２の差動入力増幅器と、上記第１の差動入力増幅器の出力信号と上記第２の差動入力増幅器の出力信号の差分を検出する減算器と、上記減算器により検出された差分を増幅する増幅器とを備えた双方向変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力信号である電気信号を他の物理量（例えば、音響振動（音圧）、電磁波、機械運動量）に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる物理量（例えば、音響振動（音圧）、電磁波、機械運動量）を電気信号に変換する双方向性トランスデューサを実装している双方向変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
入力信号である電気信号を他の物理量に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる物理量を電気信号に変換する双方向性トランスデューサが、例えば、以下の特許文献１に開示されている。
しかし、上記の双方向性トランスデューサを実装している一般的な双方向変換器では、電気信号から音響信号等への変換動作と、音響信号等から電気信号への変換動作とを同時には実施していない。
【０００３】
即ち、一般的な双方向変換器では、図７に示すように、入力信号である電気信号を音響信号等に変換して外部に出力する場合、制御回路がスイッチＳＷをａ側に接続することにより、増幅器Ｇ１と双方向性トランスデューサを接続する。
これにより、双方向性トランスデューサが増幅器Ｇ１により増幅された入力信号である電気信号を音響信号等に変換して外部に出力する。
一方、外部から与えられる音響信号等を電気信号に変換する場合、制御回路がスイッチＳＷをｂ側に接続することにより、増幅器Ｇ３と双方向性トランスデューサを接続する。
これにより、増幅器Ｇ３が双方向性トランスデューサにより変換された電気信号を増幅し、増幅後の電気信号を出力信号として出力する。
【０００４】
なお、従来の一般的な双方向変換器が、双方向性トランスデューサを実装しているにもかかわらず、電気信号から音響信号等への変換動作と、音響信号等から電気信号への変換動作とを同時に実施していない理由として、変換方向の違いによる信号レベル差が大きいため、信号対雑音比が低い状態となり、音響信号等から変換された電気信号の検出が困難であることが考えられる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−５６６９３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の双方向変換器は以上のように構成されているので、双方向性トランスデューサを実装していても、電気信号から音響信号等への変換動作と、音響信号等から電気信号への変換動作とを同時に実施することができないなどの課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電気信号から他の物理量への変換動作と、外部から与えられる物理量から電気信号への変換動作とを同時に実施することができる双方向変換器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る双方向変換器は、第１の増幅器により増幅された入力信号である電気信号を他の物理量に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる物理量を電気信号に変換する双方向性トランスデューサと、第１の増幅器により増幅された入力信号である電気信号が入力される双方向性トランスデューサの擬似負荷回路と、双方向性トランスデューサにより変換された電気信号と擬似負荷回路の出力信号である電気信号の差分を検出する減算器とを設け、第２の増幅器が減算器により検出された差分を増幅するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、第１の増幅器により増幅された入力信号である電気信号を他の物理量に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる物理量を電気信号に変換する双方向性トランスデューサと、第１の増幅器により増幅された入力信号である電気信号が入力される双方向性トランスデューサの擬似負荷回路と、双方向性トランスデューサにより変換された電気信号と擬似負荷回路の出力信号である電気信号の差分を検出する減算器とを設け、第２の増幅器が減算器により検出された差分を増幅するように構成したので、電気信号から他の物理量への変換動作と、外部から与えられる物理量から電気信号への変換動作とを同時に実施することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による双方向変換器を示す構成図であり、図において、信号発振源１は入力信号Ｖｉである電気信号を発振する。
図１では、信号発振源１が電気信号を発振する例を示しているが、これは一例に過ぎず、例えば、信号発振源１の代わりに、電気信号の入力端子を実装し、入力端子から入力された電気信号が増幅器２に印加されるようにしてもよい。
第１の増幅器である増幅器２は信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号を増幅率Ｇ１で増幅し、出力信号Ｖ１（増幅後の電気信号）を双方向性トランスデューサ３及び擬似負荷回路４に出力する。
【００１１】
双方向性トランスデューサ３はＺＬ１（＝ｒ１+ｓＸ１）の負荷インピーダンス３ａと、外部から物理量（例えば、音響振動（音圧）、電磁波、機械運動量）が与えられると、誘起信号ＶＢ１の電圧（電気信号）が誘起される信号源３ｂとから構成されており、増幅器２の出力信号Ｖ１である電気信号を他の物理量に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる物理量を電気信号に変換する処理を実施する。
ここで、図６は双方向性トランスデューサ３の等価回路である。
例えば、双方向性トランスデューサ３が電気信号を音響振動に変換するスピーカ、あるいは、双方向性トランスデューサ３が電気信号を電磁波に変換するアンテナ（ループアンテナ）、あるいは、双方向性トランスデューサ３が電気信号を機械運動量に変換する電動機等を構成している場合、双方向性トランスデューサ３は、図６（ａ）の等価回路で表すことができる。
即ち、抵抗ｒ１、インダクタンスＬ１及び誘起信号ＶＢ１の電圧が誘起される信号源３ｂで構成されると考えられる。
【００１２】
また、双方向性トランスデューサ３が電気信号を電磁波に変換するダイポールアンテナを構成している場合、双方向性トランスデューサ３は、図６（ｂ）の等価回路で表すことができる。
即ち、抵抗ｒ１、インダクタンスＬ１、キャパシタンスＣ１及び誘起信号ＶＢ１の電圧が誘起される信号源３ｂで構成されると考えられる。
この実施の形態１では、説明の便宜上、双方向性トランスデューサ３が増幅器２の出力信号Ｖ１である電気信号を音響振動（音圧）に変換すると同時に、外部から与えられる音響振動（音圧）を誘起信号ＶＢ１の電圧（電気信号）に変換するものとする。
【００１３】
擬似負荷回路４は双方向性トランスデューサ３の特性に類似している擬似負荷であって、ＺＬ２（＝ｒ２+ｓＸ２）の負荷インピーダンス４ａから構成されており、増幅器２の出力信号Ｖ１である電気信号が入力される。
負荷電流検出抵抗５は抵抗値ＲＳ１の抵抗であり、双方向性トランスデューサ３の帰路側に接続されている。
負荷電流検出抵抗６は抵抗値ＲＳ２の抵抗であり、擬似負荷回路４の帰路側に接続されている。
【００１４】
減算器７は負荷電流検出抵抗５に誘起される電圧ＶＳ１（双方向性トランスデューサ３により変換された電気信号に相当）と負荷電流検出抵抗６に誘起される電圧ＶＳ２（擬似負荷回路４の出力信号である電気信号に相当）の差分を検出する。
第２の増幅器である増幅器８は減算器７により検出された差分を増幅率Ｇ３で増幅し、増幅後の差分を出力信号ＶＯとして出力する。
【００１５】
次に動作について説明する。
信号発振源１が入力信号Ｖｉである電気信号を発振すると、増幅器２が信号発振源１から発振された電気信号を増幅率Ｇ１で増幅し、増幅後の電気信号（Ｇ１×Ｖｉ）を出力信号Ｖ１として双方向性トランスデューサ３及び擬似負荷回路４に出力する。
【００１６】
双方向性トランスデューサ３は、増幅器２から電気信号である出力信号Ｖ１を受けると、その電気信号を音響振動（音圧）に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる音響振動（音圧）を誘起信号ＶＢ１の電圧（電気信号）に変換する。
これにより、双方向性トランスデューサ３から負荷電流が発生し、負荷電流検出抵抗５に電圧ＶＳ１が誘起される。
ＶＳ１＝（Ｖ１−ＶＢ１）・ＲＳ１／（ＲＳ１＋ｒ１＋ｓＸ１）
擬似負荷回路４は、増幅器２から電気信号である出力信号Ｖ１が入力されると、負荷電流が発生し、負荷電流検出抵抗６に電圧ＶＳ２が誘起される。
ＶＳ２＝Ｖ１・ＲＳ２／（ＲＳ２＋ｒ２＋ｓＸ２）
【００１７】
減算器７は、負荷電流検出抵抗５に誘起される電圧ＶＳ１と負荷電流検出抵抗６に誘起される電圧ＶＳ２の差分を検出し、その電圧の差分を示す差分信号ＶＢＯを増幅器８に出力する。
ＶＢＯ＝ＶＳ１−ＶＳ２
増幅器８は、減算器７から差分信号ＶＢＯを受けると、その差分信号ＶＢＯを増幅率Ｇ３で増幅し、増幅後の差分信号（Ｇ３×ＶＢＯ）を出力信号ＶＯとして出力する。
【００１８】
ここでは、擬似負荷回路４の負荷インピーダンス４ａがＺＬ２（＝ｒ２+ｓＸ２）であり、負荷電流検出抵抗６の抵抗値がＲＳ２であるとしているが、擬似負荷回路４の負荷インピーダンス４ａと負荷電流検出抵抗６の抵抗値が下記のように設定されているものとする。
ＲＳ２＝ｎ・ＲＳ１
（ｒ２+ｓＸ２）＝ｎ・（ｒ１＋ｓＸ１）
ただし、ｎは任意の定数である。
【００１９】
この場合、減算器７から出力される差分信号ＶＢＯが下記のようになり、差分信号ＶＢＯが誘起信号ＶＢ１の成分のみとなる。したがって、誘起信号ＶＢ１の成分のみを抽出することが可能になる。
ＶＢＯ＝ＶＳ１−ＶＳ２
＝−ＶＢ１・ＲＳ１／（ＲＳ１＋ｒ１＋ｓＸ１）
【００２０】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、増幅器２の出力信号Ｖ１である電気信号を音響振動（音圧）に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる音響振動（音圧）を電気信号に変換する双方向性トランスデューサ３と、増幅器２の出力信号Ｖ１である電気信号が入力される擬似負荷回路４と、負荷電流検出抵抗５に誘起される電圧ＶＳ１と負荷電流検出抵抗６に誘起される電圧ＶＳ２の差分を検出して、その電圧の差分を示す差分信号ＶＢＯを出力する減算器７とを設け、増幅器８が減算器７から出力された差分信号ＶＢＯを増幅するように構成したので、電気信号から音響振動（音圧）への変換動作と、外部から与えられる音響振動（音圧）から電気信号への変換動作とを同時に実施することができる効果を奏する。
【００２１】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による双方向変換器を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
帰還増幅器９は双方向性トランスデューサ３により変換された電気信号を増幅率β１で増幅し、増幅後の電気信号を帰還信号Ｖｆｂ１として、誤差増幅器１０の反転入力端子に出力する。
誤差増幅器１０は信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号と帰還増幅器９から出力された帰還信号Ｖｆｂ１である電気信号の誤差を増幅し、増幅後の誤差を増幅器２に出力する。
【００２２】
次に動作について説明する。
この実施の形態２では、図１の双方向変換器に帰還増幅器９及び誤差増幅器１０が追加され、入力信号Ｖｉである電気信号と帰還信号Ｖｆｂ１である電気信号が等しくなるように、誤差増幅器１０−増幅器２−トランスデューサ３−帰還増幅器９−誤差増幅器１０の経路で負帰還制御されている点で、上記実施の形態１と相違している。
【００２３】
誤差増幅器１０は、信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号と帰還増幅器９から出力された帰還信号Ｖｆｂ１である電気信号の誤差を増幅し、増幅後の誤差を増幅器２に出力する。
増幅器２は、誤差増幅器１０により増幅された誤差を増幅率Ｇ１で増幅し、増幅後の電気信号を出力信号Ｖ１として、双方向性トランスデューサ３及び擬似負荷回路４に出力する。
【００２４】
双方向性トランスデューサ３は、増幅器２から電気信号である出力信号Ｖ１を受けると、その電気信号を音響振動（音圧）に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる音響振動（音圧）を誘起信号ＶＢ１の電圧（電気信号）に変換する。
これにより、双方向性トランスデューサ３から負荷電流が発生し、負荷電流検出抵抗５に電圧ＶＳ１が誘起される。
ＶＳ１＝Ｖｉ／β１
帰還増幅器９は、双方向性トランスデューサ３により変換された電気信号を増幅率β１で増幅し、増幅後の電気信号を帰還信号Ｖｆｂ１として、誤差増幅器１０の反転入力端子に出力する。
【００２５】
擬似負荷回路４は、増幅器２から電気信号である出力信号Ｖ１が入力されると、負荷電流が発生し、負荷電流検出抵抗６に電圧ＶＳ２が誘起される。
ＶＳ２＝ＲＳ２／（ＲＳ２＋ｒ２＋ｓＸ２）
・（Ｖｉ・（ＲＳ１＋ｒ１＋ｓＸ１）／β１／ＲＳ１＋ＶＢ１）
この場合、負帰還制御の効果で、誘起信号ＶＢ１の成分が電圧ＶＳ１に現れずに、電圧ＶＳ２に出現する。
したがって、音響振動（音圧）から電気信号への変換における歪みの発生が抑えられる。
【００２６】
減算器７は、負荷電流検出抵抗５に誘起される電圧ＶＳ１と負荷電流検出抵抗６に誘起される電圧ＶＳ２の差分を検出し、その電圧の差分を示す差分信号ＶＢＯを増幅器８に出力する。
ＶＢＯ＝ＶＳ１−ＶＳ２
増幅器８は、減算器７から差分信号ＶＢＯを受けると、その差分信号ＶＢＯを増幅率Ｇ３で増幅し、増幅後の差分信号（Ｇ３×ＶＢＯ）を出力信号ＶＯとして出力する。
【００２７】
ここでは、擬似負荷回路４の負荷インピーダンス４ａがＺＬ２（＝ｒ２+ｓＸ２）であり、負荷電流検出抵抗６の抵抗値がＲＳ２であるとしているが、擬似負荷回路４の負荷インピーダンス４ａと負荷電流検出抵抗６の抵抗値が下記のように設定されているものとする。
ＲＳ２＝ｎ・ＲＳ１
（ｒ２+ｓＸ２）＝ｎ・（ｒ１＋ｓＸ１）
ただし、ｎは任意の定数である。
【００２８】
この場合、減算器７から出力される差分信号ＶＢＯが下記のようになり、差分信号ＶＢＯが誘起信号ＶＢ１の成分のみとなる。したがって、誘起信号ＶＢ１の成分のみを抽出することが可能になる。
ＶＢＯ＝ＶＳ１−ＶＳ２
＝−ＶＢ１・ＲＳ１／（ＲＳ１＋ｒ１＋ｓＸ１）
【００２９】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、双方向性トランスデューサ３により変換された電気信号を増幅率β１で増幅し、増幅後の電気信号を帰還信号Ｖｆｂ１として、誤差増幅器１０の反転入力端子に出力する帰還増幅器９と、入力信号Ｖｉである電気信号と帰還増幅器９から出力された帰還信号Ｖｆｂ１である電気信号の誤差を増幅し、増幅後の誤差を増幅器２に出力する誤差増幅器１０とを設けるように構成したので、上記実施の形態１と同様の効果を奏する他に、音響振動（音圧）から電気信号への変換における歪みの発生を抑制することができる効果を奏する。
【００３０】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による双方向変換器を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
前方向増幅器１１は信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号を増幅率β３で増幅し、増幅後の電気信号を擬似負荷回路１２に出力する。
擬似負荷回路１２は双方向性トランスデューサ３の特性に類似している擬似負荷（移相回路）であって、Ｐ３の負荷インピーダンス１２ａから構成されており、前方向増幅器１１により増幅された電気信号が入力される。
減算器１３は増幅器２の出力信号Ｖ１と擬似負荷回路１２の出力信号Ｖ３の差分を検出する。
【００３１】
次に動作について説明する。
誤差増幅器１０は、信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号と帰還増幅器９から出力された帰還信号Ｖｆｂ１である電気信号の誤差を増幅し、増幅後の誤差を増幅器２に出力する。
増幅器２は、誤差増幅器１０により増幅された誤差を増幅率Ｇ１で増幅し、増幅後の電気信号を出力信号Ｖ１として、双方向性トランスデューサ３及び減算器１３に出力する。
Ｖ１＝Ｖｉ・（ＲＳ１＋ｒ１＋ｓＸ１）／β１／ＲＳ１＋ＶＢ１
【００３２】
双方向性トランスデューサ３は、増幅器２から電気信号である出力信号Ｖ１を受けると、その電気信号を音響振動（音圧）に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる音響振動（音圧）を誘起信号ＶＢ１の電圧（電気信号）に変換する。
帰還増幅器９は、双方向性トランスデューサ３により変換された電気信号を増幅率β１で増幅し、増幅後の電気信号を帰還信号Ｖｆｂ１として、誤差増幅器１０の反転入力端子に出力する。
【００３３】
前方向増幅器１１は、信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号を増幅率β３で増幅し、増幅後の電気信号を擬似負荷回路１２に出力する。
擬似負荷回路１２は、前方向増幅器１１から増幅後の電気信号が入力されると、電気信号である出力信号Ｖ３を減算器１３に出力する。
Ｖ３＝β３・Ｐ３
【００３４】
減算器１３は、増幅器２の出力信号Ｖ１である電気信号と擬似負荷回路１２の出力信号Ｖ３である電気信号の差分を検出し、その差分を示す差分信号ＶＢＯを増幅器８に出力する。
ＶＢＯ＝Ｖ１−Ｖ３
増幅器８は、減算器１３から差分信号ＶＢＯを受けると、その差分信号ＶＢＯを増幅率Ｇ３で増幅し、増幅後の差分信号（Ｇ３×ＶＢＯ）を出力信号ＶＯとして出力する。
【００３５】
ここでは、擬似負荷回路１２の負荷インピーダンス１２ａがＰ３であり、前方向増幅器１１の増幅率がβ３であるとしているが、擬似負荷回路１２の負荷インピーダンス１２ａと前方向増幅器１１の増幅率が下記のように設定されているものとする。
Ｐ３＝（ＲＳ１＋ｒ１＋ｓＸ１）／ＲＳ１
β３＝１／β１
【００３６】
この場合、減算器１３から出力される差分信号ＶＢＯが下記のようになり、誘起信号ＶＢ１の成分が減衰されることなく、抽出することができる。
また、負帰還制御の効果で、誘起信号ＶＢ１の成分が電圧ＶＳ１に現れずに、電圧Ｖ１に出現する。
したがって、音響振動（音圧）から電気信号への変換における歪みの発生が抑えられるとともに、その電気信号が減衰することなく抽出され、信号対雑音比が向上する。
ＶＢＯ＝Ｖ１−Ｖ３＝ＶＢ１
【００３７】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号を増幅率β３で増幅する前方向増幅器１１と、前方向増幅器１１により増幅された電気信号が入力される擬似負荷回路１２と、増幅器２の出力信号Ｖ１である電気信号と擬似負荷回路１２の出力信号Ｖ３である電気信号の差分を検出する減算器１３とを設けるように構成したので、上記実施の形態１と同様の効果を奏する他に、音響振動（音圧）から電気信号への変換における歪みの発生を抑えることができるとともに、信号対雑音比を高めることができる効果を奏する。
【００３８】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４による双方向変換器を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
帰還増幅器２１は擬似負荷回路４の出力信号である電気信号を増幅率β２で増幅し、増幅後の電気信号を帰還信号Ｖｆｂ２として、誤差増幅器２２に出力する。
この実施の形態４では、帰還増幅器９が第１の帰還増幅器を構成し、帰還増幅器２１が第２の帰還増幅器を構成している。
【００３９】
誤差増幅器２２は信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号と帰還増幅器９から出力された帰還信号Ｖｆｂ２である電気信号の誤差を増幅し、増幅後の誤差を増幅器２３に出力する。
この実施の形態４では、誤差増幅器１０が第１の誤差増幅器を構成し、誤差増幅器２２が第２の誤差増幅器を構成している。
増幅器２３は誤差増幅器２２の出力信号を増幅する。
この実施の形態４では、増幅器２が第１の増幅器を構成し、増幅器２３が第２の増幅器を構成している。
【００４０】
減算器２４は増幅器２の出力信号Ｖ１である電気信号と増幅器２３の出力信号Ｖ２である電気信号の差分を検出し、その差分を示す差分信号ＶＢＯを増幅器２５に出力する。
第３の増幅器である増幅器２５は減算器２４から出力された差分信号ＶＢＯを増幅率Ｇ３で増幅する。
【００４１】
次に動作について説明する。
誤差増幅器１０は、信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号と帰還増幅器９から出力された帰還信号Ｖｆｂ１である電気信号の誤差を増幅し、増幅後の誤差を増幅器２に出力する。
増幅器２は、誤差増幅器１０により増幅された誤差を増幅率Ｇ１で増幅し、増幅後の電気信号を出力信号Ｖ１として、双方向性トランスデューサ３及び減算器２４に出力する。
Ｖ１＝Ｖｉ・（ＲＳ１＋ｒ１＋ｓＸ１）／β１／ＲＳ１＋ＶＢ１
【００４２】
双方向性トランスデューサ３は、増幅器２から電気信号である出力信号Ｖ１を受けると、その電気信号を音響振動（音圧）に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる音響振動（音圧）を誘起信号ＶＢ１の電圧（電気信号）に変換する。
帰還増幅器９は、双方向性トランスデューサ３により変換された電気信号を増幅率β１で増幅し、増幅後の電気信号を帰還信号Ｖｆｂ１として、誤差増幅器１０の反転入力端子に出力する。
【００４３】
誤差増幅器２２は、信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号と帰還増幅器２１から出力された帰還信号Ｖｆｂ２である電気信号の誤差を増幅し、増幅後の誤差を増幅器２３に出力する。
増幅器２３は、誤差増幅器２２により増幅された誤差を増幅率Ｇ２で増幅し、増幅後の電気信号を出力信号Ｖ２として、擬似負荷回路４及び減算器２４に出力する。
Ｖ２＝Ｖｉ・（ＲＳ２＋ｒ２＋ｓＸ２）／β２／ＲＳ２
【００４４】
擬似負荷回路４は、増幅器２３から増幅後の電気信号が入力されると、電気信号である出力信号Ｖ２を帰還増幅器２１に出力する。
帰還増幅器２１は、擬似負荷回路４の出力信号Ｖ２である電気信号を増幅率β２で増幅し、増幅後の電気信号を帰還信号Ｖｆｂ２として、誤差増幅器２２の反転入力端子に出力する。
【００４５】
なお、双方向性トランスデューサ３に発生する負荷電流（負荷電流検出抵抗５に誘起される電圧ＶＳ１に比例）と、擬似負荷回路４に発生する負荷電流（負荷電流検出抵抗６に誘起される電圧ＶＳ２に比例）は、入力信号Ｖｉである電気信号に相似となるため、音響振動（音圧）から電気信号への変換における歪みの発生が抑えられる。
ＶＳ１＝Ｖｉ／β１
ＶＳ２＝Ｖｉ／β２
【００４６】
減算器２４は、増幅器２の出力信号Ｖ１である電気信号と増幅器２３の出力信号Ｖ２である電気信号の差分を検出し、その差分を示す差分信号ＶＢＯを増幅器２５に出力する。
ＶＢＯ＝Ｖ１−Ｖ２
増幅器２５は、減算器２４から差分信号ＶＢＯを受けると、その差分信号ＶＢＯを増幅率Ｇ３で増幅し、増幅後の差分信号（Ｇ３×ＶＢＯ）を出力信号ＶＯとして出力する。
【００４７】
ここでは、擬似負荷回路４の負荷インピーダンス４ａがＺＬ２（＝ｒ２+ｓＸ２）であり、負荷電流検出抵抗６の抵抗値がＲＳ２であるとしているが、擬似負荷回路４の負荷インピーダンス４ａと負荷電流検出抵抗６の抵抗値が下記のように設定されているものとする。
ＲＳ２＝ｎ・ＲＳ１
（ｒ２+ｓＸ２）＝ｎ・（ｒ１＋ｓＸ１）
ただし、ｎは任意の定数である。
【００４８】
この場合、減算器２４から出力される差分信号ＶＢＯが下記のようになり、差分信号ＶＢＯが誘起信号ＶＢ１の成分のみとなる。したがって、誘起信号ＶＢ１の成分が減衰されずに抽出され、信号対雑音比が向上する。
ＶＢＯ＝Ｖ１−Ｖ２＝ＶＢ１
【００４９】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、入力信号Ｖｉである電気信号と帰還増幅器９から出力された帰還信号Ｖｆｂ２である電気信号の誤差を増幅する誤差増幅器２２と、誤差増幅器２２の出力信号Ｖ２を増幅する増幅器２３とを設け、減算器２４が増幅器２の出力信号Ｖ１である電気信号と増幅器２３の出力信号Ｖ２である電気信号の差分を検出し、その差分を示す差分信号ＶＢＯを増幅器２５に出力するように構成したので、上記実施の形態１と同様の効果を奏する他に、音響振動（音圧）から電気信号への変換における歪みの発生を抑えることができるとともに、信号対雑音比を高めることができる効果を奏する。
【００５０】
実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５による双方向変換器を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
差動出力増幅器３１は信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号を増幅率Ｇ１０で増幅して、差動出力端子３１ａ（一方の差動出力端子）から差動出力信号Ｖ１０を双方向性トランスデューサ３及び擬似負荷回路４に出力する。
第１の負荷電流検出抵抗である負荷電流検出抵抗３２は抵抗値ＲＳ１の抵抗であり、差動出力増幅器３１の差動出力端子３１ｂ（他方の差動出力端子）と双方向性トランスデューサ３の帰路側の間に接続されている。
第２の負荷電流検出抵抗である負荷電流検出抵抗３３は抵抗値ＲＳ２の抵抗であり、差動出力増幅器３１の差動出力端子３１ｂと擬似負荷回路４の帰路側の間に接続されている。
【００５１】
第１の差動入力増幅器である差動入力増幅器３４は負荷電流検出抵抗３２の両端の電位差Ｖｓ１を増幅率β４で増幅する。
第２の差動入力増幅器である差動入力増幅器３５は負荷電流検出抵抗３３の両端の電位差Ｖｓ２を増幅率β５で増幅する。
減算器３６は差動入力増幅器３４の出力信号ＶＳ１１と差動入力増幅器３５の出力信号ＶＳ２２の差分を検出し、その差分を示す差分信号ＶＢＯを増幅器８に出力する。
【００５２】
次に動作について説明する。
差動出力増幅器３１は、信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号を増幅率Ｇ１０で増幅して、差動出力端子３１ａから差動出力信号Ｖ１０を双方向性トランスデューサ３及び擬似負荷回路４に出力する。
【００５３】
双方向性トランスデューサ３は、差動出力増幅器３１から電気信号である差動出力信号Ｖ１０を受けると、その電気信号を音響振動（音圧）に変換して外部に出力すると同時に、外部から与えられる音響振動（音圧）を誘起信号ＶＢ１の電圧（電気信号）に変換する。
これにより、双方向性トランスデューサ３から負荷電流が発生し、負荷電流検出抵抗３２に電圧降下が発生する。
擬似負荷回路４は、差動出力増幅器３１から電気信号である差動出力信号Ｖ１０が入力されると、負荷電流が発生し、負荷電流検出抵抗３３に電圧降下が発生する。
【００５４】
差動入力増幅器３４は、負荷電流検出抵抗３２の両端の電位差Ｖｓ１を増幅率β４で増幅し、増幅後の電位差を示す電圧信号ＶＳ１１を減算器３６に出力する。
ＶＳ１１＝β４・（Ｖ１０−ＶＢ１−Ｖ１１）
・ＲＳ１／（ＲＳ１＋ｒ１＋ｓＸ１）
差動入力増幅器３５は、負荷電流検出抵抗３３の両端の電位差Ｖｓ２を増幅率β５で増幅し、増幅後の電位差を示す電圧信号ＶＳ２２を減算器３６に出力する。
ＶＳ２２＝β５・（Ｖ１０−Ｖ１１）
・ＲＳ２／（ＲＳ２＋ｒ２＋ｓＸ２）
【００５５】
減算器３６は、差動入力増幅器３４の出力信号ＶＳ１１と差動入力増幅器３５の出力信号ＶＳ２２の差分を検出し、その差分を示す差分信号ＶＢＯを増幅器８に出力する。
ＶＢＯ＝ＶＳ１１−ＶＳ２２
増幅器８は、減算器３６から差分信号ＶＢＯを受けると、その差分信号ＶＢＯを増幅率Ｇ３で増幅し、増幅後の差分信号（Ｇ３×ＶＢＯ）を出力信号ＶＯとして出力する。
【００５６】
ここでは、擬似負荷回路４の負荷インピーダンス４ａがＺＬ２（＝ｒ２+ｓＸ２）であり、負荷電流検出抵抗６の抵抗値がＲＳ２であるとしているが、擬似負荷回路４の負荷インピーダンス４ａと負荷電流検出抵抗６の抵抗値が下記のように設定されているものとする。
ＲＳ２＝ｎ・ＲＳ１
（ｒ２+ｓＸ２）＝ｎ・（ｒ１＋ｓＸ１）
ただし、ｎは任意の定数である。
【００５７】
この場合、減算器３６から出力される差分信号ＶＢＯが下記のようになり、差分信号ＶＢＯが誘起信号ＶＢ１の成分のみとなる。したがって、誘起信号ＶＢ１の成分のみを抽出することが可能になる。
ＶＢＯ＝ＶＳ１１−ＶＳ２２
＝−ＶＢ１・ＲＳ１／（ＲＳ１＋ｒ１＋ｓＸ１）
【００５８】
以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、信号発振源１から発振された入力信号Ｖｉである電気信号を増幅率Ｇ１０で増幅して、差動出力端子３１ａから差動出力信号Ｖ１０を双方向性トランスデューサ３及び擬似負荷回路４に出力する差動出力増幅器３１と、差動出力増幅器３１の差動出力端子３１ｂと双方向性トランスデューサ３の帰路側の間に接続されている負荷電流検出抵抗３２と、差動出力増幅器３１の差動出力端子３１ｂと擬似負荷回路４の帰路側の間に接続されている負荷電流検出抵抗３３と、負荷電流検出抵抗３２の両端の電位差Ｖｓ１を増幅率β４で増幅する差動入力増幅器３４と、負荷電流検出抵抗３３の両端の電位差Ｖｓ２を増幅率β５で増幅する差動入力増幅器３５とを設け、減算器３６が差動入力増幅器３４の出力信号ＶＳ１１と差動入力増幅器３５の出力信号ＶＳ２２の差分を検出し、その差分を示す差分信号ＶＢＯを増幅器８に出力するように構成したので、上記実施の形態１と同様に、電気信号から音響振動（音圧）への変換動作と、外部から与えられる音響振動（音圧）から電気信号への変換動作とを同時に実施することができる効果を奏する。
【００５９】
上記実施の形態１〜５では、双方向性トランスデューサ３により双方向に変換される物理量が音響振動（音圧）である例を示したが、これは一例に過ぎず、例えば、物理量が電磁波や機械運動量であってもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施の形態１による双方向変換器を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２による双方向変換器を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３による双方向変換器を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態４による双方向変換器を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態５による双方向変換器を示す構成図である。
【図６】双方向性トランスデューサ３の等価回路である。
【図７】従来の双方向変換器を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  信号発振源、２  増幅器（第１の増幅器）、３  双方向性トランスデューサ、４  擬似負荷回路、５，６  負荷電流検出抵抗、７  減算器、８  増幅器（第２の増幅器）、９  帰還増幅器（第１の帰還増幅器）、１０  誤差増幅器（第１の誤差増幅器）、１１  前方向増幅器、１２  擬似負荷回路、１３  減算器、２１  帰還増幅器（第２の帰還増幅器）、２２  誤差増幅器（第２の誤差増幅器）、２３  増幅器（第２の増幅器）、２４  減算器、２５  増幅器（第３の増幅器）、３１  差動出力増幅器、３１ａ  差動出力端子（一方の差動出力端子）、３１ｂ  差動出力端子（他方の差動出力端子）、３２  負荷電流検出抵抗（第１の負荷電流検出抵抗）、３３  負荷電流検出抵抗（第２の負荷電流検出抵抗）、３４  差動入力増幅器（第１の差動入力増幅器）、３５  差動入力増幅器（第２の差動入力増幅器）、３６  減算器。
【図１】
2009284160.tif 000003
【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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