特開2024-65053直流開ループ利得を増強した増幅回路及びそれを用いた電流増幅回路
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024065053
(43)【公開日】2024-05-14
(54)【発明の名称】直流開ループ利得を増強した増幅回路及びそれを用いた電流増幅回路
(51)【国際特許分類】
H03F 3/68 20060101AFI20240507BHJP
【ＦＩ】
H03F3/68
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023183031
(22)【出願日】2023-10-25
(31)【優先権主張番号】P 2022172837
(32)【優先日】2022-10-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000128094
【氏名又は名称】株式会社エヌエフホールディングス
(74)【代理人】
【識別番号】110003063
【氏名又は名称】弁理士法人牛木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】曽布川 慎吾
(72)【発明者】
【氏名】上村 勇仁
(72)【発明者】
【氏名】田守 建
【テーマコード（参考）】
5J500
【Ｆターム（参考）】
5J500AA01
5J500AA47
5J500AC35
5J500AC72
5J500AF15
5J500AH25
5J500AH26
5J500AH29
5J500AH30
5J500AK01
5J500AK03
5J500AK27
5J500AK31
5J500AM08
5J500AM13
5J500AT01
5J500AT03
(57)【要約】
【課題】直流から低周波領域における開ループ利得を増強した増幅回路、及び、その増幅回路を用いた電流増幅回路を提供する。
【解決手段】増幅回路が、主増幅回路と、主増幅回路に接続され、主増幅回路よりも帯域を制限した帯域制限増幅回路と、を備え、帯域制限増幅回路の出力を主増幅回路の出力に積み重ねることによって、直流開ループ利得を増強する。
【選択図】図２
【解決手段】増幅回路が、主増幅回路と、主増幅回路に接続され、主増幅回路よりも帯域を制限した帯域制限増幅回路と、を備え、帯域制限増幅回路の出力を主増幅回路の出力に積み重ねることによって、直流開ループ利得を増強する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
増幅回路であって、
主増幅回路及び帯域制限増幅回路のいずれか又は両方を、合計で複数個備え、
前記主増幅回路及び前記帯域制限増幅回路の各々が、積み重ねられることによって、直流開ループ利得を増強した、
増幅回路。
主増幅回路及び帯域制限増幅回路のいずれか又は両方を、合計で複数個備え、
前記主増幅回路及び前記帯域制限増幅回路の各々が、積み重ねられることによって、直流開ループ利得を増強した、
増幅回路。
【請求項2】
前記増幅回路全体の反転入力から出力までの経路に、反転型が奇数個存在する、請求項１に記載の増幅回路。
【請求項3】
前記増幅回路全体としての非反転入力を備える場合、非反転入力から出力までの経路に、反転型が存在しないか又は偶数個存在する、請求項１に記載の増幅回路。
【請求項4】
前記主増幅回路よりも帯域を制限した前記帯域制限増幅回路が、前記主増幅回路に接続され、前記帯域制限増幅回路の出力を前記主増幅回路の出力に積み重ねた、請求項１に記載の増幅回路。
【請求項5】
前記主増幅回路の（利得制限及び／若しくは利得調整）並びに／又は（帯域制限及び／若しくは帯域調整）を行う、
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の増幅回路。
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の増幅回路。
【請求項6】
前記主増幅回路の反転入力に抵抗の一端及び帰還容量の一端を接続し、前記抵抗の他端に利得抵抗の一端及び帰還抵抗の一端を接続し、前記帰還容量の他端に前記帰還抵抗の他端及び前記主増幅回路の出力を接続する、
請求項５に記載の増幅回路。
請求項５に記載の増幅回路。
【請求項7】
前記利得抵抗の一端と前記抵抗の他端との間にバッファアンプを接続する、
請求項６に記載の増幅回路。
請求項６に記載の増幅回路。
【請求項8】
前記帯域制限増幅回路の（利得制限及び／若しくは利得調整）並びに／又は（帯域制限及び／若しくは帯域調整）を行う、
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の増幅回路。
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の増幅回路。
【請求項9】
前記帯域制限増幅回路の反転入力に抵抗の一端及び帰還容量の一端を接続し、前記抵抗の他端に利得抵抗の一端及び帰還抵抗の一端を接続し、前記帰還容量の他端に前記帰還抵抗の他端及び前記帯域制限増幅回路の出力を接続する、
請求項８に記載の増幅回路。
請求項８に記載の増幅回路。
【請求項10】
前記利得抵抗の一端と前記抵抗の他端との間にバッファアンプを接続する、
請求項９に記載の増幅回路。
請求項９に記載の増幅回路。
【請求項11】
信号入力から入力信号をバッファアンプの入力に与え、
前記バッファアンプの出力を前記増幅回路の入力に接続する、
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の増幅回路。
前記バッファアンプの出力を前記増幅回路の入力に接続する、
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の増幅回路。
【請求項12】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の増幅回路の信号出力と信号入力の間に、少なくとも帰還抵抗を接続する、
電流増幅回路。
電流増幅回路。
【請求項13】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の増幅回路の信号出力と信号入力の間に、少なくとも帰還容量及び帰還抵抗を接続し、
前記増幅回路の直流開ループ利得をＡＯＬ、単一利得周波数をｆＴ、前記帰還容量をＣｆ、前記帰還抵抗をＲｆとするとき、
ＡＯＬ＝２・π・ｆＴ・Ｃｆ・Ｒｆを満たすように調整又は選択する、
電流増幅回路。
前記増幅回路の直流開ループ利得をＡＯＬ、単一利得周波数をｆＴ、前記帰還容量をＣｆ、前記帰還抵抗をＲｆとするとき、
ＡＯＬ＝２・π・ｆＴ・Ｃｆ・Ｒｆを満たすように調整又は選択する、
電流増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、直流から低周波領域における開ループ利得を増強した増幅回路、及び、その増幅回路を用いた電流増幅回路に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１の図３には、増幅器Ｇ２の反転入力を入力とし、増幅器Ｇ２の出力と反転入力の間に帰還抵抗を含み、増幅器Ｇ２の演算増幅器の出力を出力とする電流増幅回路が示されている。この電流増幅回路に含まれている増幅器Ｇ１は反転増幅回路であり、その入力は電流増幅回路の入力に接続されており、その出力は増幅器Ｇ２の非反転入力に接続されている。もし増幅器Ｇ１が積分回路のような周波数帯域を制限する回路（以下、「帯域制限増幅回路」と略記する。）を構成していれば、本発明の直流から低周波領域における開ループ利得（以下、「直流開ループ利得」と略記するときがある。）を増強した増幅回路を用いた電流増幅回路の一部と同様の回路になる。しかしＧ１は明細書最後の文に明記されている通り「増幅器」であり「積分回路」等ではないので、開ループ利得を増強する効果は有さず、本発明とは異なる技術的思想である。また、特許文献１には、本発明のような、直流開ループ利得を増強した増幅回路については記載がなく、その示唆すらない。
【0003】
特許文献２の図２には、入力信号と電流帰還増幅器Ａ２の出力の間に帰還抵抗を含む、電流増幅回路が示されている。この増幅回路の入力信号はバッファアンプＡ１と抵抗Ｒ３を介して電流帰還増幅器Ａ２の反転入力に与えられ、また、抵抗Ｒ、キャパシタＣと増幅器Ａ３からなる積分回路の入力に接続されており、積分回路の出力は電流帰還型ＯＰアンプＡ２の非反転入力に接続されている。もしバッファアンプＡ１と抵抗Ｒ３がなく、入力信号が直接電流帰還型ＯＰアンプＡ２の反転入力に接続されていた場合には、本発明の直流開ループ利得を増強した増幅回路を用いた電流増幅回路の一部と同様の回路になる。しかし特許文献２の図２の回路はバッファアンプＡ１と抵抗Ｒ３を含んでいるため、本発明とは回路構成が異なっており、本発明とは異なる技術的思想である。特に、特許文献２の積分回路は、図２の電流増幅器の入力電圧ｅを基準電位に近づけるために設けられているものであり、本発明のように直流開ループ利得を増強した増幅回路としては動作していないし、そのような記載や示唆も含まれていない。
【0004】
特許文献３には、個別に負帰還をかけた反転増幅器又は非反転増幅器を直列に接続し、出力側増幅器の出力から入力側増幅器の入力に対して負帰還をかける増幅回路が記載されている。これに対して本発明では、単なる反転増幅器や非反転増幅器ではない、特定の帯域幅に帯域制限することを目的とした帯域制限増幅回路を含んでいる。また、特許文献３はゲインバンド幅積（ＧＢＷ）が大きい増幅回路の実現を目的としているのに対して、本発明は直流開ループ利得を増強することを目的としているので、技術思想そのものが異なっている。また、特許文献３には、直流開ループ利得を増強することに関する記載はなく、その示唆もない。
【0005】
なお、特許文献３には、等価的に端子間容量をゼロとした抵抗を実現する帰還回路（第６の実施の形態）や、等価的に小容量とすることができ、かつ調整可能な容量を実現する帰還回路（第７の実施の形態）が示されており、本発明と併用すると好適な場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭４９－６８６３号公報
【特許文献2】特開２００５－６４９０３号公報
【特許文献3】特許第６０２２２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
増幅回路の直流開ループ利得が十分に大きくないときには、低周波数領域における増幅回路の歪や、直流及び低周波数領域における増幅回路の増幅精度が不足する場合がある。
【0008】
また、直流開ループ利得が十分に大きくないときは、電流増幅回路（電流電圧変換回路）において直流や低周波数領域における入力インピーダンスが高くなってしまい、電流増幅回路の理想から遠くなってしまう場合がある。
【0009】
さらに、電流増幅回路の入力インピーダンスが周波数によって変化するため、その周波数領域における入力インピーダンスが容量やインダクタに見える場合があるという問題も有していた。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明はかかる課題を解決するため、増幅回路であって、主増幅回路及び帯域制限増幅回路のいずれか又は両方を、合計で複数個備え、前記主増幅回路及び前記帯域制限増幅回路の各々が、積み重ねられることによって、直流開ループ利得を増強した、増幅回路を提供する。
【0011】
前記増幅回路では、前記増幅回路全体の反転入力から出力までの経路に、反転型が奇数個存在する、としてもよい。
【0012】
前記増幅回路では、前記増幅回路全体としての非反転入力を備える場合、非反転入力から出力までの経路に、反転型が存在しないか又は偶数個存在する、としてもよい。
【0013】
前記増幅回路では、前記主増幅回路よりも帯域を制限した前記帯域制限増幅回路が、前記主増幅回路に接続され、前記帯域制限増幅回路の出力を前記主増幅回路の出力に積み重ねた、としてもよい。
【0014】
前記増幅回路では、前記主増幅回路の（利得制限及び／若しくは利得調整）並びに／又は（帯域制限及び／若しくは帯域調整）を行う、としてもよい。
【0015】
前記増幅回路では、前記主増幅回路の反転入力に抵抗の一端及び帰還容量の一端を接続し、前記抵抗の他端に利得抵抗の一端及び帰還抵抗の一端を接続し、前記帰還容量の他端に前記帰還抵抗の他端及び前記主増幅回路の出力を接続する、としてもよい。
【0016】
前記増幅回路では、前記利得抵抗の一端と前記抵抗の他端との間にバッファアンプを接続する、としてもよい。
【0017】
前記増幅回路では、前記帯域制限増幅回路の（利得制限及び／若しくは利得調整）並びに／又は（帯域制限及び／若しくは帯域調整）を行う、としてもよい。
【0018】
前記増幅回路では、前記帯域制限増幅回路の反転入力に抵抗の一端及び帰還容量の一端を接続し、前記抵抗の他端に利得抵抗の一端及び帰還抵抗の一端を接続し、前記帰還容量の他端に前記帰還抵抗の他端及び前記帯域制限増幅回路の出力を接続する、としてもよい。
【0019】
前記増幅回路では、前記利得抵抗の一端と前記抵抗の他端との間にバッファアンプを接続する、としてもよい。
【0020】
前記増幅回路では、信号入力から入力信号をバッファアンプの入力に与え、前記バッファアンプの出力を前記増幅回路の入力に接続する、としてもよい。
【0021】
また、本発明は、前記増幅回路の信号出力と信号入力の間に、少なくとも帰還抵抗を接続する、電流増幅回路を提供する。
【0022】
また、本発明は、前記増幅回路の信号出力と信号入力の間に、少なくとも帰還容量及び帰還抵抗を接続し、前記増幅回路の直流開ループ利得をＡＯＬ、単一利得周波数をｆＴ、前記帰還容量をＣｆ、前記帰還抵抗をＲｆとするとき、ＡＯＬ＝２・π・ｆＴ・Ｃｆ・Ｒｆを満たすように調整又は選択する、電流増幅回路を提供する。
【発明の効果】
【0023】
本発明による、直流開ループ利得を増強した増幅回路によれば、直流から低周波数領域における増幅回路の歪を低減することができ、また、直流から低周波数領域において増幅回路の高精度化を図ることができるという効果を有している。
【0024】
また、本発明による直流開ループ利得を増強した増幅回路を電流増幅回路に適用すると、直流や低周波数領域において入力インピーダンスを低くすることができ、電流増幅回路の理想動作に近づけることが可能である。
【0025】
さらに、本発明は、直流開ループ利得を自由に選択及び調整可能であるという本発明の特長を活用することによって、電流増幅回路の入力インピーダンスを周波数によらず一定として、純抵抗に見える入力インピーダンスにできる、という効果も有している。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】（Ａ）従来の演算増幅器（開ループ状態）を例示する図、（Ｂ）従来の演算増幅器の、開ループにおける利得－周波数特性ＧＯＬを例示する図、（Ｃ）演算増幅器Ｕに利得抵抗Ｒｇと帰還抵抗Ｒｆを接続した反転増幅回路の図、（Ｄ）演算増幅器Ｕに帰還抵抗Ｒｆを接続した電流増幅回路の図である。
【図2】（Ａ）本発明による直流開ループ利得を増強した増幅回路の基本的な回路構成の一つを示す図（基本回路－１）、（Ｂ）帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ’を表す図、（Ｃ）主増幅器Ｕｍの開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍを表す図、（Ｄ）基本回路－１（図２（Ａ））の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性を表す図である。
【図3】（Ａ）本発明による直流開ループ利得を増強した増幅回路の基本的な回路構成のもう一つを示す図（基本回路－１’）、（Ｂ）帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ”を表す図、（Ｃ）主増幅器Ｕｍ’の開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍ’を表す図、（Ｄ）基本回路－１’（図３（Ａ））の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性を表す図である。
【図4】（Ａ）本発明による開ループ利得を増強した増幅回路の、別の一つの基本的な回路構成を示す図（基本回路－２）、（Ｂ）帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ’を表す図、（Ｃ）主増幅器Ｕｍの開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍを表す図、（Ｄ）基本回路－２（図４（Ａ））の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性を表す図である。
【図5】（Ａ）本発明による直流開ループ利得を増強した増幅回路の基本的な回路構成のもう一つを示す図（基本回路－２’）、（Ｂ）帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ”を表す図、（Ｃ）主増幅器Ｕｍ’の開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍ’を表す図、（Ｄ）基本回路－２’（図５（Ａ））の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性を表す図である。
【図6】（Ａ）本発明による開ループ利得を増強した増幅回路の、さらに別の一つの基本的な回路構成を示す図（基本回路－３）、（Ｂ）帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉを表す図、（Ｃ）帯域制限増幅回路がなく、非反転入力が接地されている場合の、主増幅器Ｕｍｄの開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍｄを表す図、（Ｄ）基本回路－３（図６（Ａ））の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性を表す図である。
【図7】（Ａ）本発明による開ループ利得を増強した増幅回路の、もう一つの基本的な回路構成を示す図（基本回路－３’）、（Ｂ）主増幅器Ｕｍがなく、非反転入力が接地されている場合の、帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉｄを表す図、（Ｃ）主増幅器Ｕｍの開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍを表す図、（Ｄ）基本回路－３’（図７（Ａ））の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性を表す図である。
【図8】（Ａ）反転型主増幅回路を示す図、（Ｂ）非反転型主増幅回路を示す図、（Ｃ）差動型主増幅回路を示す図である。
【図9】（Ａ）反転型帯域制限増幅回路を示す図、（Ｂ）非反転型帯域制限増幅回路を示す図、（Ｃ）反転型帯域制限増幅回路の変形を示す図、（Ｄ）差動型帯域制限増幅回路を示す図である。
【図10】（Ａ）基本回路－１（図２（Ａ））と基本回路－３（図６（Ａ））の組み合わせによる開ループ利得を増強した増幅回路を示す図（応用回路－１）、（Ｂ）非反転型帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ’を表す図、（Ｃ）反転型帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉを表す図、（Ｄ）反転型帯域制限増幅回路がなく、非反転入力が接地されている場合の、差動型主増幅器Ｕｍｄの開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍｄを表す図、（Ｅ）応用回路－１（図１０（Ａ））の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性を表す図である。
【図11】（Ａ）基本回路－３（図６（Ａ））において、反転型帯域制限増幅回路を複数用いて直流開ループ利得を増強した増幅回路を示す図（応用回路－２）、（Ｂ）帯域制限増幅回路－２の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ２を表す図、（Ｃ）帯域制限増幅回路－１の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ１を表す図、（Ｄ）主増幅器Ｕｍの開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍｄを表す図、（Ｅ）応用回路－２（図１１（Ａ））の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性を表す図である。
【図12】（Ａ）基本回路－２’と、基本回路－３’の変形の組み合わせによる開ループ利得を増強した増幅回路を示す図（応用回路－３）、（Ｂ）反転型帯域制限増幅回路の閉ループの変形における利得－周波数特性ＧＣＬｉ”を表す図、（Ｃ）差動型帯域制限増幅回路の変形の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉｄを表す図、（Ｄ）非反転型主増幅器Ｕｍ’の開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍ’を表す図、（Ｅ）応用回路－３（図１２（Ａ））の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性を表す図である。
【図14】（Ａ）基本回路－１（図２（Ａ））の入力に、バッファアンプＢｕｆを追加した例を示す図、（Ｂ）基本回路－３（図６（Ａ））の入力に、バッファアンプＢｕｆを追加した例を示す図、（Ｃ）演算増幅器Ｕｂの出力と反転入力を接続したバッファアンプの一例を示す図、（Ｄ）演算増幅器Ｕｂを用いた非反転増幅器によるバッファアンプの一例を示す図である。
【図16】（Ａ）演算増幅器Ｕを用いた一般的な電流増幅回路（ＩＶアンプ）の基本的な回路を示す図、（Ｂ）Ｃｆによって帯域制限された利得ＧＯＬの利得－周波数特性を示す図、（Ｃ）電流増幅回路の入力インピーダンスＺｉｎを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。ただし、本発明は、以下の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、発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。そのような変形や変更もまた、本発明の範囲に含まれる。
【0028】
＜０．増幅器の開ループ利得の利得－周波数特性＞
【0029】
図１（Ａ）には、従来の演算増幅器（開ループ状態）を例示している。負帰還をかけるためには反転入力が必要のため、反転入力を増幅器の入力として非反転入力を基準電位に接続する例を示している。しかしこれは、非反転入力を使うことができないということではなく、必要に応じて非反転入力を増幅器の入力として使用することも可能であり、以降も同様である。
【0030】
なお、基準電位は０Ｖである必要はなく、また、交流的に基準電位に接続されていてもよい。全体に渡り、同様である。
【0031】
図１（Ｂ）には、従来の演算増幅器の、開ループにおける利得－周波数特性ＧＯＬを例示している。縦軸（ＧＡＩＮ）は対数で表示した利得であり、数値で表す場合の単位はｄＢ（デシベル）である。入出力の極性が反転する場合は、利得は負の値になるが、慣行に従って、正負は考慮せず増幅率の絶対値で考えることとする。横軸（ｆｒｅｑ）は対数で表示した周波数であり、数値で表す場合の単位はＨｚ（ヘルツ）である。
【0032】
なお、開ループにおける利得－周波数特性ＧＯＬを、名称を省略して記号だけでＧＯＬと表記する場合がある。以降、他の名称と記号についても同様に、名称を省略して記号だけで表記する場合がある。
【0033】
従来の演算増幅器では、カットオフ周波数ｆｃよりも十分に低い周波数において、開ループ利得は一定の直流開ループ利得ＡＯＬの増幅率を示す。集積回路による演算増幅器では、ＡＯＬは数十ｄＢから百数十ｄＢ程度が一般的である。
【0034】
カットオフ周波数ｆｃを超える周波数では、ＧＯＬは周波数に反比例し、周波数が上昇するに従って図１（Ｂ）のように２０ｄＢ／ディケード（≒６ｄＢ／オクターブ）で低下する。開ループ利得が０ｄＢとなる周波数を、単一利得周波数ｆＴとする。ｆＴはトランジション周波数ともいう。なお、ｆＴよりも低い周波数では、２０ｄＢ／ディケードが保たれていることとする。
【0035】
カットオフ周波数ｆｃ付近における開ループ利得は、実際は点線のようになめらかに変化し、ｆｃにおける開ループ利得は、ＡＯＬよりも約３．０１ｄＢ低くなる。以降は原則として点線を省略し、慣行に従って、図１（Ｂ）の直線のように利得－周波数特性を表すこととする。
【0036】
なお、図１（Ｃ）のように、演算増幅器Ｕに利得抵抗Ｒｇと帰還抵抗Ｒｆを接続すると、慣用されている反転増幅回路になる。また、図１（Ｄ）のように、演算増幅器Ｕに帰還抵抗Ｒｆを接続すると、慣用されている電流増幅回路になる。このような点は、以降に示す本発明の回路においても同様である。
【0037】
本発明においては原則として、「増幅器」は増幅機能を有する単独の機能ブロックを指し、「増幅回路」は増幅器や受動素子等の組み合わせによって全体として増幅機能を有する機能ブロックを指すこととする。
【0038】
＜１．増幅回路の直流開ループ利得を増強するための基本回路＞
【0039】
下記のような条件を満たす回路を本発明における「基本回路」と称することとし、以降にその例を示す。ただし下記の条件は、例示する基本回路の数を制限して代表的な例を示すための仮の制約に過ぎず、本発明が下記の条件に制約されるという意味ではない。
・基本回路全体として、図１（Ａ）相当の、１つの反転入力と１つの出力を備えることとする。（実際は、非反転入力を備えたり差動入力を備えてもよいし、差動出力であってもよい。）
・主増幅回路と帯域制限増幅回路が各１つ（計２つ）の増幅回路の組み合わせとする。
（実際は、計３つ以上の増幅回路の組み合わせも可能であり、また主増幅回路だけの組み合わせや帯域制限増幅回路だけの組み合わせも可能である。なお、計３つの増幅回路の組み合わせの一例は、応用回路として後述する。）
・主増幅回路のカットオフ周波数は、帯域制限増幅回路のカットオフ周波数よりも高いこととする。（帯域制限増幅回路のカットオフ周波数は、使用する演算増幅器単体のカットオフ周波数よりも大幅に低くなる（一例として千分の１）ことを想定しているので、主増幅回路のカットオフ周波数よりも高くすることは困難だが、不可能ではない。）
・基本回路全体として、図１（Ａ）相当の、１つの反転入力と１つの出力を備えることとする。（実際は、非反転入力を備えたり差動入力を備えてもよいし、差動出力であってもよい。）
・主増幅回路と帯域制限増幅回路が各１つ（計２つ）の増幅回路の組み合わせとする。
（実際は、計３つ以上の増幅回路の組み合わせも可能であり、また主増幅回路だけの組み合わせや帯域制限増幅回路だけの組み合わせも可能である。なお、計３つの増幅回路の組み合わせの一例は、応用回路として後述する。）
・主増幅回路のカットオフ周波数は、帯域制限増幅回路のカットオフ周波数よりも高いこととする。（帯域制限増幅回路のカットオフ周波数は、使用する演算増幅器単体のカットオフ周波数よりも大幅に低くなる（一例として千分の１）ことを想定しているので、主増幅回路のカットオフ周波数よりも高くすることは困難だが、不可能ではない。）
【0040】
＜１．１ 基本回路－１＞
【0041】
図２（Ａ）には、本発明による直流開ループ利得を増強した増幅回路の基本的な回路構成の一つを示している。以降、この基本回路を「基本回路－１」と称する。
【0042】
抵抗Ｒｇｉ’、キャパシタＣｆｉ’と演算増幅器Ｕｉ’は、積分回路を構成しており、その周波数帯域を制限している。この積分回路のように周波数帯域を制限することを目的としている増幅回路を、本発明では「帯域制限増幅回路」と称することとする。また、演算増幅器Ｕｉ’の非反転入力に信号が与えられているタイプの帯域制限増幅回路を、他のタイプの帯域制限増幅回路と区別する必要があるときに、「非反転型帯域制限増幅回路」と称することがある。
【0043】
主増幅器Ｕｍは演算増幅器であり、その反転入力には演算増幅器Ｕｉ’の出力が接続されており、非反転入力は基準電位に接続されて、主増幅回路を構成している。このタイプの主増幅器を、他のタイプの主増幅器と区別する必要があるときに、「反転型主増幅回路」と称することがある。
【0044】
基本回路－１は、非反転型帯域制限増幅回路と反転型主増幅回路を直列に接続した構成になっている。
【0045】
必要があれば、抵抗Ｒｇｉ’の基準電位に接続されている点を、増幅回路全体の非反転入力として使用することも可能であるが、－Ｖｉｎが接続されている増幅回路全体の反転入力とは入力インピーダンスが異なるため、そのまま差動入力として使用できるものではない。
【0046】
図２（Ｂ）は、この帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ’を表しており、その単一利得周波数はｆＴｉ’であり、直流開ループ利得はＡＯＬｉ’であり、演算増幅器Ｕｉ’単体（抵抗Ｒｇｉ’やキャパシタＣｆｉ’のような外付け素子がない場合）における単一利得周波数はｆＴ’ｉ’である。カットオフ周波数ｆｃｉ’よりも高く単一利得周波数はｆＴｉ’より低い周波数では、周波数の上昇に連れてＧＣＬｉ’が２０ｄＢ／ディケードで低下する。単一利得周波数ｆＴｉ’は、抵抗Ｒｇｉ’とキャパシタＣｆｉ’の値によって、式（１）のように表すことができる。ＧＣＬｉ’が０ｄＢまで２０ｄＢ／ディケードで低下する場合、カットオフ周波数ｆｃｉ’はｆＴｉ’とＡＯＬｉ’によって式（２）のように表すことができる。
【0047】
【数1】
【0048】
【数2】
【0049】
単一利得周波数ｆＴｉ’よりも高い周波数では、キャパシタＣｆｉ’のインピーダンスが抵抗Ｒｇｉ’のインピーダンスよりも十分に低くなるため、利得－周波数特性ＧＣＬｉ’は０ｄＢ（１倍）となる。さらに演算増幅器Ｕｉ’単体の単一利得周波数ｆＴ’ｉ’ を超えると、利得－周波数特性ＧＣＬｉ’は、再び２０ｄＢ／ディケードで低下する。
【0050】
図２（Ｃ）は、主増幅器Ｕｍの開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍを表している。直流開ループ利得はＡＯＬｍ、カットオフ周波数はｆｃｍ、単一利得周波数はｆＴｍとなっている。
【0051】
ここで、ＧＣＬｉ’とＧＯＬｍの両方が２０ｄＢ／ディケードで低下する周波数においては、増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性は４０ｄＢ／ディケードで低下する。即ち、ｆＴ’ｉ’以上の周波数でありかつｆＴｍ以上の周波数では、４０ｄＢ／ディケードで低下する。増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性が０ｄＢになるまで２０ｄＢ／ディケードを維持するためには、ｆＴ’ｉ’がｆＴｍよりも高い周波数であることが必要となる。
【0052】
図２（Ａ）のように、帯域制限増幅回路の出力が主増幅器Ｕｍの反転入力に接続されている場合において、ｆｃｍとｆＴｉ’が一致するように抵抗Ｒｇｉ’とキャパシタＣｆｉ’の値が選択されると、図２（Ａ）の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性は、図２（Ｄ）のようになる。即ち、Ｕｉ’の出力がＵｍの出力に加算され、帯域制限増幅回路の利得－周波数特性が主増幅回路の開ループの利得－周波数特性の上に積み重ねられたように動作して、利得の周波数特性が直線的につながるようになる。この結果、図２（Ａ）の増幅回路全体における直流開ループ利得はＡＯＬｍ＋ＡＯＬｉ’に増強される。このように、利得の周波数特性が直線的につながるように、主増幅回路の出力に帯域制限増幅回路の出力を加算することを、本発明では「積み重ねる」と表現することとする。
【0053】
前述した通り、集積回路の演算増幅器では、直流開ループ利得ＡＯＬは数十ｄＢから百数十ｄＢ程度が一般的である。本発明によれば、ＡＯＬが数十ｄＢの安価な演算増幅器を用いても、ＡＯＬが百ｄＢを越えるような高精度の演算増幅器を実現できる。また、ＡＯＬが百数十ｄＢの演算増幅器を用いると、ＡＯＬが二百ｄＢを越えるような、一般的には入手できない、超高精度の演算増幅器を実現できる。
【0054】
図２（Ａ）に示す基本回路－１の増幅回路は、全体として、図１（Ａ）に示す演算増幅器と同様に機能するので、通常の演算増幅器と同様に使用できる。即ち、－Ｖｉｎは演算増幅器の反転入力に相当し、Ｖｏｕｔは演算増幅器の出力に相当している。この点は、後述の基本回路や応用回路、及びそれらの変形回路の全てについて同様である。
【0055】
図２（Ａ）～（Ｄ）について、以下に具体例を示すが、これは一例にすぎず、これに限定するものではない。図２（Ｃ）を参照して、主増幅器ＵｍのｆＴｍ＝１００ＭＨｚ、ＡＯＬｍ＝８０ｄＢ、ｆｃｍ＝１０ｋＨｚとする。図２（Ｂ）を参照して、演算増幅器Ｕｉ’のＡＯＬｉ’＝１２０ｄＢとし、必要な帯域幅を有しているものとする。
【0056】
ｆＴｉ’をｆｃｍの１０ｋＨｚに等しくなるように抵抗Ｒｇｉ’とキャパシタＣｆｉ’を選択する。Ｃｆｉ’を１５００ｐＦとして式（１）を適用すると、Ｒｇｉ’≒１０．６１ｋΩとなる。
【0057】
図２（Ａ）の回路における開ループの利得－周波数特性は図２（Ｄ）のようになり、ｆＴｍ＝１００ＭＨｚ、ｆＴｉ’＝ｆｃｍ＝１０ｋＨｚ、ｆｃｉ’＝０．０１Ｈｚ、ＡＯＬｍ＋ＡＯＬｉ’＝２００ｄＢとなる。周知の範囲内において、市販されている演算増幅器のうちＡＯＬが最大の集積回路は、ＡＯＬ＝１５４ｄＢである。即ち、上記の例では、市販品の演算増幅器よりもはるかに大きい直流開ループ利得を実現できていることになる。
【0058】
実際的には、上記の各定数には誤差が含まれるため、Ｃｆｉ’やＲｇｉ’を可変することによって、図２（Ｄ）のように開ループ利得の周波数特性が直線的につながるようにｆＴｉ’を調整可能とすることが好ましい。Ｒｇｉ’を可変する方が低コストの場合が多いが、これに限定するものではない。図２（Ａ）ではＲｇｉ’は１本の固定抵抗として図示しているが、１又は複数の固定抵抗と可変抵抗の組み合わせとして、調整可能とすることができる（以下同様）。１０．６１ｋΩのＲｇｉ’を調整可能とする一例として、Ｒｇｉ’を１０ｋΩの固定抵抗と０～１ｋΩの可変抵抗の直列接続とし、１０ｋΩ～１１ｋΩの間を調整可能とすることができる。Ｃｆｉ’も同様に、１又は複数の固定容量と可変容量（トリマコンデンサ等）の組み合わせとして調整可能とすることができる（以下同様）。
【0059】
＜１．２ 基本回路－１’＞
【0060】
図３（Ａ）には、本発明による開ループ利得を増強した増幅回路の、もう一つの基本的な回路構成を示している。以降、この基本回路を「基本回路－１’」と称する。
【0061】
抵抗Ｒｇｉ”、抵抗Ｒｆｉ”、キャパシタＣｆｉ”と演算増幅器Ｕｉ”は積分回路を構成してその帯域を制限し、帯域制限増幅回路となっている。抵抗Ｒｇｉ”の一端に信号が与えられ、他端は演算増幅器Ｕｉ”の反転入力に接続されている。演算増幅器Ｕｉ”の非反転入力は基準電位に接続されている。演算増幅器Ｕｉ”の出力と反転入力の間には、抵抗Ｒｆｉ”とキャパシタＣｆｉ”の直列回路が接続されている。（抵抗Ｒｆｉ”とキャパシタＣｆｉ”の接続順序は、図３（Ａ）と逆でもよい。抵抗とキャパシタの直列回路において、以下同様。）このタイプの帯域制限増幅回路を、他のタイプと区別する必要があるときに、本発明では「反転型帯域制限増幅回路の変形」と称することがある。
【0062】
主増幅器Ｕｍ’は演算増幅器であり、その非反転入力は演算増幅器Ｕｉ”の出力に接続されており、反転入力は基準電位に接続されている。主増幅器Ｕｍ’は、単独で主増幅回路を構成している。このタイプの主増幅回路を、他のタイプの主増幅回路と区別する必要があるときに、「非反転型主増幅回路」と称することがある。
【0063】
基本回路－１’は、反転型帯域制限増幅回路の変形と非反転型主増幅回路を直列に接続した構成になっている。
【0064】
必要があれば、基準電位に接続されている演算増幅器Ｕｉ”の非反転入力を、増幅回路全体の非反転入力として使用することも可能であるが、－Ｖｉｎが接続されている増幅回路全体の反転入力とは入力インピーダンスが異なるため、そのまま差動入力として使用できるものではない。
【0065】
図３（Ｂ）は、この反転型帯域制限増幅回路の変形の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ”を表しており、そのカットオフ周波数はｆｃｉ”であり、その単一利得周波数はｆＴｉ”である。また、直流開ループ利得はＡＯＬｉ”であり、演算増幅器Ｕｉ”の開ループの単一利得周波数はｆＴ’ｉ”である。
【0066】
抵抗Ｒｇｉ”と抵抗Ｒｆｉ”の抵抗値が同じ場合、ｆＴｉ”からｆＴ’ｉ”の間のＧＣＬｉ”は０ｄＢとなり、単一利得周波数ｆＴｉ”はＲｇｉ”とＣｆｉ”によって式（３）のように表すことができる。
【0067】
【数3】
【0068】
またカットオフ周波数ｆｃｉ”は、単一利得周波数ｆＴｉ”と直流開ループ利得ＡＯＬｉ”によって、式（４）のように表すことができる。
【0069】
【数4】
【0070】
なお抵抗Ｒｇｉ”と抵抗Ｒｆｉ”の抵抗値が異なる場合、ｆＴｉ”やｆＴ’ｉ”の周波数は（Ｒｇｉ”／Ｒｆｉ”）倍になる。（Ｒｆｉ”＞Ｒｇｉ”のときは周波数が下がる。）この結果、単一利得周波数ｆＴｉ”は、Ｒｆｉ”とＣｆｉ”によって式（５）のように表すことができる。
【0071】
【数5】
【0072】
またｆＴｉ”からｆＴ’ｉ”の間の周波数におけるＧＣＬｉ”は、０ｄＢの（Ｒｆｉ”／Ｒｇｉ”）倍になるので、式（６）のように表すことができる。
【0073】
【数6】
【0074】
図３（Ｃ）は、主増幅器Ｕｍ’の開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍ’を表している。直流開ループ利得はＡＯＬｍ’、カットオフ周波数はｆｃｍ’、開ループ利得が０ｄＢとなる周波数はｆＴｍ’となっている。
【0075】
増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性が０ｄＢになるまで２０ｄＢ／ディケードを維持するためには、ｆＴ’ｉ”がｆＴｍよりも高い周波数であることが必要となる点は、基本回路－１と同様である。
【0076】
図３（Ａ）のように、抵抗Ｒｇｉ”、抵抗Ｒｆｉ”とキャパシタＣｆｉ”と演算増幅器Ｕｉ”からなる帯域制限増幅回路の変形の出力がＵｍ’の非反転入力に接続されている場合において、ｆＴｉ”とｆｃｍ’が一致するように抵抗Ｒｆｉ” 、抵抗Ｒｆｉ”とキャパシタＣｆｉ”が選択されると、図３（Ａ）の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性は、図３（Ｄ）のようになる。即ち、Ｕｉ”の出力がＵｍ’の出力に加算され、帯域制限増幅回路の利得－周波数特性が主増幅回路の開ループの利得－周波数特性の上に積み重ねられたように動作する。この結果、図３（Ａ）の増幅回路全体における直流開ループ利得はＡＯＬｍ’＋ＡＯＬｉ”に増強される。
【0077】
【0078】
図３（Ａ）の基本回路－１’を図２（Ａ）の基本回路－１と比較すると、図３（Ａ）の入力インピーダンス≒抵抗Ｒｇｉ”となるのに対して、図２（Ａ）の入力インピーダンス≒演算増幅器Ｕｉ’の非反転入力の入力インピーダンスとなるので、通常、図２（Ａ）の基本回路－１の入力インピーダンスの方が格段に高い、という特長がある。
【0079】
＜１．３ 基本回路－２＞
【0080】
図４（Ａ）には、本発明による開ループ利得を増強した増幅回路の、もう一つの基本的な回路構成を示している。以降、この基本回路を「基本回路－２」と称する。
【0081】
主増幅器Ｕｍは、前述の図１（Ａ）と同様の演算増幅器であるが、その反転入力には信号が与えられており、非反転入力は基準電位に接続されている。主増幅器Ｕｍは、単独で反転型主増幅回路を構成している。
【0082】
抵抗Ｒｇｉ’、キャパシタＣｆｉ’と演算増幅器Ｕｉ’は積分回路を構成してその帯域を制限しており、図２（Ａ）の帯域制限増幅回路と同様の、非反転型帯域制限増幅回路を構成している。
【0083】
【0084】
【0085】
必要があれば、基準電位に接続されている演算増幅器Ｕｍの非反転入力を、増幅回路全体の非反転入力として使用することも可能であり、増幅回路全体を差動入力として使用することができる。
【0086】
増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性が０ｄＢになるまで２０ｄＢ／ディケードを維持するためには、ｆＴ’ｉ’がｆＴｍよりも高い周波数であることが必要となる点も、基本回路－１と同様である。
【0087】
図４（Ａ）の基本回路－２を図２（Ａ）の基本回路－１と比較すると、図２（Ａ）の基本回路－１の入力インピーダンス≒演算増幅器Ｕｉ’の非反転入力の入力インピーダンスとなるのに対して、図４（Ａ）の入力インピーダンス≒演算増幅器Ｕｍの反転入力の入力インピーダンスとなるので、通常、どちらの入力インピーダンスも高インピーダンスである、という特長がある。ただし、図４（Ａ）の基本回路－２の演算増幅器Ｕｍとして電流帰還型ＯＰアンプを使用する場合、通常、電流帰還型ＯＰアンプの反転入力の入力インピーダンスは低いので、図４（Ａ）の基本回路－２の入力インピーダンスは低くなる。
【0088】
＜１．４ 基本回路－２’＞
【0089】
図５（Ａ）には、本発明による開ループ利得を増強した増幅回路の、もう一つの基本的な回路構成を示している。以降、この基本回路を「基本回路－２’」と称する。
【0090】
主増幅器Ｕｍ’は、前述の図１（Ａ）と同様の演算増幅器であるが、その非反転入力には信号が与えられており、反転入力は基準電位に接続されている。主増幅器Ｕｍ’は、単独で非反転型主増幅回路を構成している。
【0091】
抵抗Ｒｇｉ”、抵抗Ｒｆｉ”、キャパシタＣｆｉ”と演算増幅器Ｕｉ”は積分回路を構成してその帯域を制限しており、図３（Ａ）の帯域制限増幅回路と同様の、反転型帯域制限増幅回路の変形を構成している。
【0092】
【0093】
このため、基本回路－２’に係る図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）は、基本回路－１’に係る図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）と同様なので、これらの図の説明や具体例は省略する。
【0094】
必要があれば、基準電位に接続されている演算増幅器Ｕｍ’の反転入力を、増幅回路全体の非反転入力として使用することも可能であり、増幅回路全体を差動入力として使用することができる。
【0095】
増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性が０ｄＢになるまで２０ｄＢ／ディケードを維持するためには、ｆＴ’ｉ”がｆＴｍ’よりも高い周波数であることが必要となる点も、基本回路－１’と同様である。
【0096】
図５（Ａ）の基本回路－２’を図３（Ａ）の基本回路－１’と比較すると、図３（Ａ）の入力インピーダンス≒抵抗Ｒｇｉ”になるのに対して、図５（Ａ）の入力インピーダンス≒演算増幅器Ｕｍ’の非反転入力の入力インピーダンスとなるので、通常、図５（Ａ）の基本回路－２’の入力インピーダンスの方が格段に高い、という特長がある。
【0097】
＜１．５ 基本回路－３＞
【0098】
図６（Ａ）には、本発明による直流開ループ利得を増強した増幅回路のもう一つの基本的な回路構成を示している。以降、この基本回路を「基本回路－３」と称する。
【0099】
主増幅器Ｕｍｄは、前述の図１（Ａ）と同様の演算増幅器であるが、その反転入力には信号が与えられており、非反転入力は別の演算増幅器Ｕｉの出力に接続されている。主増幅器Ｕｍｄは、単独で「主増幅回路」を構成している。反転入力と非反転入力のいずれも基準電位に接続されていないタイプの主増幅回路を、他のタイプの主増幅回路と区別する必要があるときに、「差動型主増幅回路」と称することがある。
【0100】
抵抗Ｒｇｉ、キャパシタＣｆｉと演算増幅器Ｕｉは、積分回路を構成しており、その周波数帯域を制限している。Ｕｉの非反転入力は、基準電位に接続されている。このような、抵抗Ｒｆｉ”を有さない反転タイプの帯域制限増幅回路を、他の帯域制限増幅回路と区別する必要があるとき、「反転型帯域制限増幅回路」と称することがある。
【0101】
基本回路－３は、反転型帯域制限増幅回路と差動型主増幅回路を接続した構成になっているが、基本回路－１～基本回路－２’に示したような直列接続ではない。基本回路－３のような接続を、便宜上、「並列接続」と称することとする。
【0102】
必要があれば、基準電位に接続されている演算増幅器Ｕｉの非反転入力を、増幅回路全体の非反転入力として使用することも可能であるが、－Ｖｉｎが接続されている増幅回路全体の反転入力とは入力インピーダンスが異なるため、そのまま差動入力として使用できるものではない。
【0103】
基本回路－３において、反転型帯域制限増幅回路は、反転型帯域制限増幅回路の変形に置き換えることが可能である。ただしこの場合は、基本回路－１等とは異なり、反転型帯域制限増幅回路の変形におけるｆＴ’ｉ”は、ｆＴｍｄよりも低い周波数であることが必要となる。（さもないと、ｆＴ’ｉ”よりも低い周波数で、増幅器全体の利得－周波数特性に平坦部が生じるからである。ただし、意図的に平坦部を設ける場合は、この限りではない。）
【0104】
図６（Ｂ）は、基本回路－３の帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉを表しており、カットオフ周波数はｆｃｉであり、単一利得周波数はｆＴｉであり、直流開ループ利得はＡＯＬｉである。カットオフ周波数ｆｃｉよりも高い周波数では、周波数の上昇に連れてＧＣＬｉが２０ｄＢ／ディケードで低下する。単一利得周波数ｆＴｉは、抵抗ＲｇｉとキャパシタＣｆｉの値によって、式（７）のように表すことができる。ＧＣＬｉが０ｄＢまで２０ｄＢ／ディケードで低下する場合、カットオフ周波数ｆｃｉはｆＴｉとＡＯＬｉによって式（８）のように表すことができる。
【0105】
【数7】
【0106】
【数8】
【0107】
図６（Ｃ）は、帯域制限増幅回路がなく、非反転入力が基準電位に接続されている場合の、主増幅器Ｕｍｄの開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍｄを表している。直流開ループ利得はＡＯＬｍｄ、カットオフ周波数はｆｃｍｄ、単一利得周波数はｆＴｍｄとなっている。
【0108】
図６（Ａ）のように、帯域制限増幅回路の出力が主増幅器Ｕｍｄの非反転入力に接続されている場合において、ｆｃｍｄとｆＴｉが一致するように抵抗ＲｇｉとキャパシタＣｆｉの値が選択されると、図６（Ａ）の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性は、図６（Ｄ）のように積み重ねることができる。
【0109】
前述の基本回路－１～基本回路－２’では、ＧＣＬｉ（ＧＣＬｉ’やＧＣＬｉ”）とＧＯＬｍ（ＧＯＬｍ’を含む）が共に、周波数が上昇するに従って２０ｄＢ／ディケードで低下する場合には、増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性が４０ｄＢ／ディケードで低下する構成であった。しかし、この基本回路－３では、ＧＣＬｉとＧＯＬｍｄが共に、周波数が上昇するに従って２０ｄＢ／ディケードで低下する周波数であっても、増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性は２０ｄＢ／ディケードで低下するという特徴を有している。基本回路―３では、ｆＴｉを超える周波数においてＧＣＬｉが０ｄＢよりも低くなると、主増幅器Ｕｍｄに接続されている演算増幅器Ｕｉの出力はより基準電位に近づくので、ＧＯＬｍｄには影響しないためである。
【0110】
なお基本回路－３の入力インピーダンスは、入力インピーダンス≒抵抗Ｒｇｉと低めである。
【0111】
＜１．６ 基本回路－３’＞
【0112】
図７（Ａ）には、本発明による直流開ループ利得を増強した増幅回路のもう一つの基本的な回路構成を示している。以降、この基本回路を「基本回路－３’」と称する。
【0113】
主増幅器Ｕｍの反転入力には信号が与えられており、非反転入力は基準電位に接続されている。主増幅器Ｕｍは、単独で「主増幅回路」を構成している。
【0114】
抵抗Ｒｇｉｄ、抵抗Ｒｆｉｄ、キャパシタＣｆｉｄと演算増幅器Ｕｉｄは、積分回路を構成しており、その周波数帯域を制限している。抵抗Ｒｇｉｄの一端には信号が与えられており、他端はＵｉｄの反転入力に接続されている。Ｕｉｄの非反転入力は、演算増幅器Ｕｍの出力に接続されている。Ｕｉｄの出力と反転入力の間には、抵抗Ｒｆｉｄ、キャパシタＣｆｉｄの直列回路が接続されている。このようなタイプの帯域制限増幅回路を他のタイプの帯域制限増幅回路と区別する必要があるときに、「差動型帯域制限増幅回路」と称することがある。この差動型帯域制限増幅回路は、反転型帯域制限増幅回路の変形において基準電位に接続されていた増幅器の非反転入力も使用するものである。
【0115】
基本回路－３’は、反転型主増幅回路と差動型帯域制限増幅回路を接続した構成になっているが、基本回路－１～基本回路２’に示したような直列接続ではなく、並列接続になっている。
【0116】
【0117】
必要があれば、基準電位に接続されている演算増幅器Ｕｍの非反転入力を、増幅回路全体の非反転入力として使用することも可能であるが、－Ｖｉｎが接続されている増幅回路全体の反転入力とは入力インピーダンスが異なるため、そのまま差動入力として使用できるものではない。
【0118】
基本回路－３’の差動型帯域制限増幅回路は、基本的に、反転型帯域制限増幅回路の変形と同様である。図７（Ｂ）は、主増幅回路がなく、非反転入力が基準電位に接続されている場合の、差動型帯域制限増幅回路変形の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉｄを表しており、抵抗Ｒｇｉｄと抵抗Ｒｆｉｄの抵抗値が同じ場合の単一利得周波数はｆＴｉｄであり、演算増幅器Ｕｉｄ単体における単一利得周波数はｆＴ’ｉｄである。また、直流開ループ利得はＡＯＬｉｄであり、演算増幅器Ｕｉｄの開ループの単一利得周波数はｆＴ’ｉｄである。
【0119】
抵抗Ｒｇｉｄと抵抗Ｒｆｉｄの抵抗値が同じ場合、ｆＴｉｄからｆＴ’ｉｄの間のＧＣＬｉｄは０ｄＢとなり、単一利得周波数ｆＴｉｄはＲｇｉｄとＣｆｉｄによって式（９）のように表すことができる。
【0120】
【数9】
【0121】
またカットオフ周波数ｆｃｉｄは、単一利得周波数ｆＴｉｄと直流開ループ利得ＡＯＬｉｄによって、式（１０）のように表すことができる。
【0122】
【数10】
【0123】
なお抵抗Ｒｇｉｄと抵抗Ｒｆｉｄの抵抗値が異なる場合、ｆＴｉｄやｆＴ’ｉｄの周波数は（Ｒｇｉｄ／Ｒｆｉｄ）倍になる。（Ｒｆｉｄ＞Ｒｇｉｄのときは周波数が下がる。）この結果、単一利得周波数ｆＴｉｄは、ＲｆｉｄとＣｆｉｄによって式（１１）のように表すことができる。
【0124】
【数11】
【0125】
またｆＴｉｄからｆＴ’ｉｄの間の周波数におけるＧＣＬｉｄは、０ｄＢの（Ｒｆｉｄ／Ｒｇｉｄ）倍になるので、式（１２）のように表すことができる。
【0126】
【数12】
【0127】
反転型主増幅回路の利得－周波数特性は、他の基本回路の反転型主増幅回路と同様のため、図７（Ｃ）は図２（Ｃ）や図４（Ｃ）と同様である。また、増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性も、反転型帯域制限増幅回路を有する基本回路と同様のため、図７（Ｄ）は図２（Ｄ）や図４（Ｄ）と、ほぼ同様である。よって、図７（Ｄ）の図の説明や具体例は省略する。
【0128】
増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性が０ｄＢになるまで２０ｄＢ／ディケードを維持するためには、ｆＴ’ｉｄがｆＴｍよりも高い周波数であることが必要となる点も、基本回路－１などと同様である。
【0129】
＜１．７ 基本回路要素の組み合わせ＞
【0130】
以上に示した基本回路は、各種の主増幅回路と各種の帯域制限増幅回路（総称して「基本回路要素」という）の組み合わせと考えることができるので、まず、基本回路要素を列挙する。
【0131】
【0132】
【0133】
基本回路は前述のように、主増幅回路と帯域制限増幅回路が各１つ（計２つ）の増幅回路（基本回路要素）の組み合わせで構成されている。２つの基本回路要素を入力側と出力側と表現するとき、これらの組み合わせは表１のようになる。
【0134】
【表1】
【0135】
表１の中、備考欄に◎付きで示されている回路は、前述の各基本回路である。備考欄に○付きで示されている回路は、基本回路の変形回路として組み合わせ可能であることを示している。
【0136】
一方、※１～※３は、各々下記の理由によって、組み合わせ不可能である（全体として、前述の基本回路の条件を満たす増幅回路としては動作できない）ことを示している。
※１：増幅回路全体における反転入力がないので、全体として負帰還をかけることができない。
※２：増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性が０ｄＢとなる周波数まで２０ｄＢ／ディケードを維持できず、途中の周波数以上で４０ｄＢ／ディケードになってしまう。
※３：出力側が差動型のときは、入力側は反転型であることが必要。
※１：増幅回路全体における反転入力がないので、全体として負帰還をかけることができない。
※２：増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性が０ｄＢとなる周波数まで２０ｄＢ／ディケードを維持できず、途中の周波数以上で４０ｄＢ／ディケードになってしまう。
※３：出力側が差動型のときは、入力側は反転型であることが必要。
【0137】
＜２．増幅回路の直流開ループ利得を増強するための応用回路＞
【0138】
基本回路要素が３個の場合は、入力側／中間／出力側について表１のような組み合わせを表にして、一例として前述のような条件や制限などによって使用できない組み合わせを排除すれば、２個の場合と同様に利用可能な回路を抽出することができる。基本回路要素を４個以上とする場合も、同様である。
【0139】
組み合わせ可能な条件をまとめると、下記のようになる。
（１）主増幅回路及び帯域制限増幅回路のいずれか又は両方を、合計で複数個備えており、各々が積み重ねられている。
（２）増幅回路全体の反転入力から出力までの経路には、反転型が奇数個存在する。（一例として基本回路－３について見ると、基本回路－３の増幅回路全体の反転入力は差動型主増幅回路の反転入力に接続されており、その出力が増幅回路全体の出力となっている。即ち、差動型主増幅回路の反転入力→出力の、反転型１個になっている。また基本回路－３の増幅回路全体の反転入力は、反転型帯域増幅回路の入力（抵抗Ｒｇｉの一端）に接続されており、その出力は差動型主増幅回路の非反転入力に接続されており、その出力が増幅回路全体の出力となっている。即ち、反転型帯域増幅回路による反転型１個と、差動型主増幅回路の非反転入力→出力による非反転型１個になっている。）
（３）増幅回路全体としての非反転入力を備える場合は、非反転入力から出力までの経路には、反転型が存在しないか偶数個存在する。
（４）非反転型は、いずれの経路にも任意の個数含まれていてよい。
（５）差動型のいずれか一方の入力には反転型の出力が接続され、他方の入力は当該反転型の入力と共通接続される。（基本回路－３は、増幅回路全体として反転のため、差動型の非反転入力には反転型の出力が接続され、反転入力は当該反転型の入力と共通接続されている。一方、増幅回路全体として非反転とする場合は、差動型の非反転入力と反転入力を入れ替えればよい。）
（６）反転型帯域制限増幅回路は、出力側の増幅器が差動型である場合に、出力側の増幅器と並列接続する場合にのみ使用可能である。（基本回路－３参照。）
（７）反転型帯域制限増幅回路は、複数段構成にすることが可能である。（後述の応用回路－２参照。）
（８）増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性が０ｄＢとなる周波数まで２０ｄＢ／ディケードを維持する場合は、最もｆｃが高い増幅器のｆＴは、他の増幅器のｆＴ’よりも低いことが必要。（ｆｃはｆｃｍ、ｆｃｍ’、ｆｃｉ、ｆｃｉ’、ｆｃｉ”、ｆｃｉｄのような、ｆｃの後に続く全てのバリエーションを含む。同様に、ｆＴやｆＴ’も、その後に続く全てのバリエーションを含む。）
（１）主増幅回路及び帯域制限増幅回路のいずれか又は両方を、合計で複数個備えており、各々が積み重ねられている。
（２）増幅回路全体の反転入力から出力までの経路には、反転型が奇数個存在する。（一例として基本回路－３について見ると、基本回路－３の増幅回路全体の反転入力は差動型主増幅回路の反転入力に接続されており、その出力が増幅回路全体の出力となっている。即ち、差動型主増幅回路の反転入力→出力の、反転型１個になっている。また基本回路－３の増幅回路全体の反転入力は、反転型帯域増幅回路の入力（抵抗Ｒｇｉの一端）に接続されており、その出力は差動型主増幅回路の非反転入力に接続されており、その出力が増幅回路全体の出力となっている。即ち、反転型帯域増幅回路による反転型１個と、差動型主増幅回路の非反転入力→出力による非反転型１個になっている。）
（３）増幅回路全体としての非反転入力を備える場合は、非反転入力から出力までの経路には、反転型が存在しないか偶数個存在する。
（４）非反転型は、いずれの経路にも任意の個数含まれていてよい。
（５）差動型のいずれか一方の入力には反転型の出力が接続され、他方の入力は当該反転型の入力と共通接続される。（基本回路－３は、増幅回路全体として反転のため、差動型の非反転入力には反転型の出力が接続され、反転入力は当該反転型の入力と共通接続されている。一方、増幅回路全体として非反転とする場合は、差動型の非反転入力と反転入力を入れ替えればよい。）
（６）反転型帯域制限増幅回路は、出力側の増幅器が差動型である場合に、出力側の増幅器と並列接続する場合にのみ使用可能である。（基本回路－３参照。）
（７）反転型帯域制限増幅回路は、複数段構成にすることが可能である。（後述の応用回路－２参照。）
（８）増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性が０ｄＢとなる周波数まで２０ｄＢ／ディケードを維持する場合は、最もｆｃが高い増幅器のｆＴは、他の増幅器のｆＴ’よりも低いことが必要。（ｆｃはｆｃｍ、ｆｃｍ’、ｆｃｉ、ｆｃｉ’、ｆｃｉ”、ｆｃｉｄのような、ｆｃの後に続く全てのバリエーションを含む。同様に、ｆＴやｆＴ’も、その後に続く全てのバリエーションを含む。）
【0140】
以降に、基本回路要素が３個の特徴的な回路を「応用回路」として、３種類例示するが、これら以外の利用可能な回路が多く存在することはもちろんである。
【0141】
＜２．１ 応用回路－１＞
【0142】
前述の基本回路の応用例のひとつとして、図１０（Ａ）に、基本回路－１と基本回路－３の組み合わせによる開ループ利得を増強した増幅回路を示している。基本回路要素で言うと、入力側から出力側に向けて、非反転型帯域制限増幅回路、反転型帯域制限増幅回路、差動型主増幅回路で構成されている。以降、このような回路を、「応用回路－１」と称する。
【0143】
抵抗Ｒｇｉ’、キャパシタＣｆｉ’と演算増幅器Ｕｉ’が積分回路を構成してその帯域を制限し、非反転型帯域制限増幅回路となっており、この帯域制限増幅回路の出力が主増幅回路の反転入力に接続されている。これらの点は、基本回路－１と同様である。
【0144】
主増幅回路の反転入力はまた、抵抗Ｒｇｉ、キャパシタＣｆｉと演算増幅器Ｕｉからなる、反転型帯域制限増幅回路の入力にも接続されており、この反転型帯域制限増幅回路の出力が主増幅回路の非反転入力に接続されている。これらの点は、基本回路－３と同様である。
【0145】
図１０（Ｂ）は、非反転型帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ’を表しており、カットオフ周波数はｆｃｉ’であり、その単一利得周波数はｆＴｉ’であり、直流開ループ利得はＡＯＬｉ’であり、演算増幅器Ｕｉ’の開ループにおける単一利得周波数はｆＴ’ｉ’である。基本回路－３と同様、単一利得周波数ｆＴｉ’よりも低い周波数では、周波数の下降に連れてＧＣＬｉ’が２０ｄＢ／ディケードで上昇するが、ＡＯＬｉ’に達するとそれ以上は上昇しない。また、ｆＴｉ’よりも高く、ｆＴ’ｉ’よりも低い周波数では、ＧＣＬｉ’は０ｄＢ一定となる。さらに、ｆＴ’ｉ’よりも高い周波数では、周波数の上昇に連れてＧＣＬｉ’が２０ｄＢ／ディケードで下降する。
【0146】
図１０（Ｃ）は、反転型帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉを表しており、そのカットオフ周波数はｆｃｉであり、単一利得周波数はｆＴｉであり、直流開ループ利得はＡＯＬｉである。基本回路－３の反転型帯域制限増幅回路と同様、カットオフ周波数ｆｃｉよりも高い周波数では、周波数の上昇に連れてＧＣＬｉが２０ｄＢ／ディケードで低下する。
【0147】
図１０（Ｄ）は、主増幅器Ｕｍｄの開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍｄを表している。直流開ループ利得はＡＯＬｍｄ、カットオフ周波数はｆｃｍｄ、単一利得周波数はｆＴｍｄとなっている。
【0148】
反転型帯域制限増幅回路のｆＴｉと主増幅回路のｆｃｍｄが一致するように抵抗ＲｇｉとキャパシタＣｆｉが選択され、かつ、非反転型帯域制限増幅回路のｆＴｉ’と反転型帯域制限増幅回路のｆｃｉが一致するように抵抗Ｒｇｉ’とキャパシタＣｆｉ’が選択されると、図１０（Ａ）の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性は、図１０（Ｅ）のようになる。即ち、主増幅回路の利得－周波数特性の上に反転型帯域制限増幅回路の利得－周波数特性が積み重ねられ、さらにその上に非反転型帯域制限増幅回路の利得－周波数特性が積み重ねられたように動作する。この結果、図１０（Ａ）の増幅回路全体における直流開ループ利得はＡＯＬｍｄ＋ＡＯＬｉ＋ＡＯＬｉ’に増強される。
【0149】
なお、増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性が０ｄＢになるまで２０ｄＢ／ディケードを維持するためには、図１０（Ｂ）や、図１０（Ｄ）、図１０（Ｅ）のように、ｆＴ’ｉ’＞ｆＴｍｄとすることが必要である。
【0150】
＜２．２ 応用回路－２＞
【0151】
前述の基本回路の別の応用例として、基本回路－３において、反転型帯域制限増幅回路を複数用いて直流開ループ利得を増強した増幅回路を、図１１（Ａ）に示している。基本回路要素で言うと、入力側から出力側に向けて、複数（２個）の反転型帯域制限増幅回路と、差動型主増幅回路で構成されている。以降、この基本回路を「応用回路－２」と称する。
【0152】
主増幅器Ｕｍｄの反転入力は、抵抗Ｒｇｉ１、キャパシタＣｆｉ１と演算増幅器Ｕｉ１からなる反転型帯域制限増幅回路（応用回路－２の説明において、「帯域制限増幅回路－１」と称する）の入力にも接続されており、帯域制限増幅回路－１の出力がＵｍｄの非反転入力に接続されている。これらの点は、基本回路－３と同様である。
【0153】
主増幅器Ｕｍｄの反転入力は、さらに、抵抗Ｒｇｉ２、キャパシタＣｆｉ２と演算増幅器Ｕｉ２からなるもう一つの反転型帯域制限増幅回路（応用回路－２の説明において、「帯域制限増幅回路－２」と称する）の入力にも接続されている。帯域制限増幅回路－２の出力は、Ｕｉ１の非反転入力に接続されている。また、Ｕｉ２の非反転入力は、基準電位に接続されている。
【0154】
図１１（Ｂ）は、帯域制限増幅回路－２の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ２を表しており、その単一利得周波数はｆＴｉ２であり、直流開ループ利得はＡＯＬｉ２である。カットオフ周波数ｆｃｉ２よりも高い周波数では、周波数の上昇に連れてＧＣＬｉ２が２０ｄＢ／ディケードで低下する。なお、ここでは、帯域制限増幅回路－２は、最も低い周波数域を担当することとする。
【0155】
図１１（Ｃ）は、帯域制限増幅回路－１の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ１を表しており、その単一利得周波数はｆＴｉ１であり、直流開ループ利得はＡＯＬｉ１である。カットオフ周波数ｆｃｉ１よりも高い周波数では、周波数の上昇に連れてＧＣＬｉ１が２０ｄＢ／ディケードで低下する。なお、ここでは、帯域制限増幅回路－１は、主増幅回路よりも低く帯域制限増幅回路－２よりも高い周波数域を担当することとする。
【0156】
図１１（Ｄ）は、主増幅器Ｕｍｄの開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍｄを表している。直流開ループ利得はＡＯＬｍｄ、カットオフ周波数はｆｃｍｄ、単一利得周波数はｆＴｍｄとなっている。
【0157】
帯域制限増幅回路－１のｆＴｉ１と主増幅回路のｆｃｍｄが一致するように抵抗Ｒｇｉ１とキャパシタＣｆｉ１が選択され、かつ、帯域制限増幅回路－２のｆＴｉ２と帯域制限増幅回路－１のｆｃｉ１が一致するように抵抗Ｒｇｉ２とキャパシタＣｆｉ２が選択されると、図１１（Ａ）の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性は、図１１（Ｅ）のようになる。即ち、主増幅回路の利得－周波数特性の上に帯域制限増幅回路－１の利得－周波数特性が積み重ねられ、さらにその上に帯域制限増幅回路－２の利得－周波数特性が積み重ねられたように動作する。この結果、図１１（Ａ）の増幅回路全体における直流開ループ利得はＡＯＬｍｄ＋ＡＯＬｉ１＋ＡＯＬｉ２に増強される。具体的な一例として、Ｕｍｄ、Ｕｉ１及びＵｉ２の直流開ループ利得が各々８０ｄＢの場合には、増幅回路全体の直流開ループ利得は２４０ｄＢに増強される。
【0158】
ここでは、２つの反転型帯域制限増幅回路を使用する例を示したが、さらに直流開ループ利得を積み重ねるために、３つ以上の反転型帯域制限増幅回路を使用することも可能である。
【0159】
また、応用回路－２の複数の反転型帯域制限増幅回路を用いる回路や方法は、基本回路－３に適用できるだけでなく、応用回路－１などの反転型帯域制限増幅回路の部分にも適用することができる。
【0160】
＜２．３ 応用回路－３＞
【0161】
前述の基本回路の別の応用例として、基本回路－２’と、基本回路－３’の変形回路の組み合わせによる回路を、図１２（Ａ）に示している。基本回路要素で言うと、入力側から出力側に向けて、非反転型主増幅回路、反転型帯域制限増幅回路の変形、差動型帯域制限増幅回路で構成されている。以降、この基本回路を「応用回路－３」と称する。
【0162】
主増幅器Ｕｍ’の出力は、差動型帯域制限増幅回路の入力である抵抗Ｒｇｉｄの一端に接続されており、この点は、基本回路－２’と同様である。
【0163】
主増幅器Ｕｍ’の出力は、さらに、反転型帯域制限増幅回路の変形の入力である抵抗Ｒｇｉ”の一端に接続されており、この反転型帯域制限増幅回路の変形の出力は、Ｕｉｄの非反転入力に接続されている。この点は、基本回路－３’の反転型主増幅回路を反転型帯域制限増幅回路の変形に置き換えたものと考えることができる。
【0164】
図１２（Ｂ）は、Ｒｇｉ”＝Ｒｆｉ”のときの反転型帯域制限増幅回路の変形の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉ”を表しており、カットオフ周波数はｆｃｉ”であり、単一利得周波数はｆＴｉ”であり、直流開ループ利得はＡＯＬｉ”であり、演算増幅器Ｕｉ”単体（抵抗Ｒｇｉ”やキャパシタＣｆｉ”のような外付け素子がない場合）における単一利得周波数はｆＴ’ｉ”である。カットオフ周波数ｆｃｉ”よりも高く単一利得周波数はｆＴｉ”よりも低い周波数では、周波数の上昇に連れてＧＣＬｉ”が２０ｄＢ／ディケードで低下し、ｆＴｉ”よりも高くｆＴ’ｉ”よりも低い周波数では０ｄＢを維持する。なお、ここでは、反転型帯域制限増幅回路の変形は、最も低い周波数域を担当することとする。
【0165】
図１２（Ｃ）は、Ｒｇｉｄ＝Ｒｆｉｄのときの差動型帯域制限増幅回路の閉ループにおける利得－周波数特性ＧＣＬｉｄを表しており、カットオフ周波数はｆｃｉｄであり、単一利得周波数はｆＴｉｄであり、直流開ループ利得はＡＯＬｉｄであり、演算増幅器Ｕｉｄ単体における単一利得周波数はｆＴ’ｉｄである。カットオフ周波数ｆｃｉｄよりも高い周波数では、周波数の上昇に連れてＧＣＬｉｄが２０ｄＢ／ディケードで低下し、ｆＴｉｄよりも高くｆＴ’ｉｄよりも低い周波数では０ｄＢを維持する。なお、ここでは、差動型帯域制限増幅回路は、主増幅回路よりも低く反転型帯域制限増幅回路の変形よりも高い周波数域を担当することとする。
【0166】
Ｒｇｉ”≠Ｒｆｉ”やＲｇｉｄ≠Ｒｆｉｄのときについては、前述の基本回路－１’に係る式（５）、式（６）やそれらの説明の通りなので、説明を省略する。
【0167】
図１２（Ｄ）は、主増幅器Ｕｍ’の開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍ’を表している。直流開ループ利得はＡＯＬｍ’、カットオフ周波数はｆｃｍ’、単一利得周波数はｆＴｍ’となっている。
【0168】
差動型帯域制限増幅回路のｆＴｉｄと主増幅回路のｆｃｍ’が一致するように抵抗ＲｇｉｄとキャパシタＣｆｉｄが選択され、かつ、反転型帯域制限増幅回路の変形のｆＴｉ”と差動型帯域制限増幅回路のｆｃｉｄが一致するように抵抗Ｒｇｉ”とキャパシタＣｆｉ”が選択されると、図１２（Ａ）の増幅回路全体における開ループの利得－周波数特性は、図１２（Ｅ）のようになる。即ち、主増幅回路の利得－周波数特性の上に差動型帯域制限増幅回路の利得－周波数特性が積み重ねられ、さらにその上に反転型帯域制限増幅回路の変形の利得－周波数特性が積み重ねられたように動作する。この結果、図１２（Ａ）の増幅回路全体における直流開ループ利得はＡＯＬｍ’＋ＡＯＬｉｄ＋ＡＯＬｉ”に増強される。具体的な一例として、Ｕｍ’、Ｕｉｄ及びＵｉ”の直流開ループ利得が各々８０ｄＢの場合には、増幅回路全体の直流開ループ利得は２４０ｄＢに増強される。
【0169】
ここでは、反転型帯域制限増幅回路の変形を使用する例を示したが、さらに直流開ループ利得を積み重ねるために、２つ以上の反転型帯域制限増幅回路の変形を使用することも可能である。（応用回路－２を参照。）
【0170】
＜３．増幅回路の直流開ループ利得を増強するための回路の変形等＞
【0171】
以下、基本回路や応用回路を含む本発明の回路に共通して適用可能な変形等について記載する。
【0172】
これらの変形等は原則として、適用対象の各回路や他の変形等と、自由に組み合わせて適用できる。
【0173】
＜３．１ 主増幅回路の直流利得や帯域の制限＞
【0174】
前述の基本回路や応用回路の全てにおいて、主増幅回路が開ループである場合を例示していた。ここでは、主増幅回路の直流利得や帯域を制限する変形について説明する。
【0175】
一例として基本回路－３において、図６（Ｃ）に示している主増幅回路の利得－周波数特性を参照する。図６（Ｃ）は、帯域制限増幅回路がなく、非反転入力が基準電位に接続されている場合の、主増幅器Ｕｍｄの開ループの利得－周波数特性ＧＯＬｍｄを表している。直流開ループ利得はＡＯＬｍｄとなっている。
【0176】
図１３（Ａ）は、図６（Ａ）の主増幅回路に利得抵抗Ｒｇｍｄと帰還抵抗Ｒｆｍｄを追加したものである。ＡＯＬｍｄは、Ｕｍｄの個体差による誤差を有する場合があり、さらに温度変化等の影響を受けてその値が変化する場合もある。直流利得をより安定させて一定の値に近づけるためには、主増幅回路にＲｇｍｄとＲｆｍｄを追加することによって、利得を制限することができる。一例として２０ｄＢ以上直流開ループ利得ＡＯＬｍｄを下げて十分な利得制限を行う場合において、直流閉ループ利得をＡＣＬｍｄとすると、式（１３）のように表すことができる。（前述の通り、利得の正負は考慮せず、利得の絶対値で考える。）
【0177】
【数13】
【0178】
ＡＣＬｍｄは抵抗値の比によって決まるため、より安定した直流利得が得られる。通常、半導体素子の性能よりも、抵抗素子の抵抗値の方が、格段に安定している。
【0179】
図１３（Ａ）において利得の制限幅を可変（調整）する場合は、ＲｇｍｄとＲｆｍｄのいずれか又は両方の抵抗値を可変とすればよい。一例として、ＲｇｍｄやＲｆｍｄのいずれかを、固定抵抗と可変抵抗の直列回路とすればよい。
【0180】
図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）によって利得制限した場合の主増幅器Ｕｍｄの閉ループの利得－周波数特性ＧＣＬｍｄの例を示している。この場合、開ループ時よりもカットオフ周波数ｆｃｍｄは上昇するが、単一利得周波数ｆＴｍｄは変化しない。
【0181】
図１３（Ｃ）は、図４（Ａ）の主増幅回路に利得抵抗Ｒｇｍｄと帰還容量Ｃｆｍｄを追加したものである。主増幅器Ｕｍｄの開ループの単一利得周波数ｆＴｍｄやカットオフ周波数ｆｃｍｄも、Ｕｍｄの個体差による誤差を有する場合があり、さらに温度変化等の影響を受けてその値が変化する場合もある。ｆＴｍｄやｆｃｍｄをより安定させて一定の値に近づけるためには、主増幅回路にＲｇｍｄとＣｆｍｄを追加することによって、帯域を制限することができる。帯域制限を行った場合の単一利得周波数ｆＴｍｄは、ＲｇｍｄとＣｆｍｄの値によって、式（１４）のように表すことができる。
【0182】
なお、利得抵抗Ｒｇｍｄと帰還容量Ｃｆｍｄを追加した主増幅回路は、回路構成としては反転型帯域制限増幅回路と同様である。ｆＴｍｄやｆｃｍｄをより安定させて一定の値に近づけることを目的とする、比較的少ない帯域制限の場合は主増幅回路と考えればよい。一方、他の増幅回路と積み重ねを行うために比較的大きな帯域制限を行う場合は、反転型帯域制限増幅回路と考えればよい。これらは厳密に区別する必要はなく、設計の都合によって適宜解釈すればよい。
【0183】
【数14】
【0184】
一例として１０倍（１ディケード）以上の帯域制限を行う場合、帯域制限を行った場合のｆＴｍｄは、ＲｇｍｄとＣｍｄによって式（１４）のように決まるため、より安定した帯域が得られる。通常、容量素子の容量値も、半導体素子の性能よりもかなり安定している。
【0185】
図１３（Ｃ）において帯域の制限幅を可変する場合は、ＲｇｍｄとＣｆｍｄのいずれか又は両方の抵抗値を可変とすればよい。一例として、Ｒｇｍｄを固定抵抗と可変抵抗の直列回路としたり、Ｃｆｍｄを固定容量と可変容量の並列回路とすればよい。
【0186】
図１３（Ｄ）は、図１３（Ｃ）によって帯域制限した場合の主増幅器Ｕｍｄの閉ループの利得－周波数特性ＧＣＬｍｄを示している。この場合は、開ループ時と比して、カットオフ周波数ｆｃｍｄと単一利得周波数ｆＴｍｄは、共に低くなる。
【0187】
図１３（Ｅ）は、図２（Ａ）の主増幅回路に利得抵抗Ｒｇｍｄ、帰還抵抗Ｒｆｍｄと、帰還容量Ｃｆｍｄを追加したものであり、利得制限と帯域制限の両方を同時に実現している。主増幅器Ｕｍｄの反転入力に利得抵抗Ｒｇｍｄの一端、帰還抵抗Ｒｆｍｄの一端、及び、帰還容量Ｃｆｍｄの一端を接続し、主増幅器Ｕｍｄの出力に帰還抵抗Ｒｆｍｄの他端及び帰還容量Ｃｆｍｄの他端を接続している。直流閉ループ利得ＡＣＬｍｄは前述の式（１３）、単一利得周波数ｆＴｍｄは前述の式（１４）で表すことができる。
【0188】
図１３（Ｅ）において、利得抵抗Ｒｇｍｄを可変とすると利得と帯域の制限幅の両方が変化し、帰還抵抗Ｒｆｍｄを可変とすると利得の制限幅だけが変化し、帰還容量Ｃｆｍｄを可変とすると帯域の制限幅だけが変化する。よって、利得の制限幅と帯域の制限幅を独立して可変したい場合は、ＲｆｍｄとＣｆｍｄを可変とすることが好ましいが、これに限定するものではない。一般的に入手容易な可変容量は数十ｐＦ以下なので、Ｃｆｍｄが一例として千ｐＦ以上の場合は、可変幅が不足する場合がある。このような場合は、ＲｇｍｄとＲｆｍｄを可変とし、Ｒｇｍｄで所望の帯域制限に調整した後でＲｆｍｄで所望の利得制限に調整することも可能である。
【0189】
図１３（Ｆ）には、図１３（Ｅ）の場合の主増幅器Ｕｍｄの閉ループの利得－周波数特性ＧＣＬｍｄの例を示している。利得制限と帯域制限の両方を行う場合、開ループ時と比して、カットオフ周波数ｆｃｍｄは利得制限によって上昇し帯域制限によって下降するため、ｆｃｍｄが上昇する場合も下降する場合も変化しない場合もあるが、単一利得周波数ｆＴｍｄは下降する。
【0190】
図１３（Ｇ）は、図４（Ａ）の主増幅回路に利得抵抗Ｒｇｍｄ、帰還抵抗Ｒｆｍｄ、抵抗Ｒｆｃｍｄと、帰還容量Ｃｆｍｄを追加したものであり、図１３（Ｅ）と同様、利得制限と帯域制限の両方を同時に実現できる。主増幅器Ｕｍｄの反転入力に抵抗Ｒｆｃｍｄの一端及び帰還容量Ｃｆｍｄの一端を接続し、抵抗Ｒｆｃｍｄの他端に利得抵抗Ｒｇｍｄの一端及び帰還抵抗Ｒｆｍｄの一端を接続し、帰還容量Ｃｆｍｄの他端に帰還抵抗Ｒｆｍｄの他端及び主増幅器Ｕｍｄの出力を接続している。
【0191】
図１３（Ｇ）の場合、（ＲｇｍｄとＲｆｍｄの並列抵抗）≪Ｒｆｃｍｄとする必要がある。又は、図１３（Ｈ）のように、利得抵抗Ｒｇｍｄの一端と抵抗Ｒｆｃｍｄの他端との間にバッファアンプＢｕｆを追加すれば、このような抵抗値の関係にする必要はない。図１３（Ｈ）のＢｕｆの利得はＢとし、図１３（Ｇ）ではＢ＝１とする。このときの直流閉ループ利得ＡＣＬｍｄは式（１５）のように表すことができ、カットオフ周波数ｆｃｍｄは式（１６）のように表すことができ、単一利得周波数ｆＴｍｄは式（１７）のように表すことができる。なお、式（１６）２行目の簡略化した式はＡＣＬｍｄが１よりも十分に大きいとき、一例としてＡＣＬｍｄが１００以上のときである。
【0192】
【数15】
【0193】
【数16】
【0194】
【数17】
【0195】
図１３（Ｇ）や図１３（Ｈ）において、ＲｇｍｄとＲｆｍｄの一方又は両方を可変とすると利得の制限幅だけが変化し、ＲｆｃｍｄとＣｆｍｄの一方又は両方を可変とすると帯域の制限幅だけが変化する。一例として、ＲｇｍｄとＲｆｃｍｄを可変にすれば、利得の制限幅と帯域の制限幅を、各々独立して可変できる。
【0196】
【0197】
式（１６）からわかるように、カットオフ周波数ｆｃｍｄは、抵抗ｆｃｍｄと帰還容量Ｃｆｍｄで決まる周波数に対して、直流閉ループ利得ＡＣＬｍｄ分の一と低くなる。また、バッファアンプＢｕｆの利得Ｂが１以上の場合は、その分、カットオフ周波数ｆｃｍｄが高くなると共に、式（１７）からわかるように単一利得周波数ｆＴｍｄも同様に高くなる。
【0198】
ここでは、基本回路－３（図６（Ａ））の主増幅回路を例として、利得制限や帯域制限を行う場合を例示したが、他の基本回路や、応用回路を含み、全ての主増幅回路に対しても同様に、利得制限や帯域制限を行うことができる。即ち、主増幅回路の利得制限や帯域制限は、主増幅回路を備えている本発明の全ての回路に適用可能である。
【0199】
＜３．２ 帯域制限増幅回路の直流利得制限や帯域の調整と、総合直流利得の可変や切替＞
【0200】
主増幅回路の直流利得の制限や帯域の制限の回路手法は、前述の各種の帯域制限増幅回路についても同様に適用可能である。
【0201】
まず、帯域制限増幅回路の帯域制限について説明する。
【0202】
本発明のように利得－周波数特性を積み重ねる場合は、まず、積み重ねの基本部分となる主増幅回路の帯域を安定させることが必要なので、主増幅回路に帯域制限をかけることが望ましい。さらに、主増幅回路の直流利得が変化するとそれに伴ってカットオフ周波数も変化するので、主増幅回路には、帯域制限だけでなく利得制限をかけて帯域を安定させることも望ましい。
【0203】
帯域制限と利得制限によって主増幅回路の利得と帯域を安定させた上で、さらに帯域制限増幅回路の帯域を調整して利得－周波数特性が全体として直線的になるように積み重ねるためには、帯域制限増幅回路の帯域制限の可変も必要となる。
【0204】
帯域制限増幅回路は帰還容量を含んでいるため、帰還抵抗だけを含む図１３（Ａ）の主増幅回路の回路方式は適用外である。帰還容量を含んでいる図１３（Ｃ）の主増幅回路は、基本的に帯域制限増幅回路の回路方式と同様なので、帯域制限の可変も同様の考え方を適用可能である。
【0205】
帰還容量と帰還抵抗を含んでいる図１３（Ｅ）の主増幅回路の回路方式や、さらに抵抗Ｒｆｃｍｄを含んでいる図１３（Ｇ）や図１３（Ｈ）の主増幅回路の回路方式を、帯域制限増幅回路の回路に適用することも可能であり、帯域制限の可変も同様の考え方も同様に適用可能である。図１３（Ｇ）や図１３（Ｈ）の主増幅回路は、利得と帯域を独立して可変することが容易なので、より好ましい場合がある。
【0206】
前述の通り、式（１６）からわかるように、カットオフ周波数ｆｃｍｄは、抵抗ｆｃｍｄと帰還容量Ｃｆｍｄで決まる周波数に対して、直流閉ループ利得ＡＣＬｍｄ分の一と低くなる。本発明における帯域制限増幅回路のカットオフ周波数は特に低くなる場合が多く、図１３（Ｅ）の主増幅回路の回路方式を帯域制限増幅回路に適用すると、帰還容量Ｃｆｉが大きくなりがちである。帰還容量Ｃｆｉが大きいときにＣｆｉを可変しようとすると、並列に接続するトリマコンデンサのような可変容量も大きくする必要が生じるが、市販されているトリマコンデンサの最大容量は一般的に数十ｐＦまでのため、十分な可変量が得られない場合がある。このような場合に図１３（Ｇ）や図１３（Ｈ）の主増幅回路の回路方式を、帯域制限増幅回路の回路に適用すると、直流閉ループ利得ＡＣＬｍｄの分、帰還容量Ｃｆｉを小さくすることができるので、市販されているトリマコンデンサによって十分な可変量を確保できるという効果がある。
【0207】
次に、利得制限について説明する。
【0208】
帯域制限増幅回路の利得制限や可変を行う場合も、帰還容量と帰還抵抗を含んでいる図１３（Ｅ）の主増幅回路や、さらに抵抗Ｒｆｃｍｄを含んでいる図１３（Ｇ）や図１３（Ｈ）の主増幅回路を、帯域制限増幅回路の回路に適用することが可能であり、利得制限の可変も同様の考え方も同様に適用可能である。図１３（Ｇ）や図１３（Ｈ）の主増幅回路は、利得と帯域を独立して可変することが容易なので、より好ましい場合がある。
【0209】
帯域制限増幅回路を一つで構成する場合、主増幅回路の直流利得が一定で安定していれば、帯域制限増幅回路の利得によって全体の直流閉ループ利得が決まる。言い換えると、全体の直流閉ループ利得を可変したい場合は、帯域制限増幅回路の利得制限によって利得を可変することが必要となる。
【0210】
例示した各種の応用回路のように帯域制限増幅回路を複数で構成する場合は、最も低い周波数を担当する帯域制限増幅回路によって全体の直流利得を可変し、他の帯域制限増幅回路の利得や帯域は固定で安定させることによって、安定して増幅回路全体の直流利得を可変できるようにすることが好ましい。一例として、最も低い周波数を担当する帯域制限増幅回路には図１３（Ｇ）や図１３（Ｈ）の主増幅回路の回路方式を適用して利得をある程度広範囲に可変できるようにし、他の周波数を担当する帯域制限増幅回路には図１３（Ｅ）の主増幅回路を適用して主増幅回路に積み重なるように半固定的な可変を行うというような使い分けも考えられる。
【0211】
主増幅回路及び帯域制限増幅回路の利得や帯域は、前述のような様々な可変方式を用いて連続的に可変するだけでなく、要求される性能に合わせて抵抗素子や容量素子をスイッチで切り替えることによって不連続的に可変することもでき、さらに連続的な可変を併用することも有用である。
【0212】
＜３．３ 入力バッファの追加＞
【0213】
図１４（Ａ）には、基本回路－１の入力に、バッファアンプＢｕｆを追加した例を示している。基本回路－１（図２（Ａ））の入力はＵｉ’の非反転入力に接続されているため、入力インピーダンスが高いので、入力インピーダンスが低いことが問題になる場合は少ない。しかし、より入力インピーダンスの高いバッファアンプを入力に追加することによって、さらに入力インピーダンスを高くすることも可能である。
【0214】
図１４（Ｂ）には、基本回路－３の入力に、バッファアンプＢｕｆを追加した例を示している。基本回路－３（図６（Ａ））の入力インピーダンスはＲｇｉが支配的となり、入力インピーダンスが低いことが問題になる場合がある。このような場合は、入力インピーダンスの高いバッファアンプを入力に追加することによって、入力インピーダンスを高くすることができ、効果的である。
【0215】
図１４（Ａ）や図１４（Ｂ）のようなバッファアンプＢｕｆの追加は、基本回路や応用回路を含む本発明の回路に広く適用可能である。さらに、前述のように利得制限や帯域制限のような変形や、後述のその他の変形を追加した場合も同様に、適用可能である。
【0216】
このようなバッファアンプＢｕｆの一例として、図１４（Ｃ）のように演算増幅器Ｕｂの出力と反転入力を接続した回路が挙げられる。このような回路は、ボルテージフォロアと呼ばれており、Ｕｂの出力と反転入力の間に他の素子を接続する場合もある。Ｕｂの開ループ利得が十分に大きい場合は、Ｂｕｆの利得は１になる。
【0217】
バッファアンプＢｕｆには、１よりも大きい利得を持たせることも可能であり、増幅回路全体の利得をその分増強できる。このようなバッファアンプＢｕｆの一例として、図１４（Ｄ）のような演算増幅器Ｕｂを用いた非反転増幅器が挙げられる。Ｕｂの開ループ利得が十分に大きい場合は、Ｂｕｆの利得は｛１＋（Ｒｆｂ／Ｒｇｂ）｝となる。
【0218】
必要があれば、バッファアンプＢｕｆの出力に図不示のアッテネータを追加することによって、その利得を低減させることも可能である。
【0219】
以上説明した基本回路、応用回路や、例示した変形は、さらに様々な変形が可能である。帯域制限増幅回路の出力を主増幅回路の出力に加算することによって、帯域制限増幅回路の利得－周波数特性や主増幅回路の利得－周波数特性を積み重ねる動作をする回路は全て、本発明の技術的思想の範囲内である。
【0220】
＜３．４ その他の回路の変形等＞
【0221】
その他、本発明と併用可能な変形の例を下記に列挙する。
【0222】
特許文献３に示されている、等価的に端子間容量をゼロとした抵抗を実現する帰還回路は、本発明における各種の帰還抵抗として自由に適用可能であり、適用すると好適な場合がある。
【0223】
特許文献３に示されている、等価的に小容量とすることができ、かつ調整可能な容量を実現する帰還回路（第７の実施の形態）も、本発明における各種の帰還容量として自由に適用可能であり、適用すると好適な場合がある。
【0224】
増幅器を示す三角記号は、一般的には、集積回路による演算増幅器やバッファアンプを示す場合が多いが、ディスクリート素子で構成された増幅器なども含むものとする。
【0225】
＜４．電流増幅回路への適用＞
【0226】
＜４．１ 電流増幅回路への適用＞
【0227】
図１５には、基本回路－３に帰還抵抗Ｒｆを接続して、電流増幅回路とした例を示している（図１（Ｄ）参照）。この場合、抵抗Ｒｇｉは帰還抵抗Ｒｆよりも十分に大きい必要があるが、図１４（Ｂ）のようにバッファアンプを用いれば、抵抗Ｒｇｉは制約を受けない。
【0228】
帰還回路Ｒｆによる電流増幅回路は、基本回路－３に限定するものではなく、基本回路や応用回路を含む本発明の回路に広く適用可能であり、さらに前述の各種変形を行った場合にも、同様に適用可能である。
【0229】
基本回路－３の－Ｖｉｎは演算増幅器の反転入力に相当し、Ｖｏｕｔから帰還抵抗Ｒｆを介して負帰還をかけることによって、基本回路－３は図１５のように電流増幅器として動作するようになる。この場合、－Ｖｉｎは電流増幅器の電流入力として機能するようになるので、－Ｉｉｎに名称が変わっている。
【0230】
括弧内に示している帰還容量Ｃｆは、必要に応じて追加可能な素子である。電流増幅回路の周波数特性は、－Ｉｉｎと基準電位の間に接続される容量Ｃｓの影響を受ける。即ち、Ｃｓの値によっては、周波数特性にピークを持ったり、周波数特性の肩特性がなだらかになりすぎたりする場合がある。さらに周波数特性のピークが大きい場合には、回路が発振してしまう場合もある。このようなＣｓを補償するためには、帰還容量Ｃｆとして意図的に容量素子を接続する場合がある。なお、Ｃｓは、電流増幅回路の入力に接続するセンサやケーブルによって異なる場合があるので、Ｃｓの違いや変化に合わせてＣｆを調整したり切り替えたりする必要が生じる場合もある。
【0231】
＜４．２ 電流増幅回路の入力インピーダンス＞
【0232】
図１６（Ａ）に、演算増幅器Ｕを用いた一般的な電流増幅回路（ＩＶアンプ）の基本的な回路を示す。演算増幅器Ｕの出力と反転入力の間には、帰還抵抗Ｒｆと帰還容量Ｃｆの並列回路が接続されており、Ｃｆによって帯域制限されている。Ｃｆは、意図的に接続する容量素子に加えて、Ｒｆの電極間容量、浮遊容量も含んでいる。
【0233】
図１６（Ｂ）には、Ｃｆによって帯域制限された利得ＧＯＬの利得－周波数特性を示している。直流から低周波領域において、ＧＯＬはＵの直流開ループ利得ＡＯＬとなり、カットオフ周波数ｆｃよりも高い周波数においては２０ｄＢ／ディケード（≒６ｄＢ／オクターブ）で降下し、単一利得周波数はｆＴである。なお、ＡＯＬは１よりも十分に大きいとし、これを前提として下記の式（１８）と式（１９）を簡略化している。
【0234】
図１６（Ｃ）には、この電流増幅回路の入力インピーダンスＺｉｎを示している。
【0235】
直流から低周波領域（ｆｃよりも低い周波数領域）における入力インピーダンスＺｉｎＬは、ＲｆとＡＯＬによって式（１８）のように表すことができる。図１６（Ｃ）には、「Ｒｆで決まる領域」と表示している。
【0236】
【数18】
【0237】
理想的な電流増幅回路の入力インピーダンスはゼロである。即ち、式（１８）からわかるように、ＡＯＬが大きければ大きいほど、直流から低周波領域において理想的な電流増幅回路を実現できることになる。本発明は等価的に大きなＡＯＬの増幅回路を実現するものなので、より理想的に近い電流増幅回路を実現することができるという効果を有している。
【0238】
一方、ｆｃよりも高い周波数領域における入力インピーダンスＺｉｎＨは、ＣｆとｆＴによって式（１９）のように表すことができる。（図１６（Ｃ）には、「Ｃｆで決まる領域」と表示している。）Ｃｆを調整したり切り替えたりすると、ＺｉｎＨが図１６（Ｃ）のように変化する。
【0239】
【数19】
【0240】
ここで、ＺｉｎＬ＝ＺｉｎＨとなるようにすれば、ｆＴよりも低い周波数においては、電流増幅回路の入力インピーダンスＺｉｎは周波数によらず一定となる。より高い周波数でｆＴに近づくと、Ｚｉｎは下がり始める。周波数の上昇に従いインピーダンスが上昇する場合はインダクタンス性、周波数の上昇に従いインピーダンスが下降する場合は容量性であり、周波数が変化してもインピーダンスが変化しないのは抵抗性である。即ち、入力インピーダンスＺｉｎが周波数によらず一定というのは、Ｚｉｎが抵抗性に見えるということであり、望ましい特性である。
【0241】
式（１８）と式（１９）から、ＺｉｎＬ＝ＺｉｎＨとなる条件は式（２０）のように表すことができる。
【0242】
【数20】
【0243】
ここでは、演算増幅器Ｕを用いた一般的な電流増幅回路の入力インピーダンスについて説明したが、これらの内容は、本発明による増幅回路を用いた電流増幅回路についても同様である。しかし、演算増幅器ＵのｆＴやＡＯＬは一般的に固定されており、しかも温度等によって変化してしまう場合が多い。これに対して本発明による増幅回路では前述のように、ｆＴやＡＯＬを可変とすることが容易である。即ち、本発明による増幅回路を用いれば、周波数によらず一定入力インピーダンスＺｉｎの電流増幅回路を容易に実現できるという効果を有している。
【0244】
＜４．２ 入力インピーダンスが純抵抗に見える電流増幅回路＞
【0245】
前述のように、Ｃｆを調整したり切り替えたりする場合に、ＺｉｎＬ＝ＺｉｎＨを保ってＺｉｎを周波数によらず一定にするためには、式（２０）から分かるように、Ｃｆに比例してＡＯＬを変化させればよい。
【0246】
本発明は、直流開ループ利得を増強した増幅回路を実現していると同時に、増幅回路全体の直流開ループ利得ＡＯＬだけを容易に可変できるという効果も有しているので、その具体的な一例を図１７に示す。
【0247】
図１７は、基本的な回路構成は応用回路－１（図１０（Ａ））としており、帰還抵抗Ｒｆと帰還容量Ｃｆを追加することによって電流増幅器（図１５）を構成している。差動型主増幅回路には、図１３（Ｅ）の利得制限と帯域制限を施しており、反転型帯域制限増幅回路にも主増幅回路と同様の回路方式の利得制限と帯域制限を施している。非反転型帯域制限増幅回路には、図１３（Ｇ）における主増幅回路と同様の回路方式の利得制限と帯域制限を施しているので、Ｒｇｉ’によって利得制限を容易に可変できるようになっている。
【0248】
差動型主増幅回路の利得制限と帯域制限、反転型帯域制限増幅回路の利得制限と帯域制限、及び、非反転型帯域制限増幅回路の帯域制限は、各々、積み重ねが実現されるように調整されているものとする。この場合、増幅回路全体の直流開ループ利得ＡＯＬは、非反転型帯域制限増幅回路の利得制限の大小によって可変できる。
【0249】
一例として、－Ｉｉｎと基準電位の間の容量Ｃｓに応じて帰還容量Ｃｆを調整する場合に、Ｚｉｎを周波数によらず一定にするためには、Ｒｇｉ’によって増幅回路全体の直流開ループ利得ＡＯＬを調整して式（２０）を満たすようにすればよい。例えば、接続するセンサによってＣｓが何種類か異なるような場合には、ＣｆとＲｇｉ’を何種類か切替可能としておくことも好ましい。
【符号の説明】
【0250】
Ｒｇｍｄ 利得抵抗
Ｒｆｍｄ 帰還抵抗
Ｒｆｃｍｄ 抵抗
Ｃｆｍｄ 帰還容量
Ｂｕｆ バッファアンプ
Ｒｆｍｄ 帰還抵抗
Ｒｆｃｍｄ 抵抗
Ｃｆｍｄ 帰還容量
Ｂｕｆ バッファアンプ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13(A)】
【図13(B)】
【図13(C)】
【図13(D)】
【図13(E)】
【図13(F)】
【図13(G)】
【図13(H)】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】