JPH09307364A

JPH09307364A - 同調増幅器

Info

Publication number: JPH09307364A
Application number: JP14102896A
Authority: JP
Inventors: Akira Okamoto; 明岡本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】集積化に適しており、同調周波数、同調周波
数における利得、最大減衰量を互いに干渉しあうことな
く調整することができる同調増幅器を提供する。【解決手段】出力が入力側に帰還されたオペアンプを
含む移相回路１１０Ｃおよび１３０Ｃを縦続接続する。
後段の移相回路１３０Ｃの出力は帰還抵抗１７０を介し
て前段の移相回路１１０Ｃの入力側に帰還される。前段
の移相回路１１０Ｃの内部には時定数が変更可能なＣＲ
回路が設けられ、この時定数を変更することで同調周波
数が可変される。後段の移相回路１３０Ｃ内のオペアン
プ１３２の非反転入力端子には入力抵抗１７４を介して
入力信号が入力され、入力信号に含まれる所定の周波数
成分の信号が所定の増幅度で増幅されて移相回路１３０
Ｃから出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、集積化が容易な
同調増幅器に関し、特に、同調周波数と最大減衰量とを
互いに干渉することなく、任意に調整し得る同調増幅器
に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
から、能動素子およびリアクタンス素子を使用した各種
の同調増幅器が提案され実用化されている。

【０００３】例えばＬＣ共振を利用した従来の同調増幅
器は、同調周波数を調整するとＬＣ回路に依存するＱと
利得が変化し、最大減衰量を調整すると同調周波数が変
化し、最大減衰量を調整すると同調周波数における利得
が変化するという特徴を有する。したがって、従来の同
調増幅器においては、同調周波数、同調周波数における
利得、最大減衰量Ｃ１、Ｃ２を互いに干渉しあうことな
く調整することは極めて困難であった。また、同調周波
数および最大減衰量を調整し得る同調増幅器を集積回路
によって形成することは困難であった。

【０００４】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は集積化に適しており、同調周
波数、同調周波数における利得、最大減衰量を互いに干
渉しあうことなく調整することができ、特に同調周波数
を可変したときに出力振幅の変化を抑えることができる
同調増幅器を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の同調増幅器は、出力が入力側に帰還
された差動増幅器をそれぞれ含む全域通過型の２つの移
相回路を縦続接続し、いずれかの差動増幅器の反転入力
端子あるいは非反転入力端子に入力信号を入力する。差
動増幅器の出力は入力側に帰還されているため、非反転
入力端子あるいは反転入力端子に入力された入力信号に
含まれる所定の周波数成分の信号は所定の増幅度で増幅
されて同調信号として取り出される。

【０００６】請求項２の同調増幅器内部の少なくとも一
方の移相回路は、直列回路を構成するリアクタンス素子
と第３の抵抗との接続部を差動増幅器の非反転入力端子
に接続し、他方の移相回路の出力を第１の抵抗を介して
差動増幅器の反転入力端子に入力するとともに、差動増
幅器の反転入力端子と出力端子との間に第２の抵抗を接
続するため、直列回路の時定数を変えることで、同調周
波数を任意に変更できる。また、第１および第２の抵抗
の抵抗比を調整することで、容易に移相回路の利得を１
より大きくすることができる。

【０００７】請求項３の同調増幅器内部の少なくとも一
方の移相回路は、差動増幅器の出力端子に第１の分圧回
路を接続し、この第１の分圧回路を介して他方の移相回
路の出力を差動増幅器の入力側に帰還させるため、第１
および第２の抵抗の抵抗比を１に設定しても、移相回路
の利得を１以上に設定できる。

【０００８】請求項４の同調増幅器内部の少なくとも一
方の移相回路は、差動増幅器の反転入力端子に接続され
他方端が接地された第３の抵抗を設けるため、第１の抵
抗と第２の抵抗の抵抗比を１以外に設定しても、同調出
力の振幅変動を抑制できる。

【０００９】請求項５の同調増幅器は、２つの移相回路
内の直列回路を構成する抵抗の少なくとも一方を可変抵
抗により形成するため、この可変抵抗の抵抗値を変える
ことで直列回路の時定数を任意に変更でき、同調周波数
を簡易に調整できる。

【００１０】請求項６の同調増幅器は、縦続接続された
２つの移相回路によって形成される閉ループの一部に非
反転回路を挿入するため、移相回路を通過することによ
って損失が生じても非反転回路で利得を稼ぐことができ
る。

【００１１】請求項７の同調増幅器は、縦続接続された
２つの移相回路によって形成される閉ループの一部に位
相反転回路を挿入するため、移相回路を通過することに
よって損失が生じても位相反転回路で利得を稼ぐことが
できる。

【００１２】請求項８の同調増幅器は、２つの移相回路
によって形成される閉ループの一部に第２の分圧回路を
接続し、第２の分圧回路に入力される交流信号を同調信
号として出力するため、第２の分圧回路の分圧比に応じ
て同調信号を増幅して出力できる。

【００１３】請求項９の同調増幅器は、入力インピーダ
ンス素子を介して入力信号を入力し、帰還インピーダン
ス素子を介して帰還信号を入力するため、例えば入力イ
ンピーダンス素子と帰還インピーダンス素子とのインピ
ーダンス比を変えることにより、同調帯域幅の変更が可
能となる。

【００１４】請求項１０の同調増幅器は、縦続接続され
た２つの移相回路によって形成される閉ループの一部に
トランジスタによるホロワ回路を挿入するため、入力イ
ンピーダンスに起因する損失の発生を抑制できる。

【００１５】請求項１１の同調増幅器は、差動増幅器と
して演算増幅器を用いるため、同調動作を安定させるこ
とができる。

【００１６】請求項１２の同調増幅器は、構成部品を半
導体基板上に一体形成するため、同調増幅器全体を例え
ば１チップに収めることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る同調増幅器の
一実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明
する。

【００１８】〔第１の実施形態〕図１は、同調増幅器の
第１の実施形態の構成を示す回路図である。同図に示す
同調増幅器１は、２つの移相回路１１０Ｃ、１３０Ｃ
と、帰還抵抗１７０とを含んで構成されている。移相回
路１１０Ｃ、１３０Ｃはそれぞれ、入力される交流信号
の位相を所定量ずつシフトさせるものであり、２つの移
相回路１１０Ｃ、１３０Ｃを合わせた位相シフト量は所
定の周波数において３６０°に設定される。

【００１９】前段の移相回路１１０Ｃは、キャパシタ１
１４と、可変抵抗１１６と、抵抗１１８、１２０、１２
１、１２３とを含んで構成されている。オペアンプ１１
２の反転入力端子には、抵抗１１８を介して後段の移相
回路１３０Ｃからの帰還信号が入力され、オペアンプ１
１２の非反転入力端子には、キャパシタ１１４および可
変抵抗１１６からなるＣＲ回路が接続されている。オペ
アンプ１１２の出力端には、抵抗１２１および抵抗１２
３からなる分圧回路が接続され、分圧回路の分圧出力端
とオペアンプ１１２の反転入力端子との間には抵抗１２
０が接続されている。また、抵抗１１８と抵抗１２０の
抵抗値は同じに設定されている。

【００２０】このような構成を有する前段の移相回路１
１０Ｃの伝達関数Ｋ1 は、Ｋ1 ＝−ａ₁（１−Ｔ₁ｓ）／（１＋Ｔ₁ｓ）・・・(1) となる。Ｔ₁ は可変抵抗１１６とキャパシタ１１４から
なるＣＲ回路の時定数、ｓ＝ｊω、ａ₁ は移相回路１１
０Ｃの利得であってａ₁ ＝（１＋Ｒ21／Ｒ23）＞１であ
る。ただし、Ｒ21は抵抗１２１の抵抗値、Ｒ23は抵抗１
２３の抵抗値である。

【００２１】（１）式から明らかなように、移相回路１
１０Ｃは全域通過回路であり、その出力電圧Ｅo の振幅
は周波数に関係なく一定であって、位相シフト量φ1 は
入力信号の周波数に応じて１８０°から３６０°まで変
化する。また、移相回路１１０Ｃは、Ｒ21およびＲ23の
値を調整することにより１より大きな利得を得ることが
できる。

【００２２】一方、図１に示す後段の移相回路１３０Ｃ
は、オペアンプ１３２と、キャパシタ１３４および抵抗
１３６からなるＣＲ回路と、抵抗１４１および抵抗１４
３からなる分圧回路と、抵抗１３８と、抵抗１４０とを
含んで構成されている。移相回路１３０Ｃは、キャパシ
タ１３４と抵抗１３６の接続の仕方が移相回路１１０Ｃ
と反対である点と、オペアンプ１３２の非反転入力端子
に入力抵抗１７４を介して入力信号が入力される点を除
いて移相回路１１０Ｃの構成と同じであり、抵抗１３８
と抵抗１４０の各抵抗値は同じに設定されている。

【００２３】このような構成を有する後段の移相回路１
３０Ｃにおいて、入力抵抗１７４を省略した場合の伝達
関数Ｋ2 は、Ｋ2 ＝ａ₂（１−Ｔ₂ｓ）／（１＋Ｔ₂ｓ）・・・(2) となる。Ｔ₂ はキャパシタ１３４と抵抗１３６からなる
ＣＲ回路の時定数、ｓ＝ｊω、ａ₂ は移相回路１３０Ｃ
の利得であってａ₂ ＝（１＋Ｒ41／Ｒ43）＞１である。
ただし、Ｒ41は抵抗１４１の抵抗値、Ｒ43は抵抗１４３
の抵抗値である。

【００２４】（２）式から明らかなように、移相回路１
３０Ｃは全域通過回路であり、その出力電圧Ｅo の振幅
は周波数に関係なく一定であって、位相シフト量φ2 は
入力信号の周波数に応じて０°から１８０°まで変化す
る。また、移相回路１３０Ｃは、Ｒ41およびＲ43の値を
調整することにより１より大きな利得を得ることができ
る。

【００２５】さらに、移相回路１３０Ｃ内のオペアンプ
１３２の非反転入力端子には入力抵抗１７４を介して入
力信号が入力されており、またオペアンプ１３２の出力
は抵抗１４０を介して入力側に帰還されているため、移
相回路１３０Ｃは入力信号に含まれる所定の周波数成分
のみを所定の増幅度で増幅することができる。

【００２６】このようにして、２つの移相回路１１０
Ｃ、１３０Ｃのそれぞれにおいて位相が所定量シフトさ
れ、２つの移相回路１１０Ｃ、１３０Ｃを合わせた位相
シフト量は所定の周波数において３６０°となる。した
がって、２つの移相回路１１０Ｃ、１３０Ｃを含んで形
成される閉ループのループゲインを１以下に設定するこ
とにより、上述した所定の周波数で同調増幅器１Ａは同
調動作を行う。

【００２７】図２は、同調増幅器１の出力端子１９２か
ら出力される同調信号の波形を示す図であり、シミュレ
ーションによる同調特性を示している。同図に示すよう
に、同調周波数での利得は０ｄＢを越えており、図１に
示す同調増幅器１が同調動作を行うとともに、信号振幅
の増幅作用を有することがわかる。

【００２８】このように、図１に示す同調増幅器は、２
つの移相回路１１０Ｃおよび１３０Ｃを縦続接続して位
相シフト量の合計が所定の周波数において３６０°にな
るようにし、かつ入力信号を後段の移相回路１３０Ｃ内
のオペアンプ１３２の非反転入力端子に直接入力するた
め、入力信号の中から所定の周波数成分のみを抽出する
同調動作とともに、抽出された信号成分を所定の増幅度
で増幅して出力することができる。特に、同調増幅器１
自体で同調と同時に増幅を行うことができれば、例えば
受信機等に用いた場合に後段に接続する増幅回路を削減
あるいは簡略化することができる。

【００２９】また、図１に示す同調増幅器１は、移相回
路１１０Ｃ内の抵抗１１８と抵抗１２０の抵抗値を同じ
値に設定するとともに、移相回路１３０Ｃ内の抵抗１３
８と抵抗１４０の抵抗値を同じ値に設定するため、同調
周波数を変えても振幅が変動することはなく、ほぼ一定
の振幅を有する同調信号が得られる。

【００３０】また、同調増幅器１は、オペアンプ、キャ
パシタおよび抵抗を組み合わせて構成しており、すべて
の構成素子を半導体基板上に形成することができる。

【００３１】なお、図１では、帰還抵抗１７０と入力抵
抗１７４の抵抗値を固定にしているが、少なくとも一方
の抵抗を可変抵抗に置き換えて、帰還抵抗１７０と入力
抵抗１７４の抵抗比ｎを変更できるようにしてもよい。
これにより、同調増幅器１から出力される同調信号のＱ
を調整できる。

【００３２】なお、移相回路１１０Ｃと移相回路１３０
Ｃを縦続接続する際には、各移相回路内のオペアンプ１
１２あるいは１３２の出力端に接続された分圧回路のう
ち、いずれか一方の分圧回路を省略し、あるいは分圧比
を１に設定してもよい。

【００３３】また、図１に示す同調増幅器１では、後段
の移相回路１３０Ｃ内のオペアンプ１３２の非反転入力
端子に入力抵抗１７４を介して入力信号を注入している
が、入力信号の注入箇所はオペアンプ１３２の非反転入
力端子に限定されず、前段の移相回路１１０Ｃ内のオペ
アンプ１１２の反転入力端子あるいは非反転入力端子、
あるいは後段の移相回路１３０Ｃ内のオペアンプ１３２
の反転入力端子でもよい。これらのいずれに入力信号を
注入する場合でも、オペアンプ１１２あるいは１３２の
出力が入力側に帰還されていることから、入力信号に含
まれる所定の周波数成分の信号を所定の増幅度で増幅し
て出力できる。

【００３４】〔第２の実施形態〕図１に示した同調増幅
器１は、移相回路１１０Ｃおよび１３０Ｃの内部にそれ
ぞれＣＲ回路を含んでいるが、ＣＲ回路の代わりにＬＲ
回路を含む移相回路を用いて同調増幅器を構成してもよ
い。

【００３５】図３はＬＲ回路を含む移相回路の構成を示
す回路図であり、図１に示した同調増幅器１の前段の移
相回路１１０Ｃと置き換え可能な構成が示されている。
同図に示す移相回路１１０Ｌは、図１に示した移相回路
１１０Ｃ内のキャパシタ１１４と可変抵抗１１６からな
るＣＲ回路を、可変抵抗１１６とインダクタ１１７から
なるＬＲ回路に置き換えたものである。その他の構成は
移相回路１１０Ｃと同じであり、移相回路１１０Ｌの伝
達関数および位相シフト量も移相回路１１０Ｃと同じで
ある。

【００３６】図４は、ＬＲ回路を含む移相回路の他の構
成を示す回路図であり、図１に示した同調増幅器１の後
段の移相回路１３０Ｃと置き換え可能な構成が示されて
いる。同図に示す移相回路１３０Ｌは、図１に示した移
相回路１３０Ｃ内のキャパシタ１３４と抵抗１３６から
なるＣＲ回路を、抵抗１３６とインダクタ１３７からな
るＬＲ回路に置き換えたものである。その他の構成は移
相回路１３０Ｃと同じであり、移相回路１３０Ｌの伝達
関数および位相シフト量も移相回路１３０Ｃと同じであ
る。

【００３７】このように、図３に示す移相回路１１０Ｌ
は図１に示す移相回路１１０Ｃに等価であり、図４に示
す移相回路１３０Ｌは図１に示す移相回路１３０Ｃと等
価であるため、図１および図３に示した移相回路１１０
Ｃ、１３０Ｃのいずれか一方、あるいは両方を移相回路
１１０Ｌ、移相回路１３０Ｌに置き換えることができ
る。移相回路１１０Ｃ、１３０Ｃの両方を移相回路１１
０Ｌ、１３０Ｌに置き換えた場合には、同調増幅器全体
を集積化することにより、同調周波数の高周波化が容易
になる。

【００３８】また、２つの移相回路１１０Ｃ、１３０Ｃ
のいずれか一方のみを移相回路１１０Ｌあるいは１３０
Ｌに置き換えた場合であって、ＬＲ回路を構成するイン
ダクタを含めて、あるいはこのインダクタを除く同調増
幅器全体を集積化した場合には、温度変化による同調周
波数の変動を防止する、いわゆる温度補償が可能とな
る。

【００３９】〔第３の実施形態〕図５は、同調増幅器の
第３の実施形態を示す回路図である。同図に示す同調増
幅器１Ａ内部の前段の移相回路２１０Ｃは、オペアンプ
１１２の出力を分圧回路を介さずに前段側に帰還させて
いる点と、抵抗１１８′の抵抗値よりも抵抗１２０′の
抵抗値を大きく設定した点と、オペアンプ１１２の反転
入力端子に一端が接地された抵抗１１９を接続した点で
図１に示す移相回路１１０Ｃと異なり、伝達関数および
位相シフト量は移相回路１１０Ｃと基本的に同じであ
る。移相回路２１０Ｃは、抵抗１１８′よりも抵抗１２
０′の抵抗値を大きく設定しているため、移相回路２１
０Ｃ内部に分圧回路がなくても十分な利得を得ることが
できる。

【００４０】同様に、後段の移相回路２３０Ｃは、オペ
アンプ１３２の出力を分圧回路を介さずに前段側に帰還
させている点と、抵抗１３８′の抵抗値よりも抵抗１４
０′の抵抗値を大きく設定している点と、オペアンプ１
３２の反転入力端子に一端が接地された抵抗１３９を接
続した点で図１に示す移相回路１３０Ｃと異なり、入力
抵抗１７４を省略した場合の伝達関数と位相シフト量は
移相回路１３０Ｃと基本的に同じである。移相回路２３
０Ｃは、抵抗１３８′よりも抵抗１４０′の抵抗値を大
きく設定しているため、移相回路２３０Ｃ内部に分圧回
路がなくても十分な利得を得ることができる。

【００４１】抵抗１１９と抵抗１３９は、移相回路２１
０Ｃおよび２３０Ｃの利得の変動を抑えるために設けら
れており、抵抗１１９および１３９の抵抗値Ｒは、
（３）式に従って設定するのが望ましい。ただし、
（３）式では、抵抗１１８′あるいは抵抗１３８′の抵
抗値をｒ、抵抗１２０′あるいは抵抗１４０′の抵抗値
をｍｒとしている。

【００４２】Ｒ＝ｍｒ／（ｍ−１）・・・(3) なお、図５に示した同調増幅器１Ａは、２つの移相回路
２１０Ｃ、２３０Ｃのそれぞれに抵抗１１９あるいは１
３９を接続することにより、同調周波数を可変したとき
の振幅変動を防止したが、上述した抵抗１１９、１３９
を取り除いて同調増幅器を構成することもできる。ある
いは、抵抗１１９あるいは１３９の一方のみを取り除い
て同調増幅器を構成してもよい。

【００４３】また、図５に示す同調増幅器１Ａでは、後
段の移相回路１３０Ｃ内のオペアンプ１３２の非反転入
力端子に入力抵抗１７４を介して入力信号を注入してい
るが、入力信号の注入箇所はオペアンプ１３２の非反転
入力端子に限定されず、前段の移相回路１１０Ｃ内のオ
ペアンプ１１２の反転入力端子あるいは非反転入力端
子、あるいは後段の移相回路１３０Ｃ内のオペアンプ１
３２の反転入力端子でもよい。これらのいずれに入力信
号を注入する場合でも、オペアンプ１１２あるいは１３
２の出力が入力側に帰還されていることから、入力信号
に含まれる所定の周波数成分の信号を所定の増幅度で増
幅して出力できる。

【００４４】〔第４の実施形態〕図５に示す同調増幅器
１Ａでは、各移相回路の内部にＣＲ回路を含む例を説明
したが、ＣＲ回路の代わりにＬＲ回路を内部に含む移相
回路を用いて同調増幅器を構成してもよい。

【００４５】図６は、ＬＲ回路を含む移相回路の構成を
示す回路図であり、図５に示した同調増幅器１Ａの前段
の移相回路２１０Ｃと置き換え可能な構成が示されてい
る。同図に示す移相回路２１０Ｌは、図５に示した前段
の移相回路２１０Ｃ内のキャパシタ１１４と可変抵抗１
１６からなるＣＲ回路を、可変抵抗１１６とインダクタ
１１７からなるＬＲ回路に置き換えたものである。その
他の構成は移相回路２１０Ｃと同じであり、移相回路２
１０Ｌの伝達関数および位相シフト量も移相回路２１０
Ｃと同じである。

【００４６】一方、図７はＬＲ回路を含む移相回路の他
の構成を示す回路図であり、図１に示した同調増幅器１
Ａの後段の移相回路２３０Ｃと置き換え可能な構成が示
されている。同図に示す移相回路２３０Ｌは、図５に示
した後段の移相回路２３０Ｃ内の抵抗１３６とキャパシ
タ１３４からなるＣＲ回路を、インダクタ１３７と抵抗
１３６からなるＬＲ回路に置き換えたものである。その
他の構成は移相回路２３０Ｃと同じであり、移相回路２
３０Ｌの伝達関数および位相シフト量も移相回路２３０
Ｃと同じである。

【００４７】このように、図６に示す移相回路２１０Ｌ
は図５に示す移相回路２１０Ｃと等価であり、図７に示
す移相回路２３０Ｌは図５に示す移相回路２３０Ｃと等
価であるため、図５に示した２つの移相回路２１０Ｃ、
２３０Ｃのいずれか一方、あるいは両方を移相回路２１
０Ｌ、２３０Ｌに置き換えることができる。

【００４８】移相回路２１０Ｃ、２３０Ｃの両方を移相
回路２１０Ｌ、２３０Ｌに置き換えた場合には、同調増
幅器全体を集積化することにより同調周波数の高周波化
が容易となる。また、２つの移相回路２１０Ｃ、２３０
Ｃのいずれか一方を移相回路２１０Ｌあるいは２３０Ｌ
に置き換えた場合には、温度変化に対する同調周波数の
変動を抑制することができる。

【００４９】〔第５の実施形態〕上述した同調増幅器の
第１〜第４の実施形態において、２つの移相回路を縦続
接続して形成される閉ループの一部にトランジスタによ
るホロワ回路を接続してもよい。

【００５０】図８は、同調増幅器の第５の実施形態の構
成を示す回路図である。同図に示す同調増幅器１Ｂは、
図１に示した同調増幅器１内部の移相回路１１０Ｃの前
段側にトランジスタによるホロワ回路５０を挿入したも
のである。

【００５１】このホロワ回路５０は、ドレインが正電源
Ｖddに、ソースが抵抗５４を介して負電源Ｖssにそれぞ
れ接続されたＦＥＴ５２を含んで構成されている。な
お、ホロワ回路５０は、図８に示すようなソースホロワ
回路で形成する他に、エミッタホロワ回路で形成しても
よい。

【００５２】このように、縦続接続された２つの移相回
路の前段側にトランジスタによるホロワ回路５０を縦続
接続すれば、前段の移相回路の入力インピーダンスに起
因する損失を低減することができることから、図１等に
示した同調増幅器１等と比較して、帰還抵抗１７０の抵
抗値を大きくすることができる。特に、同調増幅器１Ｂ
等を半導体基板上に集積化する場合には、帰還抵抗１７
０等の抵抗値を小さくするには素子の占有面積を大きく
しなければならないため、ホロワ回路５０を接続して帰
還抵抗１７０等の抵抗値をある程度大きくするのが望ま
しい。

【００５３】また、図８に示す同調増幅器１Ｂでは、後
段の移相回路１３０Ｃ内のオペアンプ１３２の非反転入
力端子に入力抵抗１７４を介して入力信号を注入してい
るが、入力信号の注入箇所はオペアンプ１３２の非反転
入力端子に限定されず、前段の移相回路１１０Ｃ内のオ
ペアンプ１１２の反転入力端子あるいは非反転入力端
子、あるいは後段の移相回路１３０Ｃ内のオペアンプ１
３２の反転入力端子でもよい。これらのいずれに入力信
号を注入する場合でも、オペアンプ１１２あるいは１３
２の出力が入力側に帰還されていることから、入力信号
に含まれる所定の周波数成分の信号を所定の増幅度で増
幅して出力できる。

【００５４】〔第６の実施形態〕図１に示した同調増幅
器１では、２つの移相回路１１０Ｃと１３０Ｃを合わせ
た位相シフト量を３６０°としているが、縦続接続され
た移相回路１１０Ｃと１３０Ｃに、位相をシフトさせな
い非反転回路を接続して同調増幅器を構成してもよい。

【００５５】図９は、２つの移相回路の前段に非反転回
路１５０を接続した同調増幅器１Ｃの構成を示す回路図
である。同図に示す同調増幅器１Ｃ内部の移相回路３１
０Ｃ、３３０Ｃは、オペアンプ１１２あるいは１３２の
出力端子に分圧回路が接続されていない点を除いて図１
に示した各移相回路１１０Ｃ、１３０Ｃと同じ構成を有
しており、伝達関数および位相シフト量も移相回路１１
０Ｃ、１３０Ｃと同じである。ただし、（１）式におい
てａ₁ ＝１、（２）式においてａ₂ ＝１となる。

【００５６】非反転回路１５０は、非反転入力端子に後
段の移相回路３３０Ｃからの帰還信号が入力され反転入
力端子が抵抗１５４を介して接地されたオペアンプ１５
２と、このオペアンプ１５２の反転入力端子と出力端子
との間に接続された抵抗１５６とにより構成されてい
る。非反転回路１５０は、２つの抵抗１５４、１５６の
抵抗比によって定まる所定の利得を有する。

【００５７】２つの移相回路３１０Ｃ、３３０Ｃは利得
がともに１となる。したがって、図９に示す同調増幅器
１Ｃでは、上述した非反転回路１５０の利得を１より大
きな値に設定することにより、移相回路３１０Ｃの入力
側で生じる損失等を補って所定の同調を行わせている。

【００５８】〔第７の実施形態〕上述した各種の同調増
幅器は、２つの移相回路による位相シフト量の合計が３
６０°となる周波数で所定の同調動作を行っていたが、
基本的に同じ動作を行う２つの移相回路を組み合わせて
同調増幅器を構成し、２つの移相回路による位相シフト
量の合計が１８０°となる周波数で所定の同調動作を行
うようにしてもよい。

【００５９】図１０は同調増幅器の第７の実施形態を示
す回路図である。同図に示す同調増幅器１Ｄは、図９に
示した後段の移相回路３３０Ｃの代わりに、移相回路３
１０Ｃ内部の可変抵抗１１６を抵抗値が固定の抵抗に置
き換えた移相回路３１０Ｃ′を接続し、非反転回路１５
０の代わりに位相反転回路１８０を接続している。

【００６０】位相反転回路１８０は、後段の移相回路３
１０Ｃ′からの帰還信号が抵抗１８４を介して反転入力
端子に入力されるとともに非反転入力端子が接地された
オペアンプ１８２と、このオペアンプ１８２の反転入力
端子と出力端子との間に接続された抵抗１８６とにより
構成されている。抵抗１８４を介してオペアンプ１８２
の反転入力端子に帰還信号が入力されると、オペアンプ
１８２の出力端子からは位相が反転した逆相の信号が出
力され、この逆相の信号が前段の移相回路３１０Ｃに入
力される。また、この位相反転回路１８０は、２つの抵
抗１８４、１８６の抵抗比によって定まる所定の増幅度
を有しており、抵抗１８４の抵抗値より抵抗１８６の抵
抗値を大きくすることにより１より大きな利得が得られ
る。

【００６１】所定の周波数において、移相回路３１０Ｃ
および３１０Ｃ′によって位相が１８０°シフトされ、
しかも位相反転回路１８０によって位相が反転されるた
め、全体として、位相が一巡して位相シフト量が３６０
°となって所定の同調動作が行われる。

【００６２】〔第８の実施形態〕図１０に示した同調増
幅器１Ｄは、２つの移相回路３１０Ｃおよび３１０Ｃ′
を縦続接続する例を示したが、図１１に示すように、移
相回路３３０Ｃと、移相回路３３０Ｃ内部の抵抗１３６
を可変抵抗１３５に置き換えた移相回路３３０Ｃ′とを
縦続接続した場合も同調動作を行わせることができる。

【００６３】図１１に示す同調増幅器１Ｅでは、所定の
周波数において、２つの移相回路３３０Ｃ′および３３
０Ｃによって位相が１８０°シフトされ、しかも位相反
転回路１８０によって位相が反転されるため、全体とし
て、位相が一巡して位相シフト量が３６０°となって、
所定の同調動作が行われる。

【００６４】ところで、図９〜図１１に示した同調増幅
器１Ｃ、１Ｄ、１Ｅは、いずれも２つの移相回路をＣＲ
回路を含んで構成したが、ＬＲ回路を含んで構成するよ
うにしてもよい。例えば、図９に示した同調増幅器１Ｃ
において、前段の移相回路３１０Ｃを図３に示した移相
回路１１０Ｌから分圧回路を省略した移相回路に置き換
えるか、あるいは後段の移相回路３３０Ｃを図４に示し
た移相回路１３０Ｌから分圧回路を省略した移相回路に
置き換えてもよい。

【００６５】また、図９〜図１１に示した同調増幅器１
Ｃ、１Ｄ、１Ｅでは、後段の移相回路内のオペアンプ１
１２あるいは１３２の非反転入力端子に入力抵抗１７４
を介して入力信号を注入しているが、入力信号の注入箇
所はオペアンプの非反転入力端子に限定されず、前段の
移相回路内のオペアンプの反転入力端子や非反転入力端
子、あるいは後段の移相回路内のオペアンプの反転入力
端子でもよい。これらのいずれに入力信号を注入する場
合でも、オペアンプ１１２あるいは１３２の出力が入力
側に帰還されていることから、入力信号に含まれる所定
の周波数成分の信号を所定の増幅度で増幅して出力でき
る。

【００６６】なお、図９〜図１１に示した非反転回路１
５０や位相反転回路１８０の接続位置は、前段の移相回
路の前段側に限定されず、各移相回路の間、あるいは後
段の移相回路の後段側に接続してもよい。

【００６７】〔第９の実施形態〕上述した各種の同調増
幅器においては、後段の移相回路の出力を直接、帰還抵
抗１７０を介して前段の移相回路の入力側に帰還させて
いるが、後段の移相回路の出力端に分圧回路を接続し、
この分圧回路の分圧出力を前段の移相回路の入力側に帰
還させて利得を稼いでもよい。

【００６８】図１２は図１に示した同調増幅器１の変形
例であり、後段の移相回路１３０Ｃの後段側に、抵抗１
６２と抵抗１６４からなる分圧回路１６０を接続し、分
圧回路１６０の分圧出力を帰還抵抗１７０を介して前段
の移相回路１１０Ｃの入力側に帰還させている。

【００６９】同調増幅器１Ｆは、後段の移相回路１３０
Ｃの出力を分圧して前段側に帰還させるとともに、分圧
回路１６０で分圧する前の移相回路１３０Ｃの出力をそ
のまま同調信号として取り出すため、入力信号に含まれ
る所定周波数の信号を分圧回路１６０の分圧比で定まる
増幅度で増幅することができる。

【００７０】図１に示した同調増幅器１のように、後段
の移相回路１３０Ｃの出力を分圧することなく前段の移
相回路１１０Ｃに帰還させても、所定周波数の入力信号
に対しては所定の増幅度が得られるが、さらに増幅度を
高めたい場合に図１２に示す分圧回路１６０が用いられ
る。

【００７１】〔その他の実施形態〕上述した各種の同調
増幅器では、同調周波数の調整を目的として、前段の移
相回路内部に可変抵抗１１６あるいは１３６を設けてい
る。この可変抵抗１１６あるいは１３６は、具体的に
は、接合型あるいはＭＯＳ型の電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）のチャネル抵抗で形成される。可変抵抗１１
６あるいは１３６としてＦＥＴのチャネル抵抗を用いた
場合には、ＦＥＴのゲート電圧を可変に制御すること
で、ＦＥＴのチャネル抵抗をある範囲で任意に変化させ
て各移相回路における位相シフト量を変えることができ
る。

【００７２】また、可変抵抗１１６や１３６を１つのＦ
ＥＴ、すなわちｐチャネルあるいはｎチャネルのＦＥＴ
によって構成する代わりに、ｐチャネルのＦＥＴとｎチ
ャネルのＦＥＴとを並列接続して１つの可変抵抗を構成
してもよい。２つのＦＥＴを組み合わせて可変抵抗を構
成すれば、ＦＥＴの非線形領域の改善を行うことができ
るため、同調信号の歪みを軽減できる。

【００７３】上述した各種の同調増幅器においては、前
段の移相回路内部のＣＲ回路の時定数を変えることによ
り同調周波数を変更しているが、後段の移相回路内部の
ＣＲ回路の時定数を変えてもよい。なお、上述した各種
の同調増幅器では、ＣＲ回路を構成する抵抗の抵抗値を
変えることによりＣＲ回路の時定数を変更しているが、
ＣＲ回路を構成するキャパシタとして可変容量素子を用
い、この可変容量素子の静電容量を変えることにより時
定数を変更してもよい。具体的には、上述した可変容量
素子を、アノード・カソード間に印加する逆バイアス電
圧が変更可能な可変容量ダイオードや、ゲート電圧によ
ってゲート容量が変更可能なＦＥＴによって形成するこ
とができる。なお、上述した可変容量素子に印加する逆
バイアス電圧を可変するには、この可変容量素子と直列
に直流電流阻止用のキャパシタを接続すればよい。

【００７４】ところで、上述した各種の同調増幅器は、
オペアンプを用いた移相回路１１０Ｃ等を用いることに
より高い安定度を実現しているが、本実施形態の移相回
路１１０Ｃ等のような使い方をする場合にはオフセット
電圧や電圧利得はそれほど高性能なものが要求されない
ため所定の増幅度を有する差動増幅器を各移相回路内の
オペアンプの代わりに使用するようにしてもよい。

【００７５】図１３は、オペアンプの構成の中で移相回
路の動作に必要な部分を抽出した回路図であり、全体が
所定の増幅度を有する差動増幅器として動作する。同図
に示す差動増幅器は、ＦＥＴにより構成された差動入力
段１００と、この差動入力段１００に定電流を与える定
電流回路１０２と、定電流回路１０２に所定のバイアス
電圧を与えるバイアス回路１０４と、差動入力段１００
に接続された出力アンプ１０６とによって構成されてい
る。同図に示すように、実際のオペアンプに含まれてい
る電圧利得を稼ぐための多段増幅回路を省略して、差動
増幅器の構成を簡略化し、広帯域化を図ることができ
る。

【００７６】このように、回路を簡略化することによ
り、動作周波数の上限を高くすることができるため、そ
の分この差動増幅器を用いて構成した同調増幅器１等の
同調周波数の上限を高くすることができる。

【００７７】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施
が可能である。

【００７８】例えば、上述した同調増幅器１等では、前
段に移相回路１１０Ｃや２１０Ｃ等を、後段に移相回路
１３０Ｃや２３０Ｃ等をそれぞれ配置したが、２つの移
相回路あるいはこれらに非反転回路１５０や位相反転回
路１８０を加えた全体で入出力間の位相シフト量が３６
０°になればよいことから、前後を入れ替えて前段に移
相回路１３０Ｃや２３０Ｃ等を、後段に移相回路１１０
Ｃや２１０Ｃ等をそれぞれ配置して同調増幅器を構成し
てもよい。

【００７９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、出力が入力側に帰還された差動増幅器をそれぞれ
含む全域通過型の２つの移相回路を縦続接続し、いずれ
かの差動増幅器の反転入力端子あるいは非反転入力端子
に入力信号を入力するため、入力信号に含まれる所定の
周波数成分の信号を所定の増幅度で増幅して出力するこ
とができ、同調周波数を変えても常に安定な同調出力が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】同調増幅器の第１の実施形態の構成を示す回路
図である。

【図２】同調増幅器の出力端子から出力される同調信号
の波形を示す図である。

【図３】ＬＲ回路を含む移相回路の構成を示す回路図で
ある。

【図４】ＬＲ回路を含む移相回路の他の構成を示す回路
図である。

【図５】同調増幅器の第３の実施形態を示す回路図であ
る。

【図６】ＬＲ回路を含む移相回路の構成を示す回路図で
ある。

【図７】ＬＲ回路を含む移相回路の他の構成を示す回路
図である。

【図８】同調増幅器の第５の実施形態の構成を示す回路
図である。

【図９】２つの移相回路の前段に非反転回路を接続した
同調増幅器の構成を示す回路図である。

【図１０】同調増幅器の第７の実施形態の構成を示す回
路図である。

【図１１】同調増幅器の第８の実施形態の構成を示す回
路図である。

【図１２】同調増幅器の第９の実施形態の構成を示す回
路図である。

【図１３】オペアンプの構成の中で移相回路の動作に必
要な部分を抽出した回路図である。

【符号の説明】

１同調増幅器１１０Ｃ、１３０Ｃ同調増幅器１１２、１３２オペアンプ１７０帰還抵抗１７４入力抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出力が入力側に帰還された差動増幅器を
それぞれ含む全域通過型の２つの移相回路を備え、前記２つの移相回路を縦続接続し、後段の移相回路から
出力された信号を帰還信号として前段の移相回路に入力
し、いずれかの前記差動増幅器の反転入力端子あるいは
非反転入力端子に入力信号を入力し、前記２つの移相回
路のいずれかの出力を同調信号として取り出すことを特
徴とする同調増幅器。
【請求項２】請求項１において、前記２つの移相回路の少なくとも一方は、反転入力端子
に第１の抵抗の一方端が接続され前記第１の抵抗を介し
て交流信号が入力される差動増幅器と、前記差動増幅器
の出力端と前記差動増幅器の反転入力端子との間に接続
された第２の抵抗と、キャパシタあるいはインダクタに
よるリアクタンス素子と第３の抵抗とで構成され前記第
１の抵抗の他方端に接続された直列回路とを含み、前記
第３の抵抗および前記リアクタンス素子の接続部を前記
差動増幅器の非反転入力端子に接続したことを特徴とす
る同調増幅器。
【請求項３】請求項１において、前記２つの移相回路の少なくとも一方は、反転入力端子
に第１の抵抗の一方端が接続され前記第１の抵抗を介し
て交流信号が入力される差動増幅器と、前記差動増幅器
の出力端子に接続された第１の分圧回路と、前記第１の
分圧回路の出力端と前記差動増幅器の反転入力端子との
間に接続された第２の抵抗と、キャパシタあるいはイン
ダクタによるリアクタンス素子と第３の抵抗とで構成さ
れ前記第１の抵抗の他方端に接続された直列回路とを含
み、前記第３の抵抗および前記リアクタンス素子の接続
部を前記差動増幅器の非反転入力端子に接続したことを
特徴とする同調増幅器。
【請求項４】請求項１において、前記２つの移相回路の少なくとも一方は、反転入力端子
に第１の抵抗の一方端が接続され前記第１の抵抗を介し
て交流信号が入力される差動増幅器と、前記差動増幅器
の反転入力端子と出力端子との間に接続された第２の抵
抗と、一方端が前記差動増幅器の反転入力端子に接続さ
れ他方端が接地された第３の抵抗と、キャパシタあるい
はインダクタによるリアクタンス素子と第４の抵抗とで
構成され前記第１の抵抗の他方端に接続された直列回路
とを含み、前記第４の抵抗および前記リアクタンス素子
の接続部を前記差動増幅器の非反転入力端子に接続した
ことを特徴とする同調増幅器。
【請求項５】請求項２〜４のいずれかにおいて、前記縦続接続された２つの移相回路内の前記直列回路を
構成する抵抗の少なくとも一方を可変抵抗により形成
し、前記可変抵抗の抵抗値を変えることで同調周波数を
可変することを特徴とする同調増幅器。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、入力される交流信号の位相を変えずに出力する非反転回
路を備えており、前記縦続接続された２つの移相回路の全体により位相シ
フト量の合計が３６０°となる周波数近傍の信号のみを
通過させるように、前記縦続接続された２つの移相回路
によって形成される帰還ループの一部に前記非反転回路
を挿入することを特徴とする同調増幅器。
【請求項７】請求項１〜５のいずれかにおいて、入力される交流信号の位相を反転して出力する位相反転
回路を備えており、前記縦続接続された２つの移相回路の全体により位相シ
フト量の合計が１８０°となる周波数近傍の信号のみを
通過させるように、前記縦続接続された２つの移相回路
によって形成される帰還ループの一部に前記位相反転回
路を挿入することを特徴とする同調増幅器。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかにおいて、前記縦続接続された２つの移相回路によって形成される
帰還ループの一部に第２の分圧回路を挿入し、前記第２
の分圧回路に入力される交流信号を同調信号として取り
出すことを特徴とする同調増幅器。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかにおいて、入力信号が一方端に入力される入力インピーダンス素子
と、帰還信号が一方端に入力される帰還インピーダンス素子
とを備え、いずれかの前記差動増幅器の反転入力端子あるいは非反
転入力端子に前記入力インピーダンス素子を介して前記
入力信号を入力し、後段の移相回路から出力された信号
を前記帰還信号として前記帰還インピーダンス素子を介
して前段の移相回路に入力することを特徴とする同調増
幅器。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかにおいて、前記縦続接続された２つの移相回路の前段にトランジス
タによるホロワ回路を挿入することを特徴とする同調増
幅器。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかにおいて、前記差動増幅器は演算増幅器であることを特徴とする同
調増幅器。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかにおいて、構成部品を半導体基板上に一体形成したことを特徴とす
る同調増幅器。