JPS5974715A - 双方向増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は双方向増幅器に関する。双方向増幅器、即ち、
一方向のみでなくその反対方向にも増輸可能の増幅器は
種々のものが公知で実施化もされているが、その主なも
のとしては、■ハイブリットトランス（ＨＹＢ）？、Ｉ
Ｄ　Ｃ０ＩＬ）等を用いた２線４線分離によるもの、■
負性インピーダンｘ　（ＮＥＧＡＴＩＶ［ＩＮＰＢＤＡ
ＮＣＥ）ｅ用イルものがある。

第１図に上記■の原理図を示す。該図に於て、一方の信
号源顛（例えば一方の電話器の送話部がこれに該る）か
ら発生した信号は一方の負荷αυを介して一方の２１＃
４線分離１部Ｑ邊の１組の入力端子（ＩＣ）、（１ｄ）
、を経て１組の出力端子（ｌｅ）　、（Ｉｆ）に出力さ
れ、一方の増１ｉｉＩ器αＪで増幅され、他方の２１Ｉ
Ｍ４線分離部Ｑ邊の１組の入力端子（２ａ）、（２ｂ）
を経て１組の入力端子（２’ｃ）、（２ｄ）に出力され
、他方の負ＭＯＤ（例えば他方Ｃ電話器の受貼部がこれ
に該る）で消費される。

又、他方の（Ｒ号ｒＭｃｌＧから発生した信号は他方の
負荷ａｎを介して他方の２線４４％！分離部の１組の出 入力端子（２ｃ）　、（２ｄ）　ｔ’−経て１組の出力
端子（２ｅ）（２ｆ）に出力され、他方の増幅部ので増
幅され、一方の２線４線分離部０りの１組の入力端子（
１８）、（ｌｂ）を経て入力端子（ｌｃ）、（１ｄ）に
出力され、一方の負荷（ＩＯで消費される。

この場合、２つの２ｍ４４１分離部０＠の分離部を確保
するためには、それぞれの分離部αａ（２）の他のもう
１組の端子（Ｉｇ）、（１ｈ）、（２ｇ）および（２ｈ
）には、それぞれの入出力端子（ＩＣ）、（ｌｄ）、（
２ｃ）および（２ｄ）にＴｉ！！続されている負４Ｈｎ
ｃｉａに等しいインピーダンスの等価回路（１４１（ハ
）を、それぞれ接続しなければならない。上記等価回路
ａ４＠のインピーダンスと負荷ａυ、ＱＤのインピーダ
ンスが等しくないときは、２縁４線分離部ａ３（支）の
分離性能は低下し、具体的に説明すると、端子（ｌａ）
　、（ｌｂ）に入った信号が端子（ｌｃ）　、（ｌｄ）
に１００％出力されず、一部は端子（１ｅ）、（１ｆ）
に漏話する。同様の現象が、分離部（至）でも起り、端
子（２ｅ）　、（２ｆ）に漏話して増幅器α３のに対し
て帰還ループが成立することになり、増幅度の低下、発
振現象等を招く、これを防止するためには増幅度を低減
しなくてはならない。仮に、負荷Ｕａυか、純抵抗のよ
うに単純な場合は等価回路（１０４も単純でよく、上記
増幅度の低減を避けることができるが、負荷ａｌ）　ｌ
Ｊｊが第２図に示すような、Ｌ、Ｃ５ＲＳＧが無敵につ
ながる等価回路で表わされる分布定数回路のような場合
には、−同一の分布定数回路を構成することが困難なの
で、別途集中定数回、路により等価回路を実覗すること
になる。然し乍ら、そのためには、能動型の複雑なもの
が要求されるため、それが実現＃４１１絵な場合には上
述のような増幅度低減を招き、更に負荷１１１）　１２
Ｄが不明の場合には、等価回路ａｅｃｂｅは設計不能で
あるという欠点がある。更に、このハイブリッドトラン
ス等を利用する方法では、２Ｔｈ４線分離部が２個必要
であり、経済的でないという欠点も有している。

次に第３図に上記■の負性インピーダンスを用いる方法
の原理図を示す。

国（転）は負性インピーダンス変換器（Ｎｅｇａｔｉｖ
ｅＩｍｐｅａｄａｎｃｅ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ以下Ｎ
ＩＣという）であり、ＮＩＣ（至）は等価回路（至）と
共に電流型負性インピーダンスを形成し、負荷Ｇυ及び
ｔｉｎと直列に接続され、ＮＩＣ１４５は等価回路−と
共に、・電圧型負性インピーダンスを形成し、負荷（３
１１ＩＩ）と並列に、ＮＩＣＧｅと並列に接続されたコ
イルｃ熾の中点を介して接続されている。

（至）及び顛はそれぞれ信号源、Ｃ３１１及びＩは、そ
れぞれ信号源（至）顛から送出された信号を消費する負
荷である。

ここで負荷Ｇ１１θυのインピーダンスを共にＺＬ。

等価回路（至）及び−のインピーダンスをそれぞれＺ　
８　％　Ｚｐ　ｋし、任意の正の実数をＮとすれば、の
ときインピーダンス整合が行われ、また電、圧増幅良を
ｒとすれは、ｒは次のように表わされることは公知であ
る。

これはＮが２に近づくとγがωに近づくことを示してお
り、増幅度を上げようとすればＺｐをＺＬ／２に、Ｚｓ
を２−　ＺＬにそれぞれ近似させなければならない。こ
れら等価回路（至）及び■の近似かうまくいかないとき
には増幅度が上がらなかったり、発振現象を起こしたり
する。したがってこの方法も■の場合と同様に、負荷の
等価回路か実現困錘な複雑な型の場合には増幅度が上が
らなかったり、発振現象防止のため増幅度を下げなけれ
ばならない欠点があり、負荷が不明の場合には設計不能
であった。更にこの方法ではＮＩＣ及び等価回路が２組
必要であり、麟的でないという欠点も有している〇 本発明は負荷として見た場合に近似的な性質を示す２つ
の信号源の間を負性インピーダンス変換器で接続し、一
方の信号源を他方への負性インピーダンス変換のだめの
負荷とし、他方の信号源を一方への負性インピーダンス
変換のための負荷として相互に利用し、二つの負荷か不
明あるいは等価回路の実現困帥な場合にも増幅度を低減
することなく安定に動作する双方向増幅器を経済的に提
供するものである。

第４図によって本発明を説明する。

第３図のときと同様に、［０は信号源、（至）冊は信号
１１［Ｉの信号源インピーダンス、１４１Ｃ（’Ｊはそ
れぞれ信号源（至）叫とＮＩＣ１４９との間の線路イン
ピーダンスである。ＮＩＣ１４９は、端子ａ　％　ｂ　
ｓ　Ｃ１ｄをもつ４端子回路であり、一方の端子力）ら
みた入力インピーダンスが、他方の端子に接続されたイ
ンピーダンスのマイナス１倍である負性インピーダンス
変換器である。

ここでＮＩＣの性質を記述すると、端子ａｂ間の電圧及
び端子Ｃｄ間の電圧をそれぞれＬｌｚＦｑとし、端子ａ
からＮＩＣ１ａに流入する電流及びＮＩＣ１ａｓの端子
Ｃから流出する電流をそれぞれｉ、　、ｉ。

とすれば、 Ｅ、干Ｂ、　　かつ　Ｉ、　！　Ｉ。

という関係か成立する。以上は公知である。

第５図の１は、第４図中のＮＩＣ部の拡大詳細図の一例
で、オペアンプ（演算増権器）を用し）てＮＩＣを実現
したものであり、これにより上記の関係が成立すること
を説明する。第５図の１に於て、ωは差動入力端子６υ
５ｚを持つオペアンプであり、４端子名及び電圧電流の
記号及び価は第４図のそれと対応する。Ｒｏ及び電は、
それぞれオペアンプωの差動入力端子５１１または６ｚ
と、出力端子（至）との間に接続された抵抗であるこの
オペアンプの利得Ａが十分大きいとし、オプアンブの出
力端子の電圧をＥｏとすると、１３、　＝−Ａ（Ｈ，−
均） となるが、オペアンプの入力インピーダンスが十分大き
く、出力インピーダンスが低けれはＢ。

Ｅ、は等しい値に落ちつく。

したがって ＩＩ−（１，ｓ−為）／八かつ工！＝（搗−Ｂｉｔ　）
／Ｉ％の関係が成立し、 となる。すなわち、 という関係が成立しており、さらにｆｌ、、＝１％、と
すれば、 Ｉ、＝−Ｉ。

となる。

ＮＩＣを実現する回路は、これまで多数発表されており
、第５図の２と示したものも知られている。これは日本
電信電話公社で多数使用されており、電子通信学会編著
「有線伝送工学」等によっても公知である。

さて、第４図において信号源（至）及びｔ４（Ｉの発生
電圧をそれぞれｎＴ、、ｉ！Ｔ、＆　シ、信号源インピ
ーダンス（至）及び１４１１１の値をそれぞれｉ几いＺ
″Ｒ１・その両端の電圧をそれぞれｌいＥ島とし、線路
インピーダンス（至）及び四の値をそれぞれＺＬ。

、ＺＬ、とする。ＮＩＣ１４１０端子ａｓｂ側（以下左
側という）の信号ＨＴ　１をＮＩＣ（ハ）の端子Ｃ１ｄ
側（以下右側という）の信号源インピーダンス（ハ）の
両端で測定し、また右側の信号ＢＴ鵞を左側の信号源イ
ンピーダンス（ハ）の両端で測定するものとする。

ＮＩＣ−は、さきに詳記したとおりその特性上四の左側
においては ＢＴ、　＝＝　Ｈ，＋　ｉ、　（Ｚｌ（ｌ　＋　ＺＬ、
　）・川・・・４）が成立しており右側では Ｅ、　＝　ＢＴ、　＋　１．　＜　ＺＬ、　＋　ｚｎ、
　＞−・−・−・・−・−・−・・−。

が成立している− Ｍ１扇、　、ｉ、　＝　−ｉ、であるから０式は次の様
に変型できる。

”ｌ　＝　１３Ｔｍ　＋（−Ｉｔ　）（ＺＬＩ　＋　Ｚ
Ｒ＊　）■式のＥ、を上式の烏におきかえると■式は次
の様に変型できる。

ざラニ；、Ｔ、　−ＩＴ、＋　ｊＨＴＳＺ、　−ｚ−ｉ
ｚｔトオ＜　トとなる。

ここで信号源インピーダンス（至）の両端電圧ＥＲ。

を求める。

−Ｍ几５−１１・ｚ穐であり１１　を■でおきかえると
、さらに信号源インピーダンス四の両端電圧Ｅ島を求め
る。

ｉ几、＝ｉ、−ｚＲ１であり工、を■でおきかえると、
−ΔＢ＋１ｔ　　　　。

ｇａ、−、＠Ｚ掲　・・・・・・・・■Δ２ 左側から右側への電力増幅を説明する。すなわちＥＴ１
’ｐ　ＯＳｉＴ＠　＝　０のときｗＴ、の発生する電力
ｋＴ１・ｌ、とそのときに２島で測定される電力うＲ１
・工、を比較する。左側から右側への電力増幅度をαと
して、 とすると、Ｉ、＝−Ｉ、〜０なので ＼ となる。又、Ｅ鳥を０式でおきかえるとここでΔＢＴ　
−ｇ’ｒ、　−ｇ’ｒ、であり、ｇ’ｒ、＝ｏのためΔ
ｆｌＴ＝ＥＴ、となるから、 すなわちＥＴ！〜０、ＢＴ、王０のとき、ＦＩＴ、の発
生する電力ＭＴ、＠ｔ、とそのときに急用で測定される
電力ＨＲ，・工、を比較する。右側から左側への電力増
幅度をβとして となる。又、ｇ’八を０式でおきかえると、ここでΔＭ
’ｒ　＝　ＴｈＴ、　−ＭＴ、であり、らＴ、＝０のた
めΔｋＴ＝−計、となるから 北Ｒ９ 、・、β＝−コー　　・・・・・・・・■Δ２ 以上に於て、■および■をみると、分母にΔＺがある増
幅度ミ）となっていることが知れる。

このことは、Δ２・が小さければ小さい程、大きな増幅
度となるということが云える。

即ち、本発明によると、■および０式は分母がΔ乞があ
るためΔ北が小さくなるほど増幅度が増大する事を示し
ており、’１１−　ＺｌすなわちΔ北＝Ｏのときは増幅
度＝ψとなるのである。したがって、２い北、が単純型
でない場合や、不明な場合であってもｚｌとＺ！が近似
しているならば、大きな増幅度を得ることが可能となる
のである。

以上説明したように、本発明はＮＩＣを１個のみ使用す
るだけの簡単な回路構成で実現可能なばかりか等価回路
が不要であるため、部品点数も少なく経済性に優れてお
り、負荷となるインピーダンスが不明、不定あるいは複
雑かつ実現困難な場合であっても必要とされる負性イン
ピーダンスが容易に実現できるので、増幅度を低減する
ことなく安定に動作させることができる。又、ＬＳＣ，
Ｔを使用せずにＮＩＣを構成すれば、周波数特性がよく
直流から高周波に至るまでの広帯域で使用できることも
本発明の特徴である。

本発明の双方向増幅器は、インタホン、有線放送、電話
回線等の中継増φＭに好適である。

【図面の簡単な説明】

餉１図は従来の双方向増幅器の例、第２図は分布定数負
荷の例、第３図は従来の双方向増幅器の他の例、第４図
は本発明の双方向増幅器の動作を説明する図、第５図の
１及び第５図の２はそれぞれ負性インピーダンス変換器
の原理図、応用例を示す。 ３ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、５のＩ ＦＩＧ、５，２ ■　　　　　　θ 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １．事件の表示 昭和５７年　特許願　　第１８５８１８　　号２、発明
の名称　双方向増幅器 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都新宿区荒木町４番地４ ｆｉｌ　　図面（第１図〜第５図の２）を補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 負荷として見た場合に近似的な性質を示す２個の信号源
   の間を負性インピーダンス変換器で接続し、一方の信号
   源を他方への負性インピーダンス変換のだめの負荷とし
   、他方の信号源を一方への負性インピーダンス変換のた
   めの負荷として相互に利用することを特徴とする双方向
   増幅器。