SATRI ICについて

　弊社が開発したSATRI回路は、そのユニークな動作原理により多くのオーディオファンの支持を得てきました。た
だ、従来の回路に比べると使用するトランジスタの数が多く、製造コストがかさむという欠点もありました。

　そこで弊社においてSATRI回路のIC化を行いました。もともとSATRI回路はモノリシックIC化を考えて設計しました
ので、IC化により理想的な動作をすることになります。
　今回のIC化はモノリシックの前段階としてハイブリッドICとしました。

　SATRI ICの特徴として次のようなことがあげられます。

●ディスクリートに比べて実装面積が1/4以下になった。

●安定度が大きく向上した。

●非反転出力と反転出力の2つのモードを選べる。

●入力抵抗Ｒと負荷抵抗RLの2本の抵抗でゲインを決定することができる。

●幅広い電源電圧に対応できる。

●電源の変動に因る影響が少ない、電源電圧が変動しても動作が変わらない。

●動作点の変動が少ない。

●オーディオから計測分野まで幅広いアプリケーションに対応できる。

●無帰還で低い歪み率を実現した。

ＳＡＴＲＩ−ＩＣの歴史
　ＳＡＴＲＩ−ＩＣは１９９８年に開発されて以来、いくつかのバージョンアップを経てきました。
　ここに、ＳＡＴＲＩ−ＩＣの歴史をご紹介します。
ＢＰＭ−７１１０Ｔ：最初に開発されたＳＡＴＲＩ−ＩＣです。デュアルトランジスタチップを使用し、チップ抵抗にはカーボ
ン抵抗を使っていました。
ＢＰＭ−７１１０Ｓ：デュアルトランジスタチップに低雑音のオーディオ用トランジスタを使い、さらに低雑音を目指しま
した。
ＢＰＭ−７１１０ＨＳ：チップ抵抗に０．１％精度の金属皮膜抵抗を使い、モールドには、新しい１液型エポキシ樹脂を
使い、安定度の向上と更なる低雑音を目指しました。

SATRI ICの規格

　SATRI ICの規格は次のとおりです。

SATRI IC規格
名称	BPM-7110ＨＳ
寸法	14mm×30.5mm
ピン配置	2.54ピッチ14ピン
使用電圧範囲	±3V〜±25V
バイアス電流	使用電圧×バイアス電流が150mWを超えないこと
入力インピーダンス	10オーム以下（バイアス電流により変わる）
出力インピーダンス	100MΩ以上(DC)

*仕様電源電圧と、バイアス電流について：ＳＡＴＲＩ−ＩＣ、ＢＰＭ−７１１０ＨＳに使用しているトランジスタの定格は、Ｖ
ｃmax50V、Pcmax150mWです。ですから、この値を超えなければ、トランジスタを破壊する事はありませんが、実装密
度が高いので、８０％以下を目安にお使いください。例えば、±１５Ｖで使うときは、電源電圧は３０Ｖになりますので、
５ｍＡが最大流せる電流ですが、その８０％、４ｍＡ以下のバイアス電流で使う事をお勧めします。

代表特性
歪率	0.02％以下(RL10KΩ)
周波数レスポンス	DC〜300KHz(RL10KΩ)
オフセット	100mv以下(RL10KΩ)
ドリフト	5mV以下(RL10KΩ)
ノイズ	30μV以下(RL10KΩ)

SATRI ICの使い方

　SATRI回路と一般の増幅器の大きな違いは、SATRI回路では入力された信号電流をそのまま出力電流にするだ
けの働きしかありません。つまり、SATRI回路内部での増幅はないのです。

　一般的な増幅器では入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低くなっています。これは、電圧信号を扱
うのに都合がいいからです。それに対して、SATRI回路の入力インピーダンスはほとんど0で、出力インピーダンス
は100Mオーム以上です。つまり、一般の増幅器とは反対になっています。これは、SATRI回路では、信号は電圧
ではなく、電流として扱うからです。



　図1でSATRI回路の動作原理を説明します。電圧信号Ｅｓは抵抗ＲによってＩｓに変換されます。SATRI回路の入力
インピーダンスは0に近いですから、正確に電流に変換されます。その電流ＩｓはSATRI回路の出力からRLに流し込
まれます。SATRI回路の出力は100ＭΩ以上の高インピーダンスですから、ＩｓはRLを正確に流れます。

　すると、RLの両端にはオームの法則により、

　　　　Ｅｏｕｔ＝Ｉｓ・RL

の電圧が発生します。

ＩｓにＩｓ＝Ｅｓ／Ｒを代入すると、

　　　　Ｅｏｕｔ＝Ｅｓ／Ｒ・RL

となり、この時の増幅度Ａは、

　　　　Ａ＝RL／Ｒ

となります。増幅には抵抗しか関与しないという非常にシンプルな回路です。
一般の増幅器での増幅度Ａは、

　　　　Ａ＝ｇｍ・RL

で表されますが、ｇｍは元々非直線性を有しています。そこで出力に歪みを発生するのですが、それを補正するた
めに、負帰還をかけてしのいできました。しかし、負帰還をかけたことで、新たな過渡歪みや時間歪みを発生させて
しまいます。

　これに対してSATRI回路では増幅に関してはＲとRLの単純な抵抗しか関与していませんから、原理的に歪みを発
生する要素はありません。ただ、現実問題としては、PNPとNPNトランジスタの特性の違いによるひずみの発生や、
オフセットが完全に0にならないことなどの問題がありますが、モノリシック化により、トランジスタのトリミングなどの方
法で解決することができると思います。

　また、一般の増幅器では増幅度をコントロールすることができませんから、出力をコントロールするには2図Ａのよ
うに、入力側にボリュームを入れて、入力信号のレベルをコントロールするしかありません。




　ですから、常に出力にはアンプのノイズがそのまま出力されていますから、-120dBのS/N比を持つアンプでも、ボリ
ュームを40dB絞ったら-80dBのS/Nになってしまいます。これでは、126dBのダイナミックレンジを持ったCDの再生に
は大きな問題となります。

　SATRI回路では図2Bのように、RLをボリュームにすることにより、自由にアンプの増幅度を変えることができます。で
すから、ボリュームを絞ればそれだけ増幅度が下がり、同時にノイズもそれに連れて下がっていきます。ですから、S
ATRI回路でのS/N比はボリュームの位置に関わらず一定です。



上の図は、ＡＭＰ−５５１１のＶＲの位置と雑音電圧、Ｓ/Ｎ比のデータです。同じ内部雑音を持ったアンプの入力側に
ＶＲをつけた場合のＳ/Ｎを茶色のカーブ、ＳＡＴＲＩ回路のゲイン可変によるデータを赤のカーブで示します。ブルーの
カーブはＳＡＴＲＩ回路のＶＲ位置による雑音電圧です。これを見ると、通常の入力側にＶＲを置いた場合は、ＶＲを絞る
につれて、Ｓ/Ｎが悪くなっていきますが、ＳＡＴＲＩ回路を使ったＡＭＰ−５５１１では、ＶＲを絞るにしたがって雑音電圧
は低くなり、Ｓ/Ｎの変化も少なく、ＶＲ１の位置でも-83ｄｂを示しています。

　また、S/Nに関して、さらに大きな特徴をSATRI回路は持っています。図2Aにおいて、S/Nを大きくするには従来の
増幅器ではN、つまりノイズを小さくすることしかできませんでした。そのためにはローノイズの部品を選別したり、動
作点をノイズの少ないところを選んだりと、複雑で難しい問題を解決しなければなりませんでした。しかも、原因が熱
にある熱擾乱雑音以下にノイズを下げるには、増幅器自体を液体窒素などで冷却するなどの煩雑な方法を取らざる
を得ませんでした。

　SATRI回路では簡単にS/Nを向上させることができます。SATRI回路ではS/NのS、シグナルを好きなだけ大きくする
ことができるのです。SATRI回路のSは電流です。電流を大きくするには、単にRを小さくすることで可能となります。SA
TRI回路のノイズは主にRLの値で決まってきますから、同じ増幅度でS/Nを向上させるには、RとRLの比を一定に保ち
ながら、その値を下げて行けばいいのです。しかし、いくら大きくできるといっても、使用しているトランジスタのICmax
に制限を受けます。ICmax以上の電流を流すと、トランジスタが破壊されてしまうからです。

　ただし、この特徴は今までの増幅器の大きな問題であった、スルーレートの問題を解決しました。SATRI回路では電
流の制限を受けませんので立ち上がり時間の制限も受けません。一般の増幅器では入力信号の周波数を上げて行
くと、正弦波から三角波になって行きます。これは、電流によって立ち上がり時間の制限を受けるからです。これをス
ルーレートといいますが、SATRI回路ではその制限がないので周波数を上げていっても出力される信号は正弦波の
ままです。

　このようにSATRI回路では従来の増幅器の問題点をクリアーしています。SATRI回路は従来の増幅回路の延長線
上にある回路ではなく、まったく新しい回路です。

　ここでSATR ICの基本特性を見てみましょう。OPAMPでは基本特性としてオープンループ特性があります。負帰還
をかけないときの増幅度の周波数特性です。それから負帰還をかけたときの特性が推測できます。

　SATRI回路ではそれに相当するのが出力インピーダンス特性です。それを図3に示します。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図3

　10Hz〜10MHzの特性を示します。0dBは231Mオームです。グラフ上の5本の横線はRLの値です。SATRI回路での
出力インピーダンスはRLの値になります。

　ですから、この5本の直線はそれぞれのRLの値にしたときの周波数特性を表します。つまり、周波数特性は、増幅
度ではなくRLの値によって決定します。高周波回路やビデオ回路で使う75オームや50オームでは数10MHzの帯域
を実現します。また、インピーダンスをマッチングさせたいときは、単にRLを使用するインピーダンスの値にすれば良
いだけです。

　このようにSATRI ICを使うのに難しい計算は必要ありません。必要な帯域のRLを選定し、必要な増幅度を実現する
Rを選ぶだけでいいのです。

　周波数帯域を変化させずに増幅度を変化させるにはRを変化させます。この場合、RLの可変では、RLを0にして増
幅度を0にすることができましたが、Rを変化させる場合、増幅度を0にするにはRを無限大にしなくてはならないので、
ボリュームとして利用するのには適当ではありませんがゲインのトリムにはうってつけです。

　次にその様子を見てみましょう。



　図4はR=1Kオーム、RL=10Kオーム、ゲイン20dBのときの周波数特性です。



　図5は、RLをそのままにし、Rを500オームにしてゲインを26dBにしてみましたが周波数特性は変化しません。このよ
うにRを変化してゲインを変化させても周波数特性は変化することはありません。

　では、入力インピーダンスはどうなっているでしょうか。



　図6はSATRI ICの入力インピーダンスです。このように入力インピーダンスは10MHzまで変化はありません。理想の
入力インピーダンスは0ですが、トランジスタの内部抵抗の影響で、数オームの値を持っています。ですから、入力抵
抗Ｒをそれに近い値で使うときは影響してきます。

　次にSATRI ICのノイズの実測値を挙げます。

RL	ノイズ電圧	S/N
10K	44μV	-87dB
1K	2μV	-114dB
100	0.1μV	-140dB

　実測値はいずれもAカーブを使用しています。面白いのはRLを1/10にするとノイズは、ほぼ1/20になっていることで
す。ノイズはRLに比例すると思っていたのですが、ちょっと違うようです。もっと詳しいデータを取ってみる必要がある
と思いますが、低雑音にするにはなるべく低いRLを使用することが大変有利になることがこれでわかります。

　では、SATRI回路の特性を見てみましょう。まず、群遅延時間です。



　図7Aは、RL=1Kオーム、R=100オーム、増幅度が10の時の群遅延時間です。その時の群遅延時間は27.7nSと非
常に短い時間です。また、図7BはRL=10Kオーム、R=1Kオーム、増幅度が10の時のもので、約240nSです。このよう
に、RLが大きくなると群遅延時間も大きくなります。では、一般の増幅器ではどうでしょうか。



　図8は、741タイプのオペアンプに増幅度が10になるようにR1=1Kオーム、RNF=9Kオームで負帰還をかけたもので
す。群遅延時間は1.4μSと桁違いに大きいのがわかります。この遅れは大きな過渡歪みを発生します。

　このようにSATRI回路は非常に早い応答が特徴です。しかも無帰還ですから過渡歪みの発生はありません。

　ここでSATRI回路の特徴をまとめてみます。

●増幅度は外部に接続された2本の抵抗RとRLで決まり、増幅度はRL/Rである。

●入力インピーダンスはR、出力インピーダンスはRLになる。

●周波数特性は出力インピーダンス特性とRLで決まる。

●RLが一定であれば、Rを変化させても周波数特性は変化しない。

●群遅延時間はRLで決定する。RLが小さいほど遅延時間は短くなる。

●ノイズはRLに比例する。ノイズを下げたいときはRLを低くして、Rを下げてS/NのSを大きくする。

●RLをボリュームにすることにより、増幅度を連続的に可変できる。

●スルーレートは電流の制限がないので存在しない。

●過渡歪みの発生がない。

SATRI ICの構造

　SATRI ICの構造は図9のようになっています。


　ＰＩＮ8とＰＩＮ12には＋、ＰＩＮ5とＰＩＮ1には−の電源バスが入っています。電源が±20VまではOS-CONでバイパス
してください。それ以上の電圧の電源を使うときは、なるべくインピーダンスの低いコンデンサを使ってください。これ
は、電源電圧の変動によるバイアス電流の変動を完全に押さえるためです。

　ＰＩＮ11とＰＩＮ2は、バイアス電流を設定する端子です。この設定には定電流ダイオード、ＦＥＴなどの定電流素子を
使います。抵抗でもいいのですが、抵抗の場合、電源電圧の変動によりバイアス電流の変動を受けますので、なる
べく定電流素子の使用をお勧めします。その時、この両端の電圧は次の式であらわされます。

　　　　Vｂ ＝ 2・Vｃｃ−2．4−0．2・Ｉｂ
　　　　Vｂ ＝ バイアス端子両端の電圧
　　　　Vｃｃ＝電源電圧の絶対値（±15Vのときは15）
　　　　Ｉｂ ＝ バイアス電流（mA）

　バイアス電流は、一般のアプリケーション回路なら1〜2mAで良いです。また、電源電圧が高いときや、バイアス電
流を大きく設定する場合は、SATRI ICの最大定格、及びバイアス素子の最大定格内で使うようにしてください。たと
えば定電流素子の定格電力がオーバーする場合は、直列に抵抗を入れると定電流素子にかかる電圧が下がり、定
電流素子で消費する電力を下げることができます。

　このバイアス電流は、入力回路にバイアスされます。入力回路は入力端子とGND端子があり、そこに電流信号を入
力します。この場合、電圧信号を入れても正常に動作しません。必ず、入力抵抗Ｒで電流に変換するか、電流源を接
続してください。

　入力回路の出力はバイアス電流と信号電流が加算された電流になります。この電流は電流反転回路に入力されま
す。出力には、入力電流が反転されて出力されます。電流反転回路の＋と−の出力を接続し、GNDとの間に負荷抵
抗RLを接続すると、RLには信号電流だけが流れ、出力電圧Eout=信号電流・RLが得られます。RLをボリュームにする
と連続的に増幅度を変化することができます。この時、入力電圧と出力電圧は位相が逆になります。

　SATRI ICには入力と出力の位相を同じにするために、もう一つの電流反転回路が入っています。正相の出力を得る
ためには、一段目の電流反転出力＋と2段目の電流反転入力−、電流反転出力−と2段目の電流反転入力＋を接
続し、2段目の電流反転出力の＋と−を接続し、そこにRLをGNDの間に入れることで実現できます。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図１０

　実際のSATRI ICのピン配置は図10のとおりです。
　　Ｐｉｎ１、Ｐｉｎ5：−Ｖｃｃ１，２、マイナス電源です。二つのＰｉｎは内部で接続されています。なるべく近い位置でＯＳ−
ＣＯＮなどの良質のコンデンサでバイパスしてください。ここの変動を低く抑える事がＳＡＴＲＩ−ＩＣを確実に動作させる
ためには必要です。
　　Ｐｉｎ２、Ｐｉｎ１１：ＣＳ−＋、バイアス電流の設定端子です。バイアス電流はＰｉｎ１１のＣＳ+から、ＣＳ-に向かって流
れるようにします。詳しい設定方法は、「アプリケーション設計ガイド」をお読みください。
　　Ｐｉｎ３、Ｐｉｎ１０：Ｎｏｕｔ-＋、反転出力端子です。ここからの出力は電圧出力ではなく、電流出力である事にご注意
ください。通常はＰｉｎ３とＰｉｎ１０を接続し、ＧＮＤとの間に負荷抵抗ＲＬを接続する事によって、電流を電圧に変換する
事が出来ます。
　　Ｐｉｎ４、Ｐｉｎ９：Ｐｉｎ-＋、電流反転回路への入力です。正相出力が必要なときは、Ｐｉｎ３とＰｉｎ９、Ｐｉｎ１０とＰｉｎ４を
接続します。
　　Ｐｉｎ６、Ｐｉｎ７：Ｐｏｕｔ-＋、正相出力端子です。Ｐｉｎ６とＰｉｎ７を接続し、ＧＮＤとの間に負荷抵抗ＲＬを接続すると、正
相電圧出力が得られます。
　　Ｐｉｎ８、Ｐｉｎ１２：+Ｖｃｃ１，２、プラス電源です。二つのＰｉｎは、内部で接続されています。なるべく近い位置でＯＳ−
ＣＯＮなどの良質のコンデンサでバイパスしてください。ここの変動を低く抑える事がＳＡＴＲＩ−ＩＣを確実に動作させる
ためには必要です。
　　Ｐｉｎ１３：ＧＮＤです。確実にＧＮＤと接続してください。
　　Ｐｉｎ１４：信号電流入力です。電圧信号を入力すると、ＩＣを破壊する恐れがありますので、必ず抵抗で電流に変換
してから入力してください。
　ピンの間隔は、2．54ｍｍピッチを基本にしていますから、2．54ｍｍピッチのユニバーサル基板を使って簡単にアプ
リケーションを組むことができます。

SATRI ICによる応用回路

　SATRI ICを使った応用回路を説明します。



　基本的な非反転回路を図11に示します。

　この回路では、入力される信号電圧と同相の出力信号電圧が得られます。また、回路の増幅度はRL/Rです。増幅
度はデータにあったように、わずかに理論値より少なくなりますから、厳密な増幅度の設定が必要なときはＲをトリミン
グするといいでしょう。

　次に反転回路を示します。



　反転回路では、単に2段目の電流反転回路を使わないようにすれば実現できます。
　また両回路とも、バイアス電流の設定には定電流ダイオード（CRD）を使っていますが、ＦＥＴを使うこともできます。
この時の回路に流れる電流は、無信号時、反転回路のときはバイアス電流の4倍、非反転回路のときはバイアス電
流の5倍の電流が流れます。

　非反転回路、反転回路を並列にすると、BＴＬ回路が構成されます。その時の入力インピーダンスはＲの半分の値に
なることに注意してください。基本回路では入力インピーダンスはＲ、出力インピーダンスはRLになるので、入力イン
ピーダンスを高くしたい場合や、出力インピーダンスを低くしたい場合など制限が出てきます。

　そこで、一般的な回路としては、図13のようにSATRI ICの前後にインピーダンス変換のためのバッファを挿入します。



　このような構成にすると、ＲとRLの選択の自由度が大きくなりますので、目的に合った増幅器を構成すること
が容易です。ただ、入力側のバッファのノイズはＲとRLにより増幅されますから、雑音の少ない回路を選ぶこと
が必要です。また、出力側のバッファは、RLをボリュームにしたとき、0に絞り込んだときでも雑音は残ることに
なります。しかし、普通は数マイクロボルトオーダーですから問題になりません。

　ではこの回路の応用としてパワーアンプを構成してみましょう。



　図14はSATRI ICを使ったパワーアンプです。このアンプは大きく分けて4つの部分で構成されています。

1.TR1、2、3、4で構成される入力バッファ
2.SATRI ICとＲとRLで構成されるSATRI回路
3.TR5、6、7、8、9、10、11、12で構成される出力バッファ
4.OPAMPで構成されるDCサーボ

　入力バッファはダイヤモンド回路で構成されています。TR1、2とTR3、4は小信号のコンプリメンタリを使います。
同じトランジスタで構成すると、入力側出力側には同じバイアス電流が流れます。ただ、入力抵抗はあまり大き
く取れませんので、入力抵抗を大きくしたいときはＦＥＴを使ったバッファを使います。また、最大入力信号は1V
位を想定していますので、その電圧でＲを歪みなく駆動できるか確認が必要です。

　SATRI回路はバイアス電流を1．5mAのCRDで設定してあります。ここはＦＥＴを使ってもいいと思います。RLは
10ＫのＡカーブのボリュームを使います。RLはなるべく小さくしたいところですが、10Ｋオーム以下のＡカーブの
ボリュームは手に入りにくいので10Ｋオームを選びました。

　出力バッファはダーリントン接続のダイヤモンド回路です。TR5、6は小信号のコンプリメンタリ、TR7、8、9、10
は中信号のコンプリメンタリ、TR11、12は電力用の30〜50Wのコンプリメンタリを選ぶといいでしょう。VＲ1、2は
バイアス電流設定用です。電源電圧を±16V位にすると8オームで10W程度の出力が得られます。

　DCサーボ回路はオフセットとドリフトを押さえるためにつけます。SATRI ICはドリフトは小さいのですが、PNP
とNPNの特性の違いによるオフセットは無視できません。打ち消し回路をつけてもいいのですが、電源電圧の
変動の影響を受けないようにするには結構複雑な回路になります。そこで、DCサーボ回路を採用します。ただ、
SATRI回路でRLをボリュームとしたためゲインが変化しますので、そのときDCのレベルが動かないようにフィル
ターは過制動の設定にしてあります。

　調整は、VR1、2を0にしておき、RLを0にします。この状態で電源を入れ、バイアス電流が100mA程度にします。
その時の出力DCが0Vになるように調整します。これは、RLを0にしたときはゲインが0になりますので、DCサー
ボが働かなくなるからです。
調整が終われば、ボリュームを動かしても出力のDCは動かないはずです。

　すべてのバイバスコンデンサはOS-CONを使うようにしましょう。OS-CONの広帯域のインピーダンスの低さ
は、SATRI回路の色づけのない音色には不可欠なアイテムです。

　電源はなるべく定電圧電源にしてください。安定化することで、バッファ回路のバイアスの変動もなくなり、アン
プの動作が精密になります。これにより、SATRI ICを使ったアンプはすべての情報を超精密に描写します。



　安定化電源はフィードバックタイプは使わないでください。図15にその例を示します。

　図15Ａは2個のCRDを使っています。この回路では簡単ですが、CRDのばらつきによるアンバランス分はGND
に流れてしまいます。図15Bはこれを改良したもので、カレントミラー回路を使って1個のCRDで済ませています。
この回路では定電圧ダイオードに流れる電流は同じですから、アンバランスが発生することはありません。CRD
に比べるとTRは安いですからこちらの回路をお勧めします。また、デュアルトランジスタが手に入らないときは2個
のトランジスタを熱結合して使ってください。

　また、定電圧ダイオードは必ず低雑音タイプを使ってください。入力側の電圧は25V位でいいと思います。ただ
OS-CONでは手に入りやすいものは25V耐圧までですから35V耐圧の電解コンデンサを使います。OS-CONの
連続使用電圧は耐圧の80％ですから、これは必ず守りましょう。

　SATRI ICのオフセットの打ち消しは図14に示したようにOPAMPによるDCサーボが最適です。ドリフトはRLをむ
やみに大きくしない限り安定しています。また、SATRI回路自体無帰還ですのでサーボも安定してかかります。た
だし、RLにボリュームを使う場合は0に絞りきった場合サーボループが切れますからDCサーボがかかりません。
ですから、出力側のバッファのオフセット調整は必要です。

　SATRI ICの出力にバイアス素子を入れる方法も有効ですが、その場合、RLのボリュームを絞りきった場合、バ
イアス素子の内部抵抗がRLとなって完全には絞り切ることができません。RLをボリュームにする場合は、図14の
ような出力側のバッファのバイアスが独立した回路の方が良いです。