JP2003536339A - デュアルブリッジ増幅器 - Google Patents

デュアルブリッジ増幅器

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JP2003536339A
JP2003536339A JP2002504015A JP2002504015A JP2003536339A JP 2003536339 A JP2003536339 A JP 2003536339A JP 2002504015 A JP2002504015 A JP 2002504015A JP 2002504015 A JP2002504015 A JP 2002504015A JP 2003536339 A JP2003536339 A JP 2003536339A
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ヤン、ピー.エフ.ヒュイサー
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Koninklijke Philips NV
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Philips Electronics NV
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/68Combinations of amplifiers, e.g. multi-channel amplifiers for stereophonics
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/03Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being designed for audio applications

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Abstract

(57)【要約】 2つの信号増幅器(10;20)と1つの共通バッファ増幅器(30)とを備え、2つの入力信号(Iin1;Iin2)を処理して2つの増幅された出力信号(VL1;VL2)を2つの別個の負荷に供給するデュアルブリッジ増幅器(1)において、負荷に対するフィードバックカップリングを使用することによって、チャネル分離が向上される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、一般に、2つの入力信号を処理して2つの増幅された出力信号を2
つの別個の負荷に供給するデュアルブリッジ増幅器であって、2つの信号増幅器
と1つの共通バッファ増幅器とを備えたデュアルブリッジ増幅器に関する。その
ような増幅器は、それ自体、例えば欧州特許出願0.492.291号明細書か
ら知られている。
【0002】 本発明は、特に、可聴周波数域で信号を増幅するための増幅器であって、スピ
ーカを駆動するための増幅器に関する。したがって、以下、この技術分野におい
て本発明を更に説明する。しかしながら、本発明はそのような用途に限定される
ものではない。
【0003】 スピーカ等の負荷を駆動するため、増幅段を複数の方法で構成することができ
る。シングルエンド構成においては、任意のDC信号成分を除去するため、スピ
ーカの一方の端子がコンデンサを介して増幅器の出力端子に接続され、スピーカ
の他方の端子が接地点に接続される。2つのスピーカが駆動される場合、例えば
ステレオ信号の場合あるいは前後にスピーカを備えたカーオーディオシステムの
場合には、2つの増幅器が必要である。この場合、各増幅器は、それぞれコンデ
ンサを介して各スピーカの第1の端子に接続される出力端子を有しており、一方
、前記スピーカの第2の端子は接地点に接続される。そのような構成において、
2つのスピーカを接続するためには、3つの出力端子が必要であり、前記出力端
子のうちの1つが接地点の出力端子となる。
【0004】 他の構成において、1つのスピーカを駆動させるための増幅段は、2つの増幅
器を備えている。前記増幅器のそれぞれは、スピーカの各端子に接続される出力
端子を有している。そのような構成は、シングルエンド構成において多くの利点
を与える。DC信号成分を除去するためには、接地点端子は不要であり、また、
コンデンサも必要ない。更に、スピーカは、比較的大きな電力で駆動され得るが
、前記増幅器のそれぞれは、比較的限られた程度でのみ負荷が与えられる。その
ような構成に係る増幅段をブリッジ増幅器と称する。
【0005】 1つのブリッジ増幅器を用いて2つのスピーカを駆動する場合、前記スピーカ
のそれぞれは前述した方法で接続され、4つの増幅器の全てが必要となる。しか
しながら、両方のスピーカに共通の1つの増幅器を使用することもできる。すな
わち、第1の増幅器の出力端子が一方のスピーカの第1の端子に接続され、第2
の増幅器の出力端子が第2のスピーカの第1の端子に接続されるとともに、第3
の増幅器の出力端子が第1のスピーカの第2の端子および第2のスピーカの第2
の端子に接続される。また、この共通の第3の増幅器はバッファ増幅器と称され
る。そのような構成の一般的な利点は、ブリッジ増幅器構成において2つのスピ
ーカを駆動させるために3つの出力端子だけが必要であるという点である。
【0006】 そのようなデュアルブリッジ増幅器構成の例は、EP−A−0.492.29
1号明細書に開示されている。本発明の一般的な目的は、前記文献に記載されて
いるようなデュアルブリッジ増幅段に対して特性が向上されたデュアルブリッジ
増幅段を提供することである。
【0007】 そのような構成の基本的な問題は、バッファ増幅器が一定の0でない出力イン
ピーダンスを有しているということである。その結果、以下から理解できるよう
に、チャネル分離が悪くなる。一方の第1の入力信号が0であり、他方の入力信
号が0でない場合、対応する第1の増幅器の出力は0であり、対応する第2の増
幅器の出力は、0でない第2の入力信号を反映する。第2の増幅器のこの出力は
、対応する第2のスピーカを通じた電流を生じさせ、この電流は、バッファ増幅
器の0でない出力インピーダンスに起因して、バッファ増幅器の出力端子で電圧
信号を生じさせる。結果として、この第1のスピーカにおける入力信号が0であ
るにもかかわらず、第1のスピーカで信号電流が生成される。
【0008】 更に、実際に線形ではない前記出力インピーダンスは、比較的大きな歪み成分
を出力信号全体に生じさせる。
【0009】 本発明の特定の目的は、デュアルブリッジ増幅段のチャネル分離を向上させる
ことである。
【0010】 本発明の主要な態様によれば、デュアルブリッジ増幅段のチャネル分離は、ス
ピーカに対するフィードバックカップリングを使用することによって向上される
【0011】 本発明のこれらおよび他の態様、特徴、利点は、図面を参照した本発明に係る
デュアルブリッジ増幅器の好ましい実施形態の以下の説明により更に明らかとな
る。図中、同じ参照符号は、同一または類似の部品を示している。
【0012】 図1は、本発明に係るデュアルブリッジ増幅段1を概略的に示すブロック図で
ある。デュアルブリッジ増幅器1は、第1の電流入力信号Iin1および第2の
電流入力信号Iin2をそれぞれ受けるために、第1の入力端子2と第2の入力
端子3とを備えている。デュアルブリッジ増幅器1は3つの出力端子4,5,6
を更に備えている。デュアルブリッジ増幅器1は第1の出力電圧信号VOUT1 を第1の出力端子4に生成し、第2の電圧出力信号VOUT2が第2の出力端子
5で生成される。デュアルブリッジ増幅器1は、共通の出力電圧信号VOUTc ommon を共通出力端子6に生成する。抵抗器RL1として図1に示されるス
ピーカ等の第1の負荷は、第1の出力端子4と共通出力端子6との間に接続され
ている。抵抗器RL2として図1に示されるスピーカ等の第2の負荷は、第2の
出力端子5と共通出力端子6との間に接続されている。
【0013】 なお、入力信号Iin1,Iin2は、例えばチューナやCDプレーヤ等の任
意のタイプの電流源の出力信号であっても良い。
【0014】 デュアルブリッジ増幅器1は、第1の信号入力端子2と第1の信号出力端子4
との間に結合された第1の増幅器10を備えている。第1の増幅器10は、第1
の信号入力端子2に接続された反転入力端子11と第1の出力端子4に接続され
た出力端子13とを有する作動増幅器である。出力端子13の出力電圧は、第1
のフィードバック抵抗器14を介して、反転入力端子11にフィードバックされ
る。
【0015】 同様に、デュアルブリッジ増幅器1は、第2の信号入力端子3と第2の信号出
力端子5との間に結合された第2の増幅器20を備えている。第2の増幅器20
は、第2の信号入力端子3に接続された反転入力端子21と第2の出力端子5に
接続された出力端子23とを有しており、第2のフィードバック抵抗器24は出
力端子23を反転入力端子21に接続している。
【0016】 デュアルブリッジ増幅器1は、反転入力端子31と非反転入力端子32と出力
端子33とを有するバッファ増幅器30を更に備えている。出力端子33は共通
出力端子6に接続されている。第3のフィードバック抵抗器34は、出力端子3
3と反転入力端子31との間に接続されている。バッファ増幅器30の非反転入
力端子32は基準電圧源35に接続されており、基準電圧源35は、好ましくは
デュアルブリッジ増幅器1の供給電圧Vの半分に略等しい基準電圧Vを供給
する。
【0017】 デュアルブリッジ増幅器1は、第1のバイアス電流Ib1を生成し且つ第1の
増幅器10の反転入力端子11に接続された第1のバイアス電流源41を備えて
いる。デュアルブリッジ増幅器1は、第2のバイアス電流Ib2を生成し且つ第
1の増幅器10の非反転入力端子12に接続された第2の電流源42を更に備え
ている。デュアルブリッジ増幅器1は、第3のバイアス電流Ib3を生成し且つ
バッファ増幅器30の反転入力端子31に接続された第3のバイアス電流源43
を更に備えている。デュアルブリッジ増幅器1は、第4のバイアス電流Ib4
生成し且つ第2の増幅器20の非反転入力端子22に接続された第4のバイアス
電流源44を更に備えている。デュアルブリッジ増幅器1は、第5のバイアス電
流Ib5を生成し且つ第2の増幅器20の反転入力端子21に接続された第5の
バイアス電流源45を更に備えている。
【0018】 図2は、デュアルブリッジ増幅器1のバイアス電流生成回路60を示している
。バイアス電流生成回路60は、第1の電流Iを生成する第1の電流源61を
備えている。第1の電流Iは、デュアルブリッジ増幅器1の第1の信号入力端
子2で受けられる第1の入力電流Iin1とほぼ等しい大きさを有している。第
1の電流源61の動作は、当業者であれば分かるように、カレント・ミラー(c
urrent mirror)に基づいていても良い。同様に、バイアス電流生
成回路60は、第2の電流Iを生成する第2の電流源62を備えている。第2
の電流Iの大きさは、デュアルブリッジ増幅器1の第2の信号入力端子3で受
けられる第2の入力電流Iin2と等しい。第1の電流Iおよび第2の電流I は最大値選択器63に供給され、最大値選択器63は、前記2つの電流I
のうちのいずれが大きいかを決定するとともに、前記2つの電流I,I のうちの最も大きい方と等しい出力電流Imaxを供給する。コンパレータ64
は、ImaxをV/Rに等しい一定の閾値レベルITHと比較する。コンパレ
ータ64は、ImaxがITHよりも小さい時には0に等しい電流Icomp
出力するとともに、ImaxがITHよりも大きい場合にはImaxに等しい電
流Icompを出力する。バイアス電流発生器65は、Icompを受けるとと
もに、5つのバイアス電流Ib1,Ib2,Ib3,Ib4,Ib5を各電流出
力端子66,66,66,66,66で生成する。電流発生器65は
、前記5つの出力電流Ib1〜Ib5が互いにほぼ等しくなるように構成されて
いる。電流発生器65は、図1の5つのバイアス電流源41〜45の組合せと見
なすことができる。
【0019】 他の実施形態においては、コンパレータ64を省略することができる。この場
合、バイアス電流発生器65は、常にImaxに等しい入力電流を受ける。この
時、システムはリニアである。しかしながら、、Imaxを一定の閾値レベルITH =V/Rと比較すれば、DCエラーを最小にするのに役立つ。ここで、抵
抗器14,24,34,51,52の抵抗値が互いに等しい場合、値Rは抵抗器
14,24,34,51,52の前記抵抗値よりも僅かに大きく、増幅器10,
20,30のうちの1つがクリップする時にIが単に変調し始める。
【0020】 本発明の重要な態様によれば、デュアルブリッジ増幅器1は、共通出力端子6
の共通出力電圧VOUTcommonを第1の増幅器10の非反転入力端子12
にフィードバックする第1の共通モードフィードバック抵抗器51と、前記共通
モード出力電圧VOUTcommonを第2の増幅器20の非反転入力端子22
にフィードバックする第2の共通モードフィードバック抵抗器52とを備えてい
る。最適な結果において、第1の共通モードフィードバック抵抗器51は、バッ
ファ増幅器30の出力端子33のできる限り近くに接続され、同様に、第2の共
通モードフィードバック抵抗器52もバッファ増幅器30の出力端子33のでき
る限り近くに接続されることが好ましい。
【0021】 適当な大きさの構成要素を用いると、クロストークが殆どない場合、第1の負
荷RL1間の出力電圧VL1=VOUT1−VOUTcommonは、デュアル
ブリッジ増幅器1の第1の信号入力端子2で受けられる第1の入力電流Iin1 によってのみ決定され、同様に、第2の負荷RL2間の出力電圧VL2は、デュ
アルブリッジ増幅器の第2の信号入力端子3で受けられる第2の入力電流Iin によってのみ決定され、一方、最大出力電圧が供給電圧Vに等しいことは簡
単に示され得る。
【0022】 この目的のため、5つのバイアス電流Ib1〜Ib5の全てが互いにほぼ等し
くIとして示され、また、5つのフィードバック抵抗器14,24,34,5
1,52の全てがほぼ同じ抵抗値Rを有していなければならない。これは以下の
ように示すことができる。
【0023】 第1のフィードバック抵抗器14を通じた電流I14は、以下のように書くこ
とができる。すなわち、 I14=(V13−V11)/R14=Iin1−Ib1 →VOUT1=V11+(Iin1−Ib1)・R14 (1) I51=(VOUTcommon−V12)/R51=−Ib2 →VOUTcommon=V12−Ib2・R51 (2) VL1=VOUT1−VOUTcommon =(V11−V12)−(Ib1・R14−Ib2・R51)+Iin ・R14 (3) 同様に、 VL2=VOUT2−VOUTcommon =(V21−V22)−(Ib5・R24−Ib4・R52)+Iin ・R24 (4)
【0024】 したがって、Ib1×R14がIb2×R51と等しければ、第1の増幅器1
0の入力端子11,12での電位V11,V12が互いに等しくなるため、V はIin114に等しくなる。同様に、Ib5×R24がIb4×R52
等しければ、VL2はIin224に等しくなる。これらの状態の最も簡単な
実用上の具現化は、第1の共通モードフィードバック抵抗器51と第1のフィー
ドバック抵抗器14の抵抗値R51,R14がそれぞれ互いに等しく且つ第1お
よび第2のバイアス電流Ib1,Ib2がそれぞれ互いに等しい場合に実施され
、また、第2の共通モードフィードバック抵抗器52と第2のフィードバック抵
抗器24の抵抗値R52,R24がそれぞれ互いに等しく且つ第4および第5の
バイアス電流Ib4,Ib5がそれぞれ互いに等しい場合に実施される。
【0025】 第1の共通モードフィードバック抵抗器51、第1のフィードバック抵抗器1
4、第2の共通モードフィードバック抵抗器52、第2のフィードバック抵抗器
24、第3のフィードバック抵抗器34の抵抗値R51,R14,R52,R ,R34がそれぞれ全て互いに等しく且つ第1、第2、第4、第5、第3のバ
イアス電流Ib1,Ib2,Ib4,Ib5,Ib3のそれぞれ全てが互いに等
しい場合、増幅器10,20,30の反転入力端子11,21,31および非反
転入力端子12,22,32での電圧レベルはそれぞれ全てV/2に等しい。
これは、多くの理由において有益である。例えば、増幅器の入力段を簡単に設計
することができる。これは、増幅器の入力段がレール・トゥー・レール電圧を扱
う必要がないからである。更に、電流I,Iinを生成する電流発生器を簡単
に設計することができる。これは、全ての電流源でV/2の電圧降下が生じ、
電流源の任意の起こり得る出力インピーダンスによって出力信号の歪み成分が生
成されるからである。
【0026】 したがって、本発明は、負荷にわたるフィードバックカップリングを使用する
ことによって、デュアルブリッジ増幅器におけるチャネル分離を向上させること
ができる。
【0027】 当業者にとって明らかなように、本発明の範囲は、前述した実施形態に限定さ
れず、添付のクレームで規定される本発明の範囲から逸脱することなく複数の補
正や変形が可能である。
【0028】 例えば、最大値選択器63やコンパレータ64や電流発生器65を単一デバイ
スとして実施しても良い。
【0029】 更に、本発明は、フロント/リヤ信号を扱うカーオーディオシステムにおける
用途に限定されるものではないが、フロント音響信号およびリヤ音響信号だけが
音量差を有するという事実すなわちIin1/Iin2が一定であるという事実
を考慮すると、本発明は、特にそのようなシステムにおいて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るデュアルブリッジ増幅段のブロック図を概略的に示している。
【図2】 バイアス電流生成回路のブロック図を概略的に示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J090 AA02 AA41 CA21 CA41 DN02 FA17 HA25 HA29 KA00 KA02 KA03 KA05 KA06 KA11 KA12 KA17 KA62 MA09 MA11 MN01 MN04 NN05 NN06 TA01 5J092 AA02 AA41 CA21 CA41 FA17 HA25 HA29 KA00 KA02 KA03 KA05 KA06 KA11 KA12 KA17 KA62 MA09 MA11 TA01 VL08 5J500 AA02 AA41 AC21 AC41 AF17 AH25 AH29 AK00 AK02 AK03 AK05 AK06 AK11 AK12 AK17 AK62 AM09 AM11 AT01 LV08 ND02 NM01 NM04 NN05 NN06

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの入力信号(Iin1;Iin2)を処理して2つの増幅された出力信号
    (VL1;VL2)を2つの別個の負荷に供給するデュアルブリッジ増幅器(1
    )において、2つの信号増幅器(10;20)と1つの共通バッファ増幅器(3
    0)とを備え、出力信号(VL1;VL2)が各信号増幅器(10;20)にフ
    ィードバックされるデュアルブリッジ増幅器。
  2. 【請求項2】 共通バッファ増幅器(30)の出力信号(VOUTcommon)が信号増幅
    器(10;20)の入力端子(12;22)にフィードバックされる請求項1に
    記載のデュアルブリッジ増幅器。
  3. 【請求項3】 共通バッファ増幅器(30)の出力端子(33)に接続された第1の端部と、
    第1の信号増幅器(10)の非反転入力端子(12)に接続されたその反対側の
    端部とを有する第1の共通モードフィードバック抵抗器(51)と、 共通バッファ増幅器(30)の出力端子(33)に接続された第1の端部と、
    第2の信号増幅器(20)の非反転入力端子(22)に接続されたその反対側の
    端部とを有する第2の共通モードフィードバック抵抗器(52)と、 を備えている請求項2に記載のデュアルブリッジ増幅器。
  4. 【請求項4】 第1の入力端子(2)および第2の入力端子(3)と、 第1の出力端子(4)および第2の出力端子(5)と、 第1の信号入力端子(2)に結合された反転入力端子(11)と、第1の信号出
    力端子(4)に結合された出力端子(13)とを有し、第1のフィードバック抵
    抗器(14)が反転入力端子(11)と出力端子(13)との間に接続された第
    1の増幅器(10)と、 第2の信号入力端子(3)に結合された反転入力端子(21)と、第2の信号
    出力端子(5)に結合された出力端子(23)とを有し、第2のフィードバック
    抵抗器(24)が反転入力端子(21)と出力端子(23)との間に接続された
    第2の増幅器(20)と、 電圧基準源(35)に結合された非反転入力端子(32)と、共通の出力端子
    (6)に結合された出力端子(33)とを有し、第3のフィードバック抵抗器(
    34)が出力端子(33)と反転入力端子(31)との間に接続されたバッファ
    増幅器(30)と、 を備え、 第1の共通モードフィードバック抵抗器(51)がバッファ増幅器(30)の
    出力端子(33)と第1の増幅器(10)の非反転入力端子(12)とに接続さ
    れ、第2の共通モードフィードバック抵抗器(52)がバッファ増幅器(30)
    の出力端子(33)と第2の増幅器(20)の非反転入力端子(22)とに接続
    され、 第1の増幅器(10)の反転入力端子(11)は第1のバイアス電流源(41
    )から第1のバイアス電流(Ib1)を受けるように結合され、 第1の増幅器(10)の非反転入力端子(12)は第2のバイアス電流源(4
    2)から第2のバイアス電流(Ib2)を受けるように結合され、 バッファ増幅器(30)の反転入力端子(31)は第3のバイアス電流源(4
    3)から第3のバイアス電流(Ib3)を受けるように結合され、 第2の増幅器(20)の非反転入力端子(22)は第4のバイアス電流源(4
    4)から第4のバイアス電流(Ib4)を受けるように結合され、 第2の増幅器(20)の反転入力端子(21)は第5のバイアス電流源(45
    )から第5のバイアス電流(Ib5)を受けるように結合されているデュアルブ
    リッジ増幅器(1)。
  5. 【請求項5】 第1のフィードバック抵抗器(14)の抵抗値(R14)と第1のバイアス電
    流(Ib1)との積(Ib1×R14)は、第1の共通モードフィードバック抵
    抗器(51)の抵抗値(R51)と第2のバイアス電流(Ib2)との積(I ×R51)にほぼ等しく、第2のフィードバック抵抗器(24)の抵抗値(R24 )と第5のバイアス電流(Ib5)との積(Ib5×R24)は、第2の共
    通モードフィードバック抵抗器(52)の抵抗値(R52)と第4のバイアス電
    流(Ib4)との積(Ib4×R52)にほぼ等しい請求項4に記載の増幅器。
  6. 【請求項6】 第1のフィードバック抵抗器(14)の抵抗値(R14)は、第1の共通モー
    ドフィードバック抵抗器(51)の抵抗値(R51)とほぼ等しく、 第2のフィードバック抵抗器(24)の抵抗値(R24)は、第2の共通モー
    ドフィードバック抵抗器(52)の抵抗値(R52)とほぼ等しく、 第1のバイアス電流(Ib1)は第2のバイアス電流(Ib2)とほぼ等しく
    、 第4のバイアス電流(Ib4)は第5のバイアス電流(Ib5)とほぼ等しい
    請求項5に記載の増幅器。
  7. 【請求項7】 第3のフィードバック抵抗器(34)の抵抗値(R34)、第1の共通モード
    フィードバック抵抗器(51)の抵抗値(R51)、第2の共通モードフィード
    バック抵抗器(52)の抵抗値(R52)が互いにほぼ等しく、第3のバイアス
    電流(Ib3)、第2のバイアス電流(Ib2)、第4のバイアス電流(Ib4 )が互いにほぼ等しい請求項6に記載の増幅器。
  8. 【請求項8】 前記5つのバイアス電流(Ib1〜Ib5)はほぼ同じ大きさを有しており、
    この大きさは、2つの入力信号(Iin1;Iin2)の大きさのうち最も大き
    い方とほぼ等しい請求項4ないし請求項7のいずれか1項に記載の増幅器。
  9. 【請求項9】 前記入力信号のうち最も大きい方の大きさが所定の閾値(ITH)よりも小さ
    い場合、前記バイアス電流の大きさがほぼ0に等しい請求項8に記載の増幅器。
  10. 【請求項10】 前記5つのバイアス電流(Ib1〜Ib5)はほぼ同じ大きさを有しており、
    この大きさは、2つの入力信号(Iin1;Iin2)の大きさのうち最も大き
    い方とほぼ等しく、 前記入力信号のうち最も大きい方の大きさが所定の閾値(ITH)よりも小さ
    い場合、前記バイアス電流の大きさがほぼ0に等しく、 Vが供給電圧で、Rが前記抵抗値(R14,R24,R34,R51,R )よりも僅かに大きい場合、前記閾値(ITH)がV/Rに等しい請求項7
    に記載の増幅器。
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