JP2004356931A - オーディオアンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】電力増幅部の設置場所の自由度を確保することができ、また、自動車等の車内などの放熱が困難な環境においても好適に使用できるオーディオアンプを提供する。
【解決手段】負荷を直接駆動する半導体素子を含む電力増幅部を備えたオーディオアンプにおいて、前記半導体素子は、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上、望ましくはさらにホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含む半導体材料により構成された半導体素子を用いる。この半導体材料として、ＧａＮ系半導体、ＡｌＮ系半導体、ＳｉＣ系半導体、ダイヤモンド系半導体などが挙げられる。また、混晶半導体であるＩｎＧａＮ系半導体、ＡｌＧａＮ系半導体なども、本実施形態において使用される半導体材料に含まれる。また、この電力増幅部は、放熱が困難な環境において好適に使用される。
【選択図】 図１
【解決手段】負荷を直接駆動する半導体素子を含む電力増幅部を備えたオーディオアンプにおいて、前記半導体素子は、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上、望ましくはさらにホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含む半導体材料により構成された半導体素子を用いる。この半導体材料として、ＧａＮ系半導体、ＡｌＮ系半導体、ＳｉＣ系半導体、ダイヤモンド系半導体などが挙げられる。また、混晶半導体であるＩｎＧａＮ系半導体、ＡｌＧａＮ系半導体なども、本実施形態において使用される半導体材料に含まれる。また、この電力増幅部は、放熱が困難な環境において好適に使用される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカ等の負荷を直接駆動する半導体素子を含む電力増幅部を備えたオーディオアンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を含む電力増幅部を備えたオーディオアンプは、スピーカ等を駆動するために広く用いられている。このようなオーディオアンプについては、半導体素子の熱暴走を防止するため、様々な対策がなされている。
【０００３】
例えば、電力増幅部を構成する半導体パワー素子の発熱が筐体内の他の回路や機構部品などに与える影響を小さくするために放熱構造に改良を施したもの（特許文献１参照）、電力増幅器の入力をレベル検出器で検出し、冷却用ファンモータを低速／高速で動作させて電力増幅器の冷却を図るもの（特許文献２参照）、プリアンプ入力に接続されたスピーカ音量調節用可変抵抗器に連動してパワー出力部の電源電圧を調整するもの（特許文献３参照）、パワーアンプの出力段トランジスタの温度が所定温度以上の場合にまずパワーアンプへの電源供給を停止し、所定時間経過しても温度が低下しない場合にはパワーアンプ以外の箇所への電源供給も停止するもの（特許文献４参照）などがある。
【０００４】
【特許文献１】実開平５−７２１８９号公報
【特許文献２】特開平６−５８６１５号公報
【特許文献３】特開平１１−１１２２５６号公報
【特許文献４】特開２００２−２４７６８０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の各特許文献に示された技術は、いずれも電力増幅部を構成する半導体素子の材料としてシリコン（Ｓｉ）系半導体材料を用いている。このＳｉ系半導体材料による半導体素子の接合部温度は一般的には１２５℃、高いものでも１５０〜２００℃であり、動作環境温度が高い場合には半導体素子の放熱が不可欠であるため、半導体素子の放熱効率を向上させることが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明では、設置場所の自由度を確保することができ、また、放熱が困難な設置環境においても好適に使用できるオーディオアンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、負荷を直接駆動する半導体素子を含む電力増幅部を備えたオーディオアンプにおいて、前記負荷を直接駆動する半導体素子は、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記半導体材料は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記半導体材料は、ＧａＮ系半導体、ＡｌＮ系半導体、ＩｎＧａＮ系半導体、ＡｌＧａＮ系半導体のうち少なくとも１種類の半導体を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記半導体材料は、ＳｉＣ系半導体、ダイヤモンド系半導体のうち少なくとも１種類の半導体を含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかの発明において、前記負荷を直接駆動する半導体素子は、スイッチング動作していることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかの発明において、前記電力増幅部は、前記負荷に対してブリッジ接続可能となるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかの発明において、前記電力増幅部は、車両に搭載されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。図１において、１はオーディオアンプ、２は負荷である。ここで、負荷２は、スピーカ等の音響機器である。
【００１６】
オーディオアンプ１は、入力されたオーディオ信号のうち特に電圧成分を増幅する電圧増幅部１１と、電圧増幅部１１により増幅されたオーディオ信号を負荷２が動作するように電力増幅する電力増幅部１２とを備えている。また、電力増幅部１２は、負荷２を直接駆動する半導体素子を備えている。ここで、「負荷２を直接駆動する半導体素子」とは、具体的には電力増幅部１２の最終段のように、その出力電力が直接負荷２の駆動に寄与するような半導体素子を意味する。
【００１７】
そして、本発明の第１の実施形態であるオーディオアンプ１は、電力増幅部１２に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成したことに特徴がある。これらの条件を満たす半導体材料を表１に示す。
【００１８】
また、この半導体材料は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含むことが望ましい。例えば、ＧａＮ系半導体、ＡｌＮ系半導体、ＳｉＣ系半導体、ダイヤモンド系半導体などが挙げられる。また、混晶半導体であるＩｎＧａＮ系半導体、ＡｌＧａＮ系半導体なども、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上となるため、本実施形態において使用される半導体材料に含まれる。一方、バンドギャップエネルギーの大きさが大きい材料ほど絶縁体に近い性質を有するため、表１に記載されたＢＮ系半導体よりバンドギャップエネルギーの大きさが大きい材料は、本実施形態において使用される半導体材料として好適とはいえなくなる。
【００１９】
【表１】
【００２０】
このように、表１に示されたバンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により半導体素子を構成すると、従来例として示したＳｉやＧａＡｓにより半導体素子を構成した場合と比較して、下記の利点を有する。また、この傾向は、半導体材料がホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含む場合にはより顕著になると考えられる。
（１）５００℃以上の高温でも動作可能となる。
（２）半導体素子を電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とした場合には、ドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）間の導通時抵抗（以下、ＯＮ抵抗とする）が数ｍΩ程度と小さくなるため、素子自体の発熱が抑制される。
（３）半導体素子自体の高周波特性が一般によくなるため、例えば高速スイッチングが可能となり、また負帰還時に位相補償をする必要がなくなるなど、増幅器としての特性も向上する。
【００２１】
したがって、表１に例示された半導体材料またはそれらの混晶半導体材料により形成された半導体素子を本発明の実施形態の電力増幅部１２に用いることにより、半導体素子の発熱量が小さくなり、かつ動作許容温度範囲が広がるため、電力増幅部１２における保護回路の省略または簡略化が可能となり、電力増幅部１２の小型化およびコストダウンが可能となる。
【００２２】
また、上記半導体素子を用いた本発明の実施形態のオーディオアンプは、従来のオーディオアンプと比較して、下記の利点を有する。
（１）半導体素子の発熱が小さくなるため、電力増幅部の放熱機構が簡略化され、場合によっては不要となる。したがって、電力増幅部の設置場所の自由度が高まり、自動車等の車内や屋内などの放熱が困難な環境においても好適に使用できるオーディオアンプとなる。
（２）半導体素子自体の高周波特性が一般に良好となるため、ディジタルオーディオアンプの場合は高速スイッチングが可能となるため特性の向上が直接的に図られ、ディジタルオーディオアンプ以外のオーディオアンプについても、負帰還時の動作が安定するなど特性の向上が間接的に図られる。
【００２３】
なお、本発明の第１の実施形態であるオーディオアンプ１においては、電力増幅部１２に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子以外の半導体素子についても、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料、望ましくはホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含む半導体材料により構成してもよい。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。図２において、オーディオアンプ２０の内部に電力増幅部を２つ備えている点で図１と相違している。このオーディオアンプ２０は、２つの電力増幅部を備え、それぞれの電力増幅部の出力をスピーカ等の負荷２に接続するブリッジ接続型のオーディオアンプである。
【００２５】
ブリッジ接続型のオーディオアンプ２０は、原理上スピーカ等の負荷２に直流電流が流れないため、電力増幅部を単電源で動作させることができ、また、各々の電力増幅器の電源電圧を低くすることができるため、特に自動車用のオーディオ装置などに好適なオーディオアンプとなる。
【００２６】
オーディオアンプ２０は、入力された信号のうち特に電圧成分を増幅する電圧増幅部２１と、電圧増幅部２１により増幅された信号を負荷２が動作するように電力増幅する第１の電力増幅部２２と、第１の電力増幅部２２の出力の逆相の出力を得るための位相反転部２３と、位相反転部２３の出力を負荷２が動作するように電力増幅する第２の電力増幅部２４とを備えている。また、電力増幅部２２、２４は、負荷２を直接駆動する半導体素子を備えている。
【００２７】
そして、本発明の第２の実施形態であるオーディオアンプ２０は、電力増幅部２２、２４に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成したことに特徴がある。また、この半導体材料は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含むことが望ましい。
【００２８】
なお、本発明の第２の実施形態であるオーディオアンプ２０においては、電力増幅部２２、２４に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子以外の半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料、望ましくはホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含む半導体材料により構成してもよい。
【００２９】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図３は、本発明の第３の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。図３において、オーディオアンプ３０の内部には、ディジタル信号処理を行う部分が存在し、電力増幅部をスイッチング動作させている点で図１および図２と相違している。このため、図３に示されたようなオーディオアンプ３０は、ディジタルオーディオアンプと呼ばれることもある。
【００３０】
このオーディオアンプ３０は、電力増幅部をスイッチング動作させるため、電源電力の利用効率がよく、また電力増幅部に高速スイッチングが可能な半導体素子を使用することで、音質の向上を図ることができる。
【００３１】
オーディオアンプ３０は、入力されたアナログ信号のうち特に電圧成分を増幅するアナログ増幅部３１と、アナログ増幅部３１により増幅された信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３２と、Ａ／Ｄ変換部３２の出力または外部からのディジタル信号入力に対してパルス幅変調などの処理を行うディジタル信号処理部３３と、ディジタル信号処理部３３の出力を負荷２が動作するように電力増幅するディジタル電力増幅部３４と、ディジタル電力増幅部３４の出力を負荷２の動作のためにアナログ信号に変換するローパスフィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）３５とを備えている。
【００３２】
ここで、ディジタル電力増幅部３４は、負荷２を直接駆動する半導体素子を備えており、ディジタル信号処理部３３からの入力に応じてスイッチング動作する。また、ディジタル電力増幅部３４の出力の一部は、ディジタル信号処理部３３に帰還されている。
【００３３】
そして、本発明の第３の実施形態であるオーディオアンプ３０は、電力増幅部３４に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成したことに特徴がある。また、この半導体材料は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含むことが望ましい。
【００３４】
なお、本発明の第３の実施形態であるオーディオアンプ３０においては、電力増幅部３４に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子以外の半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料、望ましくはホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含む半導体材料により構成してもよい。
【００３５】
ここで、図１ないし図３に例示したオーディオアンプ１、２０、３０は、１つの負荷２を駆動するための必要最小限の構成を示しており、これだけでもモノラルオーディオアンプとして機能するが、本発明の実施形態はこれに限られず、例えば複数の負荷２を駆動するために、電力増幅部１２、２２、２４、３４を必要数備えたオーディオアンプ、例えば２チャネル以上のステレオオーディオアンプなども、本発明の実施形態に含まれる。
【００３６】
また、本発明の実施形態は、様々な用途に適用が可能である。例えば、自動車等の車両のオーディオ設備、屋内におけるオーディオシステム、ビル等の音響設備および放送設備等、コンサート会場等の音響設備等、オーディオアンプを使用可能な環境であれば、事実上用途が制限されることはない。
【００３７】
以下、上述の各実施形態の電力増幅部の最終段周辺の回路例を説明する。なお、以下の説明において、電力増幅部の最終段の半導体素子はＦＥＴとし、バイアス回路等の説明は省略する。また、各図におけるＮチャネル型ＦＥＴ（Ｎｃｈ ＦＥＴ）とＰチャネル型ＦＥＴ（Ｐｃｈ ＦＥＴ）との区別を表記し、ゲート（Ｇ）、ドレイン（Ｄ）、ソース（Ｓ）の各極も表記している。
【００３８】
図４は、本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第１例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。第１例の回路は、本発明の第１の実施形態のオーディオアンプ１に好適に用いられる。
【００３９】
図４において、２はスピーカ等の負荷、４１は電力増幅部である。また、４２は負荷２を直接駆動する半導体素子、４３は半導体素子４２のバイアス電流を流すための定電流回路である。図４は、半導体素子４２に流れるバイアス電流をオーディオ信号電流の振幅以上とする、いわゆるＡ級シングル型の回路である。
【００４０】
図４の回路において、半導体素子４２としてバンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成された半導体素子を用いることにより、半導体素子４２に流れるバイアス電流の値が大きい場合であっても素子自体の発熱が抑制され、また高温でも動作可能となるため、電力増幅部４２の設置場所の自由度が確保される。
【００４１】
また、半導体素子４２自体の高周波特性がよいため、負帰還時の動作が安定するという利点もある。
【００４２】
図５は、本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第２例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。第２例の回路は、第１例の回路と同様、本発明の第１の実施形態のオーディオアンプ１に好適に用いられる。
【００４３】
図５において、２はスピーカ等の負荷、５１は電力増幅部である。また、５２ａは負荷２を直接駆動する第１の半導体素子、５２ｂは第１の半導体素子５２ａのドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）を設定するために第１の半導体素子５２ａに対してカスコード接続された第２の半導体素子、５３は第１の半導体素子５２ａのバイアス電流を流すための定電流回路、５４は第１の半導体素子５２ａのＶＤＳを設定するＶＤＳ設定回路である。なお、図５において、負荷２は第１の半導体素子５２ａのソース側に接続されている。
【００４４】
図５は、第１の半導体素子５２ａに流れるバイアス電流をオーディオ信号電流の振幅以上とする、いわゆるＡ級シングル型の回路である。
【００４５】
図５の回路において、第１の半導体素子５２ａとしてバンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成された半導体素子を用いることにより、第１の半導体素子５２ａに流れるバイアス電流の値が大きい場合であっても素子自体の発熱が抑制され、また高温でも動作可能となるため、電力増幅部５１の設置場所の自由度が確保される。
【００４６】
また、第１の半導体素子５２ａ自体の高周波特性がよいため、負帰還時の動作が安定するという利点もある。
【００４７】
なお、図５において、第２の半導体素子５２ｂについても、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成された半導体素子を用いることが、上述の第１の半導体素子５２ａと同様の理由から望ましい。
【００４８】
図６は、本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第３例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。第３例の回路は、本発明の第１、第２、第３の実施形態のオーディオアンプ１、２０、３０のいずれにも好適に用いられる。
【００４９】
図６において、２はスピーカ等の負荷、６１は電力増幅部である。また、６２ａは負荷２を直接駆動する第１の半導体素子、６２ｂは負荷２を直接駆動する第２の半導体素子である。なお、図６に例示される第３例の回路を本発明の第２の実施形態のオーディオアンプ２０に適用する場合は、負荷２はグラウンドに接続されることなくブリッジ接続される。
【００５０】
図６は、いわゆるプシュプル型の回路であって、第１の半導体素子６２ａおよび第２の半導体素子６２ｂの出力電流に対するバイアス電流の割合を小さくして、ＡＢ級またはＢ級の動作をさせることが多い。また、第３の実施形態のオーディオアンプ３０に適用する場合は、ゲートの電位を閾値付近に設定して、第１の半導体素子６２ａおよび第２の半導体素子６２ｂにスイッチング動作をさせるようにする。ここで、第１の半導体素子６２ａの特性と、第２の半導体素子６２ｂの特性とは実質的に相補（コンプリメンタリ）である必要がある。
【００５１】
図６の回路において、第１の半導体素子６２ａおよび第２の半導体素子６２ｂとしてバンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成された半導体素子を用いることにより、素子自体の発熱が抑制され、また高温でも動作可能となるため、電力増幅部６１の設置場所の自由度が確保される。
【００５２】
また、半導体素子６２ａ、６２ｂ自体の特性により、ＯＮ抵抗が小さくなるためクロスオーバーひずみが小さくなり、高周波特性がよいため負帰還時の動作が安定するという利点もある。また、図６の回路を本発明の第３の実施形態のオーディオアンプ３０に適用する場合は、半導体素子６２ａ、６２ｂの高速スイッチングが可能となるため、音質のよいオーディオアンプを得ることができる。
【００５３】
図７は、本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第４例を概略的に示す説明図であって、（イ）は両電源型、（ロ）は＋側の片電源型の例を示す。第４例の回路は、本発明の第１の実施形態のオーディオアンプ１および第２の実施形態のオーディオアンプ２０に好適に用いられ、図７（イ）の回路は第３の実施形態のオーディオアンプ３０にも好適に用いられる。
【００５４】
図７において、２はスピーカ等の負荷、７１は電力増幅部である。また、７２ａは負荷２を直接駆動する第１の半導体素子、７２ｂは負荷２を直接駆動する第２の半導体素子である。なお、図７に例示される第４例の回路を本発明の第２の実施形態のオーディオアンプ２０に適用する場合は、負荷２はグラウンドに接続されることなくブリッジ接続される。
【００５５】
図７は、いわゆるプシュプル型の変形回路であって、第１の半導体素子７２ａおよび第２の半導体素子７２ｂの出力電流に対するバイアス電流の割合を小さくして、ＡＢ級またはＢ級の動作をさせることが多い。また、第３の実施形態のオーディオアンプ３０に適用する場合は、ゲートの電位を閾値付近に設定して、第１の半導体素子７２ａおよび第２の半導体素子７２ｂにスイッチング動作をさせるようにする。
【００５６】
ここで、第１の半導体素子７２ａの特性と、第２の半導体素子７２ｂの特性とは実質的に同一である必要がある。第４例の回路は、第３例の回路の応用的一例であって、特性が相補のＦＥＴが入手しにくい場合、電源が単電源である場合などに好適に用いられる。
【００５７】
また、図７（ロ）の回路においては、電力増幅部７１の出力が通常はグラウンドレベルにならないため、負荷２に直流電流が流れることを防止することを目的として、電力増幅部７１と負荷２との間にコンデンサ７３が接続されているが、この回路が本発明の第２の実施形態のオーディオアンプ２０に用いられる場合は、コンデンサ７３を省略することができる。
【００５８】
図７の回路において、第１の半導体素子７２ａおよび第２の半導体素子７２ｂとして、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成された半導体素子を用いることにより、素子自体の発熱が抑制され、また高温でも動作可能となるため、電力増幅部７１の設置場所の自由度が確保される。
【００５９】
また、半導体素子７２ａ、７２ｂ自体の特性により、ＯＮ抵抗が小さくなるためクロスオーバーひずみが小さくなり、高周波特性がよいため負帰還時の動作が安定するという利点もある。また、図７（イ）の回路を本発明の第３の実施形態のオーディオアンプ３０に適用する場合は、半導体素子６２ａ、６２ｂの高速スイッチングが可能となるため、音質のよいオーディオアンプを得ることができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態の具体例を説明したが、本発明の実施形態は上述した事項に限られず、適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００６１】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、負荷を直接駆動する半導体素子を含む電力増幅部を備えたオーディオアンプにおいて、前記負荷を直接駆動する半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成しているため、下記の優れた効果を奏する。
【００６２】
（１）半導体素子の発熱が小さくなるため、電力増幅部の放熱機構が簡略化され、場合によっては不要となる。したがって、電力増幅部の設置場所の自由度が高まり、自動車等の車内や屋内などの放熱が困難な環境においても好適に使用できるオーディオアンプとなる。
（２）半導体素子自体の高周波特性が一般に良好となるため、ディジタルオーディオアンプの場合は高速スイッチングが可能となるため特性の向上が直接的に図られ、ディジタルオーディオアンプ以外のオーディオアンプについても、負帰還時の動作が安定するなど特性の向上が間接的に図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第１例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。
【図５】本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第２例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。
【図６】本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第３例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。
【図７】本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第４例を概略的に示す説明図であって、（イ）は両電源型、（ロ）は＋側の片電源型の例を示す。
【符号の説明】
１、２０、３０ オーディオアンプ
２ 負荷
１１、２１ 電圧増幅部
１２、４１、５１、６１、７１ 電力増幅部
２２ 第１の電力増幅部
２３ 位相反転部
２４ 第２の電力増幅部
３１ アナログ増幅部
３２ Ａ／Ｄ変換部
３３ ディジタル信号処理部
３４ ディジタル電力増幅部
３５ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
４２ 半導体素子（Ｎチャネル型ＦＥＴ）
４３、５３ 定電流回路
５２ａ、６２ａ、７２ａ 第１の半導体素子（Ｎチャネル型ＦＥＴ）
５４ ＶＤＳ設定回路
６２ｂ 第２の半導体素子（Ｐチャネル型ＦＥＴ）
７２ｂ 第２の半導体素子（Ｎチャネル型ＦＥＴ）
７３ コンデンサ
Ｇ ゲート
Ｄ ドレイン
Ｓ ソース
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカ等の負荷を直接駆動する半導体素子を含む電力増幅部を備えたオーディオアンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を含む電力増幅部を備えたオーディオアンプは、スピーカ等を駆動するために広く用いられている。このようなオーディオアンプについては、半導体素子の熱暴走を防止するため、様々な対策がなされている。
【０００３】
例えば、電力増幅部を構成する半導体パワー素子の発熱が筐体内の他の回路や機構部品などに与える影響を小さくするために放熱構造に改良を施したもの（特許文献１参照）、電力増幅器の入力をレベル検出器で検出し、冷却用ファンモータを低速／高速で動作させて電力増幅器の冷却を図るもの（特許文献２参照）、プリアンプ入力に接続されたスピーカ音量調節用可変抵抗器に連動してパワー出力部の電源電圧を調整するもの（特許文献３参照）、パワーアンプの出力段トランジスタの温度が所定温度以上の場合にまずパワーアンプへの電源供給を停止し、所定時間経過しても温度が低下しない場合にはパワーアンプ以外の箇所への電源供給も停止するもの（特許文献４参照）などがある。
【０００４】
【特許文献１】実開平５−７２１８９号公報
【特許文献２】特開平６−５８６１５号公報
【特許文献３】特開平１１−１１２２５６号公報
【特許文献４】特開２００２−２４７６８０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の各特許文献に示された技術は、いずれも電力増幅部を構成する半導体素子の材料としてシリコン（Ｓｉ）系半導体材料を用いている。このＳｉ系半導体材料による半導体素子の接合部温度は一般的には１２５℃、高いものでも１５０〜２００℃であり、動作環境温度が高い場合には半導体素子の放熱が不可欠であるため、半導体素子の放熱効率を向上させることが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明では、設置場所の自由度を確保することができ、また、放熱が困難な設置環境においても好適に使用できるオーディオアンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、負荷を直接駆動する半導体素子を含む電力増幅部を備えたオーディオアンプにおいて、前記負荷を直接駆動する半導体素子は、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記半導体材料は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記半導体材料は、ＧａＮ系半導体、ＡｌＮ系半導体、ＩｎＧａＮ系半導体、ＡｌＧａＮ系半導体のうち少なくとも１種類の半導体を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記半導体材料は、ＳｉＣ系半導体、ダイヤモンド系半導体のうち少なくとも１種類の半導体を含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかの発明において、前記負荷を直接駆動する半導体素子は、スイッチング動作していることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかの発明において、前記電力増幅部は、前記負荷に対してブリッジ接続可能となるように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかの発明において、前記電力増幅部は、車両に搭載されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。図１において、１はオーディオアンプ、２は負荷である。ここで、負荷２は、スピーカ等の音響機器である。
【００１６】
オーディオアンプ１は、入力されたオーディオ信号のうち特に電圧成分を増幅する電圧増幅部１１と、電圧増幅部１１により増幅されたオーディオ信号を負荷２が動作するように電力増幅する電力増幅部１２とを備えている。また、電力増幅部１２は、負荷２を直接駆動する半導体素子を備えている。ここで、「負荷２を直接駆動する半導体素子」とは、具体的には電力増幅部１２の最終段のように、その出力電力が直接負荷２の駆動に寄与するような半導体素子を意味する。
【００１７】
そして、本発明の第１の実施形態であるオーディオアンプ１は、電力増幅部１２に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成したことに特徴がある。これらの条件を満たす半導体材料を表１に示す。
【００１８】
また、この半導体材料は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含むことが望ましい。例えば、ＧａＮ系半導体、ＡｌＮ系半導体、ＳｉＣ系半導体、ダイヤモンド系半導体などが挙げられる。また、混晶半導体であるＩｎＧａＮ系半導体、ＡｌＧａＮ系半導体なども、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上となるため、本実施形態において使用される半導体材料に含まれる。一方、バンドギャップエネルギーの大きさが大きい材料ほど絶縁体に近い性質を有するため、表１に記載されたＢＮ系半導体よりバンドギャップエネルギーの大きさが大きい材料は、本実施形態において使用される半導体材料として好適とはいえなくなる。
【００１９】
【表１】
このように、表１に示されたバンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により半導体素子を構成すると、従来例として示したＳｉやＧａＡｓにより半導体素子を構成した場合と比較して、下記の利点を有する。また、この傾向は、半導体材料がホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含む場合にはより顕著になると考えられる。
（１）５００℃以上の高温でも動作可能となる。
（２）半導体素子を電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とした場合には、ドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）間の導通時抵抗（以下、ＯＮ抵抗とする）が数ｍΩ程度と小さくなるため、素子自体の発熱が抑制される。
（３）半導体素子自体の高周波特性が一般によくなるため、例えば高速スイッチングが可能となり、また負帰還時に位相補償をする必要がなくなるなど、増幅器としての特性も向上する。
【００２１】
したがって、表１に例示された半導体材料またはそれらの混晶半導体材料により形成された半導体素子を本発明の実施形態の電力増幅部１２に用いることにより、半導体素子の発熱量が小さくなり、かつ動作許容温度範囲が広がるため、電力増幅部１２における保護回路の省略または簡略化が可能となり、電力増幅部１２の小型化およびコストダウンが可能となる。
【００２２】
また、上記半導体素子を用いた本発明の実施形態のオーディオアンプは、従来のオーディオアンプと比較して、下記の利点を有する。
（１）半導体素子の発熱が小さくなるため、電力増幅部の放熱機構が簡略化され、場合によっては不要となる。したがって、電力増幅部の設置場所の自由度が高まり、自動車等の車内や屋内などの放熱が困難な環境においても好適に使用できるオーディオアンプとなる。
（２）半導体素子自体の高周波特性が一般に良好となるため、ディジタルオーディオアンプの場合は高速スイッチングが可能となるため特性の向上が直接的に図られ、ディジタルオーディオアンプ以外のオーディオアンプについても、負帰還時の動作が安定するなど特性の向上が間接的に図られる。
【００２３】
なお、本発明の第１の実施形態であるオーディオアンプ１においては、電力増幅部１２に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子以外の半導体素子についても、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料、望ましくはホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含む半導体材料により構成してもよい。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。図２において、オーディオアンプ２０の内部に電力増幅部を２つ備えている点で図１と相違している。このオーディオアンプ２０は、２つの電力増幅部を備え、それぞれの電力増幅部の出力をスピーカ等の負荷２に接続するブリッジ接続型のオーディオアンプである。
【００２５】
ブリッジ接続型のオーディオアンプ２０は、原理上スピーカ等の負荷２に直流電流が流れないため、電力増幅部を単電源で動作させることができ、また、各々の電力増幅器の電源電圧を低くすることができるため、特に自動車用のオーディオ装置などに好適なオーディオアンプとなる。
【００２６】
オーディオアンプ２０は、入力された信号のうち特に電圧成分を増幅する電圧増幅部２１と、電圧増幅部２１により増幅された信号を負荷２が動作するように電力増幅する第１の電力増幅部２２と、第１の電力増幅部２２の出力の逆相の出力を得るための位相反転部２３と、位相反転部２３の出力を負荷２が動作するように電力増幅する第２の電力増幅部２４とを備えている。また、電力増幅部２２、２４は、負荷２を直接駆動する半導体素子を備えている。
【００２７】
そして、本発明の第２の実施形態であるオーディオアンプ２０は、電力増幅部２２、２４に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成したことに特徴がある。また、この半導体材料は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含むことが望ましい。
【００２８】
なお、本発明の第２の実施形態であるオーディオアンプ２０においては、電力増幅部２２、２４に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子以外の半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料、望ましくはホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含む半導体材料により構成してもよい。
【００２９】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図３は、本発明の第３の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。図３において、オーディオアンプ３０の内部には、ディジタル信号処理を行う部分が存在し、電力増幅部をスイッチング動作させている点で図１および図２と相違している。このため、図３に示されたようなオーディオアンプ３０は、ディジタルオーディオアンプと呼ばれることもある。
【００３０】
このオーディオアンプ３０は、電力増幅部をスイッチング動作させるため、電源電力の利用効率がよく、また電力増幅部に高速スイッチングが可能な半導体素子を使用することで、音質の向上を図ることができる。
【００３１】
オーディオアンプ３０は、入力されたアナログ信号のうち特に電圧成分を増幅するアナログ増幅部３１と、アナログ増幅部３１により増幅された信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３２と、Ａ／Ｄ変換部３２の出力または外部からのディジタル信号入力に対してパルス幅変調などの処理を行うディジタル信号処理部３３と、ディジタル信号処理部３３の出力を負荷２が動作するように電力増幅するディジタル電力増幅部３４と、ディジタル電力増幅部３４の出力を負荷２の動作のためにアナログ信号に変換するローパスフィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）３５とを備えている。
【００３２】
ここで、ディジタル電力増幅部３４は、負荷２を直接駆動する半導体素子を備えており、ディジタル信号処理部３３からの入力に応じてスイッチング動作する。また、ディジタル電力増幅部３４の出力の一部は、ディジタル信号処理部３３に帰還されている。
【００３３】
そして、本発明の第３の実施形態であるオーディオアンプ３０は、電力増幅部３４に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成したことに特徴がある。また、この半導体材料は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含むことが望ましい。
【００３４】
なお、本発明の第３の実施形態であるオーディオアンプ３０においては、電力増幅部３４に含まれるスピーカ等の負荷２を直接駆動する半導体素子以外の半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料、望ましくはホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含む半導体材料により構成してもよい。
【００３５】
ここで、図１ないし図３に例示したオーディオアンプ１、２０、３０は、１つの負荷２を駆動するための必要最小限の構成を示しており、これだけでもモノラルオーディオアンプとして機能するが、本発明の実施形態はこれに限られず、例えば複数の負荷２を駆動するために、電力増幅部１２、２２、２４、３４を必要数備えたオーディオアンプ、例えば２チャネル以上のステレオオーディオアンプなども、本発明の実施形態に含まれる。
【００３６】
また、本発明の実施形態は、様々な用途に適用が可能である。例えば、自動車等の車両のオーディオ設備、屋内におけるオーディオシステム、ビル等の音響設備および放送設備等、コンサート会場等の音響設備等、オーディオアンプを使用可能な環境であれば、事実上用途が制限されることはない。
【００３７】
以下、上述の各実施形態の電力増幅部の最終段周辺の回路例を説明する。なお、以下の説明において、電力増幅部の最終段の半導体素子はＦＥＴとし、バイアス回路等の説明は省略する。また、各図におけるＮチャネル型ＦＥＴ（Ｎｃｈ ＦＥＴ）とＰチャネル型ＦＥＴ（Ｐｃｈ ＦＥＴ）との区別を表記し、ゲート（Ｇ）、ドレイン（Ｄ）、ソース（Ｓ）の各極も表記している。
【００３８】
図４は、本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第１例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。第１例の回路は、本発明の第１の実施形態のオーディオアンプ１に好適に用いられる。
【００３９】
図４において、２はスピーカ等の負荷、４１は電力増幅部である。また、４２は負荷２を直接駆動する半導体素子、４３は半導体素子４２のバイアス電流を流すための定電流回路である。図４は、半導体素子４２に流れるバイアス電流をオーディオ信号電流の振幅以上とする、いわゆるＡ級シングル型の回路である。
【００４０】
図４の回路において、半導体素子４２としてバンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成された半導体素子を用いることにより、半導体素子４２に流れるバイアス電流の値が大きい場合であっても素子自体の発熱が抑制され、また高温でも動作可能となるため、電力増幅部４２の設置場所の自由度が確保される。
【００４１】
また、半導体素子４２自体の高周波特性がよいため、負帰還時の動作が安定するという利点もある。
【００４２】
図５は、本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第２例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。第２例の回路は、第１例の回路と同様、本発明の第１の実施形態のオーディオアンプ１に好適に用いられる。
【００４３】
図５において、２はスピーカ等の負荷、５１は電力増幅部である。また、５２ａは負荷２を直接駆動する第１の半導体素子、５２ｂは第１の半導体素子５２ａのドレイン−ソース間電圧（ＶＤＳ）を設定するために第１の半導体素子５２ａに対してカスコード接続された第２の半導体素子、５３は第１の半導体素子５２ａのバイアス電流を流すための定電流回路、５４は第１の半導体素子５２ａのＶＤＳを設定するＶＤＳ設定回路である。なお、図５において、負荷２は第１の半導体素子５２ａのソース側に接続されている。
【００４４】
図５は、第１の半導体素子５２ａに流れるバイアス電流をオーディオ信号電流の振幅以上とする、いわゆるＡ級シングル型の回路である。
【００４５】
図５の回路において、第１の半導体素子５２ａとしてバンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成された半導体素子を用いることにより、第１の半導体素子５２ａに流れるバイアス電流の値が大きい場合であっても素子自体の発熱が抑制され、また高温でも動作可能となるため、電力増幅部５１の設置場所の自由度が確保される。
【００４６】
また、第１の半導体素子５２ａ自体の高周波特性がよいため、負帰還時の動作が安定するという利点もある。
【００４７】
なお、図５において、第２の半導体素子５２ｂについても、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成された半導体素子を用いることが、上述の第１の半導体素子５２ａと同様の理由から望ましい。
【００４８】
図６は、本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第３例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。第３例の回路は、本発明の第１、第２、第３の実施形態のオーディオアンプ１、２０、３０のいずれにも好適に用いられる。
【００４９】
図６において、２はスピーカ等の負荷、６１は電力増幅部である。また、６２ａは負荷２を直接駆動する第１の半導体素子、６２ｂは負荷２を直接駆動する第２の半導体素子である。なお、図６に例示される第３例の回路を本発明の第２の実施形態のオーディオアンプ２０に適用する場合は、負荷２はグラウンドに接続されることなくブリッジ接続される。
【００５０】
図６は、いわゆるプシュプル型の回路であって、第１の半導体素子６２ａおよび第２の半導体素子６２ｂの出力電流に対するバイアス電流の割合を小さくして、ＡＢ級またはＢ級の動作をさせることが多い。また、第３の実施形態のオーディオアンプ３０に適用する場合は、ゲートの電位を閾値付近に設定して、第１の半導体素子６２ａおよび第２の半導体素子６２ｂにスイッチング動作をさせるようにする。ここで、第１の半導体素子６２ａの特性と、第２の半導体素子６２ｂの特性とは実質的に相補（コンプリメンタリ）である必要がある。
【００５１】
図６の回路において、第１の半導体素子６２ａおよび第２の半導体素子６２ｂとしてバンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成された半導体素子を用いることにより、素子自体の発熱が抑制され、また高温でも動作可能となるため、電力増幅部６１の設置場所の自由度が確保される。
【００５２】
また、半導体素子６２ａ、６２ｂ自体の特性により、ＯＮ抵抗が小さくなるためクロスオーバーひずみが小さくなり、高周波特性がよいため負帰還時の動作が安定するという利点もある。また、図６の回路を本発明の第３の実施形態のオーディオアンプ３０に適用する場合は、半導体素子６２ａ、６２ｂの高速スイッチングが可能となるため、音質のよいオーディオアンプを得ることができる。
【００５３】
図７は、本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第４例を概略的に示す説明図であって、（イ）は両電源型、（ロ）は＋側の片電源型の例を示す。第４例の回路は、本発明の第１の実施形態のオーディオアンプ１および第２の実施形態のオーディオアンプ２０に好適に用いられ、図７（イ）の回路は第３の実施形態のオーディオアンプ３０にも好適に用いられる。
【００５４】
図７において、２はスピーカ等の負荷、７１は電力増幅部である。また、７２ａは負荷２を直接駆動する第１の半導体素子、７２ｂは負荷２を直接駆動する第２の半導体素子である。なお、図７に例示される第４例の回路を本発明の第２の実施形態のオーディオアンプ２０に適用する場合は、負荷２はグラウンドに接続されることなくブリッジ接続される。
【００５５】
図７は、いわゆるプシュプル型の変形回路であって、第１の半導体素子７２ａおよび第２の半導体素子７２ｂの出力電流に対するバイアス電流の割合を小さくして、ＡＢ級またはＢ級の動作をさせることが多い。また、第３の実施形態のオーディオアンプ３０に適用する場合は、ゲートの電位を閾値付近に設定して、第１の半導体素子７２ａおよび第２の半導体素子７２ｂにスイッチング動作をさせるようにする。
【００５６】
ここで、第１の半導体素子７２ａの特性と、第２の半導体素子７２ｂの特性とは実質的に同一である必要がある。第４例の回路は、第３例の回路の応用的一例であって、特性が相補のＦＥＴが入手しにくい場合、電源が単電源である場合などに好適に用いられる。
【００５７】
また、図７（ロ）の回路においては、電力増幅部７１の出力が通常はグラウンドレベルにならないため、負荷２に直流電流が流れることを防止することを目的として、電力増幅部７１と負荷２との間にコンデンサ７３が接続されているが、この回路が本発明の第２の実施形態のオーディオアンプ２０に用いられる場合は、コンデンサ７３を省略することができる。
【００５８】
図７の回路において、第１の半導体素子７２ａおよび第２の半導体素子７２ｂとして、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成された半導体素子を用いることにより、素子自体の発熱が抑制され、また高温でも動作可能となるため、電力増幅部７１の設置場所の自由度が確保される。
【００５９】
また、半導体素子７２ａ、７２ｂ自体の特性により、ＯＮ抵抗が小さくなるためクロスオーバーひずみが小さくなり、高周波特性がよいため負帰還時の動作が安定するという利点もある。また、図７（イ）の回路を本発明の第３の実施形態のオーディオアンプ３０に適用する場合は、半導体素子６２ａ、６２ｂの高速スイッチングが可能となるため、音質のよいオーディオアンプを得ることができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態の具体例を説明したが、本発明の実施形態は上述した事項に限られず、適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００６１】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、負荷を直接駆動する半導体素子を含む電力増幅部を備えたオーディオアンプにおいて、前記負荷を直接駆動する半導体素子を、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成しているため、下記の優れた効果を奏する。
【００６２】
（１）半導体素子の発熱が小さくなるため、電力増幅部の放熱機構が簡略化され、場合によっては不要となる。したがって、電力増幅部の設置場所の自由度が高まり、自動車等の車内や屋内などの放熱が困難な環境においても好適に使用できるオーディオアンプとなる。
（２）半導体素子自体の高周波特性が一般に良好となるため、ディジタルオーディオアンプの場合は高速スイッチングが可能となるため特性の向上が直接的に図られ、ディジタルオーディオアンプ以外のオーディオアンプについても、負帰還時の動作が安定するなど特性の向上が間接的に図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態であるオーディオアンプの一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第１例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。
【図５】本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第２例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。
【図６】本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第３例を概略的に示す説明図であって、（イ）はソース側に負荷を接続した例、（ロ）はドレイン側に負荷を接続した例を示す。
【図７】本発明の実施形態のオーディオアンプの電力増幅部の最終段およびその周辺の回路の第４例を概略的に示す説明図であって、（イ）は両電源型、（ロ）は＋側の片電源型の例を示す。
【符号の説明】
１、２０、３０ オーディオアンプ
２ 負荷
１１、２１ 電圧増幅部
１２、４１、５１、６１、７１ 電力増幅部
２２ 第１の電力増幅部
２３ 位相反転部
２４ 第２の電力増幅部
３１ アナログ増幅部
３２ Ａ／Ｄ変換部
３３ ディジタル信号処理部
３４ ディジタル電力増幅部
３５ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
４２ 半導体素子（Ｎチャネル型ＦＥＴ）
４３、５３ 定電流回路
５２ａ、６２ａ、７２ａ 第１の半導体素子（Ｎチャネル型ＦＥＴ）
５４ ＶＤＳ設定回路
６２ｂ 第２の半導体素子（Ｐチャネル型ＦＥＴ）
７２ｂ 第２の半導体素子（Ｎチャネル型ＦＥＴ）
７３ コンデンサ
Ｇ ゲート
Ｄ ドレイン
Ｓ ソース
Claims (7)
- 負荷を直接駆動する半導体素子を含む電力増幅部を備えたオーディオアンプにおいて、前記負荷を直接駆動する半導体素子は、バンドギャップエネルギーの大きさが１．９ｅＶ以上の半導体材料により構成されていることを特徴とするオーディオアンプ。
- 前記半導体材料は、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）のうち少なくとも１つの元素を含むことを特徴とする、請求項１記載のオーディオアンプ。
- 前記半導体材料は、ＧａＮ系半導体、ＡｌＮ系半導体、ＩｎＧａＮ系半導体、ＡｌＧａＮ系半導体のうち少なくとも１種類の半導体を含むことを特徴とする、請求項２記載のオーディオアンプ。
- 前記半導体材料は、ＳｉＣ系半導体、ダイヤモンド系半導体のうち少なくとも１種類の半導体を含むことを特徴とする、請求項２記載のオーディオアンプ。
- 前記負荷を直接駆動する半導体素子は、スイッチング動作していることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のオーディオアンプ。
- 前記電力増幅部は、前記負荷に対してブリッジ接続可能となるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のオーディオアンプ。
- 前記電力増幅部は、車両に搭載されていることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のオーディオアンプ。
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2003
- 2003-05-29 JP JP2003151939A patent/JP2004356931A/ja active Pending
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