JP2017163512A - 消費電力を削減した補聴器出力回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧範囲をほぼ完全に利用しえる完全Ｂ級作動を可能にして無駄電流無駄電圧を絶滅する回路構成を提供する。【解決手段】入力信号を位相反転させて、オペアンプによる理想ダイオード回路２組を用いて負荷を駆動する。【選択図】図８

Description

この発明は主としてきわめて電力効率を高める必要がある装置に用いられる出力回路の提供に係る。
きわめて小型が要求される補聴器特に耳穴補聴器や耳掛補聴器などに最適であるがほかに同様の小型装置用たとえば携帯電話機、ラジオ、録音機、ＣＤプレーヤーなどにも使用可能である。

小型補聴器は電池駆動が必須であり小型にするためには小型の電池を使用する必要がある。そのためには出来るだけ消費電力を削減しなければならない。

従来補聴器の出力回路はイヤホンを歪少なく駆動するためにＡ級作動を必要としていた。
この方式では公知のとおり電力効率は５０％が理論上の最大であり実際には３０％程度で使用される。これは入力信号がないときイヤホンに流れる電流が０ではないことから明確である。
実際の補聴器では無信号電流が１ｍＡ 程度流れておりこれが効率低下の原因になっている。

公知の技術としてＢ級作動あるいはＣ級作動が知られている。
Ｃ級作動は高周波領域のみで使用される回路で音声増幅では歪があって使用できない。
Ｂ級作動は従来から効率向上目的で使用されていたが従来回路では歪除去のため若干の無信号電流を流してやらないと実用にならずこれをＡＢ級と称していた。
さらにＡＢ級作動には電源電圧範囲を完全にすべて活用することが出来ない欠点がある。これは素子特性の湾曲部分を削除するために発生するもので０．６Ｖ程度である。

この発明はこのＢ級作動の無駄電流を除去し、電源電圧範囲をほぼ完全に利用しえる完全Ｂ級作動を可能にして無駄電流無駄電圧を絶滅する回路構成を提供するものである。
図１はＡ級作動のトランジスタ回路による。縦軸はコレクター出力、横軸は入力電圧である。
トランジスタの電圧電流特性は図のように湾曲しているので入力電圧が０の近辺では比例出力電流が得られない。よって直線性の高い所まで右方にずらせるため入力にバイアスをかけて使用する。
これは公知の技術である。このバイアス電流が電源効率を低下させる。
そこで図２のようなＢ級作動が考えられている。この方式はバイアス電流を減少させるもので電源効率は向上するが非常に大きい歪が発生する。
なおこの図２の構成では入力の上半波のみしか作動しないから図３のように相補接続あるいはプッシュプル接続にして使用する。
これは公知であるから説明を省略する。
一方オペアンプの回路には理想ダイオードなる構成が知られている。これは図４のような特性をもち、トランジスタによる湾曲が全くない。
図５はその回路構成である。
図においてオペアンプ１は出力をダイオード２と抵抗３をもって負入力に帰還させる。入力４はオペアンプ１の正入力に与えるが抵抗を介して負入力に与えてもよい。
出力はダイオード２の出力から取り出す。
この回路を相補使用とすれば完全なＢ級作動が可能となる。
ただしこの回路のみでは負荷が重いとオペアンプが駆動しきれないので増幅器としてトランジスタ６を付属させる。
これが図６である。トランジスタ６はエミッタフォロワーとしてエミッタ出力に負荷７をつなぐ。
この構成を相補にした特性は図７のように完全なＢ級作動を取る。
この回路は無信号時の消費電力が完全に０でありほぼ能率１００％の回路になる。
これと動作が同一で簡易化されているのが図８の構成である。
この回路は図６の構成のダイオード２をトランジスタ６のベースエミッタ間で代行する。
負荷９はエミッタに接続すれば基本の図５の回路と等しくなるがトランジスタのコレクタを電源に接続しておけば負荷の消費電力はトランジスタから供給されてオペアンプの負担にはならない。
また負荷８をコレクタに接続すれば振幅を適宜増大させることが出来る。

補聴器のような小型機器で消費電力を削減することは重要な要件であるがこの構成を用いることによって無信号時の電力を激減させることができるのでその効用はきわめて高い。
さらに先に述べたように従来必要であったバイアス電圧が無用になるので電源電圧利用の範囲が拡張される。
この利用範囲の拡張は通常の電子機器回路のような電源電圧２０Ｖ程度で使用される場合は１９．４／２０で大して利点にはならないが補聴器など電源電圧１Ｖ程度で使用しなければならない機器においては利用率が０．４／１から１／１と２倍以上向上するのできわめて効果的である。

本発明の実施にあたっては必然的に相補構成またはプッシュプル構成をとる必要がある。
入力信号を位相反転させて図８と同一回路２組を用いて負荷を駆動するときは両負荷を直列に接続する。
補聴器の場合は負荷はイヤホンであるからイヤホンの駆動コイルにセンタータップを設けここを電源に接続する。これがプッシュプル構成の方式である。
また図８に示す回路の相補構成を用いるときは入力を並列に加え、出力はエミッタに共通負荷を設けるかコレクタよりコンデンサを介して負荷に接続する。

Ａ級作動特性 Ｂ級作動特性 相補のＢ級作動特性 理想ダイオード回路の作動 理想ダイオード回路の構成 トランジスタをつないだ理想ダイオード回路の構成 相補の理想ダイオード回路の作動 トランジスタをつないだ理想ダイオード回路の第２の構成

１ オペアンプ ２ ダイオード ３ 抵抗 ４ 入力 ５ 出力 ６ トランジスタ ７、８、９ 負荷

Claims (2)

1. オペアンプによる理想ダイオード回路を相補的あるいはプッシュプルに構成して成るＢ級増幅回路の構成
2. 理想ダイオード回路の構成要素であるダイオードをトランジスタのベースエミッタ部で代行してそのトランジスタのコレクタ回路を出力回路に用いることを特徴とする請求項１のＢ級増幅回路の構成

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