JP2501683B2 - 平衡増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、平衡増幅器に関し、
特に、その出力信号の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オーディオシステムのアンプなどの各機
器は２本の信号線により接続されている。この２本の信
号線には、互いに位相が逆で、振幅の等しい信号（対称
信号）が伝達される。しかしながら、それぞれの信号線
のインピーダンス差や対地インピーダンス差などによ
り、両信号線の信号の振幅が異なって、互いに非対称な
信号となる場合がある。このような場合に、非対称な入
力信号を対称な出力信号として出力する平衡増幅器が考
えられている。図２に、従来の平衡増幅器の回路を示
す。この回路では、入力電圧ｅ₁，ｅ₂が、非対称な信号
１４，１５であっても、アンプ１０，アンプ１２が、各
入力信号の差だけを増幅するようになっているため、基
準電位であるＶｃ（通常、グランド）に対して、出力電
圧Ｖ₁，Ｖ₂は、対称な信号１６，１７として出力するこ
とができる。

【０００３】しかし、図２の回路では、抵抗Ｒ₁，Ｒ₂に
よって入力インピーダンスが低くなってしまう。一般
に、オーディオシステムなどにおいては、どのような信
号源に対しても対応できるように、できるだけ入力イン
ピーダンスの高いアンプが好ましい。

【０００４】そこで、図３に示すような平衡増幅器も用
いられている。この回路であれば、入力インピーダンス
を高くすることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の平衡増幅器には、次のような問題点があっ
た。

【０００６】図２に示す平衡増幅器は、非対称入力を対
称出力に変えることができるが、入力インピーダンスが
低いという問題があった。

【０００７】一方、図３に示す平衡増幅器は、入力イン
ピーダンスは高いが、非対称入力６，７が与えられる
と、出力も非対称な信号８，９となる問題があった。

【０００８】この発明は、上記のような問題点を解決し
て、入力インピーダンスを高くしつつ、入力信号の如何
にかかわらずに対称な出力信号を出力する平衡増幅器を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る平衡増幅
器は、第１の入力、第２の入力、第１の出力、第２の出
力を有し、高入力インピーダンスであるとともに、第１
の入力および第２の入力における同相成分と第１の出力
および第２の出力における同相成分が等しい平衡増幅部
を備え、第１の出力および第２の出力から得られる非対
称な出力信号の同相成分に所定の増幅をして、逆相にし
て出力する後段増幅部を備え、第１の出力からの非対称
な出力信号に、後段増幅部から出力する逆相成分を加算
することにより、非対称な出力信号の同相成分を補償す
るとともに、第２の出力からの非対称な出力信号に、後
段増幅部から出力する逆相成分を加算することにより、
非対称な出力信号の同相成分を補償することにより、第
１の出力および第２の出力に互いに対称な出力信号を出
力すること、を特徴としている。

【００１０】

【作用】請求項１の平衡増幅器は、高入力インピーダン
スの平衡増幅部を有し、この平衡増幅部からの非対称な
出力信号に、後段増幅部から出力する逆相成分を加算す
ることにより、非対称な出力信号の同相成分を補償し
て、対称な出力信号を出力する。これにより、高入力イ
ンピーダンスを維持しつつ、入力信号の如何にかかわら
ずに対称な出力信号を出力する。

【００１１】

【実施例】図１に、この発明の一実施例による平衡増幅
器の回路図を示す。入力電圧ｅ₁は、第１の入力である
アンプ２０の＋入力側に接続されている。入力電圧ｅ₂
は、第２の入力であるアンプ２２の＋入力側に接続され
ている。

【００１２】アンプ２０の出力側（Ｆ点）とアンプ２０
の−入力側（Ａ点）との間に、抵抗Ｒ₁が設けられてい
る。Ｆ点と出力電圧Ｖ₁（Ｄ点）との間に、抵抗Ｒ₄が設
けられている。また、Ｆ点と後段増幅部であるアンプ２
４の−入力側（Ｃ点）との間には、抵抗Ｒ₃が設けられ
ている。アンプ２４の出力側（Ｈ点）とＣ点との間に
は、抵抗ｋ₁Ｒ₃が設けられている。アンプ２４の＋入力
側には、基準電位Ｖｃが接続されている。

【００１３】Ｈ点には、切換スイッチ２６が接続されて
いる。切換スイッチ２６（Ｉ点）とＤ点との間に、抵抗
２ｋ₂Ｒ₄が設けられている。

【００１４】同様に、アンプ２２の出力側（Ｇ点）とア
ンプ２２の−入力側（Ｂ点）との間に、抵抗Ｒ₁が設け
られている。Ｇ点と出力電圧Ｖ₂（Ｅ点）との間に、抵
抗Ｒ₄が設けられている。また、Ｇ点とＣ点との間に、
抵抗Ｒ₃が設けられている。Ｅ点とＩ点との間に、抵抗
２ｋ₂Ｒ₄が設けられている。

【００１５】また、アンプ２０の−入力側とアンプ２２
の−入力側は抵抗Ｒ₂を介して接続されている。さら
に、Ｄ点とＥ点の間に、負荷抵抗Ｒ_Lが接続されてい
る。

【００１６】この回路では、入力端からアンプの入力ま
での間に抵抗が設けられていないため、入力インピーダ
ンスが高くなっている。以下、図１の回路に基づいて、
回路計算を行う。

【００１７】各アンプのオープン・ループ利得が充分大
きい場合、負帰還アンプでは、反転入力、非反転入力の
信号レベルはほとんど同じになることが知られている。
従って、アンプ２０，２２，２４のオープン・ループ利
得が充分大きい場合、Ａ点において、入力電圧ｅ₁が、
Ｂ点において、入力電圧ｅ₂が、Ｃ点において、入力電
圧Ｖｃが、そのまま現れることになる。

【００１８】まず、切換スイッチが１側に切り換えられ
ている場合について説明する。この時、Ａ点，Ｂ点，Ｃ
点，Ｄ点，Ｅ点において、それぞれ、キルヒホッフの法
則を適用すると、下記の（１）〜（５）式が成立する。

【００１９】 Ｖ₃／Ｒ₁−ｅ₁／Ｒ₁＝（ｅ₁−ｅ₂）／Ｒ₂ (１) ｅ₂／Ｒ₁−Ｖ₄／Ｒ₁＝（ｅ₁−ｅ₂）／Ｒ₂ (２) Ｖ₃／Ｒ₃−Ｖｃ／Ｒ₃＋Ｖ₄／Ｒ₃−Ｖｃ／Ｒ₃＝Ｖｃ／ｋ₁Ｒ₃−Ｖ₅／ｋ₁Ｒ₃ (３) Ｖ_３／Ｒ₄−Ｖ₁／Ｒ₄＋Ｖ₅／２ｋ₂Ｒ₄−Ｖ₁／２ｋ₂Ｒ₄＝（Ｖ₁−Ｖ₂）／Ｒ_L
(４) Ｖ₄／Ｒ₄−Ｖ₂／Ｒ₄＋Ｖ₅／２ｋ₂Ｒ₄−Ｖ₂／２ｋ₂Ｒ₄＝（Ｖ₂−Ｖ₁）／Ｒ_L (５) （１）より、 Ｖ₃＝（Ｒ₁＋Ｒ₂）・ｅ₁／Ｒ₂−Ｒ₁・ｅ₂／Ｒ₂ (６) （２）より、 Ｖ₄＝（Ｒ₁＋Ｒ₂）・ｅ₂／Ｒ₂−Ｒ₁・ｅ₁／Ｒ₂ (７) 従って、第１の出力であるアンプ２０の出力電圧Ｖ₃
の出力点Ｆおよび第２の出力であるアンプ２２の出力電
圧Ｖ₄の出力点Ｇにおける同相成分（Ｖ₃＋Ｖ₄）／２
は、（６）＋（７）より、 （Ｖ₃＋Ｖ₄）／２＝（ｅ₁＋ｅ₂）／２ (８) となる。ここで、（ｅ₁＋ｅ₂）／２は、入力信号の同相
成分である。従って、（８）式は、ｅ₁，ｅ₂がグランド
に対して対称であれば、ｅ₁＝−ｅ₂となり、（ｅ₁＋
ｅ₂）／２＝０であるので、Ｖ₃，Ｖ₄も対称になること
を表わしている。また、（ｅ₁＋ｅ₂）／２≠０である場
合には、入力信号は、非対称になり、出力信号も非対称
になる。

【００２０】次に、（３）より、 Ｖ₅＝−ｋ₁（Ｖ₃＋Ｖ₄）＋（１＋２ｋ₁）Ｖｃ (９) となる。（９）式より、アンプ２４の出力は、アンプ２
０，２２の出力点Ｆ，Ｇにおける同相成分（Ｖ₃＋Ｖ₄）
／２を−２ｋ₁倍した成分とＶｃの成分になっているこ
とを表わしている。

【００２１】次に、（４）＋（５）より、 （Ｖ₃＋Ｖ₄）／Ｒ₄−（Ｖ₁＋Ｖ₂）／Ｒ₄＋Ｖ₅／ｋ₂Ｒ₄ −（Ｖ₁＋Ｖ₂）／２ｋ₂Ｒ₄＝０ ∴ （Ｖ₁＋Ｖ₂）／２ ＝ｋ₂（Ｖ₃＋Ｖ₄）／（１＋２ｋ₂）＋Ｖ₅／（１＋２ｋ₂） ここで、（５）式を代入すると、 （Ｖ₁＋Ｖ₂）／２＝（ｋ₂−ｋ₁）・（Ｖ₃＋Ｖ₄）／（１＋２ｋ₂） ＋（１＋２ｋ₁）・Ｖｃ／（１＋２ｋ₂） ここで、ｋ₁＝ｋ₂＝ｋとすると、 ∴ （Ｖ₁＋Ｖ₂）／２＝Ｖｃ (１０) すなわち、負荷出力における同相成分は、基準電位Ｖｃ
のみとなる。従って、Ｖｃ＝０（グランド）であれば、
出力Ｖ₁，Ｖ₂はグランドに対して対称な信号であること
になる。

【００２２】次に、（４）−（５）より、 （Ｖ₃−Ｖ₄）／Ｒ₄−（Ｖ₁−Ｖ₂）／Ｒ₄＋（Ｖ₁−Ｖ₂）／２ｋ₂Ｒ₄ ＝２（Ｖ₁−Ｖ₂）／Ｒ_L ∴ Ｖ₁−Ｖ₂＝２ｋ₂Ｒ₄・（Ｖ₃−Ｖ₄）／（４ｋ₂Ｒ₄＋（１＋２ｋ₂）・Ｒ_L） ここで、（６），（７）式を代入すると ∴ Ｖ₁−Ｖ₂＝２ｋ₂Ｒ₄Ｒ_L・（２Ｒ₁＋Ｒ₂）・（ｅ₁−ｅ₂） ／（４ｋ₂Ｒ₄＋（１＋２ｋ₂）・Ｒ_L）・Ｒ₂ (１１) 従って、（１０），（１１）式より、 ∴ Ｖ₁＝Ｖｃ＋Ｋ（ｅ₁−ｅ₂） (１２) 同様に、 ∴ Ｖ₂＝Ｖｃ−Ｋ（ｅ₁−ｅ₂） (１３) ただし、 Ｋ＝ｋ₂Ｒ₄Ｒ_L・（２Ｒ₁＋Ｒ₂）／（４ｋ₂Ｒ₄＋（１＋２ｋ₂）・Ｒ_L）・Ｒ₂ とおく。

【００２３】（１２）、（１３）式は、出力端の電圧Ｖ
₁，Ｖ₂が、それぞれ、基準電位Ｖｃに対して、対称な信
号になっていることを示している。このように、図１の
回路において、切換スイッチを１側に切り換えることに
より、入力インピーダンスを高くしつつ、入力信号の如
何にかかわらず、対称な出力信号を出力することができ
る。

【００２４】この回路は、Ｄ点，Ｅ点において、以下の
ように動作している。まず、Ｄ点について説明する。ア
ンプ２０の出力電圧Ｖ₃は、Ｄ点においては、抵抗Ｒ₄,
２ｋ₂Ｒ₄の設定により、所定の定数であるａを掛けたａ
Ｖ₃（非対称な出力信号）となって現れる。

【００２５】次に、例えば、基準電位Ｖｃがグランドで
あるとすると、Ｃ点において、抵抗Ｒ₃を介したアンプ
２０の出力電圧Ｖ₃，同じ抵抗Ｒ₃を介したアンプ２２の
出力電圧Ｖ₄が合成されてＶ₃＋Ｖ₄となり、すなわち、
同相成分（Ｖ₃＋Ｖ₄）／２となる。この電圧は、アンプ
２４により、増幅度２ｋ₁で増幅され、逆相（−）とな
ってＩ点において出力する。さらに、この電圧は、Ｄ点
において、抵抗２ｋ₂Ｒ₄の設定により、所定の定数であ
るｂを掛けた−ｂ（Ｖ₃＋Ｖ₄）／２（同相成分）３４と
なって現れる。

【００２６】Ｄ点における出力電圧は、Ｖ₃−Ｖ₄に所定
の定数ｃを掛けたｃ（Ｖ₃−Ｖ₄）（対称な出力信号）３
６である。これにより、この回路は、Ｄ点において、 ａＶ₃−ｂ（Ｖ₃＋Ｖ₄）／２＝ｃ（Ｖ₃−Ｖ₄） となるように、所定の定数ａ，ｂ，ｃを選定して動作し
ていることになる。

【００２７】従って、Ｄ点において、アンプ２０の非対
称な出力信号３０に逆相の同相成分３４を加算して、非
対称分である同相成分を補償することにより、対称な出
力信号３６を得ていることになる。Ｅ点についても、同
様に、アンプ２２の非対称な出力信号３２に、逆相の同
相成分３４を加算して、非対称分である同相成分を補償
することにより、対称な出力信号３８を得ていることを
示している。

【００２８】また、この回路では、雑音（同相雑音）が
大きい場合にも有効に動作できるようになっている。こ
の時には、切換スイッチを２側に切り換える。この状態
について、同様の計算を行うと、下式が成立する。

【００２９】 ∴ Ｖ₁＋Ｖ₂＝ｅ₁＋ｅ₂ (１４) ∴ Ｖ₁−Ｖ₂＝２ｋ₂Ｒ₄Ｒ_L・（２Ｒ₁＋Ｒ₂）・（ｅ₁−ｅ₂） ／（４ｋ₂Ｒ₄＋（１＋２ｋ₂）・Ｒ_L）・Ｒ₂ (１５) （１４）式は、（ｅ₁＋ｅ₂）／２＝（Ｖ₁＋Ｖ₂）／２に
より、入力と出力の同相電圧が等しくなっていることを
示し、（１５）式は出力電圧Ｖ₁−Ｖ₂に入力同相成分が
含まれていないことを示している。従って、切換スイッ
チを２側に切り換えることにより、負荷抵抗Ｒ_Lの両端
出力電圧Ｖ₁、Ｖ₂には、同相雑音の影響がでないように
なっている。

【００３０】以上のように、図１の回路は、入力インピ
ーダンスを高くしつつ、切換スイッチを１側に切り換え
ることによって、入力信号の如何にかかわらず、対称な
出力信号を出力することができ、切換スイッチを２側に
切り換えることによって、同相雑音が大きい時には、同
相雑音の影響がでないようにすることもできる。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の平衡増幅器は、高入力インピ
ーダンスの平衡増幅部を有し、この平衡増幅部からの非
対称な出力信号に、後段増幅部から出力する逆相成分を
加算することにより、非対称な出力信号の同相成分を補
償して、対称な出力信号を出力する。これにより、高入
力インピーダンスを維持しつつ、入力信号の如何にかか
わらずに対称な出力信号を出力する。すなわち、入力イ
ンピーダンスが高く、入力信号の如何にかかわらず対称
な信号を出力する平衡増幅器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による平衡増幅器の回路図
を示す。

【図２】従来の平衡増幅器の回路図を示す。

【図３】従来の平衡増幅器の回路図を示す。

【符号の説明】

２０・・・アンプ ２２・・・アンプ ２４・・・後段増幅器（アンプ） ２６・・・切換スイッチ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の入力、第２の入力、第１の出力、第
   ２の出力を有し、高入力インピーダンスであるととも
   に、第１の入力および第２の入力における同相成分と第
   １の出力および第２の出力における同相成分が等しい平
   衡増幅部を備え、 第１の出力および第２の出力から得られる非対称な出力
   信号の同相成分に所定の増幅をして、逆相にして出力す
   る後段増幅部を備え、 第１の出力からの非対称な出力信号に、後段増幅部から
   出力する逆相成分を加算することにより、非対称な出力
   信号の同相成分を補償するとともに、 第２の出力からの非対称な出力信号に、後段増幅部から
   出力する逆相成分を加算することにより、非対称な出力
   信号の同相成分を補償することにより、 第１の出力および第２の出力に互いに対称な出力信号を
   出力すること、 を特徴とする平衡増幅器。