JP3170824B2 - オーディオ電力増幅器 - Google Patents

オーディオ電力増幅器

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JP3170824B2 JP26738491A JP26738491A JP3170824B2 JP 3170824 B2 JP3170824 B2 JP 3170824B2 JP 26738491 A JP26738491 A JP 26738491A JP 26738491 A JP26738491 A JP 26738491A JP 3170824 B2 JP3170824 B2 JP 3170824B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、オーディオ電力増幅器
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年出力段にMOS形FETを使用した
オーディオ電力増幅器が数多くなってきている。MOS
形FETは伝送特性が2乗特性、オーディオ周波数帯域
における入力インピーダンスが大きいなど優れた特性を
持ち、出力段にMOS形FETを使用したオーディオ電
力増幅器は優れた音質が実現できるとされている。
【0003】以下図面を参照しながら、上述した出力段
にMOS形FETを使用した従来のオーディオ電力増幅
器の一例について説明する。
【0004】図6は出力段にMOS形FETを使用した
従来のオーディオ電力増幅器の基本構成の一例を示すも
のである。図6において3は入力端、4は出力端、5、
6は電源である。9、10は出力段のMOS形FETで
あり、コンプリメンタリでシングルエンデッドプッシュ
プル(以下SEPP)構成している。13は差動入力の
前段増幅器で、32が非反転入力、33が反転入力であ
る。31は負帰還回路で、出力端4から前段増幅器13
の反転入力33に負帰還している。このような構成で前
段増幅器13の利得をA1 、負帰還回路31の利得をβ
とし、入力端3にVi を入力したときの出力端4の電圧
O は、
【0005】
【数1】
【0006】ここで1≪A1 ・βとすると、
【0007】
【数2】
【0008】となる。このとき出力端4に負荷42を接
続しこのインピーダンスをZL とすると、負荷への供給
電流IO は、
【0009】
【数3】
【0010】となり、この電流は全て出力段のMOS形
FET9、10より供給される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】以上のように出力段に
MOS形FETを使用した従来のオーディオ電力増幅器
では、負荷への電流供給のため出力段のMOS形FET
には大電流が流れる。大電流を流す場合MOS形FET
はバイポーラトランジスタに比べ、コストが高い、飽和
電圧が大きく電力損失が大きくなる等の欠点がある。
【0012】本発明は上記従来の欠点に鑑みて、出力段
がMOS形FETの従来のオーディオ電力増幅器の優れ
た音質を生かし、かつ電力損失が小さく、コストが安価
なオーディオ電力増幅器を提供することを目的とするも
のである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のオーディオ電力増幅器は、出力段がMOS形F
ETで定電圧出力の第1の増幅器と、前記第1の増幅器
の入力端と入力端を同じくし出力段がバイポーラトラン
ジスタで構成された定電流出力の第2の増幅器と、入力
端と前記第2の増幅器の入力との間に設けた等化器と、
前記第1の増幅器と前記第2の増幅器のそれぞれの出力
を合成した出力端とを備えた構成としている。
【0014】
【作用】本発明は上記した構成によって、負荷への電流
供給は第2の増幅器の出力段のバイポーラトランジスタ
より行い、第1の増幅器は出力端の電圧制御を行うだけ
で、出力段のMOS形FETは大電流を出力する必要が
なくなる。このため出力段のMOS形FETのチップサ
イズは小さくてすみコストが低減される。また出力段の
飽和電圧は第2の増幅器の出力段のバイポーラトランジ
スタのものとなるため、出力段がMOS形FETの従来
のオーディオ電力増幅器に比べ電力損失が小さくなる。
【0015】
【実施例】以下本発明の実施例について、図1を参照し
ながら詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施例に
おけるオーディオ電力増幅器の基本構成を示すものであ
る。図1において、1は定電圧出力の第1の増幅器、2
は定電流出力の第2の増幅器、3は入力端、4は出力
端、5、6、7、8は電源である。13は第1の増幅器
の前段増幅器、9、10は第1の増幅器の出力段のMO
S形FETでコンプリメンタリのSEPP構成としてい
る。14は第2の増幅器の前段増幅器、19、20は第
2の増幅器の電圧−電流変換のバイポーラトランジス
タ、11、12は同じく第2の増幅器の出力段のバイポ
ーラトランジスタでコンプリメンタリのプッシュプル構
成としている。29は第1の増幅器の出力、30は第2
の増幅器の出力である。
【0016】以上のように構成されたオーディオ電力増
幅器について、以下その動作について説明する。まず第
1の増幅器1の電圧利得をAとし、入力端3にVi を入
力したとすると、出力端4の電圧VO は、
【0017】
【数4】
【0018】ここで出力端4に負荷42を接続しそのイ
ンピーダンスをZLとしたとき、負荷に供給する電流I
O は、
【0019】
【数5】
【0020】また第2の増幅器2の相互コンダクタンス
をgmとしたとき、第2の増幅器の出力30の電流I2
は、
【0021】
【数6】
【0022】一方、第1の増幅器の出力29の電流をI
1 としたとき、負荷に供給する電流I O は、
【0023】
【数7】
【0024】したがって、
【0025】
【数8】
【0026】となるよう第2の増幅器2の相互コンダク
タンスgmを設定すると、
【0027】
【数9】
【0028】よって、
【0029】
【数10】
【0030】となる。以上のように本実施例によれば、
負荷への電流供給は第2の増幅器2より行われ、第1の
増幅器1は負荷へ電流供給することなく出力端4の電圧
制御を行なうことが可能となる。これにより第1の増幅
器の出力段のMOS形FET9、10はチップサイズの
小さなものが使用でき、コストの低減が図れる。また負
荷への電流供給を行う第2の増幅器の出力段はバイポー
ラトランジスタ11、12で構成されているため、出力
段がMOS形FETの従来のオーディオ電力増幅器に比
べ飽和電圧が小さく電力損失が小さくなる。
【0031】次に第2の実施例について、図2と図3を
参照しながら説明する。図2は本発明の第2の実施例に
おけるオーディオ電力増幅器の基本構成を示すものであ
る。図2において34は等化器であり、入力端3より等
化器34を通じて出力段がバイポーラトランジスタで定
電流出力の第2の増幅器2の入力に接続されている。ま
たその他の構成要素は第1の実施例と同じである。
【0032】以上のようのように構成されたオーディオ
電力増幅器について、以下その動作を説明する。一般に
オーディオ電力増幅器に接続される負荷はスピ−カであ
り、そのインピーダンスは周波数によって変化する。こ
こで出力端4に接続された負荷42のインピーダンスZ
L (f)が図3に示すような周波数特性をしていたとす
ると、負荷に供給する電流IO は(数3)により当然同
じ形の周波数特性を持つことになる。そこで等化器34
の利得G(f)の周波数特性をZL (f)の周波数特性
と同じに設定し、
【0033】
【数11】
【0034】となるようG(f)およびgmを設定する
ことにより、
【0035】
【数12】
【0036】
【数13】
【0037】となる。以上のように本実施例によれば、
周波数によってインピーダンスの変化するスピーカ負荷
に対しても、出力段がMOS形FETの第1の増幅器1
は、負荷に電流を供給することなく出力端4の電圧制御
を行うことが可能となる。
【0038】次に第3の実施例について、図4を参照し
ながら説明する。図4は本発明の実施例におけるオーデ
ィオ電力増幅器の基本構成を示すものである。図4にお
いて31は負帰還回路、35は電流検出抵抗、36は電
圧検出増幅器である。またその他の構成要素は第1の実
施例と同じである。ただし、出力段がMOS形FETで
定電圧出力の第1の増幅器1は差動入力で、32が非反
転入力、33が反転入力である。本実施例では入力端3
を第1の増幅器の非反転入力32に接続し、出力端4の
電圧を負帰還回路31により第1の増幅器の反転入力3
3に負帰還している。また負荷への供給電流を電流検出
抵抗35で検出し、電流検出抵抗35の両端電圧を電圧
検出増幅器36で増幅し第2の増幅器2に入力すること
により、電流正帰還ループを構成している。
【0039】以上のようのように構成されたオーディオ
電力増幅器について、以下その動作を説明する。まず第
1の増幅器1の利得をA1 、負帰還回路31の利得をβ
とし、入力端3にVi を入力したときの出力端4の電圧
O は、
【0040】
【数14】
【0041】ここで1≪A1 ・βとすると、
【0042】
【数15】
【0043】となり、出力端4の電圧制御は第1の増幅
器1により行われる。次に負荷への供給電流IO が流れ
たとき、電流検出抵抗35の抵抗値をr、電圧検出増幅
器36の利得をHとすると、第2の増幅器2の入力電圧
2 は、
【0044】
【数16】
【0045】となり、第2の増幅器の出力30の電流I
2 は、
【0046】
【数17】
【0047】したがって、
【0048】
【数18】
【0049】となるよう設定すれば、
【0050】
【数19】
【0051】
【数20】
【0052】となる。以上のように本実施例によれば、
負荷インピーダンスによって定数設定を変えることな
く、第2の増幅器2により負荷に電流を供給することが
可能となる。
【0053】さらに第4の実施例について、図5を参照
しながら説明する。図5は本発明の第4の実施例におけ
るオーディオ電力増幅器の基本構成を示すものである。
図5において第2の増幅器2を構成する構成要素以外の
構成要素は、第1の実施例および第3の実施例と同じで
ある。第2の増幅器2を構成する構成要素14は前段増
幅器、11、12は出力段のバイポーラトランジスタ、
37、38、39は抵抗である。前段増幅器14と出力
段のバイポーラトランジスタ11、12は、一般の定電
圧出力の電力増幅器と同じ構成であり、前段増幅器14
は差動入力で40が非反転入力、41が反転入力、出力
段のバイポーラトランジスタ11、12は、コンプリメ
ンタリのSEPP構成である。そしてこれに抵抗37、
38、39を組み合わせることにより、定電流出力の第
2の増幅器2を構成している。抵抗39が第2の増幅器
の出力30であり、第2の増幅器2の入力は電流検出抵
抗35の両端電圧である。すなわち本実施例も第3の実
施例と同様に、負荷への供給電流を電流検出抵抗35で
検出し第2の増幅器2に入力する電流正帰還ループを構
成している。
【0054】以上のようのように構成されたオーディオ
電力増幅器について、以下その動作を説明する。入力端
3にVi を入力したときの出力端4の電圧VO は、第3
の実施例と同じであり、出力端4の電圧制御は第1の増
幅器1により行われる。次に負荷への供給電流IO が流
れたとき、電流検出抵抗35の抵抗値をr、抵抗37、
38、39の抵抗値をぞれぞれR1 、R2 、R3 とし、
第2の増幅器の前段増幅器14の利得をA2 とすると、
第2の増幅器の出力30の電流I2 は、
【0055】
【数21】
【0056】となる。ここで1≪A2 ・R1 /(R1
2 )とすると、
【0057】
【数22】
【0058】となる。したがって、
【0059】
【数23】
【0060】とすれば、
【0061】
【数24】
【0062】
【数25】
【0063】となる。以上のように本実施例によれば、
負荷インピーダンスによって定数設定を変えることな
く、第2の増幅器2により負荷に電流を供給することが
可能となり、また第2の増幅器2は、出力段がバイポー
ラトランジスタの定電圧出力の一般の電力増幅器の構成
を利用できるため、簡単に構成できる。
【0064】
【発明の効果】以上のように本発明のオーディオ電力増
幅器は、MOS形FETを出力段に用いた第1の増幅器
により出力端の電圧制御を行ない、バイポーラトランジ
スタを出力段に用いた第2の増幅器により負荷への電流
供給を行なうようにしたので、出力段のMOS形FET
のチップサイズが小さくてすみコストが低減され、また
出力段がMOS形FETの従来のオーディオ電力増幅器
に比べ電力損失が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるオーディオ電力
増幅器の基本構成図
【図2】本発明の第2の実施例におけるオーディオ電力
増幅器の基本構成図
【図3】スピーカ負荷のインピーダンスの周波数特性の
一例を示す図
【図4】本発明の第3の実施例におけるオーディオ電力
増幅器の基本構成図
【図5】本発明の第4の実施例におけるオーディオ電力
増幅器の基本構成図
【図6】出力段がMOS形FETの従来のオーディオ電
力増幅器の基本構成の一例を示す図
【符号の説明】
1 第1の増幅器 2 第2の増幅器 3 入力端 4 出力端 5 電源 6 電源 7 電源 8 電源 9 出力段のMOS形FET 10 出力段のMOS形FET 11 出力段のバイポーラトランジスタ 12 出力段のバイポーラトランジスタ 13 前段増幅器 14 前段増幅器 15 出力段のバイアス 16 出力段のバイアス 17 出力段のバイアス 18 出力段のバイアス 19 電圧−電流変換トランジスタ 20 電圧−電流変換トランジスタ 21 ダイオード 22 ダイオード 23 抵抗 24 抵抗 25 抵抗 26 抵抗 27 抵抗 28 抵抗 29 第1の増幅器の出力 30 第2の増幅器の出力 31 負帰還回路 32 第1の増幅器の非反転入力 33 第1の増幅器の反転入力 34 等化器 35 電流検出抵抗 36 電圧検出増幅器 37 抵抗 38 抵抗 39 抵抗 40 第2の増幅器の非反転入力 41 第2の増幅器の反転入力 42 負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 1/00 - 3/36 H03F 3/68 - 3/72

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力段がMOS形FETで定電圧出力の
    第1の増幅器と、前記第1の増幅器の入力端と入力端を
    同じくし出力段がバイポーラトランジスタで構成された
    定電流出力の第2の増幅器と、入力端と前記第2の増幅
    器の入力との間に設けた等化器と、前記第1の増幅器と
    前記第2の増幅器のそれぞれの出力を合成した出力端と
    を備えたことを特徴とするオーディオ電力増幅器。
  2. 【請求項2】 出力段がMOS形FETで定電圧出力の
    第1の増幅器と、出力段がバイポーラトランジスタで定
    電流出力の第2の増幅器と、前記第1の増幅器と前記第
    2の増幅器のそれぞれの出力を合成した出力端とを備
    え、前記出力端を通過する電流を前記第2の増幅器の入
    力にループ利得1で正帰還したことを特徴とするオーデ
    ィオ電力増幅器。
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