JP3316353B2 - クリップ検出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、増幅器の出力信号
のクリップを検出するクリップ検出回路に関し、特に、
負荷を半波信号でＢＴＬ駆動する高効率増幅器に用いて
好適なクリップ検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、増幅器において、出力信号のレ
ベルが増幅器のダイナミックレンジ以上となった場合、
増幅器の出力信号はクリップされ、歪率が悪化する。そ
こで、従来では、増幅器の出力信号がクリップしたこと
を検出するクリップ検出回路を設け、クリップ検出時ク
リップ検出回路の出力信号に応じて、増幅器の入力信号
レベルを低下させることにより、増幅器の出力信号のク
リップを防止していた。その様な増幅器の出力信号のク
リップを検出するクリップ検出回路として、図２の如き
回路が知られている。

【０００３】図２において、入力信号は増幅器（１）に
おいて増幅され、互いに逆相の出力信号が増幅器（１）
からスピーカ（２）に印加される。その為、増幅器
（１）の２つの出力信号によって、スピーカ（２）はＢ
ＴＬ（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｌｅ
ｓｓ）駆動される。増幅器（１）の出力信号がクリップ
されていない場合、トランジスタ（３）及び（４）はオ
ンし、さらに、トランジスタ（５）及び（６）もオンす
る。トランジスタ（５）及び（６）がオンすることによ
って、抵抗（７）及び（８）の接続中点は接地される。
その為、トランジスタ（９）はオフし、出力端子（１
０）からの出力信号がクリップされていないことを示す
「Ｈ」レベルの出力信号が発生する。

【０００４】ここで、増幅器（１）の出力信号（ａ）に
クリップが発生した場合、増幅器（１）からの出力信号
（ａ）のレベルが高くなるので、トランジスタ（３）の
ベース電圧がそのエミッタ電圧に近づき、トランジスタ
（３）はオフする。トランジスタ（３）がオフすること
によって、トランジスタ（５）のベースが接地され、ト
ランジスタ（５）もオフする。トランジスタ（５）がオ
フすると、抵抗（７）及び（８）の中点出力電圧がトラ
ンジスタ（９）に印加されるので、トランジスタ（９）
はオンし、出力端子（１０）から「Ｌ」レベルの信号が
発生する。また、増幅器（１）の出力信号（ｂ）にクリ
ップが発生した場合は、トランジスタ（４）がオフする
ことによって、トランジスタ（６）もオフし、さらに、
それによりトランジスタ（９）がオンするので、出力端
子（１０）から「Ｌ」レベルの出力信号が発生する。よ
って、クリップが発生すると、出力端子（１０）から出
力信号が変化するので、この出力信号を用いればクリッ
プを検出できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、増幅器の中
には、増幅器の出力直流電圧を電源電圧Ｖｃｃの１／２
以下の電圧とし、負荷を半波出力信号でＢＴＬ駆動させ
る増幅器があるが、このような増幅器において、出力直
流電圧がＶｃｃ／２以下であるため、増幅器の出力信号
のうち負の半周期側は図３（イ）及び（ロ）の実線の如
くクリップしている。その為、図２のクリップ検出回路
は増幅器（１）の出力信号の高レベル側でしかクリップ
検出ができない図２の如きクリップ検出回路では、半波
出力信号を発生する増幅器では、出力信号の高レベル側
及び低レベル側でクリップを検出しないと、正確なクリ
ップ検出を行えず、このような増幅器には図２の如きク
リップ検出回路は不向きであった。

【０００６】また、図２のクリップ検出回路は負荷に直
接接続されるので、負荷の両端電圧が負荷の抵抗値に応
じて変化し、クリップ検出が誤って行われるという問題
があった。即ち、増幅器（１）が所定のレベルの入力信
号を増幅した場合、第１の値を有する負荷を増幅器
（１）の出力端に接続した時クリップする増幅器（１）
の第１出力レベルは、第１の負荷より小さい第２の値を
有する第２の負荷を接続した時クリップする増幅器
（１）の第２出力レベルは前記第１出力レベルより低く
なる。その為、一定のクリップ検出レベルに対して増幅
器（１）の出力レベルを見ているので、第１の負荷では
クリップが検出されるが、第２の負荷ではクリップが検
出されない場合があった。

【０００７】さらに、負荷に応じてクリップ検出レベル
を変更すれば、正確にクリップ検出できる。クリップ検
出レベルの変更は、例えば、抵抗（１１）及び（１２）
の抵抗比を変更すればよいが、他にも抵抗（８）の値や
増幅器（１）に含まれる出力段トランジスタの飽和レベ
ルを考慮しなければならないので、調整は困難であっ
た。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の点に鑑
み成されたものであり、帰還路を有する出力段増幅回路
の出力信号のクリップを検出するクリップ検出回路であ
って、該出力段増幅回路の入力端側の帰還信号を増幅す
る増幅器と、該増幅器の出力信号のうち、少なくとも１
つの出力レベルが所定レベル以上になると、出力信号を
発生する検出部と、を備えたことを特徴とする。

【０００９】また、前記クリップ回路を、半波出力信号
で負荷をＢＴＬ駆動する高効率増幅器に用いたことを特
徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例を示す図
であり、（１３）は、トランジスタ（１３ａ）及び（１
３ｂ）から成る増幅器、（１４）は、ベースに前記トラ
ンジスタ（１３ａ）及び（１３ｂ）のコレクタからの出
力信号がそれぞれ印加されるトランジスタ（１４ａ）及
び（１４ｂ）と、エミッタが前記トランジスタ（１４
ａ）及び（１４ｂ）のエミッタと共通接続されるトラン
ジスタ（１４ｃ）とから成るバッファ増幅回路、（１
５）は前記トランジスタ（１４ｂ）のコレクタからの出
力信号レベルを検出する検出トランジスタ、（１６）は
前記検出トランジスタ（１５）の出力信号に応じてクリ
ップ検出信号を発生する出力段トランジスタ、（１７）
は定電流源、（１８）はトランジスタ（１８ａ）乃至
（１８ｄ）から成り、増幅器（１３）及びバッファ増幅
器（１４）に定電流源（１７）の出力電流を供給する電
流ミラー回路、（１９）は正及び負の入力端子と、出力
信号の直流レベルを設定する共通端子と、正及び負の出
力端子とを有する差動増幅器、（２０ａ）乃至（２０
ｄ）はＢＴＬ接続され、負荷ＲLを駆動する出力トラン
ジスタ、（２１）は負荷ＲLの両端の出力信号に応じて
制御信号を発生するスイッチング制御回路、（２２）は
前記制御信号に応じて出力トランジスタ（２０ａ）及び
（２０ｃ）のコレクタに電源電圧Ｖｘを印加するスイッ
チング電源、（２３）は負荷ＲLの両端の電圧と非線形
性の関係にある出力信号を発生する非線形回路である。

【００１１】図１において、入力信号は、差動増幅器
（１９）の負入力端子に印加され、増幅された後、差動
増幅器（１９）の正及び負出力端子から半波信号でそれ
ぞれ発生する。前記半波信号に応じて、図３（イ）の実
線の如き正相の半波出力信号が出力トランジスタ（２０
ａ）及び（２０ｂ）共通エミッタから発生するととも
に、図３（イ）の半波出力信号と逆相の図３（ロ）の実
線の如き半波出力信号が出力トランジスタ（２０ｃ）及
び（２０ｄ）の共通エミッタから発生する。そして、出
力トランジスタ（２０ａ）乃至（２０ｄ）は、前記半波
出力信号によって負荷ＲLを駆動する。前記正相及び逆
相の半波出力信号は、それぞれ差動増幅器（１９）の負
及び正入力端子に負帰還され、抵抗Ｒ１及びＲ２の抵抗
比によって差動増幅器（１９）のゲインが設定される。

【００１２】また、前記半波出力信号は非線形回路（２
３）に印加される。非線形回路（２３）はダイオード
（図示せず）を含み、前記半波出力信号レベルがダイオ
ードの順方向電圧以下の場合、単に前記半波出力信号を
線形的に加算する。また、前記半波出力信号レベルがダ
イオードの順方向電圧より高い場合、前記半波出力信号
を対数的に加算する。そして、非線形回路（２３）の出
力信号は差動増幅器（１９）の出力信号レベルがＶｂと
なるように差動増幅器（１９）の共通端子に負帰還され
るので、差動増幅器（１９）のバイアス電流が制御さ
れ、差動増幅器（１９）の出力直流レベルはＶｃｃ／２
より低い電圧Ｖｂに設定することができる。そして、非
線形回路（２３）を付加することにより、負荷ＲLに流
れる出力電流は図３（ハ）の如く正弦波となり、クロス
オーバー歪みを防止することができる。

【００１３】一方、差動増幅器（１９）の２つの半波出
力信号は、スイッチング制御回路（２１）にも印加さ
れ、前記半波出力信号のうちレベルの高い信号を選択
し、選択されたレベルに応じた制御信号がスイッチング
電源（２２）に印加される。そして、前記制御信号に応
じて、電源電圧Ｖｘが出力トランジスタ（２０ａ）及び
（２０ｂ）のコレクタに印加され、前記電源電圧Ｖｘは
図３（イ）及び（ロ）の点線の如く差動増幅器（１９）
の半波出力信号の波形に応じて変化する。その為、出力
トランジスタ（２０ａ）及び（２０ｂ）のコレクタ−エ
ミッタ間電圧が一定になるので、出力トランジスタによ
る電力損失を低減することができ、差動増幅器（１９）
の効率を高めることができる。また、出力トランジスタ
（２０ａ）乃至（２０ｂ）を半波信号で駆動させること
により、スイッチング電源を削減することができる。
尚、このような増幅器の詳細な動作については、特開平
６−３３８７３８号に開示される。

【００１４】ところで、差動増幅回路（１９）の負入力
端子及び正入力端子への帰還信号は、それぞれトランジ
スタ（２４ａ）及び（２４ｂ）のベースに印加され、ト
ランジスタのベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅだけレベル
シフトされる。トランジスタ（２４ｂ）のベースが抵抗
Ｒ１を介して接地されるので、トランジスタ（１３ｂ）
のベース電圧は略一定の電圧である。トランジスタ（１
３ａ）のベースへの入力電圧は増幅器（１３）において
差動増幅される。即ち、トランジスタ（１３ａ）及び
（１３ｂ）のコレクタ電流は差動増幅回路（１９）の負
入力端子への帰還信号に応じて変化する。その為、トラ
ンジスタ（１３ａ）及び（１３ｂ）のコレクタに接続さ
れた負荷抵抗（２５）及び（２６）の一端に発生する増
幅器（１３）の出力信号はそれぞれ図３（ニ）の（ａ）
及び（ｂ）の波形を有する信号となる。増幅器（１３）
の出力信号は、トランジスタ（１４ａ）及び（１４ｂ）
のベースに印加され、トランジスタ（１４ｃ）のベース
には、抵抗（２７）の一端に発生する基準電圧が印加さ
れる。トランジスタ（１４ａ）及び（１４ｂ）のベース
電圧のうち、前記基準電圧より高いベース電圧のトラン
ジスタがオンする。ここで、クリップが発生すると、ト
ランジスタ（１４ａ）及び（１４ｂ）のうち一方がオン
し、バッファ増幅回路（１４）を構成するトランジスタ
（１４ａ）及び（１４ａ）のコレクタから図３（ホ）の
如き出力信号が発生する。尚、基準電圧は、増幅器（１
９）の出力信号がクリップするレベルに設定されている
ので、クリップが検出されると、バッファ増幅器（１
４）から出力信号が発生する。

【００１５】さらに、バッファ増幅回路（１４）の出力
信号に応じて、電圧降下による抵抗（２８）の両端電圧
が検出トランジスタ（１５）のベース−エミッタ間電圧
より高くなり、検出トランジスタ（１５）はオンする。
その為、出力段トランジスタ（１６）がオンし、出力端
子（２９）からクリップを検出したことを示す出力信号
が発生する。また、定常動作時、抵抗（２８）の電圧降
下による電圧が検出トランジスタ（１５）のベース−エ
ミッタ間電圧より高くならないので、検出トランジスタ
（１５）及び出力段トランジスタ（１６）はオフし、ク
リップ検出を示す信号は発生しない。

【００１６】ここで、差動増幅器（１９）の帰還信号を
増幅器（１３）で増幅しており、入力信号が正負にアン
バランスされてあっても、正負にバランスされた増幅器
（１３）の出力信号が得られるので、図１の如き半波出
力信号で負荷を駆動するＢＴＬ増幅器にも使用すること
ができる。尚、クリップ検出レベルはトランジスタ（１
４ｃ）のベースに印加される基準電圧によって定まる
が、抵抗（２８）の抵抗値を変更することによって、抵
抗（２８）の電圧降下による電圧が変化し、トランジス
タ（１６）のオンレベルが変化するので、クリップ検出
感度を簡単に調整できる。

【００１７】さらに、差動増幅器（１９）の帰還信号
は、差動増幅器（１９）の出力信号を１／Ｇａｉｎとし
たものなので、負荷の抵抗値による出力レベルの変化を
小さくすることができ、クリップ検出レベルの変化を防
止することができる。尚、Ｇａｉｎは差動増幅器（１
９）のゲインである。また、図４は他の実施例を示す図
であり、図１の差動増幅回路（１９）と同一の構成を有
する他の増幅器が接続される場合の実施例である。図４
において、（３０）は、他の差動増幅器の帰還信号が印
加され、増幅器（１３）と同一構成にある増幅器、（３
１ａ）及び（３１ｂ）は、ベースに前記増幅器（３０）
の出力信号が印加され、トランジスタ（１４ｃ）と差動
接続されるトランジスタである。尚、図１と同一の素子
については、図１の実施例の符号と同一の符号を付す。

【００１８】図４において、増幅器（１９）の帰還信号
は、増幅器（１３）において同相増幅され、増幅器（１
３）の２つの出力信号はトランジスタ（１４ａ）及び
（１４ｂ）のベースに印加される。また、増幅器（１
９）と同一の構成の他の増幅器の帰還信号は同相増幅器
（３０）で増幅され、図３（ニ）の如き波形を有する同
相増幅器（３０）の２つの出力信号は、トランジスタ
（３１ａ）及び（３１ｂ）のベースに印加される。トラ
ンジスタ（１４ａ）、（１４ｂ）、（３１ａ）及び（３
１ｂ）のうち、そのベース電圧がトランジスタ（１４
ｃ）のベース電圧より高い電圧となるトランジスタがオ
ンし、バッファ増幅器（１４）から出力信号が発生す
る。クリップが発生すると、バッファ増幅器（１４）か
ら出力信号が発生し、トランジスタ（１５）がオンし、
出力端子（２９）からクリップ検出信号が発生する。よ
って、多チャンネルの増幅器においても、多大な素子の
増大を招くことなく、簡単な回路で構成することができ
る。

【００１９】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明に依れば、出力
増幅回路の帰還信号を差動増幅することにより全波信号
を得て、前記全波信号のレベルを見てクリップ検出を行
うので、本発明に係わるクリップ検出回路を出力直流レ
ベルがＶｃｃ／２以下であり半波信号で負荷をＢＴＬ駆
動する増幅器に用いることができる。

【００２０】また、抵抗だけクリップ検出レベルを変え
ることができるので、検出レベル変更が容易に行うこと
ができる。さらに、負荷に供給される信号を用いずクリ
ップ検出を行わないので、負荷の抵抗値に応じて出力増
幅回路の出力レベルが変化しても何ら影響を受けず、正
確にクリップ検出を行うことができ、負荷に応じてクリ
ップ検出レベルを変更する必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】従来例を示す回路図である。

【図３】図１の動作を説明するための波形図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す回路図である。

【符号の説明】

１３ 増幅器 １４ バッファ
増幅器 １５ 検出トラ
ンジスタ １６ 出力段ト
ランジスタ １９ 差動増幅
器 ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 出力トラ
ンジスタ ２１ 制御回路 ２２ スイッチ
ング電源 ２３ 非線形回
路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負帰還路を有するとともに、入力信号を
   半波出力信号に変換し、前記半波出力信号により負荷を
   ＢＴＬ駆動する出力段増幅器の出力信号のクリップを検
   出するクリップ検出回路であって、 該増幅器の出力信号が、それぞれの半周期毎について所
   定レベル以上になる否かを検出し、所定レベル以上の場
   合に検出出力信号を発生する検出部、 により成る ことを特徴とするクリップ検出回路。
2. 【請求項２】前記検出部のクリップ検出レベルは可変で
   あることを特徴とする請求項１記載のクリップ検出回
   路。