JP4766732B2 - オーディオアンプのバイアス回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオアンプのバイアス回路に係り、特に、電源供給が断たれた際のオーディオアンプの動作の安定性を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の回路としては、例えば、図３に示されたような構成のものが公知・周知となっている。
以下、同図を参照しつつこの従来回路について説明すれば、まず、この従来回路例は、いわゆるオーディオアンプに適用された場合の構成例を示すものである。
すなわち、オーディオアンプは、バイアス回路５１と、初段増幅回路５２と、次段増幅回路５３と、出力回路５４とを具備して構成されたものとなっている。
バイアス回路５１は、第１の抵抗器Ｒ１と第２の抵抗器Ｒ２により電源電圧Ｖccをいわゆる抵抗分圧し、初段増幅回路５２の動作点を定める基準電圧Ｖrefを、第１及び第２の抵抗器Ｒ１，Ｒ２の相互の接続点に出力し、第５の抵抗器Ｒ５を介して、初段増幅回路５２の第１１のトランジスタＱ１１のベースに印加するようになっている。
【０００３】
初段増幅回路５２の第１１のトランジスタＱ１１のベースには、外部から被増幅信号（図３においては「入力」と表記）が印加され、この初段増幅回路５２により、第３及び第４の抵抗器Ｒ３，Ｒ４の比で定まる増幅率で増幅されるようになっている。そして、初段増幅回路５２の増幅出力は、次段増幅回路５３によりさらに増幅され、出力回路５４を介してスピーカＳＰへ印加され、スピーカＳＰの駆動が行われるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる従来回路においては、初段増幅回路５２がいわゆる差動増幅器を用いて構成されたものとなっているため、入力信号（被増幅信号）について、同相入力電圧範囲を考慮する必要がある。
すなわち、初段増幅回路５２は、基準電圧Ｖrefに対して図４において二点鎖線で示されたような同相入力電圧範囲を有しており、初段増幅回路５２への入力信号の電圧レベルがこの範囲を超えると、初段増幅回路５２における入力オフセット電圧が大きくなるため、入力信号の電圧レベルは、この同相入力電圧範囲を超えないように留意することが必要となる。
【０００５】
しかしながら、電源電圧が正常に供給されている間は、同相入力電圧範囲は一定であるために、入力信号のレベルを、この同相入力電圧範囲を超えるようなレベルへ故意に変えない限り問題を生ずるようなことはないが、電源電圧の供給が断たれると、入力信号の電圧レベルが不可避的に同相入力電圧範囲を超えることとなり、次述するような不都合を招くという問題がある。
すなわち、初段増幅回路５２の同相入力電圧範囲は、第１１及び第１２のトランジスタＱ１１，Ｑ１２へ電流を流す必要があるため、下記する式１で表されるものとなる。
【０００６】
＋Ｖicm＜Ｖcc−Ｖbe−Ｖsat・・・（式１）
【０００７】
ここで、＋Ｖicmは、同相入力電圧範囲を、Ｖccは、電源電圧を、Ｖbeは、トランジスタのベース・エミッタ間電圧を、Ｖsatは、トランジスタの飽和状態におけるコレクタ・エミッタ間電圧を、それぞれ表すものとする。
電源電圧が正常に供給されて回路が正常動作している状態において、ある時刻例えば、図４に示されたように時刻ｔ１において、電源電圧の供給を断ったとすると、同相入力電圧範囲は、次のように変化することとなる。
まず、時刻ｔ１において電源電圧Ｖccの供給が断たれると、電源電圧Ｖccは、即座に低下し始める。また、同時に基準電圧Ｖrefも低下し始めるが、第２の抵抗器Ｒ２と並列接続されたコンデンサＣ１の蓄積電荷のために、その低下の程度は、電源電圧Ｖccの低下速度に比して非常に緩慢なものとなる（図４参照）。
回路が正常に動作するためには、常に、＋Ｖicm＞Ｖrefであることが必要となるが、電圧低下の速度に差はあるものの電源電圧Ｖccと基準電圧Ｖrefとが共に低下してゆく結果、遂には、時刻ｔ２（図４参照）において、＋Ｖicm＞Ｖrefの条件が満足されなくなる。その結果、出力電位が変化し、スピーカＳＰが駆動されてノイズ（異音）が発生するという不都合な動作を生ずる。
【０００８】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、電源供給を停止した際にスピーカから異音の発生のない、オーディオアンプのバイアス回路を提供するものである。
本発明の他の目的は、正常時の電源電圧が変更されたような場合であっても、電源供給を停止した際にスピーカから異音の発生を防止するという動作が確保できるオーディオアンプのバイアス回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記発明の目的を達成するため、本発明に係るオーディオアンプのバイアス回路は、
バイアス回路と、初段増幅回路と、次段増幅回路と、出力回路とを具備してなり、前記初段増幅回路は、外部から被増幅信号が印加され、当該被増幅信号を増幅し、その増幅出力は、前記次段増幅回路によりさらに増幅され、前記出力回路を介してスピーカの駆動を可能としてなるオーディオアンプの前記初段増幅回路のバイアス電圧を発生する前記バイアス回路であって、
電源とアースとの間に、分圧用の第１及び第２の抵抗器が、前記電源側から順次直列接続されると共に、前記第２の抵抗器には、コンデンサが並列接続され、前記第１及び第２の抵抗器の相互の接続点の電圧は、前記初段増幅回路の動作点を定める基準電圧として、外部から被増幅信号が印加される前記初段増幅回路のトランジスタのベースに印加されるようになっている一方、
差動増幅器を構成するｐｎｐ形の第１及び第２のトランジスタが設けられ、
前記第１及び第２のトランジスタのエミッタと電源との間に、第１の定電流源が設けられ、
前記第１のトランジスタのベースは、前記第１及び第２の抵抗器の相互の接続点に接続され、
前記第２のトランジスタのベースと電源との間に、ダイオード接続された第３及び第４のトランジスタが直列接続され、
前記第２のトランジスタのベースとアースとの間に、第２の定電流源が設けられ、
前記第１及び第２のトランジスタのコレクタとアースとの間に、カレントミラー回路が設けられ、
前記第２のトランジスタのコレクタに、第７のトランジスタのベースが接続され、
前記第７のトランジスタは、そのエミッタがアースに接続される一方、そのコレクタには、電源供給が停止された際に前記オーディオアンプの出力回路の動作を停止せしめる遮断信号が出力されてなり、
前記カレントミラー回路は、ｎｐｎ形の第５及び第６のトランジスタを有してなり、
前記第５のトランジスタは、ダイオード接続されると共に、そのベースは、前記第６のトランジスタのベースに接続され、
前記第５のトランジスタのコレクタは、第１のトランジスタのコレクタに、前記第６のトランジスタのコレクタは、第２のトランジスタのコレクタに、それぞれ接続される一方、
前記第５及び第６のトランジスタのエミッタは、共にアースに接続されてなるものである。
【００１０】
かかる構成においては、電源が供給されている正常時においては、第１のトランジスタのベース電位Ｖb1＜第２のトランジスタのベース電位Ｖb2と予め設定されており、例えば、第２のトランジスタのコレクタ側に、遮断信号出力用にｎｐｎ形のトランジスタを設けて、そのベースを第２のトランジスタのコレクタに接続すると共に、この遮断信号出力用のトランジスタのエミッタをアースに接続し、そのコレクタに遮断信号を得るようにした場合には、正常時には、第２のトランジスタに殆ど電流が流れないため、この遮断信号出力用のトランジスタは、オフ状態となる。一方、電源供給が停止された場合、電源供給の停止と共に、第１及び第２のトランジスタのそれぞれのベース電位Ｖb1，Ｖb2は低下してゆくが、第１のトランジスタのベース電位Ｖb1は、コンデンサの蓄積電荷のために比較的緩慢に低下してゆくのに対して、第２のトランジスタのベース電位Ｖb2はそれに比して急速に低下してゆき、オーディオアンプの同相入力電圧範囲が、オーディオアンプの初段の増幅回路のバイアス電圧を下回るより早いタイミングで、Ｖb1＞Ｖb2となる。そのため、第２のトランジスタが動作すると共に、遮断信号出力用のトランジスタが導通状態となるので、この導通状態を遮断信号として、オーディオアンプの出力段の動作停止に用いることができ、それにより、従来のような電源供給停止時におけるスピーカからの異音の発生を防止することができるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるオーディオアンプのバイアス回路の基本構成について図１を参照しつつ説明する。
このバイアス回路の基本構成例は、例えば、先に従来回路で説明したような構成を有してなるオーディオアンプ（図３参照）について適用されるもので、図１は、本発明に係るバイアス回路の基本構成例のみを示しており、この回路が用いられるオーディオアンプの回路構成部分は省略されたものとなっている。
まず、回路構成について説明すれば、ｐｎｐ形の第１及び第２のトランジスタ（図１においては、それぞれ「Ｑ１」、「Ｑ２」と表記）１，２は、双方のエミッタ同士が接続されると共に、第１の定電流源１４に接続されて、差動増幅器を構成するものとなっている。
また、第２のトランジスタ２のベースには、所定の電圧Ｖ1が印加されるように、ベースと電源ライン（電源電圧Ｖccが印加されるライン）との間に定電圧源が設けられている。これによって、通常状態（電源電圧が正常に印加されている状態）では、第２のトランジスタ２のベースは、第１のトランジスタ１のベースに比して高電位にバイアスされた状態となる。
【００１２】
一方、電源ラインとアースとの間には、第１及び第２の抵抗器（図１においては、それぞれ「Ｒ１」、「Ｒ２」と表記）１１，１２が直列接続されると共に、その相互の接続点は、第１のトランジスタ１のベースに接続されている。そして、第１及び第２の抵抗器１１，１２により電源電圧Ｖccがいわゆる抵抗分圧されて基準電圧Ｖrefが得られ、この基準電圧Ｖrefが第１のトランジスタ１のバイアス電圧として印加されるようになっている。
また、第１のトランジスタ１のベースに対するこの第１及び第２の抵抗器１１，１２の相互の接続点におけるインピーダンスを低くするため、第２の抵抗器１２には、コンデンサ（図１においては「Ｃ１」と表記）１３が並列接続されている。
【００１３】
なお、この第１及び第２の抵抗器１，２並びにコンデンサ１３で構成される部分は、先に図３で示されたオーディオアンプのバイアス回路５１を構成する部分となるものである。すなわち、この部分は、図１に示された第１及び第２のトランジスタ１，２による差動増幅器と共用されるものとなっている。
【００１４】
そして、この図１においては、図示を省略しているが、第１又は第２のトランジスタ１，２の出力端（コレクタ側）を、図３に示されたような従来のオーディオアンプ において、例えば、出力回路５４の適宜な箇所へ接続する。このようにすることで、詳細は図２に示された具体的な回路構成例において明らかにするが、電源供給が停止された場合に、出力回路５４の動作を停止させて、従来と異なり、スピーカＳＰからの異音（ノイズ）が発生しないようにすることができるものとなっている。
【００１５】
次に、図１に示されたオーディオアンプのバイアス回路のより具体的な回路構成例について図２を参照しつつ説明する。なお、図１に示された基本構成における構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すこととする。
まず、この具体回路構成例においては、ｎｐｎ形の第８のトランジスタ（図１においては「Ｑ８」と表記）８が、そのベースとコレクタとが相互に接続されて、いわゆるダイオード接続状態とされると共に、その接続点に電源電圧Ｖccが印加されるようになっている。一方、第８のトランジスタ８のエミッタとアースとの間には、第１及び第２の抵抗器１１，１２が直列接続されると共に、第２の抵抗器１２の両端には、コンデンサ１３が並列接続されている。
そして、第１及び第２の抵抗器１１，１２並びにコンデンサ１３の相互の接続点は、第１のトランジスタ１のベースに接続されたものとなっている。
【００１６】
差動増幅器を構成するｐｎｐ形の第１及び第２のトランジスタ１，２のエミッタは、相互に接続されると共に、その接続点には、第１の定電流源１４が接続されたものとなっている。
また、ｎｐｎ形の第３及び第４のトランジスタ（図２においては、それぞれ「Ｑ３」、「Ｑ４」と表記）３，４が、それぞれベースとコレクタとが接続されたいわゆるダイオード接続状態とされると共に、第３のトランジスタ３のエミッタと第４のトランジスタ４のコレクタとが接続されている。そして、第３のトランジスタ３のコレクタには、電源電圧Ｖccが印加されるようになっている一方、第４のトランジスタ４のエミッタとアースとの間には、第２の定電流源１５が接続されると共に、さらに、第４のトランジスタ４と第２の定電流源１５との接続点には、第２のトランジスタ２のベースが接続されたものとなっている。
【００１７】
一方、第１及び第２のトランジスタ１，２のコレクタ側には、ｎｐｎ形の第５及び第６のトランジスタ（図２においては、それぞれ「Ｑ５」、「Ｑ６」と表記）５，６により構成されてなるカレントミラー回路２０が接続されたものとなっている。すなわち、第５及び第６のトランジスタ５，６は、ベースが相互に接続される一方、第５のトランジスタ５は、ベースとコレクタとが相互に接続されて、いわゆるダイオード接続状態とされている。そして、第５のトランジスタ５のコレクタには、第１のトランジスタ１のコレクタが、第６のトランジスタ６のコレクタには、第２のトランジスタ２のコレクタが、それぞれ接続されている。
一方、第５及び第６のトランジスタ５，６のエミッタは、共にアースに接続されたものとなっている。
【００１８】
また、第２のトランジスタ２のコレクタには、ｎｐｎ形の第７のトランジスタ７のベースが接続されており、この第７のトランジスタ７のコレクタは、出力回路遮断信号出力端子とされる一方、第７のトランジスタ７のエミッタは、アースに接続されたものとなっている。
第７のトランジスタ７のコレクタは、具体的には、先に従来回路として図３に示されたようなオーディオアンプの出力回路５４の適宜な箇所、すなわち、この第７のトランジスタ７のいわゆるオン・オフ動作（詳細は後述）によって、出力回路５４の動作を実質的に停止できるような箇所（例えば、第１５及び第１６のトランジスタＱ１５，１６のベースや、その前段のアンプの入力段等）に接続して用いられるようになっている。
【００１９】
次に、かかる構成における動作について説明する。
まず、定常状態（電源電圧が正常に供給されている状態）における第７のトランジスタ７の動作状態としては、この発明の実施の形態においては、非動作状態（オフ）であるとする。
かかる前提の下、定常状態において、第１のトランジスタ１のベース電位Ｖb1は基準電圧Ｖrefと等しく、下記する式２で表されるものとなる。
【００２０】
Ｖb1＝Ｖref＝（Ｖcc−Ｖbe）／２・・・（式２）
【００２１】
なお、ここで、第１及び第２の抵抗器１１，１２の抵抗値は相等しいものとする。また、Ｖbeは、トランジスタのベース・エミッタ間電圧である。
一方、Ｑ２のベース電位Ｖb2は、下記する式３によって表される。
【００２２】
Ｖb2＝Ｖcc−２Ｖbe・・・（式３）
【００２３】
ここで、−２Ｖbeは、第３及び第４のトランジスタ３，４において生ずる電圧降下分であり、この電圧は、先の図１における所定の電圧Ｖ1に対応するものである。
先に述べたように定常状態において第７のトランジスタ７はオフであるから、そのため、Ｖb1＜Ｖb2であることが必要である。
この不等式Ｖb1＜Ｖb2を、それぞれ先の式２及び式３により書き換えて整理すると、Ｖcc＞３Ｖbeが導かれる。
すなわち、Ｖccが約２.１Ｖ以上の定常状態で、第７のトランジスタ７はオフ状態となり、第７のトランジスタ７のコレクタの接続先の回路、すなわち、例えば、図３に示されたオーディオアンプの出力回路５４において、その動作になんら影響を与えることがなく、そのため、通常のアンプ動作が得られることとなる。
【００２４】
次に、電源供給が断（オフ）とされた場合について説明すれば、この場合、まず、第１のトランジスタ１のベース電位Ｖb1は、コンデンサ１３における蓄積電荷のために直ぐさま急下降することはなく、比較的緩慢に低下してゆくこととなる。
一方、第２のトランジスタ２のベース電位Ｖb2は、先に示された式３に基づいて低下してゆくこととなる。
ここで、同相入力電圧＋Ｖicmと、第２のトランジスタ２のベース電位Ｖb2の関係は、先に示された式１と式３により下記する式４で表されるものとなる。
【００２５】
＋Ｖicm−Ｖb2＝Ｖbe−Ｖce≒０.４＞０・・・（式４）
【００２６】
何となれば、Ｖbe＝約０.７、Ｖce（コレクタ・エミッタ間電圧）＝約０.３Ｖだからである。
そして、この式４から次のことが言える。すなわち、第２のトランジスタ２のベース電位Ｖb2は、同相入力電圧範囲よりも低いため、従来回路において、電源供給が停止された場合に、同相入力電圧範囲が基準電圧Ｖrefより小となるようなタイミング（例えば図４の時刻ｔ２）よりも早いタイミングでＶb1＞Ｖb2の関係となり、この不等式が成立すると同時に第７のトランジスタ７が導通状態となる。この第７のトランジスタ７の導通により、そのコレクタ電位は、アース電位となる。第７のトランジスタ７のコレクタは、その電位がアース電位となった際に、オーディオアンプの出力回路５４（図３参照）の動作を停止させるに都合のよい箇所に接続されているため、第７のトランジスタ７が導通し、コレクタがアース電位になると、出力回路５４の動作が停止状態とされ、すなわち、換言すれば、図３に示されたオーディオアンプの出力回路５４における終段のトランジスタである第１５及び第１６のトランジスタＱ１５，Ｑ１６の増幅動作が停止されることとなる。そのため、電源供給が断たれても、同相入力電圧範囲が基準電圧Ｖrefを下回る以前に、第７のトランジスタ７が導通することで、オーディオアンプの出力回路５４の動作が停止されて、スピーカが駆動されないため、従来のような異音の発生が防止されることとなるものである。
【００２７】
なお、上述した発明の実施の形態におけるｐｎｐ形トランジスタを、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタに代えても良く、上述したと同様な回路動作を得ることができる。
また、電源電圧の低下を検出するため、電圧検出回路を用いて、その検出結果に応じて、上述した回路構成例における第７のトランジスタ７に対応するトランジスタを動作させるような構成も考えられるが、その場合、通常、検出電圧は固定となるため、オーディオアンプの動作電源電圧範囲も固定となり、汎用性に欠けるものとなる。しかし、本発明に係る回路の場合、定常状態の電源電圧を任意い変えても、先に述べたような動作が可能である。
さらに、上述した発明の実施の形態においては、遮断信号を出力するトランジスタ（本発明の実施の形態においては、第７のトランジスタ７）がいわゆるオン状態の場合、その信号によりオーディオアンプの出力回路が動作停止状態とされることとしたが、必ずしもかかる論理である必要はなく、これとは逆、すなわち、第７のトランジスタ７のベースを第１のトランジスタ１のコレクタに接続する構成として、遮断信号を出力する第７のトランジスタ７がいわゆるオフ状態となった場合にオーディオアンプの出力回路が動作停止状態とされることとしてもよいものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上、述べたように、本発明によれば、電源供給が停止された際に、オーディオアンプの入力段のバイアス電圧が同相入力電圧範囲を越える前に、オーディオアンプの終段の回路を完全に動作停止状態とできるような構成とすることにより、電源供給が停止された際に、オーディオアンプの入力段のバイアス電圧が同相入力電圧範囲を越えることに起因するスピーカからの異音の発生が確実に防止され、動作特性の安定したオーディオアンプを提供することができる。
また、差動増幅器を用いて電圧の低下を検出するようなような構成としたので、検出電圧固定の回路と異なり、正常時の電源電圧の設定自体が変更されても何ら支障なく機能を果たすことができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るオーディオアンプのバイアス回路の基本構成を示す回路図である。
【図２】本発明に係るオーディオアンプのバイアス回路の具体的な一回路構成例を示す回路図である。
【図３】従来回路の一例を示す回路図である。
【図４】電源電圧の変化に対する同相入力電圧範囲及び基準電圧の変化を示すタイミング図である。
【符号の説明】
１…第１のトランジスタ
２…第２のトランジスタ
７…第７のトランジスタ
２０…カレントミラー回路
５４…出力回路

Claims (2)

1. バイアス回路と、初段増幅回路と、次段増幅回路と、出力回路とを具備してなり、前記初段増幅回路は、外部から被増幅信号が印加され、当該被増幅信号を増幅し、その増幅出力は、前記次段増幅回路によりさらに増幅され、前記出力回路を介してスピーカの駆動を可能としてなるオーディオアンプの前記初段増幅回路のバイアス電圧を発生する前記バイアス回路であって、
   電源とアースとの間に、分圧用の第１及び第２の抵抗器が、前記電源側から順次直列接続されると共に、前記第２の抵抗器には、コンデンサが並列接続され、前記第１及び第２の抵抗器の相互の接続点の電圧は、前記初段増幅回路の動作点を定める基準電圧として、外部から被増幅信号が印加される前記初段増幅回路のトランジスタのベースに印加されるようになっている一方、
   差動増幅器を構成するｐｎｐ形の第１及び第２のトランジスタが設けられ、
   前記第１及び第２のトランジスタのエミッタと電源との間に、第１の定電流源が設けられ、
   前記第１のトランジスタのベースは、前記第１及び第２の抵抗器の相互の接続点に接続され、
   前記第２のトランジスタのベースと電源との間に、ダイオード接続された第３及び第４のトランジスタが直列接続され、
   前記第２のトランジスタのベースとアースとの間に、第２の定電流源が設けられ、
   前記第１及び第２のトランジスタのコレクタとアースとの間に、カレントミラー回路が設けられ、
   前記第２のトランジスタのコレクタに、第７のトランジスタのベースが接続され、
   前記第７のトランジスタは、そのエミッタがアースに接続される一方、そのコレクタには、電源供給が停止された際に前記オーディオアンプの前記出力回路の動作を停止せしめる遮断信号が出力されてなり、
   前記カレントミラー回路は、ｎｐｎ形の第５及び第６のトランジスタを有してなり、
   前記第５のトランジスタは、ダイオード接続されると共に、そのベースは、前記第６のトランジスタのベースに接続され、
   前記第５のトランジスタのコレクタは、第１のトランジスタのコレクタに、前記第６のトランジスタのコレクタは、第２のトランジスタのコレクタに、それぞれ接続される一方、
   前記第５及び第６のトランジスタのエミッタは、共にアースに接続されてなることを特徴とするオーディオアンプのバイアス回路。
2. ｐｎｐ形トランジスタに代えてＰチャンネルＭＯＳトランジスタを用いてなることを特徴とする請求項１記載のオーディオアンプのバイアス回路。

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