JP5405423B2 - 電気音響変換器用増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、スピーカやヘッドホンなどの電気音響変換器を駆動し、あるいはマイクロホンやピックアップなどの電気音響変換器からの信号を増幅する電気音響変換器用増幅器に関するものである。

スピーカやヘッドホンなどを駆動し、あるいはマイクロホンやピックアップなどからの信号を増幅する電気音響変換器用増幅器として、直流あるいは直流に近い極低周波数の信号まで増幅可能な直流増幅器が用いられている。直流増幅器は、その出力と電気音響変換器との間にトランスやコンデンサを必要としないことから、音質が優れているとされている。

図２に、公知の一般的な直流増幅器の回路例を示す。図２において、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子は正の入力端子に接続されるとともに、抵抗Ｒ１を介して接地されている。オペアンプＩＣ１の反転入力端子は抵抗Ｒｓを介して接地されている。オペアンプＩＣ１には所定の電源端子から正極性の電源Ｖ＋と負極性の電源Ｖ−が供給される。

オペアンプＩＣ１の出力信号は、以下のようなＮＰＮ型トランジスタＴＲ１とＰＮＰ型トランジスタＴＲ２を有するコンプリメンタリー回路（「プッシュプル回路」ともいわれる）を経て出力されるようになっている。すなわち、上記正極性の電源Ｖ＋と負極性の電源Ｖ−の間には、トランジスタＴＲ１と抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とトランジスタＴＲ２が直列に接続され、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の接続点が出力端子につながっていて、この出力端子とアースとの間に負荷が接続される。上記電源Ｖ＋と電源Ｖ−の間にはまた、抵抗Ｒ２とダイオードＤ１とダイオードＤ２と抵抗Ｒ３が直列に接続され、ダイオードＤ１とＤ２の接続点にオペアンプＩＣ１の出力端子が接続されている。トランジスタＴＲ１のベースは抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の接続点に接続され、トランジスタＴＲ２のベースはダイオードＤ２と抵抗Ｒ３の接続点に接続されている。

トランジスタＴＲ１のベースとトランジスタＴＲ２のベースとの間にはコンデンサＣ１が接続されている。上記出力端子につながる抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の接続点は帰還抵抗Ｒｆを介してオペアンプＩＣ１の反転入力端子に接続されている。したがって、帰還抵抗Ｒｆによって負帰還がかけられている。オペアンプＩＣ１のゲインは帰還抵抗Ｒｆと抵抗Ｒｓの比率で決まる。

以上説明したように、また、図２からわかるように、オペアンプＩＣ１の出力側には、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１とＰＮＰ型トランジスタＴＲ２を有してなる回路が対称形に接続されている。入力信号のプラス側はトランジスタＴＲ１を有する図２の上半分の回路で、入力信号のマイナス側はトランジスタＴＲ２を有する図２の下半分の回路で増幅されて出力される。トランジスタＴＲ１とトランジスタＴＲ２はともにエミッタフォロワ接続になっている。

オペアンプＩＣ１およびコンプリメンタリー接続された直流増幅器は、プラス側の入力信号とマイナス側の入力信号に対し偏って出力されないように、予めオフセット調整が行われる。また、トランジスタＴＲ１とトランジスタＴＲ２は特性の揃ったものを選択し、あるいはワンチップ化したもの用いるなどの工夫がなされている。しかしながら、時間の経過に伴って直流増幅器の出力レベルが直流的にオフセットし、あるいは、動作させているうちに、温度変動などによってドリフトが発生する。このようなオフセットやドリフトが発生すると、出力端子間に接続された負荷に直流電流が流れ続ける。したがって、負荷が例えばスピーカあるいはヘッドホンであるとすれば、スピーカあるいはヘッドホンのボイスコイルに直流電流が流れ続け、ボイスコイルと一体の振動板が片方に変位したままの状態になり、場合によってはボイスコイルが焼き切れることがある。

そこで、このような直流増幅器の問題点を解消するために、「ＤＣサーボ」といわれる技術が用いられている。ＤＣサーボは、直流増幅器から出力される直流レベルを検出し、これを直流増幅器の負帰還入力とすることによりオフセットやドリフトによる直流電流の出力を防止するものである。図３は直流増幅器にＤＣサーボを付加した例を示している。図３に示す例における直流増幅器自体の構成は図２に示す直流増幅器の構成と同じであるから、ＤＣサーボの構成とその動作を中心に説明する。

図３において、直流増幅器の出力端子間には抵抗Ｒ６とコンデンサＣ２が直列に接続され、コンデンサＣ２の両端子間に直流増幅器の直流出力レベルが現れるようになっている。この直流出力レベルは第２のオペアンプＩＣ２の非反転入力端子に入力されるように接続されている。オペアンプＩＣ２の出力端子は抵抗Ｒ８を介して前記オペアンプＩＣ１の反転入力端子に接続されている。したがって、直流増幅器の直流出力信号レベルに対応した信号が第２のオペアンプＩＣ２を経てオペアンプＩＣ１に反転入力されることになり、直流増幅器の直流レベルが高くなろうとするとこれが検出されて負帰還がかかり、直流増幅器の直流レベルが低下する。なお、オペアンプＩＣ２の反転入力端子とアースとの間には抵抗Ｒ７が接続され、オペアンプＩＣ２の反転入力端子と出力端子との間にはコンデンサＣ３が接続されている。

図３に示すようなＤＣサーボを備えた直流増幅器によれば、オフセットやドリフトによる直流電流の出力成分を負帰還するだけで直流出力を防止することができる。しかし、上記のような従来のＤＣサーボは、音声信号回路の負帰還回路にＤＣサーボがかけられるため、ＤＣサーボの動作が音声信号回路に影響を及ぼし、音質に影響を与える、すなわち、入力する音声信号入力に忠実な音声を出力することができない、という難点がある。

上記のようなＤＣサーボを備えた直流増幅器の問題点を解決することができる技術として特許文献１に記載されているような「直流サーボ制御回路」が提案されている。これは、ウィンドコンパレータによって出力信号の例えば０レベルより少し離れた信号成分が検出されたとき、スイッチによってＤＣサーボ回路がオープンとなるように制御され、ＤＣサーボがかからないようにしたもので、ＤＣサーボは無信号時の出力レベルのみで制御され、波形信号によってオフセットレベルが変動しないようにしたものである。

特開２００１−８４０４１号公報

特許文献１に記載されている「直流サーボ制御回路」の技術思想を電気音響変換器用直流増幅器に適用すれば、ＤＣサーボの動作が音質に影響を及ぼすことを防止することができる。しかし、音声信号が継続して入力されている限りＤＣサーボは動作しないため、オフセットやドリフトによる直流電流の出力を効果的に防止することはできない。

本発明は、以上説明した従来のＤＣサーボを有する直流増幅器の技術的な課題を解決し、ＤＣサーボの動作が音声信号回路に影響を及ぼすことがなく、かつ、音声入力時であっても常時ＤＣサーボが動作して、オフセットやドリフトによる直流電流の出力を効果的に防止することができる電気音響変換器用直流増幅器を提供することを目的とする。

本発明は、コンプリメンタリー接続された複数のトランジスタを備えた電気音響変換器用増幅器であって、出力信号の直流レベルに対応した光量を放射する発光素子と、上記発光素子から放射される光を受光して受光量に応じて抵抗値が変化する受光素子を備え、上記受光素子の抵抗値の変化で上記複数のトランジスタのバイアスを変化させオフセットおよびドリフトを制御することを最も主要な特徴とする。

出力信号の直流レベルが変動すると、これに応じて発光素子から放射される光量が変動し、受光素子の抵抗値が変化して、コンプリメンタリー接続された複数のトランジスタのバイアスが変化し、直流増幅器のオフセットおよびドリフトが制御され、ＤＣサーボと同様の働きをする。しかしながら、出力信号の直流レベルが変動するとコンプリメンタリー接続された複数のトランジスタのバイアスを変化させ、従来のＤＣサーボのように音声信号回路自体を直接的に制御するものではないため、ＤＣサーボと同様の働きをすることによって、音質に影響することはない。また、音声信号の増幅動作中であっても、特許文献１記載の発明と異なり、ＤＣサーボと同様の動作を行わせることができる。

本発明に係る電気音響変換器用直流増幅器の実施例を示す回路図である。 従来の直流増幅器の例を示す回路図である。 ＤＣサーボ回路を備えた従来の直流増幅器の例を示す回路図である。

以下、本発明に係る電気音響変換器用直流増幅器の実施例について、図１を参照しながら説明する。
図１において、集積回路からなるオペアンプＩＣ１の非反転入力端子は正の入力端子に接続されるとともに、抵抗Ｒ１を介して接地されている。オペアンプＩＣ１の反転入力端子は抵抗Ｒｓを介して接地されている。オペアンプＩＣ１には、正極性の電源端子と負極性の電源端子からそれぞれ正極性の電源Ｖ＋と負極性の電源Ｖ−が供給される。

オペアンプＩＣ１の出力信号は、以下のようなＮＰＮ型トランジスタＴＲ１とＰＮＰ型トランジスタＴＲ２を有するコンプリメンタリー接続された増幅回路を経て出力されるようになっている。すなわち、上記正極性の電源Ｖ＋と負極性の電源Ｖ−の間には、トランジスタＴＲ１と抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５とトランジスタＴＲ２が直列に接続され、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の接続点が出力端子に接続されている。この出力端子とアースとの間に負荷が接続される。上記電源Ｖ＋と電源Ｖ−の間にはまた、抵抗Ｒ２とダイオードＤ１とダイオードＤ２と抵抗Ｒ３が直列に接続され、ダイオードＤ１とＤ２の接続点にオペアンプＩＣ１の出力端子が接続されている。トランジスタＴＲ１のベースは抵抗Ｒ２とダイオードＤ２の接続点に接続され、トランジスタＴＲ２のベースはダイオードＤ２と抵抗Ｒ３の接続点に接続されている。

トランジスタＴＲ１のベースとトランジスタＴＲ２のベースとの間にはコンデンサＣ１が接続されている。上記出力端子につながる抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の接続点は帰還抵抗Ｒｆを介してオペアンプＩＣ１の反転入力端子に接続されている。したがって、帰還抵抗Ｒｆによって負帰還がかけられている。オペアンプＩＣ１のゲインは帰還抵抗Ｒｆと抵抗Ｒｓの比率で決まる。

オペアンプＩＣ１の出力側には、エミッタフォロワ接続されたＮＰＮ型トランジスタＴＲ１とＰＮＰ型トランジスタＴＲ２を有してなる回路が上下に直列的にかつ対称形に接続されている。入力信号のプラス側はトランジスタＴＲ１を有する上半分の回路で増幅され、入力信号のマイナス側はトランジスタＴＲ２を有する下半分の回路で増幅されて出力される。ここまで説明してきた回路構成は、図２に示す従来一般の直流増幅器の回路構成と変わりがない。図１に示す実施例は、上記直流増幅器の回路構成に、以下に述べるような、増幅回路を構成するトランジスタのバイアス制御回路を設けたことを特徴としている。

図１において、上記直流増幅器の出力端子間には抵抗Ｒ６とコンデンサＣ２が直列に接続され、コンデンサＣ２の両端子間に直流増幅器の直流出力レベルが現れるようになっている。この直流出力レベルは第２のオペアンプＩＣ２の非反転入力端子に入力されるように接続されている。オペアンプＩＣ２の出力端子とアースの間にはＬＥＤからなる発光素子１が接続されている。したがって、第２のオペアンプＩＣ２は直流増幅器の直流出力信号レベルに対応した電圧で発光素子１を駆動し、発光素子１は出力信号の直流レベルに対応した量の光を放射する。

発光素子１に対向させて受光素子２が配置されている。受光素子２は、発光素子１から放射される光を受光して受光量に応じて抵抗値が変化するフォトレジスタであって、光依存性抵抗（ＬＤＲ）、光導電体、あるいはフォトセルなどと称されるものである。受光素子２として、例えば、硫化カドミウム（Ｃｄｓ）セルを用いることができる。受光素子２は、コンプリメンタリー回路を構成する二つのトランジスタの一方のトランジスタＴＲ２のベースと負極側の電源Ｖ−との間に接続されてトランジスタＴＲ２のベース電位をバイアスする抵抗Ｒ３に並列に接続されている。したがって、受光素子２の受光量すなわち発光素子１の発光量に応じてトランジスタＴＲ２のベース電圧が変動するようになっている。発光素子１と受光素子２は、これらの素子を互いに対向させて一体に構成されたＬＥＤ−フォトレジスタカプラを用いるとよい。なお、オペアンプＩＣ２の反転入力端子とアースとの間には抵抗Ｒ７が接続され、オペアンプＩＣ２の反転入力端子と出力端子との間にはコンデンサＣ３が接続されている。

出力端子から直流信号が出力されると、この直流レベルに対応した電圧がコンデンサＣ２の端子間に現れる。このコンデンサＣ２の端子電圧はオペアンプＩＣ２の非反転入力端子に入力され、この入力電圧に対応した電圧がオペアンプＩＣ２の出力に現れ、この電圧で発光素子１が駆動され、発光素子１は駆動電圧に対応した光量、したがって、上記直流レベルに対応した光量を放射する。この発光素子１の発光量に対応した光量を受光素子２が受光してその抵抗値が低下し、前述のようにコンプリメンタリー接続された回路の下側半分にあるトランジスタＴＲ２のベース電位をバイアスする抵抗の値が低くなってトランジスタＴＲ２に流れる電流が増加する。その結果、コンプリメンタリー接続された回路の上半分と下半分の出力がバランスし、出力端子から出力される直流出力レベルが所定のレベル以下の適正なレベルに抑制される。

このように、図１に示す実施例によれば、複数のトランジスタを備えていてコンプリメンタリー接続された直流増幅器において、ＤＣサーボと実質的に同じ機能を持たせることができるとともに、音声信号の通り道に直接作用させるのではなく、発光素子１と受光素子２を用いてトランジスタのバイアスを制御することによりコンプリメンタリー回路のオフセットおよびドリフトを制御するようにしたため、音声信号を劣化させることがなく、かつ、音声信号で負荷を駆動しているときでもオフセットおよびドリフトを制御することができるという、従来の技術では達成することができない優れた効果を奏する電気音響変換器用増幅器を得ることができる。

図示の実施例は、スピーカやヘッドホンなどのボイスコイルが負荷として出力端子に接続されていることを想定して説明したが、本発明に係る電気音響変換器用増幅器は、電気音響変換器一般の増幅用又はドライブ用増幅器として用いることができる。

１ 発光素子
２ 受光素子
ＴＲ１ トランジスタ
ＴＲ２ トランジスタ
ＩＣ１ オペアンプ
ＩＣ２ オペアンプ

Claims (6)

1. コンプリメンタリー接続された複数のトランジスタを備えた電気音響変換器用増幅器であって、
   出力信号の直流レベルに対応した光量を放射する発光素子と、
   上記発光素子から放射される光を受光して受光量に応じて抵抗値が変化する受光素子を備え、
   上記受光素子の抵抗値の変化で上記複数のトランジスタのバイアスを変化させオフセットおよびドリフトを制御する電気音響変換器用増幅器。
2. 発光素子はＬＥＤであり、受光素子はフォトレジスタである請求項１記載の電気音響変換器用増幅器。
3. ＬＥＤとフォトレジスタは互いに対向させて一体に構成されたＬＥＤ−フォトレジスタカプラである請求項２記載の電気音響変換器用増幅器。
4. 出力端子間に抵抗とコンデンサが直列接続され、このコンデンサの両端子間から取り出される出力信号の直流レベルに応じて発光素子が駆動される請求項１記載の電気音響変換器用増幅器。
5. コンデンサの両端子間から取り出される出力信号の直流レベルに応じた信号がオペアンプに入力され、このオペアンプの出力で発光素子が駆動されるように構成されている請求項４記載の電気音響変換器用増幅器。
6. 受光素子は、複数のトランジスタのうち少なくとも一つのトランジスタのベース電位をバイアスする抵抗に並列に接続されている請求項１記載の電気音響変換器用増幅器。

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