JP5647272B2

JP5647272B2 - Ａ級プッシュプル増幅器

Info

Publication number: JP5647272B2
Application number: JP2012555461A
Authority: JP
Inventors: モロンバルマティア; カルメルピエール−エマニュエル
Original assignee: ドゥビアル
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-03-16
Also published as: WO2011107670A1; BR112012022178A2; CN102906999B; CN102906999A; US9257949B2; US20130063211A1; EP2543140A1; JP2013521689A; KR20130053394A

Description

本発明は、「プッシュプル」型の増幅器に関し、特に入力及び出力を含むＡ級の音声増幅器であって、
２つの電源間に反対に直列接続され、出力が双方の間に接続される２つの増幅トランジスタを含む主増幅ブランチと、
増幅された信号をそれぞれ入力として受信するように入力に接続される増幅トランジスタそれぞれの制御回路と、
を有する音声増幅器に関する。

音声増幅器は、電力及び音質に関して種々の性能となる種々の増幅モードに対応するいくつかの分類に分類される。

Ａ級増幅器は、トランジスタからなる能動増幅素子が常に導通していて、定常的に線形モードで作動するものである。これによって、高品質の出力信号を得ることが可能になるが、出力電力は制限される。

一方、Ｂ級増幅器は、半分の時間の間のみ線形モードで作動し、他の半分の時間の間は実質的にブロックされる増幅素子を含む。この増幅器は、増幅された信号の品質に有害であるスイッチング歪みに悩まされる。

また、ＡＢ級増幅器では、増幅器がＡ級よりも低電力であり且つＢ級よりも高電力であるように増幅素子が導通状態からブロック状態にスイッチング可能である。この場合、強い線形性を有するための増幅器の電力は、比較的低減される。

そして、Ｄ級増幅器は、トランジスタが《オン／オフ》モードで作動し、増幅される信号に依存するパルス幅変調により制御されることが知られている。増幅器の電力は、非常に高いが、信号の質が低いことがある。

本発明は、高電力、高品質の増幅信号及び低い静的な消費電力（low static dissipation of energy）を取得可能な《プッシュ／プル》型の増幅器を提案するものである。

この目的のために、本発明の対象は、上述の説明する性質の《プッシュ／プル》型の増幅器であり、主増幅ブランチは、トランジスタそれぞれと出力との間に、非線形の応答を有するユニットと、トランジスタそれぞれの制御回路の入力において、線形応答を有するユニットに最小電流の流れを与えることが可能な非線形補償信号導入手段とを含むことを特徴とする増幅器である。

特定の実施形態に従って、増幅器は、以下の構成の１つ又は２つ以上を含む。
非線形応答を有するユニットはダイオードである。
非線形応答を有するユニットはＭＯＳ型トランジスタである。
非線形補償信号導入手段は、
非線形ユニットと同一の第２非線形ユニットであって、非線形ユニットの対応する端子と、第２非線形ユニットに電流を与える電流源との間に接続される第２非線形ユニットと、
第２非線形ユニットの他の端子に接続される電圧測定ブランチであって、非線形補償信号を提供するために制御回路に接続される電圧測定ブランチと、
を含む。
非線形補償信号導入手段は、
増幅トランジスタそれぞれと非線形応答を有するユニットとの間に端子が接続される電圧源と、
電圧源の他の端子をトランジスタの制御回路に接続する電圧測定ブランチと、
を含む。
増幅器は、電流出力を制御回路それぞれの入力に接続する線形フィードバックループを含む。
電圧測定ブランチと線形フィードバックループとは、制御回路の入力において互いに接続される。
電圧測定ループの抵抗の値は、線形フィードバックループの抵抗の値よりも少なくとも１００倍大きい。
制御回路のそれぞれは、非反転入力が増幅器の入力に接続され、反転入力が非線形補償信号導入手段に接続されるオペアンプを制御する。

本発明は、図面を参照して一例として説明される以下の記載により、より理解されることになるであろう。

本発明の《プッシュ／プル》型の増幅回路を概略的に示す図である。図１に示す回路の種々の点における種々の電流を示すとともに、増幅素子の非ブロックを示す図である。

図１に示すように、本発明に係る《プッシュ／プル》型の増幅器１０は、増幅される音声信号のための入力１２と、増幅された信号のための出力１４とを有する。

出力１４は、抵抗で示され且つ増幅器の負荷を形成するラウドスピーカ１６に接続される。増幅器の入力１２は、基準がグランドであり且つ図１において発生器１７で示される音声再生システムで生成された制御電圧を受信できる。

《プッシュ／プル》増幅器は、ＤＣ電圧Ｖ⁺及びＶ^-の２つのバスの間に接続される主増幅ブランチに沿って反対に直列接続される《ＭＯＳＦＥＴ》型の増幅器の２つの増幅トランジスタ１８及び２０を含むことが知られている。トランジスタ１８及び２０それぞれのドレインは電圧Ｖ⁺及びＶ^-にそれぞれ接続され、ソースは増幅器の出力１４に互いに接続される。

トランジスタ１８及び２０それぞれのゲートは、非反転入力が増幅器の入力１２に直接接続されるオペアンプ２６及び２８をそれぞれ含む制御フォロワ回路２２及び２４の出力に接続される。フィードバックループ３０及び３２は、増幅器の出力１４と、オペアンプ２６及び２８の反転入力との間にそれぞれ接続される。これらのループは抵抗値が等しい抵抗３４および３６を含む。この抵抗は、比較的低い値が選択され、好適には１ＭΩより小さく、例えば３３０Ωに等しい。

本発明に従うと、更に、主増幅ブランチは、増幅器の出力とトランジスタ１８及び２０それぞれのソースとの間に、非線形ユニット３８及び４０と、非線形ユニットの端子に基準電圧値を提供し、主増幅ブランチの非線形ユニット３８及び４０において所定の値の電流の流れを保証可能な非線形補償信号導入手段４２及び４４とを含む。

第１の実施形態に従うと、非線形ユニット３８及び４０はそれぞれ、ダイオードで形成される。ダイオード３８のアノードは、トランジスタ１８のソースに接続され、ダイオード３８のカソードは、出力１４に接続される。一方、ダイオード４０のアノードは出力１４に接続され、ダイオード４０のカソードは、トランジスタ２０のソースに接続される。

補償信号導入手段４２及び４４は、オペアンプ２６及び２８のフィードバックループ３０及び３２の中に組み込まれる。

図示される実施形態において、補償信号導入手段４２及び４４は、ダイオード３８及び４０とそれぞれ同一のダイオード４６及び４８を含み、ダイオード４６及び４８は、ダイオード３８及び４０と設定条件、とりわけ端子ストレス条件が同一になるように配置される。このダイオード４６及び４８は、対応するダイオード３８及び４０の方向と同一の方向でトランジスタ１８及び２０それぞれのソースに接続される。他端は、反対方向であり、好適には１００ｍＡより低く、例えば１０ｍＡの低強度の定電流を、関連するダイオード４６及び４８に流す電流源５０及び５２に接続される。したがって、ダイオード４６のアノードは、ダイオード３８のアノードに接続され、ダイオード４６のカソードは、電流源５０に接続され、ダイオード４８のカソードは、ダイオード４０のカソードに接続され、ダイオード４８のアノードは、電流源５２に接続される。

結合抵抗５４及び５６は、ダイオード４６のカソード及びダイオード４８のアノードを、オペアンプ２６及び２８のフィードバックループ３０及び３２にそれぞれ接続する。これらの抵抗は、ダイオード４６及び４８の端子の電圧をフィードバックループ３０及び３２に注入できる。

したがって、抵抗５４及び５６の他方の端子は、オペアンプ２６及び２８の非反転入力に接続される。

作動の間、非線形を形成するダイオード３８及び４０の存在により、増幅器の出力電流にかかわらず、トランジスタ１８及び２０の強度はゼロにならないことが理解されるであろう。実際、電流が原則的にトランジスタの１つを介して流れるとき、他方のトランジスタは、ゼロでない電流強度であり、フィードバックループにより与えられる主増幅ブランチの非線形ユニットの電流における制御によって、電流源５０及び５２の電流値に等しい電流値に収束する電流強度を有する。

電流源５０及び５２からの電流が流れるダイオード４６及び４８は、主増幅ブランチのダイオード３８及び４０の最小電流を保証する補償値によって、フィードバックループ３２及び３４を介してトランジスタ１８及び２０の制御電流を補正することができる基準の役割を保証する。

好適には、抵抗５４及び５６は非常に大きく、とりわけ抵抗３４及び３６の値の少なくとも１００倍よりも大きい。したがって、抵抗５４及び５６の値は、例えば１００ｋΩに等しい。

図示しない他の形態では、ダイオード４６及び４８並びに電流源５０及び５２は、ダイオード４６及び４８の場所に配置される電圧源に置換され、ダイオード３８及び４０は、抵抗５４及び５６と同様に元の位置のままである。この場合、トランジスタ１８及び２０を介して流れる電流は、この値に到達することなしに、ゼロに収束する。

さらに他の実施形態に従うと、電流源５０及び５２は、保持され、ダイオード３８、４０、４６及び４８はそれぞれ、ゲートがドレインに接続されるＭＯＳＦＥＴトランジスタに置換される。そして、これらのトランジスタは、ダイオードのような非線形応答を有するので、先の実施形態のような電流の作動が保証される。

図２において、出力で測定された実質的な正弦波である増幅信号が曲線２１４として示される。曲線２３８及び２４０で示されるダイオード３８及び４０に流れる電流は、２４０Ａで示される信号の半分の期間で、実質的な正弦波形状を有し、２４０Ｂで示される他の半分の期間で、２ｍＡと１５ｍＡとの間に包含される連続的に弁別可能な部分を有し、この値は、キャンセルさることはなく、ダイオードに直列に搭載されるトランジスタのブロックがないことを保証する。

したがって、曲線３１８及び３２０で示される同一形状の電流は、トランジスタ１８及び２０を介して流れ、これらがいずれもブロックされないことを可能にする。

したがって、このような増幅器は、大きな電力を有する一方、高品質の出力信号を保証し、何れのトランジスタもブロックされず、静的な消費電力が低くなる可能性を与える。

電流が流れる基準トランジスタ４６及び４８によって、使用されるダイオードの温度依存曲線を考慮することなしに、ダイオード３８及び４０を介して流れる電流をトランジスタ１８及び２０に設定することが可能になる。

このような増幅器は、高い忠実性に特に適するが、ラジオの増幅器、医療画像増幅器、又はソース増幅器などの強い線形性が要求される何れの型の増幅器において適用される。

Claims

入力（１２）及び出力（１４）を含む「Ａ級プッシュプル」型の増幅器であって、
２つの電源（Ｖ⁺及びＶ^-）間に反対に直列に搭載され、前記増幅器の前記出力（１４）が双方の間に接続される２つの増幅トランジスタ（１８、２０）を含む主増幅ブランチと、
増幅される信号をそれぞれ入力として受信するように前記入力（１２）に接続される増幅トランジスタ（１８、２０）それぞれの制御回路（２２、２４）と、
を有する増幅器において、
前記主増幅ブランチは、トランジスタ（１８、２０）それぞれと前記出力（１４）との間に、非線形の応答を有するユニット（３８、４０）と、トランジスタ（１８、２０）それぞれの前記制御回路（２２、２４）の入力において、前記非線形応答を有するユニット（３８、４０）に最小電流の流れを与えることが可能な非線形補償信号導入手段（３０、３２）とを含むことを特徴とする増幅器。
前記非線形応答を有するユニット（３８、４０）はダイオードである請求項１に記載の増幅器。
前記非線形応答を有するユニット（３８、４０）はＭＯＳ型トランジスタである請求項１に記載の増幅器。
前記非線形補償信号導入手段（３０、３２）は、
前記非線形ユニット（３８、４０）と同一の第２非線形ユニット（４６、４８）であって、前記非線形ユニット（３８、４０）の対応する端子と、前記第２非線形ユニット（４６、４８）に電流を与える電流源（５０、５２）との間に接続される第２非線形ユニット（４６、４８）と、
前記第２非線形ユニット（４６、４８）の他の端子に接続される電圧測定ブランチ（５４、５６）であって、前記非線形補償信号を提供するために前記制御回路（２２、２４）に接続される電圧測定ブランチ（５４、５６）と、を含む請求項１〜３の何れか一項に記載の増幅器。
前記非線形補償信号導入手段は、
増幅トランジスタ（１８、２０）それぞれと前記非線形応答を有するユニット（３８、４０）との間に端子が接続される電圧源と、
前記電圧源の他の端子を前記トランジスタの前記制御回路（２２、２４）に接続する電圧測定ブランチ（５４、５６）と、を含む請求項１〜３の何れか一項に記載の増幅器。
前記電流出力（１４）を制御回路（２２、２４）それぞれの入力に接続する線形フィードバックループ（３４、３６）を含む請求項１〜５の何れか一項に記載の増幅器。
前記電圧測定ブランチ（５４、５６）と前記線形フィードバックループ（３４、３６）とは、前記制御回路（２２、２４）の入力において互いに接続される請求項４又は５を引用する請求項６に記載の増幅器。
前記電圧測定ループの抵抗（５４、５６）の値は、前記線形フィードバックループの抵抗（３４、３６）の値よりも少なくとも１００倍大きい請求項７に記載の増幅器。
前記制御回路（２２、２４）のそれぞれは、非反転入力が前記増幅器の前記入力（１２）に接続され、反転入力が前記非線形補償信号導入手段（３０、３２）に接続されるオペアンプ（２６、２８）を含む請求項１〜８の何れか一項に記載の増幅器。