JPH02164113A - Power amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はアナログ信号をパルス化して電力増幅するパ
ルス幅変調方式の電力増幅器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a pulse width modulation type power amplifier that amplifies power by converting analog signals into pulses.
従来、オーディオ用増幅器として、Ａ級増幅器ならびに
Ｂ級増幅器が知られているが、最近のオーディオ機器は
小型化、大出力化の傾向にあるため、増幅器の発熱、す
なわち増幅器の効率が重要視されている。従来より、効
率が良いとされているＢ級増幅器においては、最大効率
が７８．５％であるが、実使用状態においてはきわめて
効率が悪い、そこで、効率を良くするために、パルス幅
変調方式の電力増幅器、いわゆるＤ級増幅器と称される
高効率増幅器が重要視されてきた。Conventionally, class A amplifiers and class B amplifiers have been known as audio amplifiers, but as recent audio equipment tends to be smaller and have higher output, the heat generation of the amplifier, that is, the efficiency of the amplifier, has become more important. ing. Conventionally, class B amplifiers, which are considered to be highly efficient, have a maximum efficiency of 78.5%, but in actual use they are extremely inefficient.Therefore, in order to improve efficiency, a pulse width modulation method has been developed. High-efficiency power amplifiers, so-called class D amplifiers, have been attracting attention.
以下、第２図を参照しながら、従来のＤ級の電力増幅器
について説明する。第２図において、■は入力端子、２
は前置増幅回路、３は三角波発生回路、４は比較回路、
５は出力増幅回路、６はローハスフィルタ、７は帰還回
路、８はスピーカ等の負荷である。Hereinafter, a conventional class D power amplifier will be explained with reference to FIG. In Figure 2, ■ is an input terminal, 2
is a preamplifier circuit, 3 is a triangular wave generation circuit, 4 is a comparison circuit,
5 is an output amplifier circuit, 6 is a lohas filter, 7 is a feedback circuit, and 8 is a load such as a speaker.
以上のように構成されたＤ級の電力増幅器について、以
下にその動作を説明する。The operation of the class D power amplifier configured as described above will be explained below.
まず入力端子１に印加されたオーディオ信号等のアナロ
グ信号は、前置増幅回路２に加えられてで増幅され、前
置増幅回路２から比較回路４の一方の入力端子に変調信
号として入力される。また、比較回路４の他方の入力端
子には、三角波発生回路３で発生した三角波キャリア信
号が入力され、比較回路４にて両者が比較される。この
結果、比較回路４から前置増幅回路２に人力されるアナ
ログ信号の波形に応じてパルス幅変調されたパルス信号
、すなわちパルス幅変調信号が出力される。First, an analog signal such as an audio signal applied to an input terminal 1 is applied to a preamplifier circuit 2, where it is amplified, and then input from the preamplifier circuit 2 to one input terminal of a comparator circuit 4 as a modulation signal. . Further, the triangular wave carrier signal generated by the triangular wave generating circuit 3 is inputted to the other input terminal of the comparator circuit 4, and the two signals are compared in the comparator circuit 4. As a result, a pulse signal whose pulse width is modulated according to the waveform of the analog signal manually inputted to the preamplifier circuit 2 from the comparator circuit 4, that is, a pulse width modulated signal is output.
このパルス幅変調信号は、周期が三角波キャリア信号の
周期と等しく、かつパルスのデユーティ比がアナログ信
号の波形に応じて変化することになる。そして、このパ
ルス幅変！Ｉｌ信号は、出力増幅回路５に供給される。The period of this pulse width modulation signal is equal to the period of the triangular wave carrier signal, and the duty ratio of the pulse changes according to the waveform of the analog signal. And this pulse width change! The Il signal is supplied to the output amplifier circuit 5.
この出力増幅回路５では、内部のスイッチング素子をパ
ルス幅変調信号に応じてオンオフ駆動することにより、
パルス幅変調信号を電力増幅することになる。In this output amplification circuit 5, the internal switching element is turned on and off according to the pulse width modulation signal.
This results in power amplification of the pulse width modulation signal.
さらに、電力増幅されたパルス幅変調信号をローパスフ
ィルタ６に通すと、ローパスフィルタ６の積分動作によ
って三角波キナリア信号に対応するキャリア周波数成分
が除去され、アナログ信号と相似な波形の低周波出力信
号がローパスフィルタ６から負荷８に供給される。Furthermore, when the power-amplified pulse width modulation signal is passed through the low-pass filter 6, the carrier frequency component corresponding to the triangular quinaria signal is removed by the integration operation of the low-pass filter 6, and a low-frequency output signal with a waveform similar to the analog signal is produced. It is supplied from the low-pass filter 6 to the load 8 .
また、ローパスフィルタ６を通過した低周波出力信号の
一部が帰還回路７を介して前置増幅回路２に帰還され、
これによって、変調特性および電力増幅器の特性を良く
することができるようになっている。Further, a part of the low frequency output signal that has passed through the low pass filter 6 is fed back to the preamplifier circuit 2 via the feedback circuit 7,
This makes it possible to improve the modulation characteristics and the characteristics of the power amplifier.
しかしながら、上記のような構成では、パルス幅変調を
行うための三角波キャリア信号を発生させる方法として
、多くの場合、三角波キャリア信号と等しい周波数の矩
形波を積分することにより、三角波キャリア信号を作成
するのが一触的である。However, in the above configuration, the method of generating a triangular carrier signal for performing pulse width modulation is often to create a triangular carrier signal by integrating a rectangular wave having the same frequency as the triangular carrier signal. It's just a touch.
このように積分によって三角波キャリア信号を作成する
場合、作成された三角波キャリア信号の波形において、
特に頂点付近の勾配の直線性が悪（、低周波出力信号の
歪発生の原因となっている。When creating a triangular carrier signal by integration in this way, in the waveform of the created triangular carrier signal,
In particular, the linearity of the gradient near the peak is poor (and causes distortion in the low frequency output signal).
また、三角波キャリア信号の直線性が悪いと増幅器の利
得が変化するという問題点を有している。Another problem is that the gain of the amplifier changes if the linearity of the triangular wave carrier signal is poor.
したがって、この発明の目的は、常に三角波キャリア信
号の勾配の直線性の良いところを使用して歪成分の非常
に少ない出力信号を得ることができ、かつ電力増幅器自
体の利得を一定に保って常に入力信号に比例した出力信
号を得ることができる電力増幅器を提供することである
。Therefore, an object of the present invention is to always use the good linearity of the slope of the triangular wave carrier signal to obtain an output signal with very few distortion components, and to always maintain the gain of the power amplifier itself constant. It is an object of the present invention to provide a power amplifier capable of obtaining an output signal proportional to an input signal.
この発明の電力増幅器は、アナログ信号からなる変調信
号と三角波発生回路から出力される三角波キャリア信号
とを比較してパルス幅変調信号を出力する比較回路と、
この比較回路から出力されるパルス幅変調信号を電力増
幅する出力増幅回路と、出力増幅回路の出力信号のキャ
リア周波数成分を除去して負荷に供給するローパスフィ
ルタと、出力増幅回路に電源電圧を供給する電源回路と
、三角波発生回路より出力される三角波キ中リア信号の
振幅と電源回路より出力増幅回路に供給する電源電圧と
をアナログ信号の大きさに応じて制御する制御回路とを
備えた構成となっている。The power amplifier of the present invention includes a comparison circuit that compares a modulation signal made of an analog signal with a triangular wave carrier signal output from a triangular wave generation circuit and outputs a pulse width modulated signal;
An output amplification circuit that amplifies the power of the pulse width modulation signal output from this comparison circuit, a low-pass filter that removes the carrier frequency component of the output signal of the output amplification circuit and supplies it to the load, and a power supply voltage that is supplied to the output amplification circuit. and a control circuit that controls the amplitude of the triangular wave main/rear signal output from the triangular wave generation circuit and the power supply voltage supplied from the power supply circuit to the output amplifier circuit according to the magnitude of the analog signal. It becomes.
なお、三角波キャリア信号としては、通常の三角波だけ
でなく、鋸歯状波も含む。Note that the triangular wave carrier signal includes not only a normal triangular wave but also a sawtooth wave.
この発明の構成によれば、三角波発生回路から出力され
る三角波キャリア信号の振幅がアナログ信号の大きさに
応じて制御回路で制御されるため、三角波キャリア信号
の勾配の直線性が良好な状態で比較回路からパルス幅変
調信号を取り出すことができる。また、同じ制′４′ｎ
（を号で出力増幅回路に供給する’；Ｉｔ源電圧全電圧
することにより、三角波キャリア信号の振幅の変化に伴
うローパスフィルタの出力のレベル変化がキャンセルさ
れるので、入力されるアナログ信号レベルに比例した出
力信号を取り出すことができる。According to the configuration of the present invention, since the amplitude of the triangular wave carrier signal output from the triangular wave generation circuit is controlled by the control circuit according to the magnitude of the analog signal, the linearity of the slope of the triangular wave carrier signal is maintained in a good state. A pulse width modulated signal can be extracted from the comparator circuit. Also, the same system '4'n
By supplying the output amplification circuit with the full voltage source voltage, changes in the level of the output of the low-pass filter due to changes in the amplitude of the triangular wave carrier signal are canceled, so the level of the input analog signal is A proportional output signal can be extracted.
以下、この発明の一実施例を図面を参照しながら説明す
る。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図はこの発明の一実施例の電力増幅器の構成を示す
ブロック図である。第１図において、１は入力端子、２
は入力端子１に加えられたオーディオ信号等のアナログ
信号が入力される前置増幅回路、３はパルス幅変調用の
三角波キャリア信号を発生する三角波発生回路、４は前
置増幅回路２より出力される変調信号と三角波発生回路
３より出力される三角波キャリア信号とが入力され両者
を比較してパルス幅変調信号を出力する比較回路である
。５は比較回路４より出力されるパルス幅変調信号に応
じて内部のスイッチング素子をオンオフ駆動して電力増
幅を行う出力増幅回路、６は出力増幅回路５の出力を積
分することによりキャリア周波数成分を除去するローパ
スフィルタ、７はローパスフィルタ６の出力の一部を前
置増幅回路２へ帰還する帰還回路、８はローパスフィル
タ６の出力端に接続されたスピーカ等の負荷、９は電源
回路である。１０は、入力端子１に入力されたアナログ
信号の大きさに応じて、三角波発生回路３で発生させる
三角波キャリア信号の出力振幅と電源回路９より出力増
幅回路５に供給する電源電圧とを制御する制御回路であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a power amplifier according to an embodiment of the present invention. In Figure 1, 1 is an input terminal, 2
is a preamplifier circuit into which an analog signal such as an audio signal applied to input terminal 1 is input; 3 is a triangular wave generation circuit that generates a triangular wave carrier signal for pulse width modulation; and 4 is a preamplifier circuit that is output from preamplifier circuit 2. This is a comparison circuit which receives the modulated signal and the triangular wave carrier signal output from the triangular wave generating circuit 3, compares them, and outputs a pulse width modulated signal. Reference numeral 5 denotes an output amplifier circuit which performs power amplification by driving an internal switching element on and off according to the pulse width modulation signal outputted from the comparator circuit 4. Reference numeral 6 denotes an output amplifier circuit which performs power amplification by driving an internal switching element on and off according to the pulse width modulation signal outputted from the comparator circuit 4. Reference numeral 6 designates a carrier frequency component by integrating the output of the output amplifier circuit 5. 7 is a feedback circuit that feeds back part of the output of the low-pass filter 6 to the preamplifier circuit 2; 8 is a load such as a speaker connected to the output end of the low-pass filter 6; 9 is a power supply circuit. . 10 controls the output amplitude of the triangular wave carrier signal generated by the triangular wave generation circuit 3 and the power supply voltage supplied from the power supply circuit 9 to the output amplifier circuit 5 according to the magnitude of the analog signal input to the input terminal 1. It is a control circuit.
以上のように構成された実施例の電力増幅器について、
以下にその動作を説明する。Regarding the power amplifier of the embodiment configured as above,
The operation will be explained below.
まず、入力端子１に加えられたアナログ信号は、前置増
幅回路２と制御回路１０とに入力される。First, an analog signal applied to the input terminal 1 is input to the preamplifier circuit 2 and the control circuit 10.
前置増幅回路２に入力された信号は、前置増幅回路２で
増幅された後、変調信号として比較回路４の一方の入力
端子に入力される。また、三角波発生回路３で発生する
三角波キャリア信号が比較回路４の他方の入力端子に入
力される。The signal input to the preamplifier circuit 2 is amplified by the preamplifier circuit 2 and then input to one input terminal of the comparator circuit 4 as a modulation signal. Further, a triangular wave carrier signal generated by the triangular wave generating circuit 3 is inputted to the other input terminal of the comparator circuit 4.
この場合、三角波発生回路３で発生する三角波キャリア
信号の振幅は、制？■回路ＩＯより出力される制御信号
によって制御される。制御回路１０は、入力されたアナ
ログ信号の振幅の大きさに比例した振幅の三角波キャリ
ア信号を三角波発生回路３から発生させるような制御信
号を出力して二角波発生回路３に与えることになる。上
記の制御′Ｂ傷信号、アナログ信号の振幅の変化にかか
わらず三角波発生回路３から出力される三角波キャリア
信号において、常に直線性の良好な領域で変調信号と比
較できるように、三角波キャリア信号の振幅を制御する
ことになる。In this case, is the amplitude of the triangular wave carrier signal generated by the triangular wave generating circuit 3 controlled? (2) Controlled by a control signal output from the circuit IO. The control circuit 10 outputs a control signal that causes the triangular wave generation circuit 3 to generate a triangular wave carrier signal with an amplitude proportional to the amplitude of the input analog signal, and supplies it to the square wave generation circuit 3. . The triangular wave carrier signal outputted from the triangular wave generation circuit 3 is set so that the triangular wave carrier signal output from the triangular wave generation circuit 3 can always be compared with the modulation signal in a region with good linearity regardless of the amplitude change of the control 'B defect signal and the analog signal. This will control the amplitude.
つぎに、比較回路４に入力された変調信号および三角波
キャリア信号は、比較回路４において比較され、この結
果アナログ信号に応じてパルス幅変調されたパルス幅変
調信号が出力されることになる。このパルス幅変調信号
は、アナログ信号の振幅の大きさに比例して三角波キャ
リア信号の振幅を変えることにより、三角波キャリア信
号の直線性の良好な領域で変調信号（アナログ信号）と
を比較して作成したものであるため、歪のない理想的な
パルス幅変調信号となる。Next, the modulation signal and the triangular wave carrier signal input to the comparison circuit 4 are compared in the comparison circuit 4, and as a result, a pulse width modulated signal that is pulse width modulated according to the analog signal is output. By changing the amplitude of the triangular wave carrier signal in proportion to the amplitude of the analog signal, this pulse width modulation signal is compared with the modulated signal (analog signal) in an area where the triangular wave carrier signal has good linearity. Since this is a newly created signal, it becomes an ideal pulse width modulation signal without distortion.
このパルス幅変調信号は出力増幅回路５に供給され、出
力増幅回路５では、内部のスイッチング素子をオンオフ
駆動することにより、パルス幅変調信号を電力増幅する
。この時、出力増幅回路５の電源電圧は、電源回路９か
ら供給される。そのイ直は、電源回路９において、制御
回路１０より出力される制御信号、すなわちアナログ信
号の振幅の大きさに比例した制御信号により制御される
。This pulse width modulation signal is supplied to the output amplification circuit 5, and the output amplification circuit 5 amplifies the power of the pulse width modulation signal by turning on and off an internal switching element. At this time, the power supply voltage of the output amplifier circuit 5 is supplied from the power supply circuit 9. The power supply circuit 9 is controlled by a control signal output from a control circuit 10, that is, a control signal proportional to the amplitude of the analog signal.
この場合、電源電圧の値は、三角波キャリア電圧の振幅
の変化に伴うローパスフィルタ６の出力の変化をキャン
セルするように制御される。In this case, the value of the power supply voltage is controlled so as to cancel the change in the output of the low-pass filter 6 due to the change in the amplitude of the triangular wave carrier voltage.
そして、電力増幅されたパルス幅変調信号をローパスフ
ィルタ６に通すと、ローパスフィルタ６の出力は、パル
ス幅変調信号から三角波キャリア信号に対応する周波数
成分が除去され、元のアナログ信号と相偵な低周波出力
信号となって負荷８に供給される。Then, when the power-amplified pulse width modulation signal is passed through the low-pass filter 6, the frequency component corresponding to the triangular wave carrier signal is removed from the pulse width modulation signal, and the output of the low-pass filter 6 is comparable to the original analog signal. It becomes a low frequency output signal and is supplied to the load 8.
一方、ローパスフィルタ６を通過して取り出された低周
波信号は帰還回路７を介して前置増幅回路２に帰還する
。この帰還による作用は従来例と同様である。On the other hand, the low frequency signal extracted after passing through the low pass filter 6 is fed back to the preamplifier circuit 2 via the feedback circuit 7. The effect of this feedback is similar to that of the conventional example.
以上のように、この実施例によれば、三角波発生回路３
から出力される三角波キャリア信号の振幅と出力増幅回
路５へ供給する電源電圧とをアナログ信号の大きさに応
じてル制御する制御回路１０を付加したことにより、直
線性の良いパルス幅変調信号を生成することができる。As described above, according to this embodiment, the triangular wave generating circuit 3
By adding a control circuit 10 that controls the amplitude of the triangular wave carrier signal output from the output amplifier circuit 5 and the power supply voltage supplied to the output amplifier circuit 5 according to the magnitude of the analog signal, it is possible to generate a pulse width modulation signal with good linearity. can be generated.
すなわち、歪成分の非常に少ない出・力信号が得られる
。また、同じ制御信号で電源電圧を制御するため、電力
増幅器自体の利得を一定に保つことができる。In other words, an output signal with very few distortion components can be obtained. Furthermore, since the power supply voltage is controlled using the same control signal, the gain of the power amplifier itself can be kept constant.
この発明の電力増幅器によれば、三角波キャリア信号の
振幅と出力増幅回路に供給する電源電圧とをアナログ信
号の大きさに応じて制御するため、常に三角波キャリア
信号の勾配の直線性が良好な状態でパルス幅変調信号を
作り出すことができ、歪成分の非常に少ないパルス信号
となるため、出力信号の低歪率化を達成することが可能
で、かつ電力増幅器自体の利得を一定に保つことができ
る。According to the power amplifier of the present invention, the amplitude of the triangular wave carrier signal and the power supply voltage supplied to the output amplifier circuit are controlled according to the magnitude of the analog signal, so that the linearity of the slope of the triangular wave carrier signal is always in a good state. It is possible to create a pulse width modulated signal with very little distortion component, so it is possible to achieve a low distortion rate of the output signal, and it is possible to keep the gain of the power amplifier itself constant. can.
また、パルス幅変調方式（Ｄ級）の電力増幅器の電力効
率の良さをそのまま維持するものであるから大出力化、
小型化、高効率化、低歪率化を可能にするという効果を
得ることができる。In addition, since it maintains the high power efficiency of pulse width modulation type (class D) power amplifiers, it is possible to increase the output power.
The effects of miniaturization, high efficiency, and low distortion can be obtained.
第１図はこの発明の一実施例の電力増幅器の構成を示す
ブロック図、第２図は従来の電力増幅器の一例の構成を
示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a power amplifier according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an example of a conventional power amplifier.
Claims (1)
発生回路と、アナログ信号からなる変調信号と前記三角
波発生回路より出力される三角波キャリア信号とが入力
され両者を比較する比較回路と、この比較回路より出力
されるパルス幅変調信号に応じてスイッチング素子を駆
動することにより前記パルス幅変調信号の電力増幅を行
う出力増幅回路と、この出力増幅回路の出力からキャリ
ア周波数成分を除去して負荷に供給するローパスフィル
タと、前記出力増幅回路に電源電圧を供給する電源回路
と、前記三角波発生回路より出力される三角波キャリア
信号の振幅と前記電源回路より前記出力増幅回路に供給
する電源電圧とを前記アナログ信号の大きさに応じて制
御する制御回路とを備えた電力増幅器。a triangular wave generation circuit that generates a triangular wave carrier signal for pulse width modulation; a comparison circuit that receives a modulation signal consisting of an analog signal and a triangular wave carrier signal output from the triangular wave generation circuit and compares the two; an output amplification circuit that amplifies the power of the pulse width modulation signal by driving a switching element according to the output pulse width modulation signal; and a carrier frequency component is removed from the output of the output amplification circuit and supplied to the load. A low-pass filter, a power supply circuit that supplies a power supply voltage to the output amplification circuit, and a power supply circuit that converts the amplitude of the triangular wave carrier signal output from the triangular wave generation circuit and the power supply voltage supplied from the power supply circuit to the output amplification circuit into the analog signal. A power amplifier equipped with a control circuit that controls according to the size of the power amplifier.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63319757A JPH02164113A (en) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | Power amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63319757A JPH02164113A (en) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | Power amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02164113A true JPH02164113A (en) | 1990-06-25 |
Family
ID=18113836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63319757A Pending JPH02164113A (en) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | Power amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02164113A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1988
- 1988-12-19 JP JP63319757A patent/JPH02164113A/en active Pending
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