JPH0846442A - 電力増幅回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成により最大出力振幅時でのリンギ
ングの発生を防止した電力増幅回路を提供する。 【構成】 プッシュ駆動の出力回路とプル駆動の出力回
路からなるプッシュプル出力回路において、上記プッシ
ュ駆動の出力トランジスタの出力最大電圧にほぼ対応さ
れた基準電圧に対して出力端子が高くされたことを検出
するオーバーシュート検出回路を設け、かかるオーバー
シュート検出回路の検出信号により上記プル駆動の出力
回路を動作させる。 【効果】 最大出力振幅を超える高電圧が出力されよう
とすると、それを抑えるようにプル駆動の出力回路が動
作してそれを吸収してしまうので素子破壊や保護回路の
誤動作を招く大きなリンギングの発生を防止することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力増幅回路に関
し、インダクタンス性を含む負荷を駆動するものに利用
して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３には、スピーカーのようにインダク
タンス性の負荷８を駆動するオーディオ・アンプの一例
を示すブロック図が示されている。信号源１により発生
された信号は、入力端子２を介して差動増幅回路３の正
側入力端子＋に供給される。この差動増幅回路の出力信
号は、電力増幅回路５に供給される。電力増幅回路５の
出力信号Ｖout は、出力端子７を介して負荷８に供給さ
れるとともに、帰還回路９を介して差動増幅回路３の負
側入力−に帰還される。そして、出力端子７にはコンデ
ンサＣＰと抵抗ＲＰかはらなるスナバ回路１０が接続さ
れ、高域周波数成分を吸収して発振防止等を行う。この
ようなオーディオ・アンプに関しては、日本放送出版協
会刊、１９８７年１１月２０日発刊『アナログＩＣ活用
テクニック』斎藤真幸著、頁５２〜頁６４がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなインダク
タンス性の負荷を駆動する電力増幅回路においては、次
のような問題が生じる。出力振幅が最大になるように動
作させると、プッシュ駆動の出力トランジスタが飽和
し、かかる飽和時には負荷駆動電流が急激に減少し、出
力インピーダンスが急激に高くって負荷８において逆起
電圧を誘発させてリンギングが生じてしまう。このよう
なリンギングは、過電圧保護用のダイオードを接続し、
上記スナバ回路１０によってもある程度吸収できるが、
そのためには高周波特性が良く、比較的大きな容量値を
持つようなコンデンサが必要となり、大がかりな逆起電
圧対策が必要であった。

【０００４】この発明の目的は、簡単な構成により最大
出力振幅時でのリンギングの発生を防止した電力増幅回
路を提供することにある。この発明の前記ならびにその
ほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付
図面から明らかになるであろう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、プッシュ駆動の出力回路と
プル駆動の出力回路からなるプッシュプル出力回路にお
いて、上記プッシュ駆動の出力トランジスタの出力最大
電圧にほぼ対応された基準電圧に対して出力端子が高く
されたことを検出するオーバーシュート検出回路を設
け、かかるオーバーシュート検出回路の検出信号により
上記プル駆動の出力回路を動作させる。

【０００６】

【作用】上記した手段によれば、最大出力振幅を超える
高電圧が出力されようとすると、それを抑えるようにプ
ル駆動の出力回路が動作してそれを吸収してしまうので
素子破壊や保護回路の誤動作を招く大きなリンギングの
発生を防止することができる。

【０００７】

【実施例】図１には、この発明に係る電力増幅回路を用
いたオーディオアンプの一実施例のブロック図が示され
ている。同図の各回路ブロックは、公知の半導体集積回
路の製造技術により、単結晶シリコンのような１個の半
導体基板上において形成される。

【０００８】信号源１により発生された入力信号Ｖin
は、オーディオアンプの入力端子２に供給される。この
入力端子２を通して入力された入力信号Ｖinは、差動増
幅回路３の正側入力＋に供給される。この差動増幅回路
３の出力信号Ｖ１は、バッファ回路４に供給される。こ
のバッファ回路４の出力信号Ｖ２は、電力増幅回路５に
入力される。この実施例の電力増幅回路５は、レベルス
プリット回路５１、プッシュプル出力回路５２から構成
される。上記プッシュプル出力回路５２は、例示的に示
されているように、ＮＰＮトランジスタＱ３とＱ４から
なるノーマル・ダーリントン回路によるプッシュ駆動回
路と、ＰＮＰトランジスタＱ５とＮＰＮトランジスタＱ
４からなるインバーティッド・ダーリントン回路による
プル駆動の出力回路から構成される。

【０００９】上記プッシュプル出力回路５２の出力端子
７には、負荷（スピーカー）８の一方の端子が接続され
る。負荷８の他方の端子は、上記電力増幅回路と同じ構
成にされ、かつ逆相の出力を出力する電力増幅回路５’
の出力端子に接続される。これにより、負荷８はトラン
スドプッシュプル駆動されるようにされる。上記出力端
子７から出力される出力信号Ｖout は、上記のように負
荷８に供給されるとともに、帰還回路９を介して差動増
幅回路３の負側入力−に帰還される。この帰還回路９の
帰還量によりオーディオアンプの全体利得が設定され
る。このことは、他方の電力増幅回路５’側においても
同様である。

【００１０】この実施例では、負荷８の持つインダクタ
ンス性による逆起電圧により最大出力振幅を超えるリン
ギングが発生するのを防止するために、オーバーシュー
ト検出回路６が設けられる。このオーバーシュート検出
回路６は、最大出力振幅に対応された基準電圧回路６１
により形成された基準電圧Ｖ３がベースに供給され、エ
ミッタが上記出力端子７に接続されたＰＮＰトランジス
タＱ１からなり、このトランジスタＱ１のコレクタがプ
ル駆動回路の出力トランジスタＱ４のベースに接続され
る。

【００１１】図２には、上記バッファ回路４、電力増幅
回路５及びオーバーシュート検出回路６の一実施例の具
体的回路図が示されている。バッファ回路４は、上記差
動増幅回路３の出力信号Ｖ１が抵抗を介してベースに供
給されるＮＰＮトランジスタＱ６と、そのエミッタに設
けられた定電流源Ｉ４からなるエミッタフォロワ回路に
より構成される。

【００１２】電力増幅回路５に設けられたレベルスプリ
ット回路５１は、直列形態にされたダイオードＤ１〜Ｄ
３と、かかるダイオードＤ１〜Ｄ３の直列回路にバイア
ス電流を流す定電流源Ｉ２とＩ３から構成される。この
レベルスプリット回路５１は、上記バッファ回路４の出
力信号Ｖ２を、一方においてダイオードＤ１，Ｄ２の順
方向電圧２ＶＦだけレベルアップさせて、ノーマル・ダ
ーリントン回路を構成する入力トランジスタＱ３のベー
スに供給する。上記レベルスプリット回路５１は、他方
において上記バッファ回路４の出力信号Ｖ２をダイオー
ドＤ３の順方向電圧ＶＦだけレベルダウンさせて、イン
バーティッド・ダーリントン回路を構成する入力トラン
ジスタＱ５のベースに供給する。これにより、ノーマル
・ダーリントン回路のトランジスタＱ３とＱ２及びイン
バーティッド・ダーリントン回路のトランジスタＱ５に
アイドリング電流が流れるようにするためのバイアス電
圧が供給される。

【００１３】プッシュプル出力回路５２は、上記のよう
なＮＰＮトランジスタＱ３とＱ２から構成されたノーマ
ル・ダーリントン回路によるプッシュ駆動回路と、ＰＮ
ＰトランジスタＱ５とＮＰＮトランジスタＱ４からなる
インバーティッド・ダーリントン回路によるプル駆動回
路とにより構成される。上記トランジスタＱ３とＱ２の
コレクタは電源電圧ＶＣＣが供給される。上記ＰＮＰト
ランジスタＱ４のエミッタは、ＮＰＮ出力トランジスタ
Ｑ４のコレクタと共通化されて出力端子７に接続され
る。

【００１４】直列形態にされたダイオードＤ４〜Ｄ６と
抵抗Ｒ１と、それにバイアス電流を流す定電流源Ｉ１
は、上記基準電圧回路６１を構成する。つまり、ダイオ
ードＤ４とＤ５は、上記ノーマル・ダーリントン回路の
ＮＰＮトランジスタＱ３とＱ２のベース，エミッタ間電
圧ＶBEに対応された２ＶＦの電圧を形成する。それ故、
これらのダイオードＤ４とＤ５は、ＮＰＮトランジスタ
がダイオード形態に接続されたものを用いることができ
る。また、ダイオードＤ６は、オーバーシュート検出用
のＰＮＰトランジスタＱ１のベース，エミッタ間電圧Ｖ
BEに対応された電圧を発生させる。それ故、ダイオード
Ｄ６は、ＰＮＰトランジスタをダイオード形態に接続し
て用いることができる。抵抗Ｒ１は、上記出力トランジ
スタＱ３，Ｑ２には比較的大きな電流が流れることによ
り、そのベース，エミッタ間電圧が高くされることに対
応した補償電圧を発生させる微小抵抗である。

【００１５】この実施例における電力増幅回路５の理想
最大振幅は、定電流源Ｉ２とＩ３の飽和時の両端電圧を
０Ｖとすれば、電源電圧ＶＣＣ側のスイング時にはＶＣ
Ｃ−２ＶBEまで高くすることができる。しかしながら、
定電流源Ｉ２とＩ３は、トランジスタにより構成されて
おり、両端電圧（エミッタ，コレクタ間電圧）差が小さ
くなると飽和し始め、ノーマル・ダーリントン回路のト
ランジスタＱ３とＱ２のベース電流が急激に低下して出
力インピーダンスが急激に高くされる。

【００１６】このとき、負荷８においては駆動電流が急
激に低下することになるので、そのインダクタンス成分
によって逆起電圧を発生させて、出力端子７の電位をＶ
ＣＣ−２ＶBEまで高くしようとする。このとき、オーバ
ーシュート検出回路６の検出トランジスタＱ１がエミッ
タ電位が上記逆起電圧により動作状態になり、コレクタ
電流をプル駆動の出力トランジスタＱ４のベースに供給
する。これにより、本来実質的にオフ状態にある出力ト
ランジスタＱ４が、大きな電流駆動能力により上記逆起
電圧を吸収するように動作する。つまり、出力トランジ
スタＱ４の動作によって逆起電圧が解消されたなら検出
トランジスタＱ１がオフ状態になって出力トランジスタ
Ｑ４をもとの状態に戻すものとなる。このような帰還ル
ープによって、大振幅出力動作を行わせて逆起電圧のな
いきれいな出力電圧Ｖout を得ることができる。

【００１７】このようなインダクタンス成分を持つ負荷
８を駆動するときに、その逆起電圧が発生することによ
り生じる素子破壊の防止ができるとともに、このような
逆起電圧を吸収する比較的大きなコンデンサを含むスナ
バ回路や、ダイオード等の保護回路が不要になるもので
ある。そして、基準電圧Ｖ３は、その都度最適値に設定
することにより、出力最大振幅の損失を最小に抑えるこ
とができる。このため、オーディオアンプやモーター駆
動回路等のようにインダクタンス成分を含む負荷を駆動
するときおいても、その実装に際しては上記のようなス
ナバ回路等の外部部品点数が削減でき、小型軽量化やト
ータルコストを大幅に低減できるものとなる。

【００１８】上記の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。すなわち、 （１） プッシュ駆動の出力回路とプル駆動の出力回路
からなるプッシュプル出力回路において、上記プッシュ
駆動の出力トランジスタの出力最大電圧にほぼ対応され
た基準電圧に対して出力端子が高くされたことを検出す
るオーバーシュート検出回路を設け、かかるオーバーシ
ュート検出回路の検出信号により上記プル駆動の出力回
路を動作させることにより、最大出力振幅を超える高電
圧が出力されようとすると、それを抑えるようにプル駆
動の出力回路が動作してそれを吸収してしまうのでリン
ギングの発生を防止することができるという効果が得ら
れる。

【００１９】（２） 上記（１）により、実装に際して
は従来のようなスナバ回路等の外部部品点数が削減で
き、小型軽量化やトータルコストを大幅に低減できると
いう効果が得られる。

【００２０】（３） オーバーシュート検出回路とし
て、上記基準電圧がベースに供給され、エミッタが出力
端子に接続れてなるＰＮＰトランジスタを用い、そのコ
レクタ電流をプル駆動のＮＰＮ出力トランジスタのベー
スに供給するという簡単な構成により、最大出力振幅時
のリンギングの発生を防止することができるという効果
が得られる。

【００２１】以上本発明者よりなされた発明を実施例に
基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。例えば、プッ
シュプル出力回路は、前記実施例のようなノーマル・ダ
ーリントン回路とインバーティッド・ダーリントン回路
を用いるもの他、コンプリメンタリプッシュプル回路を
用いるもの等種々の実施形態を採ることができる。この
ようにコンプリメンタリプッシュプル出力回路を用いる
ものでは、プル駆動回路がＰＮＰトランジスタにより構
成されるから、上記のようにＰＮＰトランジスタＱ１に
より形成したコレクタ電流をＮＰＮトランジスタからな
る電流ミラー回路により吸い込み電流に変換し、上記Ｐ
ＮＰ出力トランジスタを駆動するようにすればよい。

【００２２】オーバーシュート検出用のトランジスタ
は、ＮＰＮトランジスタにより構成されるものであって
もよい。この場合には、エミッタに基準電圧を印加し、
ベースに出力電圧を印加するようにすればよい。そし
て、検出電流はＰＮＰトランジスタからなる電流ミラー
により押出電流に変換して上記インバーティッド・ダー
リントン回路の出力トランジスタのベースに供給するよ
うにすればよい。電源電圧ＶＣＣに対して、上記検出ト
ランジスタや電流ミラー回路の動作電圧が不足するな
ら、レベルシフト回路によりレベルシフトされた電圧を
比較するようにすればよい。このようにレベルシフトさ
れた電圧を用いるときには、差動トランジスタによる電
圧比較回路によりオーバーシュートを検出するようにも
できる。

【００２３】図２において、インバーティッド・ダーリ
ントン回路を構成するＰＮＰトランジスタＱ５のエミッ
タと、出力端子７との間にレベルシフト・ループ回路を
設ける構成としてもよい。例えば、バッファ回路４の出
力電圧Ｖ２は、直接にＰＮＰトランジスタＱ５のベース
に供給し、このトランジスタＱ５のエミッタにはＮＰＮ
トランジスタを直列接続し、かかるＮＰＮトランジスタ
のベースに定電流源を設けるとともに上記トランジスタ
Ｑ５と上記直列接続されたＮＰＮトランジスタのベー
ス，エミッタ間電圧に対応されたレベルシフト動作を行
うダイオードを介して出力端子に接続するものとしても
よい。この発明は、インダクタンス成分を含む電力増幅
回路に広く利用できる。

【００２４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、プッシュ駆動の出力回路と
プル駆動の出力回路からなるプッシュルプル出力回路に
おいて、上記プッシュ駆動の出力トランジスタの出力最
大電圧にほぼ対応された基準電圧に対して出力端子が高
くされたことを検出するオーバーシュート検出回路を設
け、かかるオーバーシュート検出回路の検出信号により
上記プル駆動の出力回路を動作させることにより、最大
出力振幅を超える高電圧が出力されようとすると、それ
を抑えるようにプル駆動の出力回路が動作してそれを吸
収してしまうのでリンギングの発生を防止することがで
きる。

【００２５】上記により、実装に際しては従来のような
スナバ回路等の外部部品点数が削減でき、小型軽量化や
トータルコストを大幅に低減できる。

【００２６】オーバーシュート検出回路として、上記基
準電圧がベースに供給され、エミッタが出力端子に接続
れてなるＰＮＰトランジスタを用い、そのコレクタ電流
をプル駆動のＮＰＮ出力トランジスタのベースに供給す
るという簡単な構成により、最大出力振幅時のリンギン
グの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る電力増幅回路を用いたオーディ
オアンプの一実施例を示すブロック図である。

【図２】図１のバッファ回路、電力増幅回路及びオーバ
ーシュート検出回路の一実施例を示す具体的回路図であ
る。

【図３】従来のオーディオアンプの一実施例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１…信号源、２…入力端子、３…差動増幅回路、４…バ
ッファ回路、５，５’…電力増幅回路、５１…レベルス
プリット回路、５２…プッシュプル出力回路、６…オー
バーシュート検出回路、６１…基準電圧回路、７…出力
端子、８…負荷、９…帰還回路、１０…スナバ回路、Ｑ
１〜Ｑ６…トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード、Ｒ
１…抵抗、Ｉ１〜Ｉ４…定電流源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プッシュ駆動の出力回路とプル駆動の出
   力回路からなるプッシュプル出力回路と、上記プッシュ
   駆動の出力トランジスタの出力最大電圧にほぼ対応され
   た基準電圧に対して出力端子が高くされたことを検出す
   るオーバーシュート検出回路と、かかるオーバーシュー
   ト検出回路の検出信号により上記プル駆動の出力回路を
   駆動してなることを特徴とする電力増幅回路。
2. 【請求項２】 上記プッシュ駆動の出力回路は、ＮＰＮ
   駆動トランジスタとＮＰＮ出力トランジスタからなるノ
   ーマル・ダーリントン回路から構成され、プル駆動の出
   力トランジスタはＰＮＰ駆動トランジスタとＮＰＮ出力
   トランジスタからなるインバーティッド・ダーリントン
   回路から構成され、上記オーバーシュート検出回路は、
   上記基準電圧がベースに供給され、エミッタが出力端子
   に接続れてなるＰＮＰトランジスタから構成され、その
   コレクタ電流が上記ＮＰＮ出力トランジスタのベースに
   供給されるものであることを特徴とする請求項１の電力
   増幅回路。
3. 【請求項３】 上記出力端子にはインダクタンス性の負
   荷が接続されるものであることを特徴とする請求項１又
   は請求項２の電力増幅回路。