JPH0846458A - 電力増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 最小数のブートストラップ用コンデンサによ
って、出力信号のダイナミックレンジを大きくできる電
力増幅装置を提供する。 【構成】 第１及び第２増幅器１０，１２の出力端子Ｏ
ＵＴ１，ＯＵＴ２に接続され、この出力端子ＯＵＴ１，
ＯＵＴ２からの出力信号のうちレベルの大きい出力信号
を選択する選択回路１４を設ける。そして、この選択回
路１４の出力側と、第１及び第２増幅器の動作電源（Ｖ
CC）との間に、ブートストラップ用コンデンサを設ける
こととした。これにより、複数の増幅器に対しても、１
つのブートストラップ用コンデンサで、出力トランジス
タにベース電流を供給するトランジスタのエミッタ側の
電位を昇圧でき、出力信号のダイナミックレンジを広げ
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】本発明は、オーディオ用アンプの
出力段等に用いられる電力増幅装置に関し、特にブート
ストラップ用のコンデンサを用いた電力増幅装置の構成
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に一般的な増幅器の回路構成を示
し、一点鎖線で囲った部分は従来のＳＥＰＰ（Single E
nded Push Pull）増幅器（Ａ）である。

【０００３】図６の増幅器（Ａ）において、トランジス
タＱ７、Ｑ４、Ｑ８及びＱ９はカレントミラー回路を構
成しており、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１，Ｑ２は、そ
のエミッタ側がカレントミラー回路の出力側トランジス
タＱ８に接続され、差動アンプを構成している。そし
て、互いのベースに供給される入力信号の電位差に応じ
た電流を、ＮＰＮ型のトランジスタＱ３のベースに供給
する。

【０００４】また、トランジスタＱ３のコレクタには、
ＰＮＰ型トランジスタＱ１１のベースが接続されてお
り、このトランジスタＱ１１のコレクタがＮＰＮ型のシ
ンク側出力トランジスタＱ６のベースに接続されてい
る。さらに、トランジスタＱ１０のベースは、２つのダ
イオードを介し出力トランジスタＱ５，Ｑ６の接続点に
接続されている。

【０００５】また、ＮＰＮ型のソース側出力トランジス
タＱ５のコレクタが電源（ＶCC）に接続され、ＮＰＮ型
のシンク側出力トランジスタＱ６のエミッタはＧＮＤに
エミッタが接続されており、この出力トランジスタＱ５
のエミッタと出力トランジスタＱ６のコレクタとの接続
点に出力端子ＯＵＴが接続されている。

【０００６】そして、トランジスタＱ１，Ｑ２への入力
信号に応じて流れるトランジスタＱ３のコレクタ電流が
少ない場合には、トランジスタＱ４の電流がソース側出
力トランジスタＱ５のベースに供給され、出力端子ＯＵ
Ｔからこれに応じた電流が出力される。一方、トランジ
スタＱ３に流れる電流が多い場合には、トランジスタＱ
１１に電流が流れ、これに応じてシンク側トランジスタ
Ｑ６に電流が流れる。従って、出力端子ＯＵＴから電流
が引き込まれる。このようにして、出力端子ＯＵＴから
増幅された信号が出力される。

【０００７】このような回路において、出力端子ＯＵＴ
に最低電圧が出力されるのは、出力トランジスタＱ６が
飽和し、出力トランジスタＱ６のコレクタ・エミッタ間
電圧Ｖceが最小になった場合であり、その値はＶEE＋Ｖ
ce6(sat)となる。一方、最大電圧が出力されるのは、ド
ライバトランジスタＱ４が飽和した場合であり、その値
はＶCC−Ｖce4(sat)−Ｖbe5 である。

【０００８】このように、最大電圧は、電源電圧ＶCCに
対して、出力トランジスタＱ５のベース・エミッタ間電
圧Ｖbe5 による電圧ロスがあるため、電源電圧の効率的
な利用ができず、出力信号のダイナミックレンジが小さ
くなってしまうという問題があった。

【０００９】そして、この問題を解決するため、増幅器
（Ａ）と電源（ＶCC）との間にダイオードＤを設け、こ
のダイオードＤと増幅器の出力端子ＯＵＴの間に、ブー
トストラップ用コンデンサを設けることが知られてい
る。これを以下に説明する。

【００１０】図６において、出力トランジスタＱ５のコ
レクタは、電源（ＶCC）に直接接続され、ダイオードＤ
は、そのアノード側が電源（ＶCC）に接続され、カソー
ド側がカレントミラー回路の各トランジスタＱ４，Ｑ
７，Ｑ８，Ｑ９のエミッタに接続されている。また、ブ
ートストラップ用コンデンサＣは、その一端側がダイオ
ードＤのカソード側に接続され、他端側が増幅器（Ａ）
の出力端子ＯＵＴ側に接続されている。

【００１１】そして、この出力端子ＯＵＴから、図７の
ような正弦波の出力信号が出力される場合において、出
力信号が（１／２）ＶCCよりも低く、出力トランジスタ
Ｑ６が動作している半周期の期間Ｔ１では、ダイオード
ＤがオンしてコンデンサＣが充電される。また、カレン
トミラー回路の電源ライン（エミッタ側）も、ＶCCとほ
ぼ等しい電位となる。

【００１２】次に、出力信号が（１／２）ＶCCより高
く、出力トランジスタＱ５が動作する半周期の期間Ｔ２
では、ダイオードＤがオフし、コンデンサＣの放電期間
となる。ここで、コンデンサＣの容量は、例えば１００
μＦ程度と、比較的大きく設定されているため、コンデ
ンサＣに充電された電荷はほとんど変化しない。そし
て、出力端子ＯＵＴに出力される出力信号の変化に応じ
て、コンデンサＣのダイオードＤ側の電位が変化し、カ
レントミラー回路の電源ラインの電位が、電源（ＶCC）
よりも高くなる。これにより、ソース側出力トランジス
タＱ５にベース電流を供給するトランジスタＱ４のエミ
ッタの電位を、電源（ＶCC）よりも高くすることがで
き、最大出力電圧をＶCC−Ｖce5(sat)まで高めることが
可能となる。

【００１３】このようにブートストラップ用コンデンサ
を用い、出力信号のダイナミックレンジを大きくするこ
とができることが知られている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図６に示すようなブ−
トストラップ用のコンデンサＣを用いた電力増幅器を、
ＢＴＬ（Balanced Transformerless）アンプに適用した
場合には、図８に示すような構成となる。

【００１５】図８に示すようなＢＴＬアンプでは、入力
信号（ＶIN）を増幅して出力端子ＯＵＴ１に出力する第
１増幅器１０と、入力信号（ＶIN）を反転増幅して出力
端子ＯＵＴ２に出力する第２増幅器１２とを有してお
り、負荷ＲL の両端に逆相の交流出力信号を発生させ、
負荷ＲL をＢＴＬ駆動する。

【００１６】ここで、第１増幅器１０と第２増幅器１２
の出力トランジスタ（図示せず）は、共通の電源（ＶC
C）を動作電源としている。また、電源（ＶCC）と第１
及び第２増幅器１０，１２との間にはダイオードＤ１及
びダイオードＤ２がそれぞれ設けられている。

【００１７】ブートストラップ用コンデンサＣ１は、ダ
イオードＤ１のカソード側に一端側が接続され、出力端
子ＯＵＴ１に他端が接続されている。また、ブートスト
ラップ用コンデンサＣ２は、ダイオードＤ２のカソード
側に一端側が接続され、出力端子ＯＵＴ２に他端が接続
されている。

【００１８】このようにＢＴＬアンプにブートストラッ
プ用コンデンサを設けることにより、各増幅器からの最
大出力電圧を高めることが可能となり、出力信号のダイ
ナミックレンジを大きくすることができ、また装置の低
消費電力化が図れるという効果を有する。

【００１９】しかしながら、図８に示すＢＴＬアンプの
構成では、ブートストラップ用コンデンサＣが、各増幅
器１０，１２の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２と同数必要
とされるという問題があった。例えば、ＢＴＬ２チャン
ネルのステレオアンプ等に、ブートストラップ用コンデ
ンサを用いた場合には、４つのコンデンサが必要となっ
てしまう。

【００２０】このコンデンサは、比較的大きい容量が必
要とされるため、使用数が多いとコストが上昇してしま
う。また、これら大容量のコンデンサは半導体集積回路
内に形成することができないため、外付けされる。そこ
で、このための端子が必要になり半導体集積回路のコス
トが上昇してしまう。よって、その数をできるだけ減ら
し、かつ各増幅器の出力端子にブートストラップ用コン
デンサを設けた場合と同等の機能を有するＢＴＬアンプ
を提供することが要求されていた。

【００２１】本発明は、これらの課題を解決するために
なされたもので、最小数のブートストラップ用コンデン
サによって、出力信号のダイナミックレンジを大きくで
きる電力増幅装置を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る電力増幅装置は、以下のような特徴を
有する。

【００２３】入力信号を増幅する少なくとも１組の増幅
器と、前記増幅器からの出力信号のうちレベルの大きい
信号を選択する選択回路と、前記選択回路の出力端と前
記増幅器の電源ラインとの間に接続されたブートストラ
ップ用のコンデンサと、を有することを特徴とする。

【００２４】また、前記選択回路は、少なくとも前記１
組の増幅器の出力信号に応じた電流を流す複数のトラン
ジスタを有し、これらトランジスタに流れる電流を加算
することを特徴とする。

【００２５】

【作用】本発明に係る電力増幅装置では、少なくとも１
組の増幅器からの出力信号のうちレベルの大きい出力信
号を選択する選択回路を設け、この選択器の出力側と、
第１及び第２増幅器の動作電源との間に、ブートストラ
ップ用コンデンサを設けることとした。

【００２６】従って、複数の増幅器に対して、１つのブ
ートストラップ用コンデンサによって、各増幅器内部の
ソース側出力トランジスタにベース電流を供給するトラ
ンジスタの駆動電源を昇圧することができる。よって、
出力信号のダイナミックレンジを大きくすることがで
き、また、電源電圧を高効率に利用可能な、低消費電力
の電力増幅装置が得られる。

【００２７】更に、選択回路は、各増幅器からの出力信
号に応じた電流を流す複数のトランジスタを有してい
る。そして、このトランジスタを増幅器の出力端子数に
応じて設けることにより、各増幅器からの出力信号の中
からレベルの最も大きい出力信号を選択して、これをブ
ートストラップ用コンデンサに供給することができる。
従って、複数の増幅器の出力端子の数に応じてブートス
トラップ用コンデンサを増やす必要がなく、１つのブー
トストラップ用コンデンサで効果が得られる。

【００２８】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の実施例１について説明す
る。なお、以下に説明する図面において、既に説明した
図面と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

【００２９】図１に示す本実施例の電力増幅装置は、図
８と同様にスピーカ等の負荷をＢＴＬ駆動するＢＴＬア
ンプである。

【００３０】図１に示すＢＴＬアンプは、入力信号（Ｖ
IN）を増幅して出力端子に出力する第１増幅器１０と、
入力信号（ＶIN）を反転増幅して出力端子に出力する第
２増幅器１２とにより、負荷ＲL をＢＴＬ駆動してい
る。なお、図１の各増幅器１０，１２は、図６に示す増
幅器（Ａ）と同様な構成を有している。

【００３１】そして、第１及び第２増幅器１０，１２の
出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２には、負荷ＲL の他に、第
１及び第２増幅器からの出力信号のうちレベルの大きい
出力信号を選択する選択回路１４が接続されている。

【００３２】また、第１及び第２増幅器１０，１２の出
力トランジスタ（図６のソース側出力トランジスタＱ
５）の動作電源である電源（ＶCC）と、第１及び第２増
幅器１０，１２との間には、ダイオードＤが設けられて
いる。そして、ブートストラップ用コンデンサＣは、そ
の一端側がダイオードＤのカソード側に接続され、他端
側が、選択回路１４の出力側に増幅率１のバッファ１６
を介して接続されている。

【００３３】また、本実施例では、出力端子ＯＵＴ１、
ＯＵＴ２が選択回路１４の入力端に接続されており、選
択回路１４において前記出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の
出力信号のうちレベルの大きい出力信号が選択され、選
択された出力信号に応じて選択信号が選択回路１４から
発生する。そして、この選択回路１４の出力信号がバッ
ファを介し、１つのブートストラップ用のコンデンサＣ
に印加される。

【００３４】従って、第１及び第２増幅器１０，１２の
いずれかの出力電圧が上昇した場合には、電源電圧を上
昇させて高電圧を出力し、その出力を電源としてソース
側出力トランジスタが動作する。これにより、負荷ＲL
のＢＴＬ駆動が、大きなダイナミックレンジで行なわれ
る。

【００３５】ここで、選択回路１４及びバッファ１６
は、図２に示すような回路構成を有している。

【００３６】選択回路１４は、第１及び第２増幅器１
０，１２の各出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２にベースが接
続され、互いに並列接続されたＮＰＮ型のトランジスタ
Ｑ２０，Ｑ２１を有している。トランジスタＱ２０，Ｑ
２１のコレクタ側は、所定の電源（ＶCC）に接続され、
そのエミッタ側は、抵抗Ｒ介してＧＮＤ（ＶEE）に接続
されている。更に、トランジスタＱ２０，Ｑ２１のエミ
ッタと、抵抗Ｒとの接続部には、バッファ１６の入力側
が接続されている。

【００３７】従って、トランジスタＱ２０，Ｑ２１のベ
ースに印加される出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２の電圧に
よって、トランジスタＱ２０，Ｑ２１にエミッタ電流が
発生し、この電流が抵抗Ｒに流れ、抵抗Ｒの端子電圧が
変化する。すなわち、この選択回路１４では、出力端子
ＯＵＴ１，ＯＵＴ２からの２つの出力信号のうち、常に
高電圧レベル側の信号の電圧を選択信号として出力す
る。

【００３８】バッファ１６は、ベースに選択回路１４か
らの選択信号が供給されるＰＮＰ型の入力トランジスタ
Ｑ２２と、互いのエミッタが接続されたＮＰＮ型の出力
トランジスタＱ２３及びＰＮＰ型の出力トランジスタＱ
２４とを有している。そして、トランジスタＱ２２のエ
ミッタは、出力トランジスタＱ２４のベースに接続され
る。更に、このエミッタには、２つのダイオードＤ２
０，Ｄ２１を介し、定電流源ＣＳ２０から電流が供給さ
れるようになっている。また、定電流源ＣＳ２０とダイ
オードＤ２０の接続点は出力トランジスタＱ２３のベー
スに接続されている。

【００３９】従って、抵抗Ｒの端子電圧に応じて入力ト
ランジスタＱ２２の電流量が変化し、この電流量が少な
い場合には、出力トランジスタＱ２３に電流が流れ、電
流量が多い場合には、出力トランジスタＱ２４に電流が
流れる。そして、出力トランジスタＱ２３，Ｑ２４の接
続点（出力端）の電圧は、抵抗Ｒの端子電圧より２Ｖbe
分だけ高い電圧に正確に維持される。従って、このバッ
ファ１６は選択回路１４の加算結果を２Ｖbe分シフトさ
せる増幅率１のアンプとして作用する。

【００４０】そして、このバッファ１６の出力がブート
ストラップ用コンデンサＣに供給される。これにより、
コンデンサＣのダイオードＤ側の電位は、出力端子ＯＵ
Ｔ１，ＯＵＴ２が図３に示したように変化した場合に、
同図Ｅに示すような包絡線状となり、カレントミラー回
路の電源ラインの電位が、電源（ＶCC）よりも高くな
る。よって、ソース側出力トランジスタＱ５にベース電
流を供給するトランジスタＱ４のエミッタ側の電位を、
電源（ＶCC）よりも高くすることができ、最大出力電圧
をＶCC−Ｖce5(sat)まで高めることが可能となる。

【００４１】従って、複数の増幅器に対し、１つのブー
トストラップ用コンデンサで、出力信号のダイナミック
レンジの大きい電力増幅装置を実現することができる。
また、電源電圧ＶCCの高効率利用が可能となり、低消費
電力の電力増幅装置が得られる。

【００４２】（実施例２）図４に示す本実施例の電力増
幅装置は、ＢＴＬ２チャンネルのステレオアンプ等にブ
ートストラップ用コンデンサを用いた場合の構成例であ
る。

【００４３】ＢＴＬ２チャンネルの場合には、入力信号
が左右２種類あり（ＶINR ，ＶINL）、この入力信号
（ＶINR ，ＶINL ）をぞれそれ増幅するために、第１及
び第２増幅器１０ａ，１２ａと、第３及び第４増幅器１
０ｂ，１２ｂとが設けられている。なお、各増幅器
（Ａ）の回路構成は図８の増幅器（Ａ）と同様となって
いる。

【００４４】選択回路１４ａは、４つの増幅器１０ａ，
１２ａ、１０ｂ，１２ｂの出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ
２，ＯＵＴ３，ＯＵＴ４に接続されている。そして、選
択回路１４ａにおいて、各増幅器１０ａ，１２ａ，１０
ｂ及び１２ｂからの出力信号のうちレベルが最も大きい
出力信号が選択され、選択された出力信号に応じた信号
が選択回路１４ａから発生し、この信号はバッファ１６
を介してブートストラップ用コンデンサＣに印加され
る。

【００４５】従って、第１及び第２増幅器１０ａ，１２
ａ、第３及び第４増幅器１０ｂ，１２ｂのいずれかの出
力電圧が上昇した場合には、電源電圧を上昇させて高電
圧を出力し、その出力を電源としてソース側出力トラン
ジスタが動作する。これにより、負荷ＲL の２チャンネ
ルＢＴＬ駆動が、大きなダイナミックレンジで行なわれ
る。

【００４６】選択回路１４ａ及びバッファ１６は、図５
に示すような構成を有している。

【００４７】すなわち、選択回路１４ａは、各増幅器の
出力端子ＯＵＴ１〜４にベースが接続され、互いに並列
接続されたＮＰＮ型のトランジスタＱ２５〜２８を有し
ている。そして、トランジスタＱ２５〜２８のコレクタ
側は、電源（ＶCC）に接続されており、そのエミッタ側
は抵抗Ｒ介してＧＮＤ（ＶEE）に接続されている。更
に、トランジスタＱ２５〜２８のエミッタと、抵抗Ｒと
の接続部には、図２と同様のバッファ１６の入力側が接
続されている。

【００４８】そして、この選択回路１４ａでは、図２の
選択回路１４と同様に、各出力端子ＯＵＴ１〜４から、
各トランジスタＱ２５〜２８のベースに印加される４つ
の出力信号に応じて、抵抗Ｒの端子電圧が変化する。従
って、選択回路１４ａは、常に高電圧レベル側の信号の
電圧を選択信号とし、バッファ１６を介してブートスト
ラップ用コンデンサＣに供給する。

【００４９】このように、ＢＴＬ２チャンネルのアンプ
であっても、選択回路を設けることにより、１つのブー
トストラップ用コンデンサで、各増幅器の出力トランジ
スタのドライバトランジスタのエミッタ側の電位を、電
源（ＶCC）よりも高くすることができる。

【００５０】従って、ＢＴＬ２チャンネルのステレオア
ンプ等、複数の増幅器を利用した場合であっても、電源
電圧の高効率利用が可能であり、低消費電力の電力増幅
装置が得られる。そして、出力信号のダイナミックレン
ジの大きい電力増幅装置が実現できる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電力
増幅装置では、少なくとも１組の増幅器からの出力信号
のうちレベルの大きい出力信号を選択する選択回路を設
け、この選択回路の出力側と、各増幅器の動作電源との
間に、ブートストラップ用コンデンサを設けた。

【００５２】従って、複数の増幅器に対しても、１つの
ブートストラップ用コンデンサで、各増幅器内部の出力
トランジスタにベース電流を供給するトンジスタの駆動
電源を昇圧することができる。これにより、出力信号の
ダイナミックレンジを大きくすることができる。また、
電源電圧を高効率利用でき、低消費電力の電力増幅装置
が得られる。

【００５３】更に、選択回路は、各増幅器からの出力信
号に応じた電流を流す複数のトランジスタを有してい
る。そして、このトランジスタを増幅器の数に応じて設
けることにより、各増幅器からの出力信号の中からレベ
ルの最も大きい出力信号を選択した選択信号をブートス
トラップ用コンデンサに供給できる。従って、複数の増
幅器の出力端子の数に応じてブートストラップ用コンデ
ンサを増やす必要がなく、１つのブートストラップ用コ
ンデンサで効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る電力増幅装置の概略回
路構成図である。

【図２】図１の電力増幅装置の選択回路１４及びバッフ
ァ１６の回路構成図である。

【図３】本発明の実施例１に係る電力増幅装置から出力
信号波形及び内部の電源ラインにおける電圧波形を示す
図である。

【図４】本発明の実施例２に係る電力増幅装置の概略回
路構成図である。

【図５】図４の電力増幅装置の選択回路１４ａ及びバッ
ファ１６の回路構成図である。

【図６】ブートストラップ用コンデンサを用いた従来の
電力増幅装置の概略回路構成図である。

【図７】図６の電力増幅装置からの出力信号波形及び内
部の電源ラインにおける電圧波形を示す図である。

【図８】ブートストラップ用コンデンサをＢＴＬアンプ
に適用した場合における従来の電力増幅装置の概略構成
図である。

【符号の説明】

１０，１０ａ 第１増幅器 １２，１２ａ 第２増幅器 １０ｂ 第３増幅器 １２ｂ 第４増幅器 １４，１４ａ 選択回路 １６ バッファ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を増幅する少なくとも１組の増
   幅器と、 前記増幅器からの出力信号のうちレベルの大きい信号を
   選択する選択回路と、 前記選択回路の出力端と前記増幅器の電源ラインとの間
   に接続されたブートストラップ用のコンデンサと、 を有することを特徴とする電力増幅装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電力増幅装置において、 前記選択回路は、少なくとも前記１組の増幅器の出力信
   号に応じた電流を流す複数のトランジスタを有し、これ
   らのトランジスタに流れる電流を加算することを特徴と
   する電力増幅装置。