JPH11346121A - High efficiency power amplifier - Google Patents

High efficiency power amplifier

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JPH11346121A
JPH11346121A JP11063030A JP6303099A JPH11346121A JP H11346121 A JPH11346121 A JP H11346121A JP 11063030 A JP11063030 A JP 11063030A JP 6303099 A JP6303099 A JP 6303099A JP H11346121 A JPH11346121 A JP H11346121A
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JP
Japan
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signal
power amplifier
circuit
voltage
input
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Application number
JP11063030A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiko Higashiyama
勝比古 東山
Takeshi Sato
剛士 佐藤
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high efficiency power amplifier which realizes constitution, minimizing an expensive passive filter required for the high efficiency power amplifier and totally reduces cost and lowers high frequency noise, as compared with an existing high efficiency power amplifier. SOLUTION: High frequency noise is suppressed effectively, while the constitution of a passive filter 3 is minimized by equivalently realizing an active filter by using a linear power amplifier 6 synchronously driven in parallel with a D-grade power amplifier 2. In addition, the phase of an audio signal inputted from a signal input terminal 21 is corrected by a phase correcting circuit 7 for correcting the delay of a signal generated by the passive filter 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、D級電力増幅器を
有する高効率電力増幅装置に関し、特に、オーディオ信
号増幅に適する低雑音の高効率電力増幅装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high efficiency power amplifier having a class D power amplifier, and more particularly to a low noise high efficiency power amplifier suitable for audio signal amplification.

【0002】[0002]

【従来の技術】ラウドスピーカに関連して用いられる先
行技術による高効率電力増幅器によれば、従来、D級電
力増幅器は、オーディオ用の電力効率の高い電力増幅装
置としてさまざまな形で用いられている。
BACKGROUND OF THE INVENTION According to prior art high efficiency power amplifiers used in connection with loudspeakers, class D power amplifiers have heretofore been used in various forms as power efficient power amplifiers for audio. I have.

【0003】以下、図面を参照しながら、上述したD級
電力増幅器の高効率電力増幅装置の従来例について説明
する。図19において、301は信号入力端、302は
D級電力増幅器、303はスピーカ入力端、304はD
級電力増幅器302の出力端、305はD級電力増幅器
302の正の電源端、306はD級電力増幅器302の
負の電源端、307はパッシブローパスフィルタ、31
0A,310B,310Cはパッシブフィルタ307を
構成するコイル、311A,311B,311Cはパッ
シブフィルタ307を構成するコンデンサ、326はス
ピーカである。
Hereinafter, a conventional example of a high-efficiency power amplifier of the class D power amplifier described above will be described with reference to the drawings. In FIG. 19, 301 is a signal input terminal, 302 is a class D power amplifier, 303 is a speaker input terminal, and 304 is a D input terminal.
Output terminal of the class D power amplifier 302, 305 is a positive power supply terminal of the class D power amplifier 302, 306 is a negative power supply terminal of the class D power amplifier 302, 307 is a passive low-pass filter, 31
Reference numerals 0A, 310B, and 310C denote coils that form the passive filter 307, 311A, 311B, and 311C denote capacitors that form the passive filter 307, and 326 denotes a speaker.

【0004】以上のように構成された従来の高効率電力
増幅装置について、以下その動作を説明する。まず信号
入力端301に入力されたオーディオ信号は、D級電力
増幅器302でPWM(パルス幅変調)方式でスイッチ
ング動作をしながら電力増幅される。そのため、D級電
力増幅器302の出力端304からは、PWMの大きな
変調キャリア信号が出力される。この変調キャリア信号
を除去するためにパッシブローパスフィルタ307は3
段のコイルとコンデンサで構成された6次のバタワース
型の急峻なフィルタとして動作する。
[0004] The operation of the conventional high-efficiency power amplifier configured as described above will be described below. First, an audio signal input to the signal input terminal 301 is power-amplified by a class D power amplifier 302 while performing a switching operation by a PWM (pulse width modulation) method. Therefore, a modulated carrier signal having a large PWM is output from the output terminal 304 of the class D power amplifier 302. In order to remove this modulated carrier signal, the passive low-pass filter 307
It operates as a 6th-order Butterworth-type steep filter composed of stage coils and capacitors.

【0005】典型的なフィルタ特性を図20に示す。図
20からわかるように、オーディオ信号を減衰させるこ
となしにスピーカに伝達させるため、通常はフィルタの
カットオフ周波数(fc)をオーディオ信号の上限であ
る20KHz以上の領域に設定する。またPWM変調キ
ャリア周波数が例えば200KHzにあれば、パッシブ
ローパスフィルタの特性で決まる減衰量はある有限な値
(例えば、−60dB)を示す。そのため、スピーカ入
力端303にはPWM変調キャリア周波数成分が残留雑
音としてスピーカ326に入力されることとなる。
FIG. 20 shows a typical filter characteristic. As can be seen from FIG. 20, in order to transmit the audio signal to the speaker without attenuating, the cutoff frequency (fc) of the filter is usually set to a region of 20 kHz or more, which is the upper limit of the audio signal. Further, if the PWM modulation carrier frequency is, for example, 200 kHz, the attenuation determined by the characteristics of the passive low-pass filter indicates a certain finite value (for example, -60 dB). Therefore, the PWM modulation carrier frequency component is input to the speaker 326 as residual noise at the speaker input terminal 303.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の高効率電力増幅装置の構成では、パッシブ
ローパスフィルタ307にどんなに急峻なフィルタ特性
を持たせてもPWM変調キャリア周波数成分のある有限
な値の残留雑音がオーディオ信号に重畳することとな
り、この成分がスピーカコードを通じて輻射され、いわ
ゆる高周波雑音としてあらゆる機器に悪影響を及ぼす懸
念がある。あるいは、高次のパッシブローパスフィルタ
を構成するには高価なコイルやコンデンサを使用する必
要があり、総合的には雑音対策用フィルタに高コストを
費やすという問題点を有していた。
However, in the configuration of the conventional high-efficiency power amplifying apparatus as described above, no matter how steep the filter characteristics of the passive low-pass filter 307, a finite PWM modulation carrier frequency component is required. The residual noise of the value is superimposed on the audio signal, and this component is radiated through the speaker code, which may adversely affect all devices as so-called high-frequency noise. Alternatively, it is necessary to use expensive coils and capacitors in order to form a high-order passive low-pass filter, and there has been a problem that a high cost is generally spent on a noise suppression filter.

【0007】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、高価
なパッシブフィルタを最小限に抑える構成を実現すると
共に、総合的には従来の高効率電力増幅装置より安価で
しかも高周波雑音の少ない高効率電力増幅装置を提供す
ることを目的としてなされたものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and realizes a configuration for minimizing an expensive passive filter, and is generally less expensive than a conventional high-efficiency power amplifying apparatus and has less high-frequency noise. It is intended to provide an efficient power amplifier.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の観点は、
信号入力端に入力される入力信号の電力増幅を行う高効
率電力増幅装置において、信号入力端からの入力信号を
パルス幅変調により電力増幅して出力するPWM電力増
幅器と、該PWM電力増幅器から出力されたパルス幅変
調信号を復調して出力するパッシブローパスフィルタ
と、該パッシブローパスフィルタから出力された復調信
号を所定の電圧+DVでシフトさせて正方向電流を供給
する正のフローティング電圧源と、パッシブローパスフ
ィルタから出力された復調信号を所定の電圧−DVでシ
フトさせて負方向電流を供給する負のフローティング電
圧源と、信号入力端から入力される入力信号に対して、
上記パッシブローパスフィルタから出力される信号に対
する位相補正を行う位相補正回路と、該位相補正回路で
位相補正された信号を電圧増幅すると共に所定の電圧+
dV及び−dVでそれぞれシフトさせて出力する、リニ
ア回路で構成されたリニア電圧増幅器と、+dVでシフ
トされた電圧増幅信号を正方向電流で電流増幅して正方
向電流増幅信号を生成すると共に、−dVでシフトされ
た電圧増幅信号を負方向電流で電流増幅して負方向電流
増幅信号を生成し、正方向電流増幅信号及び負方向電流
増幅信号をプッシュ・プルの形で加えて電力増幅信号を
生成し出力する出力器とを備えることを特徴とする高効
率電力増幅装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION A first aspect of the present invention is as follows.
In a high-efficiency power amplifying device for amplifying an input signal input to a signal input terminal, a PWM power amplifier for amplifying an input signal from the signal input terminal by pulse width modulation and outputting the amplified signal, and an output from the PWM power amplifier A passive low-pass filter that demodulates and outputs the pulse width modulated signal, a positive floating voltage source that supplies a positive current by shifting the demodulated signal output from the passive low-pass filter by a predetermined voltage + DV, For a negative floating voltage source that supplies a negative current by shifting the demodulated signal output from the low-pass filter by a predetermined voltage −DV, and for an input signal input from a signal input terminal,
A phase correction circuit that corrects the phase of the signal output from the passive low-pass filter;
a linear voltage amplifier composed of a linear circuit, which is shifted by dV and -dV, respectively, and output; and a voltage amplification signal shifted by + dV is current amplified by a positive current to generate a positive current amplification signal, A voltage-amplified signal shifted by −dV is current-amplified with a negative-direction current to generate a negative-direction current-amplified signal. And an output device for generating and outputting the power.

【0009】本発明の第2の観点は、信号入力端に入力
される入力信号の電力増幅を行う高効率電力増幅装置に
おいて、信号入力端からの入力信号に対して正方向のバ
イアス電圧を加える第1のバイアス電源と、該正方向に
バイアスされた入力信号をパルス幅変調により電力増幅
して生成した第1のパルス幅変調信号を出力する第1の
PWM電力増幅器と、該第1のパルス幅変調信号を復調
して生成した第1の復調信号を出力する第1のパッシブ
ローパスフィルタと、信号入力端からの入力信号に対し
て負方向のバイアス電圧を加える第2のバイアス電源
と、該負方向にバイアスされた入力信号をパルス幅変調
により電力増幅して生成した第2のパルス幅変調信号を
出力する第2のPWM電力増幅器と、第2のパルス幅変
調信号を復調して生成した第2の復調信号を出力する第
2のパッシブローパスフィルタと、上記信号入力端から
入力される入力信号に対して、上記パッシブローパスフ
ィルタから出力される信号に対する位相補正を行う位相
補正回路と、該位相補正回路で位相補正された信号を電
圧増幅すると共に所定の電圧+dV及び−dVでそれぞ
れシフトさせて出力する、リニア回路で構成されたリニ
ア電圧増幅器と、+dVでシフトされた電圧増幅信号を
第1の復調信号で電流増幅して正方向電流増幅信号を生
成すると共に、−dVでシフトされた電圧増幅信号を第
2の復調信号で電流増幅して負方向電流増幅信号を生成
し、正方向電流増幅信号及び負方向電流増幅信号をプッ
シュ・プルの形で加えて電力増幅信号を生成し出力する
出力器とを備えることを特徴とする高効率電力増幅装置
である。
A second aspect of the present invention is to provide a high-efficiency power amplifier for amplifying the power of an input signal input to a signal input terminal, by applying a positive bias voltage to an input signal from the signal input terminal. A first bias power supply, a first PWM power amplifier that outputs a first pulse width modulated signal generated by power-amplifying the positively biased input signal by pulse width modulation, and the first pulse A first passive low-pass filter for outputting a first demodulated signal generated by demodulating the width-modulated signal, a second bias power supply for applying a negative bias voltage to an input signal from a signal input end, A second PWM power amplifier that outputs a second pulse width modulated signal generated by power-amplifying the input signal biased in the negative direction by pulse width modulation, and demodulates and generates the second pulse width modulated signal. A second passive low-pass filter that outputs the second demodulated signal, a phase correction circuit that performs a phase correction on a signal output from the passive low-pass filter with respect to an input signal input from the signal input terminal, A linear voltage amplifier composed of a linear circuit, which amplifies the phase-corrected signal by the phase correction circuit and shifts and outputs the signals by predetermined voltages + dV and -dV, respectively, and a voltage-amplified signal shifted by + dV The current is amplified by the first demodulation signal to generate a positive current amplification signal, and the voltage amplification signal shifted by -dV is current amplified by the second demodulation signal to generate a negative current amplification signal. An output device for generating and outputting a power amplification signal by adding the direction current amplification signal and the negative direction current amplification signal in a push-pull form. It is the rate power amplifier.

【0010】本発明の第3の観点は、第1又は第2のい
ずれかの観点による高効率電力増幅装置であって、上記
出力器は、コンプリメンタリ回路で形成されたプッシュ
プル回路で構成されることを特徴とする高効率電力増幅
装置である。
A third aspect of the present invention is the high-efficiency power amplifier according to the first or second aspect, wherein the output unit is constituted by a push-pull circuit formed by a complementary circuit. A high-efficiency power amplifying device characterized in that:

【0011】本発明の第4の観点は、第1から第3のい
ずれかの観点による高効率電力増幅装置であって、上記
リニア電圧増幅器及び出力器は、B級電力増幅器をなす
ことを特徴とする高効率電力増幅装置である。
A fourth aspect of the present invention is the high efficiency power amplifier according to any one of the first to third aspects, wherein the linear voltage amplifier and the output unit form a class B power amplifier. Is a high-efficiency power amplifier.

【0012】本発明の第5の観点は、第1から第3のい
ずれかの観点による高効率電力増幅装置であって、上記
リニア電圧増幅器及び出力器は、AB級電力増幅器をな
すことを特徴とする高効率電力増幅装置である。
A fifth aspect of the present invention is the high-efficiency power amplifier according to any one of the first to third aspects, wherein the linear voltage amplifier and the output unit form a class AB power amplifier. Is a high-efficiency power amplifier.

【0013】本発明の第6の観点は、第1から第3のい
ずれかの観点による高効率電力増幅装置であって、上記
リニア電圧増幅器及び出力器は、A級電力増幅器をなす
ことを特徴とする高効率電力増幅装置である。
A sixth aspect of the present invention is the high-efficiency power amplifier according to any one of the first to third aspects, wherein the linear voltage amplifier and the output unit form a class A power amplifier. Is a high-efficiency power amplifier.

【0014】本発明の第7の観点は、第1又は第2のい
ずれかの観点による高効率電力増幅装置であって、上記
パッシブローパスフィルタは、基板上に形成された渦巻
き状の電極で構成されることを特徴とする高効率電力増
幅装置である。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a high-efficiency power amplifier according to any one of the first and second aspects, wherein the passive low-pass filter comprises a spiral electrode formed on a substrate. And a high efficiency power amplifying device.

【0015】本発明の第8の観点は、第7の観点による
高効率電力増幅装置であって、上記渦巻き状の電極は、
銅箔パターンで形成され、コイルを形成することを特徴
とする高効率電力増幅装置である。
An eighth aspect of the present invention is the high-efficiency power amplifier according to the seventh aspect, wherein the spiral electrode comprises:
This is a high-efficiency power amplifying device formed of a copper foil pattern and forming a coil.

【0016】本発明の第9の観点は、第1又は第2のい
ずれかの観点による高効率電力増幅装置であって、上記
位相補正回路は、パッシブローパスフィルタと同じポー
ル数のパッシブフィルタで形成されることを特徴とする
高効率電力増幅装置である。
A ninth aspect of the present invention is the high-efficiency power amplifier according to any one of the first and second aspects, wherein the phase correction circuit is formed by a passive filter having the same number of poles as a passive low-pass filter. And a high efficiency power amplifying device.

【0017】本発明の第10の観点は、第1又は第2の
いずれかの観点による高効率電力増幅装置であって、上
記位相補正回路は、パッシブローパスフィルタと同じポ
ール数のアクティブフィルタで形成されることを特徴と
する高効率電力増幅装置である。
A tenth aspect of the present invention is the high-efficiency power amplifier according to any one of the first and second aspects, wherein the phase correction circuit is formed by an active filter having the same number of poles as a passive low-pass filter. And a high efficiency power amplifying device.

【0018】本発明の第11の観点は、第1又は第2の
いずれかの観点による高効率電力増幅装置であって、上
記位相補正回路は、リニア電圧増幅器内に形成されるこ
とを特徴とする高効率電力増幅装置である。
An eleventh aspect of the present invention is the high-efficiency power amplifier according to any one of the first and second aspects, wherein the phase correction circuit is formed in a linear voltage amplifier. This is a high-efficiency power amplification device.

【0019】本発明の第12の観点は、第11の観点に
よる高効率電力増幅装置であって、上記リニア電圧増幅
器は、信号入力端に入力された信号の電圧増幅を行う演
算増幅器と、該演算増幅器の入力インピーダンスの調整
を行う入力回路と、演算増幅器における帰還回路とを備
え、入力回路及び帰還回路は、それぞれコンデンサを有
すると共に信号入力端からの入力信号に対して所定の位
相補正が行われるように所定の回路定数で形成されるこ
とを特徴とする高効率電力増幅装置である。
A twelfth aspect of the present invention is the high-efficiency power amplifier according to the eleventh aspect, wherein the linear voltage amplifier includes an operational amplifier for amplifying a voltage of a signal input to a signal input terminal; An input circuit for adjusting the input impedance of the operational amplifier, and a feedback circuit in the operational amplifier are provided. Each of the input circuit and the feedback circuit has a capacitor and performs a predetermined phase correction on an input signal from a signal input terminal. A high efficiency power amplifying device characterized by being formed with predetermined circuit constants as described above.

【0020】本発明の第13の観点は、第12の観点に
よる高効率電力増幅装置であって、上記入力回路及び帰
還回路は、パッシブローパスフィルタのポール数と同じ
ポール数をなすように形成されることを特徴とする高効
率電力増幅装置である。
A thirteenth aspect of the present invention is the high-efficiency power amplifier according to the twelfth aspect, wherein the input circuit and the feedback circuit are formed so as to have the same number of poles as the number of poles of the passive low-pass filter. This is a high-efficiency power amplifying device characterized in that:

【0021】信号入力端に接続されたPWM電力増幅器
がD級電力増幅器であり、リニア電圧増幅器及び出力器
がリニア電力増幅器である。上記出力器がコンプリメン
タリ出力器であり等価的にアクティブフィルタとなるこ
とを特徴とするものである。
The PWM power amplifier connected to the signal input terminal is a class D power amplifier, and the linear voltage amplifier and the output device are linear power amplifiers. The output device is a complementary output device and is equivalent to an active filter.

【0022】本発明は上記した構成によって、電力効率
の観点からは、D級電力増幅器とリニア電力増幅器の電
力損失の和となる。リニア電力増幅器のコンプリメンタ
リ出力器を駆動する正のフローティング電圧源と負のフ
ローティング電圧源の電圧を許容できうる限りに低い電
圧に設定することができれば、リニア電力増幅器の電力
損失は最少限度に抑えることができるので、D級電力増
幅器本来の高効率性を失うことはない。また、パッシブ
フィルタを1対のコイル、コンデンサ、抵抗で構成する
ことで最小限の構成に抑えると共に、リニア電力増幅器
のコンプリメンタリ出力器を等価的なアクティブフィル
タとして利用することによりパッシブフィルタ特性の限
界を打ち破り、PWM変調キャリア周波数成分除去のた
めに非常に大きな減衰特性を持たせることができるの
で、高効率電力増幅装置の出力端上にはほとんど高周波
雑音の無いオーディオ信号を再生することができる。
According to the present invention, from the viewpoint of power efficiency, the present invention is the sum of the power loss of the class D power amplifier and the power loss of the linear power amplifier. Minimizing the power loss of a linear power amplifier if the positive and negative floating voltage sources driving the complementary output of the linear power amplifier can be set to the lowest acceptable voltage Therefore, the original high efficiency of the class D power amplifier is not lost. In addition, the passive filter is made up of a pair of coil, capacitor and resistor to minimize the configuration, and the limit of the passive filter characteristic is reduced by using the complementary output of the linear power amplifier as an equivalent active filter. Since an extremely large attenuation characteristic can be provided for overcoming and removing the PWM modulation carrier frequency component, an audio signal having almost no high frequency noise can be reproduced on the output terminal of the high efficiency power amplifier.

【0023】一方、信号入力端から入力された信号は、
位相補正回路で位相補正を行った後リニア電圧増幅器で
電圧増幅を行うことによって、又はリニア電圧増幅器
で、具体的にはリニア電圧増幅器における演算増幅器の
入力回路及び帰還回路で位相補正を行って、パッシブロ
ーパスフィルタによって生じる信号遅延に対する位相補
正を行うことができる。
On the other hand, the signal input from the signal input terminal is
By performing voltage amplification with a linear voltage amplifier after performing phase correction with a phase correction circuit, or with a linear voltage amplifier, specifically, performing phase correction with an input circuit and a feedback circuit of an operational amplifier in a linear voltage amplifier, Phase correction can be performed for the signal delay caused by the passive low-pass filter.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】次に、図面に示す実施の形態に基
づいて、本発明を詳細に説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形態
における高効率電力増幅装置の基本構成を示した概略の
ブロック図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a schematic block diagram showing a basic configuration of a high-efficiency power amplifier according to a first embodiment of the present invention.

【0025】図1において、高効率電力増幅装置1は、
オーディオ信号の電力増幅を行うD級電力増幅器2と、
該D級電力増幅器2から出力される不要な変調キャリア
信号を除去するためのローパスフィルタをなすパッシブ
フィルタ3と、正のフローティング電圧源4と、負のフ
ローティング電圧源5と、オーディオ信号の電力増幅を
行うリニア電力増幅器6と、パッシブフィルタ3と類似
したの位相特性を有しリニア電力増幅器6に入力される
オーディオ信号の位相の補正を行う位相補正回路7とで
構成されている。
In FIG. 1, a high efficiency power amplifying device 1
A class D power amplifier 2 for amplifying the power of an audio signal;
A passive filter 3 serving as a low-pass filter for removing unnecessary modulated carrier signals output from the class D power amplifier 2, a positive floating voltage source 4, a negative floating voltage source 5, and power amplification of an audio signal And a phase correction circuit 7 having a phase characteristic similar to that of the passive filter 3 and correcting the phase of an audio signal input to the linear power amplifier 6.

【0026】パッシブフィルタ3は、抵抗11及びコイ
ル12の直列回路に、コンデンサ13及び終端抵抗14
の並列回路が接続されて形成されている。また、リニア
電力増幅器6は、リニア回路で形成されたリニア電圧増
幅器15及びプッシュプル回路をなすコンプリメンタリ
回路からなるコンプリメンタリ出力器16で形成されて
おり、コンプリメンタリ出力器16は、リニア電圧増幅
器15で電圧増幅されたオーディオ信号に応じてスピー
カ(図示せず)への電流供給を行う。位相補正回路7
は、ローパスフィルタをなすアクティブフィルタで形成
されている。
The passive filter 3 includes a capacitor 13 and a terminating resistor 14 in a series circuit of a resistor 11 and a coil 12.
Are connected and formed. Further, the linear power amplifier 6 is formed of a linear voltage amplifier 15 formed of a linear circuit and a complementary output device 16 formed of a complementary circuit forming a push-pull circuit. A current is supplied to a speaker (not shown) according to the amplified audio signal. Phase correction circuit 7
Are formed by an active filter forming a low-pass filter.

【0027】高効率電力増幅装置1の信号入力端21
は、D級電力増幅器2の入力端2a及び位相補正回路7
の入力端7aにそれぞれ接続されている。D級電力増幅
器2は、更に、正の電源端2b、負の電源端2c、外部
からの制御信号が入力される制御入力端2d及び出力端
2eを備え、該出力端2eは、パッシブフィルタ3の入
力端3aに接続されている。パッシブフィルタ3の出力
端3bとコンプリメンタリ出力器16の正の電源端16
aとの間には正のフローティング電圧源4が、パッシブ
フィルタ3の出力端3bとコンプリメンタリ出力器16
の負の電源端16bとの間には負のフローティング電圧
源5がそれぞれ接続されている。
The signal input terminal 21 of the high efficiency power amplifier 1
Is the input terminal 2a of the class D power amplifier 2 and the phase correction circuit 7
Are connected respectively to the input terminals 7a. The class D power amplifier 2 further includes a positive power supply terminal 2b, a negative power supply terminal 2c, a control input terminal 2d to which an external control signal is input, and an output terminal 2e. Is connected to the input terminal 3a. The output terminal 3b of the passive filter 3 and the positive power supply terminal 16 of the complementary output device 16
a between the output terminal 3 b of the passive filter 3 and the complementary output device 16.
The negative floating voltage source 5 is connected to the negative power supply terminal 16b.

【0028】一方、位相補正回路7の出力端7bは、リ
ニア電圧増幅器15の入力端15aに接続され、リニア
電圧増幅器15は、更に、正の電源端15b、負の電源
端15c及び2つの出力端15e,15fを備え、該出
力端15e及び15fは、コンプリメンタリ出力器16
の入力端16c及び16dに対応して接続されている。
コンプリメンタリ出力器16の出力端16eには、スピ
ーカが接続される。
On the other hand, the output terminal 7b of the phase correction circuit 7 is connected to the input terminal 15a of the linear voltage amplifier 15. The linear voltage amplifier 15 further includes a positive power supply terminal 15b, a negative power supply terminal 15c, and two output terminals. The output terminals 15e and 15f have complementary ends 16e and 15f.
Are connected corresponding to the input terminals 16c and 16d.
A speaker is connected to the output terminal 16e of the complementary output device 16.

【0029】図2は、図1で示したD級電力増幅器2の
回路例を示した図である。本発明の第1の実施の形態に
おけるD級電力増幅器2は、パルス幅変調(PWM)に
より電力増幅を行うPWM電力増幅器であって、その基
本構成を説明する。
FIG. 2 is a diagram showing a circuit example of the class D power amplifier 2 shown in FIG. The class D power amplifier 2 according to the first embodiment of the present invention is a PWM power amplifier that performs power amplification by pulse width modulation (PWM), and its basic configuration will be described.

【0030】図2において、41は演算増幅器、42及
び43はD級電力増幅器2の電圧利得を決定する抵抗で
ある。コンデンサ45,46及び抵抗47で積分器38
を構成し、該積分器38及び演算増幅器41は積分回路
を構成する。pnpトランジスタ48,51、ダイオー
ド49,50及び抵抗52,53,54で比較器39を
形成する。NANDゲート55,56は位相反転パルス
を発生する位相反転器40を形成し、2dはD級電力増
幅器2のPWMキャリアスイッチングの停止を制御する
制御入力端をなしている。なお、図2では省略している
が、制御入力端2dは、D級電力増幅器2内でプルアッ
プ抵抗等を用いてプルアップされている。
In FIG. 2, 41 is an operational amplifier, and 42 and 43 are resistors for determining the voltage gain of the class D power amplifier 2. An integrator 38 includes capacitors 45 and 46 and a resistor 47.
, And the integrator 38 and the operational amplifier 41 form an integrating circuit. The pnp transistors 48 and 51, the diodes 49 and 50, and the resistors 52, 53 and 54 form a comparator 39. The NAND gates 55 and 56 form a phase inverter 40 for generating a phase inversion pulse, and 2d is a control input terminal for controlling the stop of the PWM carrier switching of the class D power amplifier 2. Although not shown in FIG. 2, the control input terminal 2d is pulled up in the class D power amplifier 2 using a pull-up resistor or the like.

【0031】npnトランジスタ58,65、pnpト
ランジスタ60,66、抵抗59,61,62,64、
ツェナーダイオード63、コンデンサ67、及びダイオ
ード68は、正のパワースイッチとして機能するNチャ
ンネルパワーMOSトランジスタ69をON,OFFす
る正側ドライバ80を形成する。
Npn transistors 58 and 65, pnp transistors 60 and 66, resistors 59, 61, 62, 64,
The zener diode 63, the capacitor 67, and the diode 68 form a positive driver 80 that turns on and off an N-channel power MOS transistor 69 that functions as a positive power switch.

【0032】npnトランジスタ70,77、pnpト
ランジスタ72,78、抵抗71,73,74,76、
及びツェナーダイオード75は、負のパワースイッチと
して機能するNチャンネルパワーMOSトランジスタ7
9をON,OFFする負側ドライバ81を形成する。
Npn transistors 70, 77, pnp transistors 72, 78, resistors 71, 73, 74, 76,
And Zener diode 75 are N-channel power MOS transistor 7 functioning as a negative power switch.
A negative-side driver 81 for turning ON / OFF 9 is formed.

【0033】信号入力端21から入力されたオーディオ
信号は、積分器38及び演算増幅器41の積分回路での
こぎり波に変換され、該のこぎり波は比較器39で矩形
波に変換される。また、制御入力端2dがプルダウンさ
れると、位相反転器40の各NANDゲート55,56
の出力は共にHighレベルとなリ、出力端2eからの
信号の出力が停止する。
The audio signal input from the signal input terminal 21 is converted into a sawtooth wave by an integrator 38 and an integrating circuit of an operational amplifier 41, and the sawtooth wave is converted into a rectangular wave by a comparator 39. When the control input terminal 2d is pulled down, the NAND gates 55 and 56 of the phase inverter 40 are turned off.
Are both at the high level, and the output of the signal from the output terminal 2e stops.

【0034】図3は、図1で示したリニア電力増幅器6
の基本構成回路の例を示した図である。図3において、
リニア電圧増幅器15は、抵抗91,92、コンデンサ
93及び演算増幅器94で構成されており、演算増幅器
94は、第1電圧増幅段95及び第2電圧増幅段96で
構成されている。抵抗91,92はリニア電力増幅器6
の電圧利得を決定する抵抗であり、コンデンサ93は位
相補償用コンデンサである。
FIG. 3 shows the linear power amplifier 6 shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a basic configuration circuit of FIG. In FIG.
The linear voltage amplifier 15 includes resistors 91 and 92, a capacitor 93, and an operational amplifier 94. The operational amplifier 94 includes a first voltage amplification stage 95 and a second voltage amplification stage 96. The resistors 91 and 92 are connected to the linear power amplifier 6
And the capacitor 93 is a phase compensation capacitor.

【0035】第1電圧増幅段95は、pnpトランジス
タ101,102、npnトランジスタ103,104
及び定電流源105で形成されており、pnpトランジ
スタ101及び102で差動増幅回路を、npnトラン
ジスタ103及び104でカレントミラー回路を形成し
ている。pnpトランジスタ101のベースは、演算増
幅器94の反転入力をなしており、pnpトランジスタ
102のベースは、演算増幅器94の非反転入力をなし
ており接地されている。
The first voltage amplifying stage 95 includes pnp transistors 101 and 102 and npn transistors 103 and 104.
The pnp transistors 101 and 102 form a differential amplifier circuit, and the npn transistors 103 and 104 form a current mirror circuit. The base of the pnp transistor 101 forms the inverted input of the operational amplifier 94, and the base of the pnp transistor 102 forms the non-inverted input of the operational amplifier 94 and is grounded.

【0036】第2電圧増幅段96は、npnトランジス
タ110、定電流源111、コンデンサ112及びダイ
オード113,114で形成されている。コンデンサ1
12は、リニア電圧増幅器15の支配的なポールを形成
する位相補償用コンデンサであり、ダイオード113及
び114は、コンプリメンタリ出力器16のバイアス電
流を決定する定電圧バイアスダイオード群115を形成
している。
The second voltage amplifying stage 96 includes an npn transistor 110, a constant current source 111, a capacitor 112, and diodes 113 and 114. Capacitor 1
Reference numeral 12 denotes a phase compensation capacitor which forms a dominant pole of the linear voltage amplifier 15, and the diodes 113 and 114 form a constant voltage bias diode group 115 which determines a bias current of the complementary output device 16.

【0037】コンプリメンタリ出力器16は、コンプリ
メンタリ回路で形成されたプッシュプル回路131と、
コンプリメンタリ出力器16の負荷安定度を確保するた
めの抵抗132とコンデンサ133、スピーカ負荷の安
定度を確保するためのコイル134とダンプ用抵抗13
5で形成されている。プッシュプル回路131は、pn
pパワートランジスタ141、該パワートランジスタ1
41をドライブするnpnトランジスタ142、npn
パワートランジスタ143、該パワートランジスタ14
3をドライブするpnpトランジスタ144、及び抵抗
145〜148で構成されている。
The complementary output unit 16 includes a push-pull circuit 131 formed of a complementary circuit,
A resistor 132 and a capacitor 133 for ensuring the load stability of the complementary output device 16, a coil 134 and a dump resistor 13 for ensuring the stability of the speaker load
5. The push-pull circuit 131
p power transistor 141, the power transistor 1
Npn transistor 142, npn driving
Power transistor 143, power transistor 14
3 is composed of a pnp transistor 144 for driving the driving circuit 3 and resistors 145 to 148.

【0038】パワートランジスタ141及び143は、
互いにコンプリメンタリ特性を有し、同様に、トランジ
スタ142及び144は互いにコンプリメンタリ特性を
有している。抵抗145はnpnトランジスタ142の
コレクタ抵抗を、抵抗146はpnpトランジスタ14
4のコレクタ抵抗をなしている。抵抗147は、パワー
トランジスタ141のコレクタ抵抗をなすと共にnpn
トランジスタ142のエミッタ抵抗をなし、抵抗148
は、パワートランジスタ143のコレクタ抵抗をなすと
共にpnpトランジスタ144のエミッタ抵抗をなして
いる。
The power transistors 141 and 143 are
The transistors 142 and 144 have complementary characteristics with each other, and similarly, the transistors 142 and 144 have complementary characteristics with each other. The resistance 145 is the collector resistance of the npn transistor 142, and the resistance 146 is the pnp transistor 14
4 collector resistance. The resistor 147 serves as a collector resistor of the power transistor 141 and has npn
The resistor 148 forms the emitter resistance of the transistor 142,
Is the collector resistance of the power transistor 143 and the emitter resistance of the pnp transistor 144.

【0039】一方、トランス150、ダイオードのブリ
ッジ回路151及び平滑用コンデンサ152,153で
フローティング電圧源を形成している。コンデンサ15
2並びにそれに付随するトランス150及びブリッジ回
路151は、図1の正のフローティング電圧源4に相当
し、コンデンサ153並びにそれに付随するトランス1
50及びブリッジ回路151は、図1の負のフローティ
ング電圧源5に相当する。
On the other hand, the transformer 150, the diode bridge circuit 151, and the smoothing capacitors 152 and 153 form a floating voltage source. Capacitor 15
2 and its associated transformer 150 and bridge circuit 151 correspond to the positive floating voltage source 4 of FIG.
The reference numeral 50 and the bridge circuit 151 correspond to the negative floating voltage source 5 in FIG.

【0040】ブリッジ回路151の接続点J1からは、
パワートランジスタ141のエミッタからコレクタに流
れ、更にプッシュプル回路131の出力端131aに流
れる正方向の電流が供給される。同時に、ブリッジ回路
151の接続点J2からは、プッシュプル回路131の
出力端131aからパワートランジスタ143のコレク
タへ、更にパワートランジスタ143のコレクタからエ
ミッタを介して接続点J2へと流れる負方向の電流が供
給される。パワートランジスタ141,143を流れる
各電流は、プッシュ・プルの関係にある。
From the connection point J1 of the bridge circuit 151,
A positive current flowing from the emitter to the collector of the power transistor 141 and flowing to the output terminal 131 a of the push-pull circuit 131 is supplied. At the same time, from the connection point J2 of the bridge circuit 151, a negative current flowing from the output terminal 131a of the push-pull circuit 131 to the collector of the power transistor 143, and further from the collector of the power transistor 143 to the connection point J2 via the emitter. Supplied. The currents flowing through the power transistors 141 and 143 are in a push-pull relationship.

【0041】図4は、図1で示した位相補正回路7の回
路例を示した図である。図4において、位相補正回路7
は、演算増幅器121、コンデンサ122,123及び
抵抗124,125で形成されており、演算増幅器12
1を使用したアクティブローパスフィルタをなしてい
る。図1のパッシブフィルタ3は、2ポールのフィルタ
を形成していることから、位相補正回路7を形成するア
クティブフィルタにおいても、2ポールのフィルタを形
成している。このように、位相補正回路7を形成するア
クティブフィルタは、パッシブフィルタ3のポール数と
同じポール数のフィルタで形成される。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit example of the phase correction circuit 7 shown in FIG. In FIG. 4, the phase correction circuit 7
Is composed of an operational amplifier 121, capacitors 122 and 123, and resistors 124 and 125.
1 is an active low-pass filter. Since the passive filter 3 in FIG. 1 forms a two-pole filter, the active filter forming the phase correction circuit 7 also forms a two-pole filter. Thus, the active filter forming the phase correction circuit 7 is formed of a filter having the same number of poles as the number of poles of the passive filter 3.

【0042】以上のように構成された高効率電力増幅装
置1について、その動作例を説明する。信号入力端21
に入力されたオーディオ信号は、D級電力増幅器2と位
相補正回路7へ同時に入力される。D級電力増幅器2
は、ハーフブリッジタイプの高速スイッチングパワーM
OSトランジスタ69及び79を使用することにより、
高速で高効率のPWM(パルス幅変調)方式のスイッチ
ング増幅器として動作する。
An example of the operation of the high-efficiency power amplifier 1 configured as described above will be described. Signal input terminal 21
Are input to the class D power amplifier 2 and the phase correction circuit 7 at the same time. Class D power amplifier 2
Is a half-bridge type high-speed switching power M
By using OS transistors 69 and 79,
It operates as a high-speed and high-efficiency PWM (pulse width modulation) switching amplifier.

【0043】図5(a)の波形S21は、信号入力端21に
入力されたオーディオ信号(正弦波を例示)を示し、波形
S2eは、D級電力増幅器2で電力増幅され、PWM変調
された出力波形を示す。また、図5(b)の波形S3bは、
パッシブフィルタ3の出力端3bからの出力波形を示
す。パッシブフィルタ3では、PWM変調信号を復調し
て、元のオーディオ信号に戻したものが出力されるが、
図5(b)に示すように、元のオーディオ信号である正弦
波には細かい波状の高周波雑音が加わって出力される。
A waveform S21 in FIG. 5A shows an audio signal (a sine wave is exemplified) input to the signal input terminal 21, and a waveform S2e is power-amplified by the class D power amplifier 2 and PWM-modulated. The output waveform is shown. The waveform S3b in FIG.
3 shows an output waveform from an output terminal 3b of the passive filter 3. In the passive filter 3, a signal obtained by demodulating the PWM modulation signal and returning to the original audio signal is output.
As shown in FIG. 5 (b), a sine wave as an original audio signal is output with fine high frequency noise added.

【0044】一方、位相補正回路7に入力されたオーデ
ィオ信号は、まず図4で示した位相補正回路7で位相の
補正が行われた後、図3で示したリニア電圧増幅器15
で、電圧増幅される。該電圧増幅された信号は、この後
更に、ダイオード113及び114からなる定電圧バイ
アスダイオード群115により+dVと−dV(例え
ば、+5Vと−5V)のバイアス電圧が加えられ、出力
端15eから出力される上側の電圧増幅信号S15eと、
出力端15fから出力される下側の電圧増幅信号S15f
が生成され、該各出力波形を図6に示す。上側の電圧増
幅信号S15eと、下側の電圧増幅信号S15fは、上下に2
dVの電位差でシフトされ、いずれも入力信号S21と同
一の波形を有する。信号S15eは、コンプリメンタリ出
力器16の入力端16cに、信号S15fは、コンプリメ
ンタリ出力器16の入力端16dにそれぞれ入力され
る。
On the other hand, the audio signal input to the phase correction circuit 7 is first subjected to phase correction by the phase correction circuit 7 shown in FIG. 4 and then to the linear voltage amplifier 15 shown in FIG.
Then, the voltage is amplified. The voltage-amplified signal is further applied with a bias voltage of + dV and -dV (for example, +5 V and -5 V) by a constant voltage bias diode group 115 including diodes 113 and 114, and is output from an output terminal 15e. The upper voltage amplified signal S15e,
Lower voltage amplified signal S15f output from output terminal 15f
Are generated, and the respective output waveforms are shown in FIG. The upper voltage amplified signal S15e and the lower voltage amplified signal S15f are vertically
The signals are shifted by the potential difference of dV, and all have the same waveform as the input signal S21. The signal S15e is input to the input terminal 16c of the complementary output device 16, and the signal S15f is input to the input terminal 16d of the complementary output device 16.

【0045】コンプリメンタリ出力器16には、更にパ
ッシブフィルタ3の出力端3bからの信号S3bであっ
て、正方向及び負方向にシフトされたものがそれぞれ電
源端16a,16bに入力される。すなわち、信号S3b
は、コンデンサ152,153により+DVと−DV
(例えば+10Vと−10V)にシフトされた後、それぞ
れ電源端16a,16bに加えられる。図6の波形S16
a,S16bは、電源端16a,16bの電圧波形であり、
同一の波形を有する。図6より明らかなように、好まし
くは、波形S16a,S16bは、波形S15e,S15fを上下の
両側からできるだけ接近して挟むようにすると共に、波
形S16a,S16bは、波形S15e,S15fと重ならないよう
にする。
The complementary output unit 16 further receives the signal S3b from the output terminal 3b of the passive filter 3, which is shifted in the positive and negative directions, and is input to the power supply terminals 16a and 16b, respectively. That is, the signal S3b
Are + DV and -DV by the capacitors 152 and 153.
(For example, + 10V and -10V), and then applied to the power supply terminals 16a and 16b, respectively. Waveform S16 of FIG.
a and S16b are voltage waveforms at the power supply terminals 16a and 16b,
It has the same waveform. As is apparent from FIG. 6, preferably, the waveforms S16a and S16b sandwich the waveforms S15e and S15f as close as possible from both upper and lower sides, and the waveforms S16a and S16b do not overlap with the waveforms S15e and S15f. To

【0046】リニア電圧増幅器15で電圧増幅されたオ
ーディオ信号の内、波形S15eで示されるものは、パワ
ートランジスタ141によって電流増幅される。この電
流は、ダイオードブリッジ回路151の接続点J1から
供給され、パワートランジスタ141のエミッタからコ
レクタに流れ、プッシュプル回路131の出力端131
aに流れる正の電流である。同様に、リニア電圧増幅器
15で電圧増幅されたオーディオ信号の内、波形S15f
で示されるものは、パワートランジスタ143によって
電流増幅される。この電流は、ダイオードブリッジ回路
151の接続点J2から供給され、プッシュプル回路1
31の出力端131aからパワートランジスタ143の
コレクタへ、更にパワートランジスタ143のコレクタ
からエミッタに流れる負の電流である。
Of the audio signals voltage-amplified by the linear voltage amplifier 15, the audio signal indicated by the waveform S15e is current-amplified by the power transistor 141. This current is supplied from the connection point J1 of the diode bridge circuit 151, flows from the emitter to the collector of the power transistor 141, and is output from the output terminal 131 of the push-pull circuit 131.
a is a positive current flowing through a. Similarly, of the audio signal voltage-amplified by the linear voltage amplifier 15, the waveform S15f
Are amplified by the power transistor 143. This current is supplied from the connection point J2 of the diode bridge circuit 151, and the push-pull circuit 1
31 is a negative current flowing from the output terminal 131a of the power transistor 143 to the collector of the power transistor 143 and from the collector to the emitter of the power transistor 143.

【0047】すなわち、パワートランジスタ141は、
上側の電圧増幅信号S15eを接続点J1からの正方向電
流で電流増幅して正方向電流増幅信号を生成する一方、
パワートランジスタ143は、下側の電圧増幅信号S15
fを接続点J2からの負方向電流で電流増幅して負方向
電流増幅信号を生成する。そして、正方向電流増幅信号
と負方向電流増幅信号とがプッシュ・プルの形で加えら
れ、電力増幅信号が出力端131aから出力される。
That is, the power transistor 141
The current amplification of the upper voltage amplified signal S15e is performed by the positive current from the connection point J1 to generate a positive current amplified signal.
The power transistor 143 is connected to the lower voltage amplified signal S15.
f is amplified by a negative current from the connection point J2 to generate a negative current amplified signal. Then, the positive current amplified signal and the negative current amplified signal are added in a push-pull form, and the power amplified signal is output from the output terminal 131a.

【0048】パワートランジスタ141,143は、プ
ッシュ・プルに構成されているので、パワートランジス
タ141に流れる電流と、パワートランジスタ143に
流れる電流は、加算、平均され、その結果の電流が、プ
ッシュプル回路131の出力端131aから出力され
る。したがって、出力端131aからの電圧の信号波形
は、図6の波形S131aとなり、波形S15eとS15fとの中
間点となっている。
Since the power transistors 141 and 143 are configured as a push-pull, the current flowing through the power transistor 141 and the current flowing through the power transistor 143 are added and averaged, and the resulting current is added to the push-pull circuit. 131 is output from the output terminal 131a. Therefore, the signal waveform of the voltage from the output terminal 131a becomes the waveform S131a in FIG. 6, which is an intermediate point between the waveforms S15e and S15f.

【0049】これにより、オーディオ信号S21を忠実に
電力増幅することができる。また、電力増幅するための
電流源を波形S16aとS16bの間に制限しているので、電
流が少なくてすむときは低い供給電力で、電流が多く必
要なときは高い供給電力で供給源の電流を制御すること
ができる。したがって、電流供給の効率を上げることが
できる。
Thus, the power of the audio signal S21 can be faithfully amplified. In addition, since the current source for power amplification is limited between the waveforms S16a and S16b, the current of the supply source is set to a low supply power when the current is small, and to a high supply power when a large current is required. Can be controlled. Therefore, the efficiency of current supply can be increased.

【0050】ここで、図5(b)で示したパッシブフィル
タ3から出力される信号は、信号入力端21から入力さ
れた基のオーディオ信号に対してパッシブフィルタ3に
よって遅延時間τだけ遅延した波形となっている。この
ため、信号入力端21から入力されたオーディオ信号を
直接リニア電圧増幅器15の入力端15aに入力した場
合、波形S16a及びS16bは、図7で示すように、波形S
131aに対して共に遅延時間τだけ遅延した波形となる。
Here, the signal output from the passive filter 3 shown in FIG. 5B has a waveform obtained by delaying the original audio signal input from the signal input terminal 21 by the delay time τ by the passive filter 3. It has become. Therefore, when the audio signal input from the signal input terminal 21 is directly input to the input terminal 15a of the linear voltage amplifier 15, the waveforms S16a and S16b become the waveform S16 as shown in FIG.
Both waveforms are delayed with respect to 131a by the delay time τ.

【0051】このことから、位相補正回路7は、信号入
力端21から入力されたオーディオ信号を、遅延時間τ
だけ遅延させてリニア電圧増幅器15の入力端15aに
出力する。このように、D級電力増幅器2の出力端2e
に接続したパッシブフィルタ3の位相特性に類似したア
クティブフィルタをリニア電圧増幅器15の入力端15
aに接続することにより、音声信号における高域周波
数、例えば10KHz以上の周波数まで正確にトラッキ
ングでき、位相のずれによって生じるひずみや妨害雑音
の発生を防止することができる。
Accordingly, the phase correction circuit 7 converts the audio signal input from the signal input terminal 21 into the delay time τ
The signal is output to the input terminal 15a of the linear voltage amplifier 15 after being delayed by only Thus, the output terminal 2e of the class D power amplifier 2
An active filter similar to the phase characteristic of the passive filter 3 connected to the
By connecting to a, it is possible to accurately track up to a high band frequency in the audio signal, for example, a frequency of 10 KHz or more, and it is possible to prevent distortion and interference noise caused by a phase shift.

【0052】以下、更に具体的な例について説明する。
無信号のPWMスイッチングキャリア周波数をオーディ
オ周波数の上限値である20KHzよりはるかに大きな
500KHz付近に設定することが可能である。しか
も、電力効率は例えば90%を目標に開発することも可
能である。この自励式D級電力増幅器2の電圧利得は、
抵抗42と抵抗43の比で決定する。ここに抵抗42の
抵抗値をR42とし、抵抗43の抵抗値をR43とすれば、
D級電力増幅器2の電圧利得=R43/R42となる。
Hereinafter, more specific examples will be described.
It is possible to set the PWM switching carrier frequency of no signal around 500 KHz, which is much higher than the upper limit of the audio frequency of 20 KHz. Moreover, the power efficiency can be developed with a target of, for example, 90%. The voltage gain of this self-excited class D power amplifier 2 is
It is determined by the ratio of the resistance 42 and the resistance 43. If the resistance value of the resistor 42 is R42 and the resistance value of the resistor 43 is R43,
The voltage gain of the class D power amplifier 2 = R43 / R42.

【0053】一方、リニア電力増幅器6に入力されたオ
ーディオ信号はリニア電圧増幅器15で電圧増幅され
る。リニア電圧増幅器15は正の電源端15bとリニア
電圧増幅器の負の電源端15cに固定電源より電圧供給
されるが、あらかじめ十分に高周波雑音の無い電源から
供給できるとすれば、高周波雑音の無い純粋なオーディ
オ信号の電圧増幅部として機能することが期待できる。
On the other hand, the audio signal input to the linear power amplifier 6 is voltage-amplified by the linear voltage amplifier 15. The linear voltage amplifier 15 is supplied with a voltage from a fixed power supply to the positive power supply terminal 15b and the negative power supply terminal 15c of the linear voltage amplifier. It can be expected to function as a voltage amplifying unit for a simple audio signal.

【0054】次に、コンプリメンタリ出力器16にはリ
ニア電圧増幅器15の第1の出力端15eとリニア電圧
増幅器15の第2の出力端15fを通じて高周波雑音の
無い純粋なオーディオ出力信号が入力され、オーディオ
出力信号はコンプリメンタリ出力器16を通じて電力変
換されて高効率電力増幅装置1の出力端をなす出力端1
6eから出力される。
Next, a pure audio output signal without high-frequency noise is input to the complementary output device 16 through the first output terminal 15e of the linear voltage amplifier 15 and the second output terminal 15f of the linear voltage amplifier 15, and The output signal is power-converted through the complementary output device 16 and the output terminal 1 serving as the output terminal of the high-efficiency power amplifier 1 is output.
6e.

【0055】このリニア電力増幅器6の電圧利得は、抵
抗91と抵抗92の比で決定する。ここに抵抗91の抵
抗値をR91とし、抵抗92の抵抗値をR92とすれば、リ
ニア電力増幅器6の電圧利得=R92/R91となる。
The voltage gain of the linear power amplifier 6 is determined by the ratio between the resistors 91 and 92. Here, assuming that the resistance value of the resistor 91 is R91 and the resistance value of the resistor 92 is R92, the voltage gain of the linear power amplifier 6 = R92 / R91.

【0056】D級電力増幅器2の出力端2eのPWM信
号は、2次のパッシブローパスフィルタ3で復調される
が、例えばPWMスイッチングキャリア周波数成分を約
40dB減衰できたとしても、仮にPWMスイッチング
パルスの振幅が±50Vであるとすると、約1VのPW
Mスイッチングキャリア周波数成分が2次のパッシブフ
ィルタ3の出力端3bに生ずることになる。したがっ
て、正のフローティング電圧源4と負のフローティング
電圧源5を通じて、コンプリメンタリ出力器16の正の
電源端16aと負の電源端16bに同一のPWMスイッ
チングキャリア周波数成分をもったオーディオ出力信号
が入力されるとみなすことができる。
The PWM signal at the output terminal 2 e of the class D power amplifier 2 is demodulated by the secondary passive low-pass filter 3. Even if the PWM switching carrier frequency component can be attenuated by about 40 dB, for example, the PWM switching pulse Assuming that the amplitude is ± 50 V, a PW of about 1 V
The M switching carrier frequency component is generated at the output terminal 3b of the secondary passive filter 3. Therefore, an audio output signal having the same PWM switching carrier frequency component is input to the positive power supply terminal 16a and the negative power supply terminal 16b of the complementary output device 16 through the positive floating voltage source 4 and the negative floating voltage source 5. Can be considered.

【0057】ここに、D級電力増幅器2の電圧利得=R
43/R42とリニア電力増幅器6の電圧利得=R92/R91
とをほぼ同一の電圧利得に設定すると、オーディオ出力
信号は正のフローティング電圧源4と負のフローティン
グ電圧源5とのほぼ中間の電圧値を維持しながら動作す
る。電力損失を最小限に抑えるには、正のフローティン
グ電圧源4の電圧値と負のフローティング電圧源5の電
圧値を最小化すればよく、例えば±5Vで動作できれ
ば、±50Vのリニア電力増幅器と比較すると、電力損
失は約1/10に低下することになる。
Here, the voltage gain of the class D power amplifier 2 = R
43 / R42 and the voltage gain of the linear power amplifier 6 = R92 / R91
Are set to have substantially the same voltage gain, the audio output signal operates while maintaining a voltage value substantially intermediate between the positive floating voltage source 4 and the negative floating voltage source 5. In order to minimize the power loss, the voltage value of the positive floating voltage source 4 and the voltage value of the negative floating voltage source 5 may be minimized. For example, if the operation can be performed at ± 5 V, a linear power amplifier of ± 50 V may be used. By comparison, the power loss will be reduced to about 1/10.

【0058】図8、図9を参照して、コンプリメンタリ
出力器16の高周波雑音を抑圧する原理を説明する。図
8はコンプリメンタリ出力器16の高周波雑音を抑圧す
る原理を説明する等価回路図である。図8において、1
60Aは正のフローティング電圧源4からコンプリメン
タリ出力器16の正の電源端16aを通じて高効率電力
増幅装置1の出力端16eに伝達する高周波雑音源であ
る。160Bは負のフローティング電圧源5からコンプ
リメンタリ出力器16の負の電源端16bを通じて高効
率電力増幅装置1の出力端16eに伝達する高周波雑音
源である。161はコンプリメンタリ出力器16の正の
等価出力抵抗、162はコンプリメンタリ出力器16の
正の等価出力容量、163はコンプリメンタリ出力器1
6の負の等価出力抵抗、164はコンプリメンタリ出力
器16の負の等価出力容量、165はスピーカ端負荷抵
抗である。
Referring to FIGS. 8 and 9, the principle of suppressing the high frequency noise of the complementary output unit 16 will be described. FIG. 8 is an equivalent circuit diagram for explaining the principle of suppressing the high-frequency noise of the complementary output device 16. In FIG. 8, 1
Reference numeral 60A denotes a high-frequency noise source that transmits from the positive floating voltage source 4 to the output terminal 16e of the high-efficiency power amplifier 1 through the positive power supply terminal 16a of the complementary output device 16. 160B is a high-frequency noise source that transmits from the negative floating voltage source 5 to the output terminal 16e of the high-efficiency power amplifier 1 through the negative power supply terminal 16b of the complementary output device 16. 161 is the positive equivalent output resistance of the complementary output unit 16, 162 is the positive equivalent output capacitance of the complementary output unit 16, and 163 is the complementary output unit 1
Reference numeral 6 denotes a negative equivalent output resistance, 164 denotes a negative equivalent output capacitance of the complementary output unit 16, and 165 denotes a speaker end load resistance.

【0059】次に図8の等価回路の動作を説明する。2
次のパッシブフィルタ3の出力端3bを仮想グランドと
して、高周波雑音源160Aと高周波雑音源160Bと
は互いに逆相成分とみなせる。したがって、コンプリメ
ンタリ出力器16の正の等価出力抵抗161と正の等価
出力容量162、コンプリメンタリ出力器16の負の等
価出力抵抗163と負の等価出力容量164がそれぞれ
極めてよく一致した値をもつならば、低周波領域から高
周波領域まで大きな減衰量をもたせることができる。し
たがって、高周波雑音を効果的に抑圧するコンプリメン
タリ出力器16の回路構成は、本実施の形態のような等
価出力抵抗の大きな帰還タイプのものが優れている。ま
たシリコンパワートランジスタの物理構造上、コレクタ
電極はシリコンの裏面に相当するので、エミッタ電極に
比較して接地グランド間のストレー容量が大きい。この
点からも、エミッタ電極が高周波雑音源にある方が、接
地グランド間とのストレー容量が小さい分だけ優れてい
るといえる。
Next, the operation of the equivalent circuit of FIG. 8 will be described. 2
With the next output terminal 3b of the passive filter 3 as a virtual ground, the high-frequency noise source 160A and the high-frequency noise source 160B can be regarded as mutually opposite-phase components. Therefore, if the positive equivalent output resistance 161 and the positive equivalent output capacitance 162 of the complementary output device 16 and the negative equivalent output resistance 163 and the negative equivalent output capacitance 164 of the complementary output device 16 have very well matched values, respectively. In addition, a large amount of attenuation can be provided from a low frequency region to a high frequency region. Therefore, as a circuit configuration of the complementary output device 16 that effectively suppresses high-frequency noise, a feedback type device having a large equivalent output resistance as in the present embodiment is excellent. In addition, since the collector electrode corresponds to the back surface of silicon due to the physical structure of the silicon power transistor, the stray capacitance between the ground and the ground is larger than that of the emitter electrode. From this point as well, it can be said that when the emitter electrode is in the high-frequency noise source, the stray capacitance between the ground and the ground is small, so that it is superior.

【0060】実際の数値を使って計算すると、1例とし
て、正の等価出力抵抗161が10KΩ、負の等価出力
抵抗163が9KΩ、スピーカ負荷抵抗165が10Ω
であると仮定すると、高周波雑音の抑圧比は80dBと
なり、雑音源が1Vの振幅があると仮定すると、その1
/10000の100μVにまで低下させることでき
る。
When calculated using actual numerical values, for example, the positive equivalent output resistance 161 is 10 KΩ, the negative equivalent output resistance 163 is 9 KΩ, and the speaker load resistance 165 is 10 Ω.
, The suppression ratio of high-frequency noise is 80 dB, and assuming that the noise source has an amplitude of 1 V,
/ 10000 to 100 μV.

【0061】図9は、コンプリメンタリ出力器16の減
衰量の周波数特性を示している。図9からわかるよう
に、正の等価出力容量162と負の等価出力容量164
が完全に一致していれば、無限大の周波数まで確実な減
衰量が期待できる。
FIG. 9 shows the frequency characteristic of the amount of attenuation of the complementary output device 16. As can be seen from FIG. 9, the positive equivalent output capacitance 162 and the negative equivalent output capacitance 164
Is completely matched, a certain amount of attenuation can be expected up to an infinite frequency.

【0062】ここで、図3のプッシュプル回路131を
3段構成の帰還タイプのエミッタフォロワとしてコンプ
リメンタリ動作するように構成してもよく、図10は、
このようにした場合における、プッシュプル回路131
の他の例を示した回路図である。図10において、図3
との相違点は、パワートランジスタ141をpnpトラ
ンジスタ171でドライブし、該pnpトランジスタ1
71をnpnトランジスタ172でドライブするように
したことと、パワートランジスタ143をnpnトラン
ジスタ173でドライブし、該npnトランジスタ17
3をpnpトランジスタ174でドライブするようにし
たことにある。
Here, the push-pull circuit 131 of FIG. 3 may be configured as a three-stage feedback type emitter follower so as to perform a complementary operation.
In this case, the push-pull circuit 131
FIG. 6 is a circuit diagram showing another example of the embodiment. In FIG. 10, FIG.
The difference is that the power transistor 141 is driven by a pnp transistor 171 and the pnp transistor 1
71 is driven by an npn transistor 172, and the power transistor 143 is driven by an npn transistor 173.
3 is driven by a pnp transistor 174.

【0063】トランジスタ171及び173は、互いに
コンプリメンタリ特性を有し、同様に、トランジスタ1
72及び174は互いにコンプリメンタリ特性を有して
いる。抵抗175はpnpトランジスタ171のエミッ
タ抵抗を、抵抗176はnpnトランジスタ172のコ
レクタ抵抗をなしている。また、抵抗177はnpnト
ランジスタ173のエミッタ抵抗を、抵抗178はpn
pトランジスタ174のコレクタ抵抗をなしている。こ
のように、3段構成の帰還タイプのエミッタフォロワと
してコンプリメンタリ動作させることによって、より等
価出力抵抗の大きいコンプリメンタリ出力器16を実現
することができる。
The transistors 171 and 173 have complementary characteristics with each other.
72 and 174 have complementary characteristics to each other. The resistor 175 forms the emitter resistance of the pnp transistor 171, and the resistor 176 forms the collector resistance of the npn transistor 172. The resistor 177 represents the emitter resistance of the npn transistor 173, and the resistor 178 represents the pn transistor.
It forms the collector resistance of the p-transistor 174. In this way, by performing a complementary operation as a feedback-type emitter follower having a three-stage configuration, a complementary output device 16 having a larger equivalent output resistance can be realized.

【0064】また、図3及び図10におけるプッシュプ
ル回路131では、帰還タイプのエミッタフォロワとし
てコンプリメンタリ動作を行う場合を例にして説明した
が、エミッタフォロワとしてコンプリメンタリ動作を行
うようにしてもよい。このようにした場合における、2
段構成のエミッタフォロワを形成したプッシュプル回路
131の回路例をプッシュプル回路131aとして図1
1に、3段構成のエミッタフォロワを形成したプッシュ
プル回路131の回路例をプッシュプル回路131bと
して図12にそれぞれ示す。
In the push-pull circuit 131 shown in FIGS. 3 and 10, a case where a complementary operation is performed as a feedback type emitter follower has been described as an example. However, a complementary operation may be performed as an emitter follower. In this case, 2
A circuit example of a push-pull circuit 131 having a staged emitter follower is shown as a push-pull circuit 131a in FIG.
FIG. 12 shows an example of a push-pull circuit 131 having a three-stage emitter follower as a push-pull circuit 131b.

【0065】図11において、プッシュプル回路131
aは、npnパワートランジスタ141a、該パワート
ランジスタ141aをドライブするnpnトランジスタ
142a、npnパワートランジスタ143a、該パワ
ートランジスタ143aをドライブするnpnトランジ
スタ144a、及び抵抗145a〜148aで構成され
ている。
In FIG. 11, a push-pull circuit 131
a includes an npn power transistor 141a, an npn transistor 142a that drives the power transistor 141a, an npn power transistor 143a, an npn transistor 144a that drives the power transistor 143a, and resistors 145a to 148a.

【0066】パワートランジスタ141a及び143a
は、互いにコンプリメンタリ特性を有し、同様に、トラ
ンジスタ142a及び144aは互いにコンプリメンタ
リ特性を有している。抵抗145aはnpnトランジス
タ142aのエミッタ抵抗を、抵抗146aはnpnト
ランジスタ144aのコレクタ抵抗及びパワートランジ
スタ143aのベース抵抗をなしており、抵抗147a
はパワートランジスタ141aのエミッタ抵抗を、抵抗
148aはnpnトランジスタ143aのコレクタ抵抗
をなしている。
Power transistors 141a and 143a
Have complementary characteristics to each other, and similarly, the transistors 142a and 144a have complementary characteristics to each other. The resistor 145a forms the emitter resistance of the npn transistor 142a, the resistor 146a forms the collector resistance of the npn transistor 144a and the base resistance of the power transistor 143a, and the resistance 147a
Represents the emitter resistance of the power transistor 141a, and the resistor 148a represents the collector resistance of the npn transistor 143a.

【0067】図12において、プッシュプル回路131
bは、pnpパワートランジスタ141b、該パワート
ランジスタ141bをドライブするnpnトランジスタ
171b、該npnトランジスタ171bをドライブす
るnpnトランジスタ172b、pnpパワートランジ
スタ143b、該パワートランジスタ143bをドライ
ブするpnpトランジスタ173b、該pnpトランジ
スタ173bをドライブするpnpトランジスタ174
b、及び抵抗147b,148b,181,182で構
成されている。
In FIG. 12, a push-pull circuit 131
b denotes a pnp power transistor 141b, an npn transistor 171b driving the power transistor 141b, an npn transistor 172b driving the npn transistor 171b, a pnp power transistor 143b, a pnp transistor 173b driving the power transistor 143b, and the pnp transistor 173b. Drive transistor 174
b, and resistors 147b, 148b, 181, and 182.

【0068】パワートランジスタ141b及び143
b、トランジスタ171b及び173b、トランジスタ
172b及び174bは、それぞれ互いにコンプリメン
タリ特性を有している。抵抗147bはパワートランジ
スタ141bのエミッタ抵抗を、抵抗148bはpnp
トランジスタ143bのエミッタ抵抗をなしている。抵
抗181は、トランジスタ171b及び173bの各エ
ミッタ抵抗を、抵抗182は、トランジスタ172b及
び174bの各エミッタ抵抗をそれぞれなしている。
Power transistors 141b and 143
b, transistors 171b and 173b, and transistors 172b and 174b have complementary characteristics with each other. The resistor 147b is an emitter resistor of the power transistor 141b, and the resistor 148b is a pnp
It forms the emitter resistance of the transistor 143b. The resistor 181 serves as an emitter resistor of each of the transistors 171b and 173b, and the resistor 182 serves as an emitter resistor of each of the transistors 172b and 174b.

【0069】このように、図11及び図12で示したプ
ッシュプル回路は、帰還タイプのエミッタフォロワより
等価出力抵抗は大きくはないが、帰還に伴う発振安定度
の問題の心配はなく安定したコンプリメンタリ出力器を
実現することができる。なお、図11及び図12で示し
ているように、プッシュプル回路のアイドリング電流を
決定するリニア電圧増幅器6の定電圧バイアスダイオー
ド群115のダイオード数を変えてバイアス値を変える
ことにより、いわゆるA級、AB級、B級のバイアスを
設定することができる。
As described above, in the push-pull circuit shown in FIGS. 11 and 12, the equivalent output resistance is not larger than that of the feedback type emitter follower. An output device can be realized. As shown in FIGS. 11 and 12, by changing the bias value by changing the number of diodes of the constant voltage bias diode group 115 of the linear voltage amplifier 6 that determines the idling current of the push-pull circuit, a so-called class A is achieved. , AB, and B biases can be set.

【0070】次に、図13は、図1のパッシブフィルタ
3の実装例を示した図である。図13において、190
は金属基板、191は金属基板190上に絶縁されて形
成した銅箔パターンである。すなわち、192は2次パ
ッシブフィルタの入力端を形成し、193は所定の幅を
持った渦巻き状の銅箔パターンでコイルを形成する。1
94はワイヤボンディングされたアルミワイヤ、195
はボンディングパッド、196はチップコンデンサ、1
97はチップ抵抗、198は2次のパッシブフィルタの
出力端、199は2次のパッシブフィルタのグランド端
である。図14は、図13のパッシブフィルタの回路図
を示し、回路構成上対応する部分には、同じ符号が用い
られている。
FIG. 13 is a diagram showing an example of mounting the passive filter 3 of FIG. In FIG.
Denotes a metal substrate, and 191 denotes a copper foil pattern formed on the metal substrate 190 by insulation. That is, 192 forms an input end of the secondary passive filter, and 193 forms a coil with a spiral copper foil pattern having a predetermined width. 1
94 is an aluminum wire bonded by wire bonding, 195
Is a bonding pad, 196 is a chip capacitor, 1
Reference numeral 97 denotes a chip resistor, 198 denotes an output terminal of the secondary passive filter, and 199 denotes a ground terminal of the secondary passive filter. FIG. 14 shows a circuit diagram of the passive filter of FIG. 13, and the same reference numerals are used for corresponding portions in the circuit configuration.

【0071】図13及び図14は、2次のパッシブフィ
ルタ3の金属基板上に実装するための基本構成であり、
銅箔のシート抵抗値を利用すれば、銅箔幅をコントロー
ルすることにより所定の等価直列抵抗値を持ったコイル
形成が可能であり、大電力チップ低抵抗が不要であるこ
とを示すものである。したがって、チップコンデンサと
で構成された2次のパッシブフィルタ3は極めて安価で
信頼性の高いフィルタを実現することができる。
FIGS. 13 and 14 show a basic configuration for mounting the secondary passive filter 3 on a metal substrate.
If the sheet resistance value of the copper foil is used, it is possible to form a coil having a predetermined equivalent series resistance value by controlling the width of the copper foil, which indicates that a high power chip and low resistance are not required. . Therefore, the secondary passive filter 3 including the chip capacitor can realize an extremely inexpensive and highly reliable filter.

【0072】なお、本実施の形態では、パッシブフィル
タ3を2ポールのフィルタで形成した場合を例にして示
したが、本発明は、これに限定するものではなく、パッ
シブフィルタ3をn(nは自然数)ポールのフィルタで
形成し、該パッシブフィルタ3と同じポール数のフィル
タで位相補正回路7を形成するものである。また、図4
では、位相補正回路7をアクティブフィルタで形成した
場合を例にして示したが、位相補正回路7を図15で示
すようにパッシブローパスフィルタで形成してもよい。
図15においても、位相補正回路7を形成するパッシブ
フィルタは、パッシブフィルタ3のポール数と同じポー
ル数のフィルタで形成され、図1のパッシブフィルタ3
が、2ポールのフィルタで形成されていることから、2
ポールのフィルタを形成している。
In the present embodiment, the case where the passive filter 3 is formed by a two-pole filter has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. Is a natural number) pole filter, and the phase correction circuit 7 is formed by a filter having the same number of poles as the passive filter 3. FIG.
Although the case where the phase correction circuit 7 is formed by an active filter has been described as an example, the phase correction circuit 7 may be formed by a passive low-pass filter as shown in FIG.
Also in FIG. 15, the passive filter forming the phase correction circuit 7 is formed of a filter having the same number of poles as the number of poles of the passive filter 3, and the passive filter 3 of FIG.
Is formed by a two-pole filter,
A pole filter is formed.

【0073】(第2の実施の形態)第1の実施の形態で
は位相補正回路7を設けたが、位相補正をリニア電圧増
幅器で行うようにしてもよく、このようにしたものを本
発明の第2の実施の形態とする。図16は、本発明の第
2の実施の形態における高効率電力増幅装置の基本構成
を示した概略のブロック図である。なお、図16では、
図1と同じものは同じ符号で示しており、ここではその
説明を省略すると共に図1との相違点のみ説明する。
(Second Embodiment) In the first embodiment, the phase correction circuit 7 is provided. However, the phase correction may be performed by a linear voltage amplifier. A second embodiment is assumed. FIG. 16 is a schematic block diagram showing a basic configuration of a high-efficiency power amplifier according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 16,
The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted, and only different points from FIG. 1 will be described.

【0074】図16における図1との相違点は、図1の
位相補正回路7をなくし、図1のリニア電圧増幅器15
の回路構成を変え位相補正をリニア電圧増幅器で行うよ
うにして、図1のリニア電圧増幅器15をリニア電圧増
幅器212にし、これに伴って図1のリニア電力増幅器
6をリニア電力増幅器211にすると共に図1の高効率
電力増幅装置1を高効率電力増幅装置210としたこと
にある。
FIG. 16 differs from FIG. 1 in that the phase correction circuit 7 in FIG. 1 is eliminated and the linear voltage amplifier 15 in FIG.
1 is changed to a linear voltage amplifier 212, and the linear power amplifier 6 of FIG. 1 is changed to a linear power amplifier 211. The high efficiency power amplifier 1 of FIG.

【0075】図16において、高効率電力増幅装置21
0は、D級電力増幅器2と、パッシブフィルタ3と、正
のフローティング電圧源4と、負のフローティング電圧
源5と、オーディオ信号の電力増幅を行うリニア電力増
幅器211とで構成されている。リニア電力増幅器21
1は、リニア回路で形成されたリニア電圧増幅器212
及びコンプリメンタリ出力器16で形成されており、リ
ニア電圧増幅器212は、信号入力端21から入力され
たオーディオ信号の位相補正を行う以外は図1のリニア
電圧増幅器15と同様の動作を行う。
In FIG. 16, the high efficiency power amplifier 21
Numeral 0 includes a class D power amplifier 2, a passive filter 3, a positive floating voltage source 4, a negative floating voltage source 5, and a linear power amplifier 211 for amplifying power of an audio signal. Linear power amplifier 21
1 is a linear voltage amplifier 212 formed by a linear circuit.
The linear voltage amplifier 212 performs the same operation as the linear voltage amplifier 15 in FIG. 1 except that the linear voltage amplifier 212 corrects the phase of the audio signal input from the signal input terminal 21.

【0076】図17は、図16で示したリニア電圧増幅
器212の回路例を示した図である。なお、図17で
は、図3で示したものと同じものは同じ符号で示してお
り、ここではその説明を省略すると共に、図3のリニア
電圧増幅器15との相違点のみ説明する。図17におけ
る図3との相違点は、コンデンサ215を追加したこと
にある。図17において、コンデンサ215は、抵抗9
1における演算増幅器94の反転入力端側と接地との間
に接続されている。
FIG. 17 is a diagram showing a circuit example of the linear voltage amplifier 212 shown in FIG. In FIG. 17, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and only the differences from the linear voltage amplifier 15 of FIG. 3 will be described. 17 differs from FIG. 3 in that a capacitor 215 is added. In FIG. 17, a capacitor 215 is connected to a resistor 9
1 is connected between the inverting input terminal side of the operational amplifier 94 and the ground.

【0077】抵抗91及びコンデンサ215は、演算増
幅器94の入力回路217を形成し、抵抗92及びコン
デンサ93は、演算増幅器94の帰還回路218を形成
している。該入力回路217でフィルタの1ポール、該
帰還回路218でフィルタの1ポールにそれぞれ相当
し、入力回路217及び帰還回路218の各抵抗及び各
コンデンサの値を調整することによって、信号入力端2
1から入力されるオーディオ信号の位相補正を行うこと
ができる。
The resistor 91 and the capacitor 215 form an input circuit 217 of the operational amplifier 94, and the resistor 92 and the capacitor 93 form a feedback circuit 218 of the operational amplifier 94. The input circuit 217 corresponds to one pole of the filter and the feedback circuit 218 corresponds to one pole of the filter. By adjusting the values of the resistors and the capacitors of the input circuit 217 and the feedback circuit 218, the signal input terminal 2 is adjusted.
The phase correction of the audio signal input from 1 can be performed.

【0078】このように、信号入力端21から入力され
るオーディオ信号の位相補正をリニア電圧増幅器で行う
ことができ、位相補正回路を別途設ける必要がないため
コストの削減を図ることができる。なお、本実施の形態
においても、パッシブフィルタ3を2ポールのフィルタ
で形成した場合を例にして示したが、本発明は、これに
限定するものではなく、パッシブフィルタ3をn(nは
自然数)ポールのフィルタで形成し、該パッシブフィル
タ3と同じポール数をなすようにリニア電圧増幅器21
2内の入力回路217及び帰還回路218を形成するも
のである。
As described above, the phase correction of the audio signal input from the signal input terminal 21 can be performed by the linear voltage amplifier, and the cost can be reduced since there is no need to separately provide a phase correction circuit. In the present embodiment, the case where the passive filter 3 is formed of a two-pole filter has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the passive filter 3 is formed of n (n is a natural number). ) The linear voltage amplifier 21 is formed by a pole filter and has the same number of poles as the passive filter 3.
2 form an input circuit 217 and a feedback circuit 218.

【0079】(第3の実施の形態)第1及び第2の実施の
形態では、正のフローティング電圧源4と負のフローテ
ィング電圧源5を形成する際、トランス150、ダイオ
ードブリッジ回路151及び平滑用コンデンサ152,
153といった部品を必要としたため、更なる集積化を
図ることが困難でありコストを更に低下させることがで
きなかった。そこで、本第3の実施の形態では、集積化
が困難な部品を使用することなく第1及び第2の実施の
形態と同様の効果を得ることができる高効率電力増幅装
置について説明する。なお、本実施の形態では、第1の
実施の形態の回路構成を例にして説明するが、第2の実
施の形態の場合においても同様であるのでその説明を省
略する。
(Third Embodiment) In the first and second embodiments, when forming the positive floating voltage source 4 and the negative floating voltage source 5, the transformer 150, the diode bridge circuit 151 and the smoothing Capacitor 152,
Since components such as 153 were required, further integration was difficult, and the cost could not be further reduced. Therefore, in the third embodiment, a description is given of a high-efficiency power amplifying device that can obtain the same effects as those of the first and second embodiments without using components that are difficult to integrate. In the present embodiment, the circuit configuration of the first embodiment will be described as an example. However, the same applies to the case of the second embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0080】図18は、本発明の第3の実施の形態にお
ける高効率電力増幅装置の基本構成を示した概略のブロ
ック図である。なお、図18では、図1と同じものは同
じ符号で示しておりここではその説明を省略すると共
に、図1との相違点のみ説明する。図18における図1
との相違点は、図1の正のフローティング電圧源4と負
のフローティング電圧源5をなくし、実質的に同一の回
路構成を有する、2つのD級電力増幅器2A及び2B、
並びに2つのパッシブフィルタ3A及び3Bを設けると
共に信号入力端21側に第1のバイアス電源221と第
2のバイアス電源222を設けたことにある。これらの
ことから、図1の高効率電力増幅装置1を高効率電力増
幅装置220とする。
FIG. 18 is a schematic block diagram showing a basic configuration of a high-efficiency power amplifier according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 18, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted, and only the differences from FIG. 1 will be described. FIG. 1 in FIG.
The difference between the first and second class D power amplifiers 2A and 2B is that the positive floating voltage source 4 and the negative floating voltage source 5 shown in FIG.
In addition, two passive filters 3A and 3B are provided, and a first bias power supply 221 and a second bias power supply 222 are provided on the signal input terminal 21 side. For these reasons, the high-efficiency power amplifier 1 of FIG.

【0081】図18において、一方のパッシブフィルタ
3Aの出力端3Abはコンプリメンタリ出力器16の正
の電源端16aに接続され、該パッシブフィルタ3Aに
接続されているD級電力増幅器2Aの入力端2Aaと位
相補正回路7の入力端7aとの間に第1のバイアス電源
221が接続されている。また、他方のパッシブフィル
タ3Bの出力端3Bbはコンプリメンタリ出力器16の
負の電源端16bに接続され、該パッシブフィルタ3B
に接続されているD級電力増幅器2Bの入力端2Baと
位相補正回路7の入力端7aとの間に第2のバイアス電
源222が接続されている。
In FIG. 18, the output terminal 3Ab of one passive filter 3A is connected to the positive power supply terminal 16a of the complementary output device 16, and the input terminal 2Aa of the class D power amplifier 2A connected to the passive filter 3A is connected to the output terminal 3Ab. A first bias power supply 221 is connected between the input terminal 7a of the phase correction circuit 7 and the input terminal 7a. The output terminal 3Bb of the other passive filter 3B is connected to the negative power supply terminal 16b of the complementary output device 16, and the passive filter 3B
The second bias power supply 222 is connected between the input terminal 2Ba of the class D power amplifier 2B and the input terminal 7a of the phase correction circuit 7.

【0082】図18で示した高効率電力増幅装置220
において、リニア電力増幅器6及び位相補正回路7は、
図1及び図3に示されたものと同じである。更に、D級
電力増幅器2A及び2Bは、いずれも図1、図2に示し
たD級電力増幅器2と実質的に同一の回路構成を有する
と共に、パッシブフィルタ3A及び3Bは、いずれも図
1に示したパッシブフィルタ3と実質同一の回路構成を
有するものである。ただし、図1で示した高効率電力増
幅装置1と比べて、より多くの電流が各D級電力増幅器
や各パッシブフィルタに流れることとなる。このよう
に、本実施の形態においては、図3に示されたトランス
150、ダイオードのブリッジ回路151、平滑用コン
デンサ152,153が不要となり、回路構成をより縮
小化、安価にすることができる。
The high efficiency power amplifier 220 shown in FIG.
, The linear power amplifier 6 and the phase correction circuit 7
It is the same as that shown in FIG. 1 and FIG. Further, both the class D power amplifiers 2A and 2B have substantially the same circuit configuration as the class D power amplifier 2 shown in FIGS. 1 and 2, and the passive filters 3A and 3B are both shown in FIG. It has substantially the same circuit configuration as the passive filter 3 shown. However, as compared with the high-efficiency power amplifier 1 shown in FIG. 1, a larger amount of current flows through each class D power amplifier and each passive filter. As described above, in the present embodiment, the transformer 150, the diode bridge circuit 151, and the smoothing capacitors 152 and 153 shown in FIG. 3 are not required, and the circuit configuration can be further reduced and the cost can be reduced.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上のように本発明は、D級電力増幅器
の復調部分に等価的なアクティブフィルタを挿入するこ
とにより、高効率性を犠牲にすることなく極めて高周波
雑音の少ない高効率電力装置を可能にするもので、オー
ディオ用途のみならず、高効率が要求される電力制御分
野全般にわたって、広範囲な応用が期待できる。
As described above, according to the present invention, by inserting an equivalent active filter in the demodulation part of a class D power amplifier, a high-efficiency power device with extremely low high-frequency noise without sacrificing high efficiency. It is expected to have a wide range of applications not only in audio applications but also in the entire power control field where high efficiency is required.

【0084】また、信号入力端から入力された信号は、
位相補正回路で位相補正を行った後リニア電圧増幅器で
電圧増幅を行うことによって、又はリニア電圧増幅器
で、具体的にはリニア電圧増幅器における演算増幅器の
入力回路及び帰還回路で位相補正を行って、パッシブロ
ーパスフィルタによって生じる信号遅延に対する位相補
正を行うことができる。特にオーディオ用途で使用した
場合、音声信号における高域周波数、例えば10KHz
以上の周波数まで正確にトラッキングでき、位相のずれ
によって生じるひずみや妨害雑音の発生を防止すること
ができる。
The signal input from the signal input terminal is
By performing voltage amplification with a linear voltage amplifier after performing phase correction with a phase correction circuit, or with a linear voltage amplifier, specifically, performing phase correction with an input circuit and a feedback circuit of an operational amplifier in a linear voltage amplifier, Phase correction can be performed for the signal delay caused by the passive low-pass filter. In particular, when used for audio applications, a high frequency band in an audio signal, for example, 10 KHz
It is possible to accurately track up to the above frequencies, and to prevent distortion and interference noise caused by a phase shift.

【0085】本発明の以上の説明により、本発明は種々
の変形が可能であることが明らかであろう。これらの変
形は、本発明の範囲から逸脱するものと見倣すべきでは
なく、当業者に明らかであると考えられる全てのこの様
な変形例は、本発明の特許請求の範囲に含まれるものと
される。
From the above description of the present invention, it will be apparent that the invention is capable of various modifications. These modifications should not be deemed to depart from the scope of the invention, and all such modifications that would be apparent to a person skilled in the art are included in the claims of the invention. It is said.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1の実施の形態による高効率電力
増幅装置の基本構成を示した概略のブロック図である。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a basic configuration of a high-efficiency power amplifier according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1で示したD級電力増幅器2の回路例を示
した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a circuit example of the class D power amplifier 2 shown in FIG.

【図3】 図1で示したリニア電力増幅器6の基本構成
回路の例を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a basic configuration circuit of the linear power amplifier 6 shown in FIG.

【図4】 図1で示した位相補正回路7の回路例を示し
た図である。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit example of the phase correction circuit 7 shown in FIG.

【図5】 図1の主要点における信号波形を示した図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing signal waveforms at main points in FIG. 1;

【図6】 図1の主要点における信号波形を示した図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing signal waveforms at main points in FIG. 1;

【図7】 図1の位相補正回路7の動作を説明するため
の信号波形例を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a signal waveform for explaining the operation of the phase correction circuit 7 of FIG. 1;

【図8】 コンプリメンタリ出力器16の高周波雑音を
抑圧する原理を説明する等価回路図である。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram for explaining the principle of suppressing the high-frequency noise of the complementary output device 16;

【図9】 コンプリメンタリ出力器16の減衰量の周波
数特性を示した図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency characteristic of an attenuation amount of the complementary output device 16;

【図10】 プッシュプル回路131の他の例を示した
回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing another example of the push-pull circuit 131.

【図11】 プッシュプル回路131の他の例を示した
回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing another example of the push-pull circuit 131.

【図12】 プッシュプル回路131の他の例を示した
回路図である。
FIG. 12 is a circuit diagram showing another example of the push-pull circuit 131.

【図13】 図1のパッシブフィルタ3の実装例を示し
た図である。
FIG. 13 is a diagram showing a mounting example of the passive filter 3 of FIG. 1;

【図14】 図13で示したパッシブフィルタの回路図
である。
FIG. 14 is a circuit diagram of the passive filter shown in FIG.

【図15】 位相補正回路7の他の例を示した回路図で
ある。
FIG. 15 is a circuit diagram showing another example of the phase correction circuit 7.

【図16】 本発明の第2の実施の形態による高効率電
力増幅装置の基本構成を示した概略のブロック図であ
る。
FIG. 16 is a schematic block diagram showing a basic configuration of a high-efficiency power amplifier according to a second embodiment of the present invention.

【図17】 図16で示したリニア電圧増幅器212の
回路例を示した図である。
17 is a diagram illustrating a circuit example of the linear voltage amplifier 212 illustrated in FIG.

【図18】 本発明の第3の実施の形態による高効率電
力増幅装置の基本構成を示した概略のブロック図であ
る。
FIG. 18 is a schematic block diagram showing a basic configuration of a high efficiency power amplifier according to a third embodiment of the present invention.

【図19】 従来の高効率電力増幅装置の基本構成を示
した図である。
FIG. 19 is a diagram showing a basic configuration of a conventional high-efficiency power amplifier.

【図20】 従来のパッシブフィルタの特性を示した図
である。
FIG. 20 is a diagram showing characteristics of a conventional passive filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,210,220 高効率電力増幅装置 2,2A,2B D級電力増幅器 3,3A,3B パッシブローパスフィルタ 4 正のフローティング電圧源 5 負のフローティング電圧源 6,211 リニア電力増幅器 15,212 リニア電圧増幅器 16 コンプリメンタリ出力器 21 信号入力端 131,131a,131b プッシュプル回路 190 金属基板 191 銅箔パターン 217 入力回路 218 帰還回路 221 第1のバイアス電源 222 第2のバイアス電源 1,210,220 High-efficiency power amplifier 2,2A, 2B Class D power amplifier 3,3A, 3B Passive low-pass filter 4 Positive floating voltage source 5 Negative floating voltage source 6,211 Linear power amplifier 15,212 Linear voltage Amplifier 16 Complementary output device 21 Signal input terminal 131, 131a, 131b Push-pull circuit 190 Metal substrate 191 Copper foil pattern 217 Input circuit 218 Feedback circuit 221 First bias power supply 222 Second bias power supply

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 信号入力端に入力される入力信号の電力
増幅を行う高効率電力増幅装置において、 信号入力端からの入力信号をパルス幅変調により電力増
幅して出力するPWM電力増幅器と、 該PWM電力増幅器から出力されたパルス幅変調信号を
復調して出力するパッシブローパスフィルタと、 該パッシブローパスフィルタから出力された復調信号を
所定の電圧+DVでシフトさせて正方向電流を供給する
正のフローティング電圧源と、 上記パッシブローパスフィルタから出力された復調信号
を所定の電圧−DVでシフトさせて負方向電流を供給す
る負のフローティング電圧源と、 上記信号入力端から入力される入力信号に対して、上記
パッシブローパスフィルタから出力される信号に対する
位相補正を行う位相補正回路と、 該位相補正回路で位相補正された信号を電圧増幅すると
共に所定の電圧+dV及び−dVでそれぞれシフトさせ
て出力する、リニア回路で構成されたリニア電圧増幅器
と、 上記+dVでシフトされた電圧増幅信号を上記正方向電
流で電流増幅して正方向電流増幅信号を生成すると共
に、上記−dVでシフトされた電圧増幅信号を上記負方
向電流で電流増幅して負方向電流増幅信号を生成し、上
記正方向電流増幅信号及び該負方向電流増幅信号をプッ
シュ・プルの形で加えて電力増幅信号を生成し出力する
出力器と、を備えることを特徴とする高効率電力増幅装
置。
1. A high-efficiency power amplifier for amplifying power of an input signal input to a signal input terminal, comprising: a PWM power amplifier for power-amplifying an input signal from a signal input terminal by pulse width modulation and outputting the amplified signal; A passive low-pass filter that demodulates and outputs a pulse width modulation signal output from the PWM power amplifier; and a positive floating circuit that shifts the demodulated signal output from the passive low-pass filter by a predetermined voltage + DV and supplies a positive current. A voltage source, a negative floating voltage source that shifts the demodulated signal output from the passive low-pass filter by a predetermined voltage −DV and supplies a negative current, and an input signal input from the signal input terminal. A phase correction circuit for performing phase correction on a signal output from the passive low-pass filter, A linear voltage amplifier composed of a linear circuit, which amplifies the signal whose phase has been corrected by the circuit and shifts the signal by a predetermined voltage + dV and -dV, respectively, and outputs the amplified voltage. A current amplification is performed by the direction current to generate a positive direction current amplification signal, and the voltage amplification signal shifted by −dV is current amplified by the negative direction current to generate a negative direction current amplification signal. A high-efficiency power amplifier, comprising: an output unit that generates and outputs a power amplified signal by adding the amplified signal and the negative current amplified signal in a push-pull form.
【請求項2】 信号入力端に入力される入力信号の電力
増幅を行う高効率電力増幅装置において、 信号入力端からの入力信号に対して正方向のバイアス電
圧を加える第1のバイアス電源と、 該正方向にバイアスされた入力信号をパルス幅変調によ
り電力増幅して生成した第1のパルス幅変調信号を出力
する第1のPWM電力増幅器と、 該第1のパルス幅変調信号を復調して生成した第1の復
調信号を出力する第1のパッシブローパスフィルタと、 信号入力端からの入力信号に対して負方向のバイアス電
圧を加える第2のバイアス電源と、 該負方向にバイアスされた入力信号をパルス幅変調によ
り電力増幅して生成した第2のパルス幅変調信号を出力
する第2のPWM電力増幅器と、 該第2のパルス幅変調信号を復調して生成した第2の復
調信号を出力する第2のパッシブローパスフィルタと、 上記信号入力端から入力される入力信号に対して、上記
パッシブローパスフィルタから出力される信号に対する
位相補正を行う位相補正回路と、 該位相補正回路で位相補正された信号を電圧増幅すると
共に所定の電圧+dV及び−dVでそれぞれシフトさせ
て出力する、リニア回路で構成されたリニア電圧増幅器
と、 上記+dVでシフトされた電圧増幅信号を上記第1の復
調信号で電流増幅して正方向電流増幅信号を生成すると
共に、上記−dVでシフトされた電圧増幅信号を上記第
2の復調信号で電流増幅して負方向電流増幅信号を生成
し、上記正方向電流増幅信号及び該負方向電流増幅信号
をプッシュ・プルの形で加えて電力増幅信号を生成し出
力する出力器と、を備えることを特徴とする高効率電力
増幅装置。
2. A high-efficiency power amplifier for amplifying an input signal input to a signal input terminal, comprising: a first bias power supply for applying a positive bias voltage to an input signal from the signal input terminal; A first PWM power amplifier for outputting a first pulse width modulation signal generated by power-amplifying the positively biased input signal by pulse width modulation; and demodulating the first pulse width modulation signal. A first passive low-pass filter for outputting the generated first demodulated signal, a second bias power supply for applying a negative bias voltage to an input signal from a signal input terminal, and the negatively biased input A second PWM power amplifier that outputs a second pulse width modulation signal generated by power-amplifying the signal by pulse width modulation, and a second demodulation generated by demodulating the second pulse width modulation signal A second passive low-pass filter that outputs a signal, a phase correction circuit that performs a phase correction on a signal output from the passive low-pass filter with respect to an input signal input from the signal input terminal, A linear voltage amplifier configured by a linear circuit, which amplifies the phase-corrected signal and outputs the signal by shifting the signal by a predetermined voltage + dV and -dV, respectively; The current is amplified by the demodulation signal to generate a positive current amplification signal, and the voltage amplification signal shifted by -dV is current amplified by the second demodulation signal to generate a negative current amplification signal. An output unit for generating and outputting a power amplification signal by adding the direction current amplification signal and the negative direction current amplification signal in a push-pull form. And a high efficiency power amplifier.
【請求項3】 上記出力器は、コンプリメンタリ回路で
形成されたプッシュプル回路で構成されることを特徴と
する請求項1又は請求項2のいずれかに記載の高効率電
力増幅装置。
3. The high-efficiency power amplifying device according to claim 1, wherein said output device is constituted by a push-pull circuit formed by a complementary circuit.
【請求項4】 上記リニア電圧増幅器及び出力器は、B
級電力増幅器をなすことを特徴とする請求項1から請求
項3のいずれかに記載の高効率電力増幅装置。
4. The linear voltage amplifier and the output device include a B
The high-efficiency power amplifier according to any one of claims 1 to 3, wherein the high-efficiency power amplifier comprises a class power amplifier.
【請求項5】 上記リニア電圧増幅器及び出力器は、A
B級電力増幅器をなすことを特徴とする請求項1から請
求項3のいずれかに記載の高効率電力増幅装置。
5. The linear voltage amplifier and the output device include: A
The high-efficiency power amplifier according to any one of claims 1 to 3, wherein the device comprises a class B power amplifier.
【請求項6】 上記リニア電圧増幅器及び出力器は、A
級電力増幅器をなすことを特徴とする請求項1から請求
項3のいずれかに記載の高効率電力増幅装置。
6. The linear voltage amplifier and the output device include: A
The high-efficiency power amplifier according to any one of claims 1 to 3, wherein the high-efficiency power amplifier comprises a class power amplifier.
【請求項7】 上記パッシブローパスフィルタは、基板
上に形成された渦巻き状の電極で構成されることを特徴
する請求項1又は請求項2のいずれかに記載の高効率電
力増幅装置。
7. The high-efficiency power amplifying device according to claim 1, wherein said passive low-pass filter comprises a spiral electrode formed on a substrate.
【請求項8】 上記渦巻き状の電極は、銅箔パターンで
形成され、コイルを形成することを特徴とする請求項7
に記載の高効率電力増幅装置。
8. The coil according to claim 7, wherein the spiral electrode is formed of a copper foil pattern to form a coil.
2. The high-efficiency power amplifier according to 1.
【請求項9】 上記位相補正回路は、上記パッシブロー
パスフィルタと同じポール数のパッシブフィルタで形成
されることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれ
かに記載の高効率電力増幅装置。
9. The high-efficiency power amplifier according to claim 1, wherein the phase correction circuit is formed of a passive filter having the same number of poles as the passive low-pass filter.
【請求項10】 上記位相補正回路は、上記パッシブロ
ーパスフィルタと同じポール数のアクティブフィルタで
形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2のい
ずれかに記載の高効率電力増幅装置。
10. The high-efficiency power amplifier according to claim 1, wherein the phase correction circuit is formed by an active filter having the same number of poles as the passive low-pass filter.
【請求項11】 上記位相補正回路は、リニア電圧増幅
器内に形成されることを特徴とする請求項1又は請求項
2のいずれかに記載の高効率電力増幅装置。
11. The high efficiency power amplifier according to claim 1, wherein the phase correction circuit is formed in a linear voltage amplifier.
【請求項12】 上記リニア電圧増幅器は、 信号入力端に入力された信号の電圧増幅を行う演算増幅
器と、 該演算増幅器の入力インピーダンスの調整を行う入力回
路と、 上記演算増幅器における帰還回路と、を備え、 上記入力回路及び帰還回路は、それぞれコンデンサを有
すると共に信号入力端からの入力信号に対して所定の位
相補正が行われるように所定の回路定数で形成されるこ
とを特徴とする請求項11に記載の高効率電力増幅装
置。
12. An operational amplifier for amplifying a voltage of a signal input to a signal input terminal, an input circuit for adjusting an input impedance of the operational amplifier, a feedback circuit in the operational amplifier, The input circuit and the feedback circuit each have a capacitor, and are formed with predetermined circuit constants so that predetermined phase correction is performed on an input signal from a signal input terminal. 12. The high-efficiency power amplifier according to 11.
【請求項13】 上記入力回路及び帰還回路は、上記パ
ッシブローパスフィルタのポール数と同じポール数をな
すように形成されることを特徴する請求項12に記載の
高効率電力増幅装置。
13. The high-efficiency power amplifier according to claim 12, wherein the input circuit and the feedback circuit are formed to have the same number of poles as the number of poles of the passive low-pass filter.
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