JPS58124308A - 電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、出力段増幅回路のバイアスを負荷に供給す
る出力電流の大さぎに応じた最適点へ切り換えることに
よりひずみを低減させた電力増幅器に関Ｔる。

従来、オーディオ用の電力増幅器においては、出力段増
幅回路のバイアスを、同出力段増幅回路がＡ級動作を行
なうような瞳に固定■るか、あるいはＢ級動作を行なう
ようなＩＦｔｉに固定していた。

また出力段増幅回路がＡ級ｕ１作とＢ級動作とを選択的
に行ない得るようにした電力増ｌｌｌ１器においても出
力段増幅回路のバイアスは、手動操作０こよって切り換
えるようになっていた。

こＯＪような従来の電力増幅器において・今、出力段増
幅回路のバイアスがＡ級動作が得らゎるように固定己ｊ
ている場合、この出力段増ｌ１１１．１は１路は、ゐる
値以上のインピーダンスを持つ負荷に対しては最大定格
出力まで完全にＡ級動作を行ない、したかつてひずみは
小さいが、同一出力Ｆ？ｎる場合出力電流は負荷インピ
ーダンスが低下すると増大Ｔるものであるから、負荷イ
ンピーダンスがある［直以下に低下すると、ＡＢ級動作
を行なうようになり、ひずみが著るしく増大してしまう
という問題があった。例えば第１図に示す従来の宵力増
ＩＫｊ器は、バイアス回路１ｏこおけるバイアス電源１
ａ。

１１）によってＡ級にバイアスざｒ、たＮＰＮトランジ
スタ２ａ、ＰＮＰ）ランジスタ２ｂからＴＪる出力段増
幅回路８と、この出力段増幅上１路８′？ｒ：駆動Ｔる
電圧増幅回路４とを有してなるもＵ）であるが、こＵＪ
甫方力増幅器おいて、出力端子５に同一の出力を圧Ｖｏ
　を得るには、負荷６（ｈインピーダンスｚ？、が大で
ある時よりも、同インピーダンスＺしが小である時の方
がより大きな出力市原ｉｏ　を必要とする。このことは
、同一の出力電圧ｖｏ　を得ようとＴる場合、出力段増
幅回路８における、より導通している側のトランジスタ
（トランジスタ２ａ、２ｂのどちらか一方）の内部エミ
ッタ抵抗と同トランジスタのエミッタに接Ｍ、ぎわた出
力抵抗とによる曹圧降下は、インピーダンスＺＬが小ざ
い時程より増大Ｔることを意味Ｔる。したがって第１図
に示すような電力増幅器においては、大出力時にインピ
ーダンスＺ、があるｆｉ＆以下に低下すると、トランジ
スタｚａ、２ｂにおける、より導通している側のトラン
ジスタの反対側のトランジスタが逐にはカットオフ状態
に到り、結果として出力段増幅回路８がＡＢ級動作を行
なうようになってしまう。ここで、この種の電力増ｌｌ
ｌ１器のひずみ１、出力段増幅回路８が、Ａ級動作を行
なう場合、Ａｌｉ級動動作行なう場合、Ｂ級動作を行な
う場合について各々比較してみる。第コ図〜第弘図は出
力段増幅回路８の各すの波形を、Ａ級動作時、ＡＢ級動
作時、Ｂ級動作時に各々対応させて示ＴもＵ）で、これ
ら各図における（イ）は出力電圧■。

の波形、（ロ）はトランジスタ２ａのコレクタｉ［ｉ。

とトランジスタ２ｂＵ＋コレクタ寛流１２とＵ」各波形
、（ハ）はひずみ波形を各々示している０こｎらの図か
ら明らかなように、こり】種の電力増幅器においては、
出力段増幅回路が最適状急にＡ級バイアスされ完全なＡ
級動作を行なう場合Ｑ】ひずみが−査小Ｆ＜、ＡＢ級動
作時におけるひずみが一番大さく、−万出力段増幅回路
が最適状態に８級バイアスだわ、て（Ｔなわちひずみが
最小となるような最適アイドリング電流が流れるように
バイアスされて）Ｂ級動作を行なう場合Ｕ】ひずみは、
Ａ級動作時に比べれば大きいが、ＡＢ級動作時に比べれ
ば極めて小ざい。したがって、この種の電力増幅器は、
Ａ緩動Ｊ作とＢ級動作とだけが行なわハるように構成下
れば、ＡＢ級動作が行なわれるものよりひずみン小Ｅ＜
Ｔることかできる。

こＵ】発明は、以上の諸事情に鑑みてな２ｎたもので、
その目的と■るところは負荷のインピーダンスの大小に
かかわらず常時低ひずみ率を確保■ることができる重力
増幅器を提供することにあり、出力段増幅回路の出力盲
、流蝕を検出Ｔる電流検出回路と、この電流検出回路の
検出出力に基づいて出力段増幅回路σ）バイアスを切り
換えるバイアス切換回路とを各々設け、前記出力電流饋
が所定値より小どければ前記バイアスを、例えば出力段
増幅回路が最適状態にＡ級バイアスされるよう深くし、
一方前記出力電流値が所定値を越えた時Ｇゴ前記バイア
スを例えば出力段増幅回路が最適状態に８級バイアスさ
れるよう浅くＴるようにしたものである。

以下、この発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第３図は、この発明による電力増幅器の一実施例のｊＩ
＃或を示Ｔ回路図である。こＶ）図において符号Ｂはこ
Ｕ）電力増幅器における出力段増幅回路を示している。

この出力段増幅回路８において、ＮＰＮ）ランジスタ２
ａ（出力段トランジスタ）のベース、！ｌ：ＰＮＰ）ラ
ンジスタ２ｂ（出方段トランジスタ）のペースとの間に
Ｏゴバイアス回路ｌにおけるバイアス電源１ａ、１ｂが
順次直列に介挿己れている。これらバイアス電源１ａ、
ｌｂは各々可変形の定電圧回路で構成されており、これ
らバイアス電源１ａ＋ｌｂの接続点には図示せぬ電圧増
幅回路の出力が供給されるようになっている。

トランジスタ２ａのコレクタには正ｔｌｌ源ＢＥＥ　＋
　Ｖ　ｃが供給ざｎｌまたトランジスタ２ｂのコレクタ
には負電源電圧−Ｖｃが供給されている。トランジスタ
ｚａ、２ｂの両エミッタ＋１１には出力抵抗７ａ。

７ｂが順次直列に介挿され、こゎら両出カ抵抗？ａ、７
ｂの接続点は、抵抗８（この出力段増幅回路Ｂ＆＋出力
嘗流電流　’ｉｔ検出Ｔる電流検出抵抗であり、抵抗値
はＲｏ　）　１ｉ−介してこσ」電力増幅器の出力端子
５に接続ぎれている。この出力端子５と接地端子９と（
／Ｊｌハ１には負荷６（インピーダンスはＺＬ）が接に
される。

次に１０は、前記抵抗８に流れる前記出力段増幅回路８
の出力電流ｉ。（Ｔなわち負４む電流）を、同出力電流
ｉｏに比例した電圧に変換Ｔるためσ）電流検出回路で
ある。この電流検出回路ｌＯにおいて、抵抗８ｃ／〕一
端（出力抵抗７ａ、７ｂ側Ｑ］端子）と接地点とのｌ１
ｔｌには抵抗１１（値ｉｔ、　）　、抵抗１２（呟Ｒ２
）が順次直列に接続２ｎ、これら抵抗１１．１２の接続
点は演算増＄１ｉＩｌ益１　Ｂの非反転入力端子に接Ｈ
ｐれている。抵抗８の他端と演算増幅器ＩＢの反転入力
端子とのＩＩＩには抵抗（瞳Ｒ８）が接続され、同反転
入力端子とこの演算増幅器１Ｂの出力端子との間には抵
抗１５（値ｉｔ、）が接続されている。この電流検出回
路１０において番ゴ、抵抗１１，１２，１４．１５の各
抵抗値を１８Ｕ】出力電圧■１番ゴ・ となり、出力面流ｉｏに比例し；ｅｉｌｌ圧となる。

次に、符号１６で示ｒｍ分は、ＩＩ圧■ｌ　に応じて（
丁なわち出力電流ｉ。に応じて）ＦｌＵ記出力段Ｎ　ｌ
１ｌｉｉｌ　回ｊ！ｇ　８　ｔｔ＋バイアスを切り換え
るバイアス切換回路である。こり）バイアス切換回路１
６において、演算増幅器１７の非反転入力端子は前記演
算増幅器１８の出力端子に接続されている。演算増幅器
１７０反転入力端子は抵抗１８Ｆ介して接地ざ旧。

ると共に、抵抗１９を介して同演算増幅器１７の出力端
子に接続されている。こび〕演算増ｌ１ｉＩ器１７、抵
抗１８．１９からなる６分はｉ＋Ｉ記電圧Ｖ、を重圧増
幅する電圧増幅孔となっている。次に、演算増幅器１７
の出力端子番ゴダイオード２０のγノードに接Ｍ２れ、
こσ】ダイオード２０のカソードと接地点との間には、
コンデンサ２１（値Ｃ）と抵抗２２（値Ｒ，）とが並列
に接続されている。これらダイオード２０、コンデンサ
２１．抵抗ｚ２からなる部分は、演算増幅器１７（／Ｊ
出力菫圧ｖ２を検波し、かっこ（ｈ検波出力を所定時間
ホールドする検波孔２８を構成Ｔるもので、抵抗２２は
この検波出力のホールド時間を決定よるために設けられ
ている。次にダイオードｚＯのカソードは演算増幅器２
４の反転入力端子に接続され、同演算増幅器２４の非反
転入力端子は抵抗２５（値Ｒ０）を介して正ｔｍ源端子
２６（電源加圧＋ＶＣが供給される端子）に接続される
と共に抵抗２８（呟Ｒ７）？介して接地され、また抵抗
２９（呟Ｒ，）を介してこの演算増幅器２４の出力端子
に接続ざｎでいる。またこの演算増幅器２４の出力端子
は端子ＢＯに接続されている。こｎら演算増幅器ｚ４、
抵抗２５，２８．２９か６２る６分は、前記検波孔ｚ８
の出力電圧■３と、演算増幅器２４の非反転入力端子に
印加される電圧■４（この電圧番ゴｔ４Ｌ源電圧＋Ｖｃ
の抵抗２５．２８による分圧電圧に略等しい）とを比較
Ｔる比較すであり、Ｖ、＜Ｖ４なる時は端子８０から正
電圧が出力され）またＶ、　＞Ｖ、なる時は、端子８０
から負電圧か出力され、かつこの比較動作が抵抗２９Ｆ
介してなす１．る正帰還によってヒステリシスな持って
行なわｎるようになっている。そして前記バイアス電源
１ａ、ｌｂ＆１、こＵＪ端子８０から止σ」電圧か出力
２ｎると、トランジスタ２ａ、２ｂｉ、１ｎ、ら両トラ
ンジスタが最適状態にＡ級バイアスされるように探〈バ
イアスし、−万端子８０力）ら負の電圧が出力されると
、トランジスタ２ａ、２ｂをこわら両トランジスタが最
適状態に８級バイアス２ｎるように浅くバイアスする。

なお、前記バイアス切換回路１６において・抵抗２５．
２８の各抵抗１ｉｉＲ，ｌ　Ｒ７＆ｅｔ、Ａ級にバイア
スされているトランジスタ２ａ、２ｂが出力電流ｉｏ　
の増加に伴なってＡ級動作状態からＡＢ級動作状態に移
行し始じめるＴＭ　Ｊｅｉｌにおいて、丁なわち出力面
流ｉ。が増加してＡ級バイアスざｔ］ているトランジス
タ２ａ、２ｂ（／ｌうちのどちらか一万がカットオフ状
態に移行し始める直前において、ｉｉＪ記演算増幅器ｚ
４の出力電圧が正電圧から負萌庄に移行するように設定
２！ｊ、でいる。

次に以上Ｕ１！＃Ｉｌ成になるこのｔ力増幅器の動作に
ついて説明Ｔる。

まず、出力面、ｈｔｒｏの値が、トランジスタ２ａ。

２ｂが完全にＡ級動作を行ない得るような小己な１ムで
あると■れば、バイアス切換回１ｉ１６のム：子８０か
らは正電圧が出力；ｉ：ｔｌている。したかつてこの場
合１　トランジスタ２ａ、２ｂのバイアスは、これらト
ランジスタ２ａ、２ｂがＭ適状態にＡｍバイアスされる
ように深くなっている。次に負荷５ｔｈインピーダンス
ｚＬが小どくかつ同負荷６に大出力が供給されるか、あ
るいは負荷６には大出力Ｏゴ供給されていｒＪいがイン
ピーダンス２Ｌが極めて小さい場＠−あるいは増幅信号
Ｕ）周波数が高く、インピーダンス２Ｌが相対的に低下
した揚台などのよう臥：、出力電流ｉｏが、Ａ級にバイ
アスされているトランジスタＺａ、９ｂがＡ級動作状態
からＡＢ級動作状態に移行τる程増加したと■ると、こ
び」移行時点の直前において、前記端子８０における電
圧が正電圧から負電圧に移行Ｔる。この時、トランジス
タ２ａ、２ｂσ】バイアスは、こｎらトランジスタ２ａ
、２ｂが最適状＃Ａ紀Ｂ級バイアスされるよう浅くなる
。そして、出力電流１０が、トランジスタ２ａ、２ｂが
完全なＡ級動作を行ない得るような値に減少Ｔｒｌば、
端子ＢＯの電圧は負電圧から正電圧に戻り、トランジス
タ２ａ、２ｂＣゴ再ひＡ級バイアス己れるようになる。

こＵ〕ように、この実施例によｎば、出力段増幅回路３
（ｚ＋バイアスを、トランジスタ２ａ、２ｂが最適状態
にＡ級バイアスされるような深いバイアスまたはこれら
トランジスタが最適状態に８級バイアスキわ、るような
浅いバイアスのうちσ１１出力笛流１６（／Ｊ帥に適し
た方Ｕ］バイアスとなるように自動的に切り換えること
かでさる。

次に、第６図に、第Ｓ図に示した実施例の具体回路を示
Ｔ。こり】図において、８１は増幅Ｔべき信号が供給さ
れる入力端子であり、この入力端子８１に供給ざｎ、た
信号は電圧増幅回路４によって増幅された後、バイアス
回路１を介してトランジスタ２ａ、２ｂの各ベースへ供
給すれるようになっている。バイアス回路１は、抵抗８
２〜Ｂ４と、ＰＮＰ）ランジスタ８５とからなる定嘗圧
回路８６と、口１］記抵抗８２の両端間を短絡し得るよ
うに設けられ前記定電圧回路８６によって得らｎる一定
電圧の値ご変化させるＰへＰトランジスタ８７と、バイ
アス切換回路１６の端子８０から出力己ｎる電圧によっ
てオンオフ制御２ｎると共にそのコレクタ電流によって
前記トランジスタ８７をオンオフ制御Ｔるように設けら
れたＮＰＮ）ランジメタ８８等からなっている。こＵ】
バイアス回路ｌにおいては、前記端子８０の電圧が正電
圧になると、トランジスタ８８．８７がオン状態となっ
てトランジスタ８５のコレクターエミッタ聞笛圧（Ｔな
わちトランジスタ２ａ、２ｂのバイアスとなる電圧）が
増加し、一方ｌｕ記端子８００籍圧か負Ｘ（圧になると
、トランジスタ８８．８７がオフ状態となってトランジ
スタ８５のコレクターエミッタ間電圧が減少Ｔる。

し力）して、こＵ】具体回路によれば、出力管流ｉ。

が所定値以下であわ、ば、トランジスタ２ａ、２ｂは、
最適７１ｒＡ級動作が行なわれるよう録〈バイアス３７
″Ｌ１出力亀流ｉ。が所定ｒ直以上であれば、トランジ
スタ２ａ、２ｂは最適なり級動作が行なわれるよう浅く
バイアス己ｎる。

以上の説明から明らかなように、この発明による祐力増
１１１１ｉ１器によれば、出力段増幅回路の出力簀流呟
を検出する電流検出回路と、出力段増幅回路Ｕ」バイア
スをこの宵、流検出回路の検出出力に基づいて切り換え
るバイアス切換回路と２各々設け、前記出力電流値が所
定値より小さければ前記バイアス回路深くシ、前記出力
電流値が所定値より大きければ前記バイアスを浅くＴる
ようにしたので、ｆｌｉ　ｌｉインピーダンスがどのよ
うに変化したとしても・出力電流値が所定値以下であれ
ば出力段増幅（ロ）路を最適なＡ級バイアス状態におい
て動作させ、出力電流が所定値Ｔｔ、ｉｓえた時は出力
段増幅回路Ｐ最適なり級バイアス状態に切り換えて動作
させることが可能になり、この結果従来のようにひずみ
の大きなＡＢ級動作が行なわれることかなくなり、負荷
インピーダンスに左右されることなく常にひずみが少な
い増幅動作を行なわせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電力増幅器の一檜成例を示Ｔ回路図、第
２図はこの種の電力増幅器のＡ級動作時における出力盲
Ｈ−波形、出力増幅累子Ｕ〕市流波形、ひずみ波形を各
々不Ｔ波形図、第３図はこ（ｌｒ柿の知力１ＸｑＩ＋＋
＋器のＡＨ級動作時における出力′ｈｊ　Ｉｆ波形、出
力増幅菓子の電流波形、ひずみ波形を各々ボ丁波ノヒ図
、第１Ｉ図はこ（ｈ種の重力増幅！ａＵｒＢ動作作時に
’Ｊ６ける出力贅ｉ圧波形、出力増幅素子の電流波形、
ひずみ波形を各々示す波形図、第３図けこ（／Ｊ発明の
一実施例σ］構成を示す回路図、第６図は同実施例Ｕ〕
具体回路？示す回路図である。 １・・・・・・バイアス回路、ｌ　ａ　、　ｌ　ｂ＝−
バイアス電源、２ａ、２ｂ・・・・・・出力増１１１Ｉ
Ｉｌ素子（トランジスタ）、８・・・・・・出力段増幅
回路、６・・・・・・負傭、８・・・・・・市原検出抵
抗（抵抗）、１０・・・・・・電流検出回路、１６・・
・・・・バイアス切挨回路。 出願人　日本楽器製造株式会社 代理人　弁理士　志　賀　正　武′　　）二　　　　　
　　　　ぐ 兇　　　　沁　（ 区　　　　　　区 へ 珠　　　鯉ぐ ／／− 〆７一 ＼＼−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 出力段増幅回路の出力電流ＩＯ￥を検出Ｔる電流検出回
   路と、前記出力段増幅回路σＪバイアスを前記電流検出
   回路の検出出力に基づいて切り換えるバイアス切換回路
   とご具備してなり、前記バイアス切換回路は前記出力を
   流喧が所定値より小なる時は前記出力段増幅回路のバイ
   アスを腺＜シ、前記出力電流値が所定稙より大なる時は
   同バイアスをＡ＜ｖるように構成ぎｎていることを特徴
   とＴる電力増幅器。