JPS58133009A - 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が出力電圧と出
力電流とに応じた最適点へ自動的に切り換わるようにし
た電力増幅器に関する。

従来、オーディオ機器用の電力増幅器として、手動切換
操作によって出力段増幅回路にＡ級動作とＢ緩動作のど
ちらか一方を選択的に行なわせるようにしたものがある
。ところでこの種の電力増幅器は、高音質が得られるよ
うにム級動作が選択されると、出力段増幅回路のバイア
スが深くされる（例えば出力段トランジスタのアイドリ
ング電流が増加される）と共に損失が抑制されるように
電源電圧が低下され、一方Ｂ級動作が選択されると、前
記バイアスが浅くされると共に電源電圧が上昇されて高
出力が得られるように構成されている。したがりてこの
種の電力増幅器は、Ａ級動作が選択されている場合に大
信号レベルの（大振幅の）入力信号が供給されると出力
信号が低電源電圧のためクリップされてしまうという欠
点（第１の欠点）を有し、またＡ級動作が選択されてい
る場合に負荷のインピーダンスがある値以下に低下する
と出力段増幅回路がＡＢ級動作に移行してし會い、歪が
着るしく増大するという欠点（第２の欠点）を有してい
た・ここで前記第２の欠点を第１図に示す電力増幅器に
おいて説明すると、今、出力段増幅回路１における出力
段トランジスタ２　ｍ　、　２　ｂカバイアスミ源３ｍ
、３ｂによって各々Ａ級にバイアスされている場合、負
荷４の抵抗１ａｋＬｃがある蝋以下に低下すると、例え
ば定格出力を得るには出力型ｆｉｉ・をその分増加させ
ねばならないから、結果としてより導通している側のト
ランジスタ（トランジスタ２ａ、２ｂのうちのどちらか
一方）の内部１蓮ツタ抵抗と同トランジスタのエミッタ
に接続された出力抵抗（抵抗５ａ。

５ｂのうちのどちらか一方）とによる電圧降下が増大し
、前記導通している側のトランジスタの反対側のトラン
ジスタがこの電圧降下によりてカットオフされる（すな
わちＡ級動作がＡＢ級動作に移行する）。ここで、この
樵の電力増幅器における虫をＡ級動作時、ＡＢ級動作時
、Ｂ騒動作時について各々比較してみる・第２図〜第４
図は第１図に示した電力増幅器の各部の波形を、Ａ級動
作時、ＡＢ級動作時、Ｂ騒動作時に各々対応させて示す
もので、これら各図に怠ける０）は出力電圧Ｖａの波形
、（ロ）はトランジスタ２ｍ、２ｂの各コレクタ電流’
ｌｅ’ｌの波形、ｆつは歪波形を各々示している。これ
らの図から明らかなように、この横の電力増幅器は、Ａ
級動作時の姫が一番小さく、ＡＢ級動作時の歪が一香大
きく、Ｂ騒動作時の歪はＡ級動作時より大きいがＡＢ級
動作時より極めて小さい、したがりてこの種の電力増＠
器においては、ＡＢ級動作がなされないようにすること
が極めて重要である。

一方、前記第１の欠点を解決するものとしては、増幅す
べき信号の信号レベルを検出する回路を設け、小信号レ
ベルの信号に対してはＡ級動作が、また大信号レベルの
信号に対してはＢ騒動作が各々自動的に選択されるよう
にした電力増幅器がある。しかしながらこのような電力
増幅器によりては、前述した第２の欠点すなわち負荷イ
ンピーダンスが低下するとＡ級−作がＡＢ級動作に移行
する欠点を解決することはできなかりた。

また従来の電力増幅器の他の例としそは、出力段増幅回
路の電源電圧が小信号レベルの信号に対しては低電圧に
、また大信号レベルの信号に対しては高電圧に各々切り
換えられるようにすると共に、出力電流を検出する回路
を設け、出力電流がある値以上に増加すると出力段増幅
回路のバイアスがＡ級バイアス状態から８級バイアス状
態に自動的に切り換わるようにして前述した第２の欠点
を解決したものがある。しかしながらこのような電力増
幅器においては、無負荷状轢で大信号レベルの入力信号
が供給された場合、出力段増幅回路には、ＡＭＬバイア
ス状態のままで高電源電圧が供給されることになるから
、出力段増幅回路における出力段トランジスタ郷の発熱
が多くなってしまうという問題があった。

この発明は以上に述べた諸事情に鑑み、増幅すべき信号
の信号レベルの大小および出力電流の大小にかかわらず
、常に最適なバイアスおよび最適な電源電圧を用いて低
会率かつ低損失で動作する電力増幅器を提供せんとして
なされたもので、出力電圧を検出する電圧検出手段と、
出力電流を検出する電流検出手段と、これら電圧検出手
段、電流検出手段の角検出出力に基づいて出力段増幅回
路のバイアスを切り換えるバイアス切換手段とを各々設
け、出力電圧が所定電圧値より小でありかつ出力電流が
所定電流値より小であれば前記バイアスを前記出力段増
幅回路が適切にＡＷ１バイアスされるように深くシ、出
力電圧が所定電圧値より小であるが出力電流が所定電流
値より大であれば前記バイアスを前記出力段増幅回路が
適切に８級バイアスされるように浅くシ、また出力電圧
が所定電圧値より大であれば出力電流の大小のいかんに
かかわらず前記バイアスを前記出力段増幅回路が適切に
８級バイアスされるように浅くするようにしたものであ
る。

以下、この発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明
する。

嬉５図は、この発明による電力増ＩＩＩＡ器をオーディ
オ用ステレオ装置における電力増幅器に適用した場合の
一実施例の構成を示す回路図であり、この図においては
一方のチャンネルに対応する回路のみが示されている。

第５図において、ｌはこの電力増幅口の出力段増幅回路
を示し、この出力段増幅回路１においてＮＰＮ　）ラン
ジスタ２１（一方の出力段トランジスタ）のベースと、
このトランジスタ２ａと相補構成をなすＰＮＰ　）ラン
ジスタ２ｂ（他方の出力段トランジスタ）のベースとの
間には、バイアス回路３におけるバイアス電源３ａ、３
ｂが順次直列に接続されている。これらバイアス電源３
ｍ、３ｂは各々可変電圧型の定電圧回路から構成されて
おり、これらバイアス電源３ａ、３ｂの接続点には、図
示せぬ電圧増幅回路の出力が端子６を介して供給される
ようになっている。トランジスタ２ａのコレクタには後
述するスイッチＳｔの共通接点８．ｃ　　を介して正１
１１ｃｆＡ電圧が供給され、またトランジスタ２ｂのコ
レクタには佼述するスイッチＳ、の共通接点８ｔＣを介
して負電源電圧が供給されるようになりている。トラン
ジスタ２ｍ、２ｂの画工ミッタ間には出力抵抗５ａ、５
ｂが順次直列に接続され、これら出力抵抗５ｍ、５ｂの
接続点は、抵抗７を介して出力端子８に接続されている
。前記抵抗７は、この電力増幅器の出力域流ｉ・の値を
検出するための電流検出用抵抗となるもので、その抵抗
値をＲｏとする・出力端子８と接地端子９との間には負
荷４（抵抗値ＲＬ）が接続されている。

次に符号１０で示す部分は、この発明に招ける電圧検出
手段と電流検出手段とを構成する電圧電流検出回路であ
り、抵抗７の両噌における電圧からこの電力増幅器の出
力電流ｌ・と、出力電圧Ｖ・とを各々検出するものであ
る。この電圧電流検出回路１０において、前記抵抗７の
出力抵抗５ｍ。

５ｂ側の一端と接地点との間には、ダイオード１１（ア
ノードが抵抗７の一端に接続される）、抵抗ｔ２（ｍａ
ｔ）、抵抗１３（値几、）が植成直列に接続され、また
抵抗７の他端と接地点との間には、ダイオード１４（ア
ノードが抵抗７の他端に接続される）、抵抗ｔｓ（ｔｉ
Ｒｓ）、可変抵抗器１６（１１１［Ｒ４）が順次直列に
接続されている・抵抗１２，１３の接続点は演算増幅器
１７の非反転入力端子に接続され、抵抗１５と可変抵抗
器１６との接続点は同演算増幅器１７の反転入力端子に
接続されている・演算増幅器１７の反転入力端子と同演
算増幅器１７の出力端子との間にはダイオード１８（ア
ノードが前記反転入力端子に接続される）と、抵抗１９
（値ａＳ）とが並列に接続されている。以上の構成にな
るこの電圧電流検出回路１０からは、後述するように、
出力電圧ｖｏの値と出力１１Ｅｆｉｉ・の値とに対応し
た電圧マ寥が出力される。なお、ダイオード１１と抵抗
１２との接続点およびダイオード１４と抵抗１５との接
続点にカソードが各々接続されているダイオード２０．
２１は、このオーディオ用ステレオ装置の他のチャンネ
ルの電力増幅器における出力電圧の像と出力電流の１１
１とを検出するために設けられているものである・ 次に符号２２で示す部分は、この発明におけるバイアス
切換手段の一部を構成するバイアス切換指令回路である
。このバイアス切換指令回路２２において、前記演算増
幅器１７の出力端子はダイオード２３のアノードにＩＩ
続され、このダイオード２３のカソードと接地点との間
にはコンデンサ２４（値Ｃ）と抵抗２５（値ａ・）とが
並列に接続されている・これらダイオード２３、コンデ
ンサ２４、抵抗２５からなる部分は、前記電圧Ｖ。

を検波し、かつこの検波出力（電圧Ｖ、）を所定時間保
持する検波部２６を構成するもので、前記保持時間は時
定数ＣＲ・によって決定されるようになりている・次に
ダイオード２３のカソードは演算増幅器２７の反転入力
端子に接続され、同演算増幅器２７の非反転入力端子は
抵抗２８（値賜）を介して正電源端子２９（電源電圧は
＋■）に接続されると共に、抵抗３０（値Ｒ，）を介し
て接地され、また抵抗３１（＊Ｒｅ）を介してこの演算
増幅器２７の出力端子に接続されている・またこの演算
増幅器２７の出力端子は端子３２に接続されている。こ
れら演算増幅器２７、抵抗２８゜３０．３１からなる部
分は、前記電圧Ｖ、と、この演算増幅！！２７の非反転
入力端子の電圧ｖｉ（この電圧Ｖ、は電源電圧＋■の抵
抗２８．３０による分圧電圧に略等しい）とを比較する
比較部３３を構成するもので、この比較部３３において
はｖ、＜ｖ、なる時に端子３２から正電圧が出力され、
ｖ會〉ｖｌなる時に同端子３２から負電圧が出力され、
かつこのような比較動作が、抵抗３１を介してなされる
正帰還によってヒステリシスを持って行なわれるように
なっている。

そして前記端子３２の信号は、前記バイアス回路３にお
けるバイアス電源３ａ、３ｂに各々供給されている。こ
の場合、バイアス電源３ｍ、３ｂは、端子３２から正電
圧が供給されると、トランジスタ２ｍ、２ｂのバイアス
をこれら両トランジスタが最適状態にＡ級バイアスされ
るように深くし、一方一子３２から負の電圧が供給され
ると、トランジスタ２ｍ、２ｂのバイアスをこれら両ト
ランジスタが最適状態に８級バイアスされるように（す
なわちトランジスタ２ｍ、２ｂに、８級バイアス状態に
おける最適アイドリング電流が流れるように）浅（する
よう構成されている。

一方、スイッチＳ、の常開接点８１ａには正の電源電圧
＋Ｖｎが供給され、同スイッチＳ１の常閉１１点８　ｔ
ｂｌｔ正（７）ＩＫＩ１１１圧＋　ＶＬ　（＋　ＶＬ＜
＋ＶＨ）が供給され、またスイッチ８．の常開接点８雪
ａには負の電源電圧−ＶＨが供給され、同スイッチ８゜
の常閉接点Ｓ、ｂには負の電源電圧−ＶＬ（１−ＶＬＩ
く１−■帽）が供給されている。また電源切換回路３４
は、この電力増幅器の出力端子８における出力電圧Ｖ・
の信号レベル（振幅）が所定レベルを越えると前記スイ
ッチ５ｌｅＳｌを作動させる（閉状顧にする）ように構
成された囲路である一次に、以上の構成におけるこの実
施例の動作を、第６図に示す電圧電流検出回路１０の等
価回路を参照しながら説明する。

まず、ダイオード１１のアノードと接地点との間の電圧
をｖ４、抵抗７の両端間電圧をｖｌ、抵抗１３の両端間
電圧をｖ６、ダイオード１１　、１４の順方向電圧降下
を各々ＶＦとする・こζで、抵抗１直凡１．鵬、凡、、
Ｒ４をＢ１寓８．、−謬几、となるように設定すれば、
演算増幅器１７の出力端子と接地点との間の電圧ｖ１は
、負荷４が接続されていない場合（すなわち出力電流１
．が零の場合）、演算増幅器１７の反転入力端子と非反
転入力端子とにおける各電圧が等しくなることから、と
なり、また負荷４が接続されている場合（すなわち出力
域ｆｌｉ・が零でない場合）、抵抗７の両端間に出力電
流Ｌ・によりて電圧Ｖ、が発生するから、 において、電圧ｖ４は、抵抗値Ｒ０が抵抗値几りに比較
して充分に小さい値であれば、略出力電圧ｖ０に→しい
から、この１項目は出力電圧Ｖ・をに比例した電圧であ
る。すなわち、この（匂式から、電圧ＶＩは、出力電圧
Ｖ・に比例した電圧と、出力電流ゑ、に比例した電圧と
の和になっていることが解る。したがりてこの電圧マ、
は、出力電圧Ｖ・が小さい場合、出力域流五〇に応じて
同出力電流がｉ・が小さければ小、大きければ大となり
、一方、出力電圧Ｖ、が大きい場合は出力電流ｉ０の大
小のいかんにかかわらず大となる・そしてこの電圧ｖｉ
は検波部２６によりて検波されて直流電圧ｖ、となり比
較部３３において電圧Ｖ、と比較される。したがりて電
圧Ｖ、が抵抗値Ｊ　　＊　”＠によって適切な値に設定
されていれば、出力電圧ｖｏが所定電圧値より小さい場
合には、出力電流ｉ・が所定域Ｒ値より小さければ端子
３２の電圧が正電圧となってトランジスタ２ｇ。

２ｂが適切にＡ級バイアスされるようになり、出力電流
ゑ、が所定電ｆｉ値を越えれば端子３２の電圧が負電圧
となりてトランジスタ２ｍ、２ｂが適切に８級バイアス
されるようになる。また出力電圧ｖｏが所定電圧値より
大であれば、出力域流１゜の大小にかかわらず端子３２
の電圧が負電圧となりてトランジスタ２ｍ、２ｂは適切
にＢ級パ不アスされるようになる・ 一方、電源切換制御回路３４は、出力電圧Ｖ・が所定電
圧値より小であればトランジスタ２ｍ。

２ｂに電源電圧＋ＶＬ、−ＶＬが各々供給されるように
スイッチＳ、、Ｓ、を制御し、一方出力電圧Ｖ、が前配
所定電圧値を越えればトランジスタ２ａ、２ｂに電源電
圧＋ＶＨ，−ＶＨが各々供給されるようにスイッチＳ、
、Ｓ、を制御する。なお、この電源切換制御回路３４に
よってトランジスタ２ｇ　、２ｂ　にｍｇｍ圧＋ｖＨ，
−Ｖｕが供給される時は、前記電圧電流検出回路１０、
バイアス切換指令回路２２によってトランジスタ２ｍ、
２ｂが必ず８級バイアスされるようにこれら各回路の定
数が設定されている。

このように、第５図に示した実施例によれば、第７図に
示すように、出力電圧Ｖ、が直＠ａで示す所定電圧値よ
り小さい場合は、出力電ｆｉｉ。（すなわち−Ｖ＠　　
＞が直ｆＩｍｂで示す所定電流値より小さ凡り い領域Ｉにおいてはトランジスタ２ｍ、２ｂはＡ級バイ
アスされると共に低電源電圧が供給され、また出力電流
轟・が前配所定電流値より大きい領域鳳においてはトラ
ンジスタ２ｍ、２ｂは８級バイアスされると共に低電源
電圧が供給される・一方、出力電圧Ｖ・が前配所定電圧
値より大きい場合は、出力電流轟・が所定電流値より大
である領域ｌにおいても、また小である領域■において
もトランジスタ２ｍ、２ｂはＢ＠バイアスされると共に
高電源電圧が供給される。

なお、以上に説明した実施例においては、電圧電流検出
回路ｌＯにおいて、抵抗値Ｒ６〜Ｒ１をＲ１＝Ｒ，かつ
Ｉ’Ｌ、−Ｒ，となるように設定する反転入力端子の電
圧を正側に電圧シフトし、これによりて、出力電流五・
がある値以上になりて始めて（２）式における右辺２項
目に対応する電圧が得られるようにしている。この場合
、出力電流ｉ・が前述したある値より小であると演算項
−″６１７の出力端子の電圧Ｖ、が前記反転入力端子の
電圧より低くなるが、これを防止するためにダイオード
１８が特に設けられている。

次に、以上に説明したこの発明の実施例の具体回路例を
Ｍ８図に示す。

ｗＬＢ図において、３５は増幅すべき信号が供給される
入力端子であり）、この入力端子３５に供給された信号
は電圧増幅回路３６によって増幅された後、バイアス回
路３を介してトランジスタ２ｍ。

２ｂ、の各ベースへ供給されるようになりている。

バイアス回路３は、抵抗３７〜３９とＰＮＰ）ランジス
タ４０等からなる定電圧回路４１と、抵抗３７の両端間
を短絡し得るように設けられ前記定電圧回路４１によっ
て得られるバイアス電圧（一定・１圧）を変化させるＰ
ＮＰ）ランジスタ４２と、バイアス切換指令回路２２の
端子３２から出力される−圧によりてオンオフ制御され
ると共に、コレクター流によって前記トランジスタ４２
をオンオフ制御するＮＰＮ）ランジメタ４３等からなっ
ている。このバイアス回路３４こおいては、前記端子３
２の電圧が正電圧になるとトランジスタ４３゜４２がオ
ン状態となってトランジスタ４０のコレクターエミッタ
間電圧（すなわちトランジスタ２ｍ、２ｂのバイアス電
圧）が増加し、一方、端子３２の電圧が負電圧になると
トランジスタ４３゜４２がオフ状態となりてトランジス
タ４０のコレクターエミッタ間電圧が減少する。

また、電源切換制御回路３４は、出力電圧Ｖ・が所定電
圧値より小さければスイッチ８．．８゜を開状態にして
電源電圧＋ＶＬ、−ＶＬをダイオード４４Ｍ、４４ｂを
介してトランジスタ２ｍ、２ｂのコレクタへ各々供給し
、また出力電圧Ｖ、が前配所定電圧より大きければスイ
ッチＳ、、Ｓ、を閉状態にして電源電圧＋ＶＨ，−ＶＨ
をこれらスイッチＳｌ＃Ｓｌを介してトランジスタ３ｍ
、２ｂのコレクタへ各々供給する。

なお、以上の説明においては、出力段トランジスタ２ａ
、２ｂに供給するｉｉｔ源電圧電圧電源切換制御回路３
４の出力信号を用いて切り換えているが、これをバイア
ス切換指令回路２２の出力信号を用いて切り換えるよう
にしてもよい。

以上の説明から明らかなように、この発明による電力増
幅器によれば、出力電圧を検出する電圧検出手段と、出
力電流を検出する電流検出手段と、これら電圧検出手段
、電流検出手段の雨検出出方に基づいて出力段増幅回路
のバイアスを切り換えるバイアス切換手段とを各々設け
、出力電圧が所定電圧値より小でありかつ出方電流が所
定電流筐より小であればバイアスを深くシ、出力電圧が
所定電圧値より小であるが出力電流が所定電流値より大
であればバイアスを浅くシ、また出力電圧が所定電圧値
より大であれば出力電流の大小にかかわらずバイアスを
浅くするようにしたので、出力電圧が小さい場合におい
て負荷抵抗の減少等によって出力電流が増加した場合に
おいても出力段増幅回路をＡＭパイナス状悪からＡｆ３
バイアス状態に移行させることなくＢＲバイアス状態に
切り換えることができ、かつ無負荷状態のように出力電
流が小さい場合においても、出力電圧が大きくなれば出
力段増幅回路を８級バイアス状態にするこ路）。

とができる。したがってこの発明によれば、増幅すべき
信号の信号レベルの大小および出力電流の大小にかかわ
らず、常に低歪率、低損失で動作する電力増幅器を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電力増幅器の一構成例を示す回路図、＠
２図〜第４図はこの樵の電力増幅器における出力電圧波
形、出力段トランジスタの電流波形、歪波形を、各々人
数動作時、ＡＢ級緩動時、Ｂ緩動作時について示す波形
図、＠５図はこの発明の−ｌｉ！施例の構成を示す回路
図、第６図は同実施例における電圧電流検出回路の等価
回路図、第７図は同実施例の動作を説明するための動作
概念図、第８図は同実施例の具体回路図である。 １・・・・・・出力段増幅回路、２ｍ、２ｂ・・・・・
・出力段トランジスタ（トランジスタ）、３・・・・・
・バイアス回路、３ｍ、３ｂ・・・・・・バイアス電源
、ｌＯ・・・・・・電圧検出手段、電流検出手段（電圧
電流検出回路）、２２・・・・・・バイアス切換手段（
バイアス切換指令回出願人　日本楽器製造株式会社 区 雫ｉ 区　　　　　　　　　　　区・ −へ 丘　　　　　　　　　　丘 −ロ　　　　　　　　　　　　　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 出力電圧を検出する電圧検出手段と、出力電流を検出す
   る電流検出手段と、出力段増幅回路のバイアスを前記電
   圧検出手段と前記電流検出手段との雨検出出力に基づい
   て切り換えるバイアス切換手段とを具備してなり、前記
   バイアス切換手段は、前記出力電圧が所定電圧値より小
   でありかつ前記出力電流が所定電流値より小であれば前
   記バイアスを深くシ、前記出力電圧が前記所定電圧値よ
   り小でありかつ前記出力電流が前記所定電流値より大で
   あれば前記バイアスを浅くシ、前記出力電圧が前記所定
   電圧値より大であれば前記出力電流の大小のいかんにか
   かわらず前−とバイアスを浅くするように構成されてい
   ることを特徴とする電力増幅器。