JPS58157221A - パルス幅変調回路 - 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、オーディオ匿号を壇１晶する場合などに用
いて好適なパルス幅５１回路に関する。

従来、オーディオ用の増幅器として、パルス幅ｆｆＡ回
路を用いて極めて効率のよい壇−作用を行なわせるよう
蚤こしたものが知られている。例えば第１図は、この種
の増幅器の便米の一例を示すブロック図である。この図
において、１は増幅すべきオーディオ酒号Ｃ龜が供給さ
れる入力端子であり、また２はパルス幅変調回路である
。このパルス幅変調回ｗ６２は、一定周波数（一定周期
“ｒ）のキャリア信号（例えば矩形波信号）Ｃφを発生
する発振幅２１と、このキャリア信号Ｃ・を用いて前記
オーディオ信号ｅｌを同オーディオ信号Ｃ−の信号レベ
ル（振幅）に対応したデユーティ−比を持つパルス信号
ｅｐに変換して出力する質調部２ｂとからなっている。

この場合、パルス信号りは、第２図（イ）に示すような
波形（オーディオ信号ｅｍの信号レベルが零の場合、す
なわち０ｑＩｂ変調の場合）、あるいは同図（に）に示
すような波形（オーディオ信号ｅｍの信号レベルが高い
場合）のように、デユーティ−比がオーディオ信号・−
の信号レベルに応じて変化される。そしてこのようにし
て得られたパルス信号ａｙは、パルス増幅！！ｌｙ３に
よって電力増幅された後、ローパスフィルタ４によって
キャリア信号ｅ−に対応する信号成分が除去され、オー
ディオ信号ｅ１に対応する信号成分だけを持つ信号に復
調されてスピーカ５へ供給される。

ところで、上述したような従来のパルス幅５１回路２は
、変−すべきオーディオ信号Ｃ・の上限周波数（例えば
１５　ＫＨｚ）に基づいて決定された一定周波数（例え
ば５ＱＱＫＨｚ）すなわち一定周期゛ｒ（例えば２μｓ
）のキャリア信号Ｃ＠を用いて変調が行なわれるように
構成さｒ１２でいる。したがりて、０襲変調時のパルス
信号ｅｐは、第２図（イ）に示したようにハイレベル期
間とローレベル期間とが共１こ７Ｔとなるような比較的
高次周波数成分の少ないパルス信号となるため、あるａ
ｔの帯穢＠（例えばＴ＝２μ＄においては数ＭＨｚ）を
確保すれば正確な増幅あるいは波形伝達を行なうことが
０Ｔ能である。しかしながら、変ＷＪ４＋＆が高い場合
のパルス信号ｅｐは、例えば第２図（ＣＩ）に示したよ
うに、ハイレベル期間は長いがローレベル期間が極めて
短かくなって（またはこの逆となって）、高次周波数成
分を非常に多く含んだパルス信号となるため、正確な増
幅あるいは波形伝達を行なうには０％変一時に必要とさ
れる帯域幅の何倍も広い帯域幅を必要とする。このため
従来のパルス幅変調回路を用いた場合、パルス幅変調回
路自体およびこのパルス幅変調回路の出力パルスを増幅
あるいは波形伝達する回路を、高価な高速スイッチング
素子を用いると共に、広帯域幅が得られる回路構成とせ
ねばならず、結果として回路が極めて高価かつ複雑化し
てしまうという問題があった。またこの場合、現実には
上述したような広帯域幅を確保することは中々困難であ
ることから、歪率の悪化は避けられなかった・ この発明は上記の事情番こ鑑み、安価な回路構成であり
ながら低歪率を実現することができるパルス幅変調回路
を提供するためになされたもので、出力パルス信号のデ
ユーティ−比および周波数を共に入力信号の信号レベＪ
ｋｊこ対応して変化させるようＧこして、必要な帯域幅
の減少をはかりたものである。

以下、この発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説
明する拳 第３図は、この発明によるパルス幅変調回路の第１の実
施例を適用した増幅器の構成を示すブロック図である。

この図において、入力端子ｌに入力されるオーディオ信
号ｅａは、変―部２ｂとレベル検出器２Ｃとへ各々供給
される。レベル検出器２Ｃは、オーディオ信号ｅｉの信
号レベル（幾−）を対応する直流電圧■−に変換して出
力するものであり、この直流電圧■喀は、鴫圧制御形発
振器（以下、ＶＣＯと略称する）２ｇの制御入力端子へ
供給される・ｖｃｏ２ｍは、前記制御入力端子へ供給さ
れた直流電圧■・に応じて、ＳＪ電圧ＶＰが増加すると
周波数がより低くなり、また同電圧■−が減少すると周
波数がより高くなるような繰返し信号（例えば矩形波信
号）を出力する。このｖｃｏ２ｍｌが出力する繰返し信
号は、変調部２ｂヘキャリア信号Ｃ＠とじて供給される
。そして変調部２ｂはこのキャリア信号Ｃ・を用いて、
前記オーディオ信号ｅｍを、同オーディオ便号ｅｍの信
号レベルに対応したデユーティ−比を持つパルス信号ｅ
ｐに変換して出力する。このパルス信号ｍｙはパルス増
＊ｇ器３によりて電力増幅された後、ローパスフィルタ
４によって前記キャリア信号Ｃ＠のイ百号成分が除去さ
れてスピーカ５へ供給される・なお、この構成において
、前記ｖｃｏ２ｉは、直流電圧Ｖｇが零の時に従来のパ
ルス幅変調回路におけるキャリア信号ｅ＠の周波数と同
程度の周波数の矩形波を出力するように構成されている
・以上の構成になるこのパルス幅変調回路２によれば、
オーディオ信号ｅ―の信号レベルが、例えば最大値の２
０−程度と低い場合（低入力レベル時）は、直流電圧■
−も低いから、キャリア信号ｅｓの周波数は、例えば第
４図（イ）に示すように従来のパルス幅変調回路におけ
るキャリア信号ｅ＠の周波数と同程度のものとなる。そ
してこの場合、キャリア信号Ｃ・の変調度は低いから、
パルス信号ｅｐのデエーティー比は５ｏｑｋに近く、シ
たがりて同パルス信号ｅｐは高次周波数成分の比較的少
ないパルス信号となる。一方、オーディオ信号ａｍの信
号レベルが、例えば最大値の８０％程度と高くなると（
すなわち高入力レベルになると）、直流電圧■噛がこれ
に応じて高くなるから、キャリア信号Ｃ＠の周波数は、
例えば第４図ｆ今に示すよう沓こ、極めて低くなる（周
期Ｔが長くなる）・そしてこの場曾、キャリア信号６＠
の変１１１ｆは高いから、パルス信号ｅｐは、第４図に
）に示すよう憂こ、ローレベル期間がハイレベル期間に
比べて極めて短かい（またはこれとは逆の関係の）パル
ス信号となる＠しかしながら、この鳩入力レベル時のパ
ルス信号ｅｐの最小パルスＩｔ！！（第４図に）におい
てはローレベル期間に対応する）は、キャリア信号ｅ＠
の周期Ｔが長くなりているため、低入力レベル時のパル
ス信号ｅｐの各パルス幅と較べてそれほど変わりなく、
シたがりてこの高入力レベル時のパルス信号ｏｐの高次
ｗＪ波数成分も低入方レベル時のものと略んど変化しな
い。

しかして、この実施例によれば、ぜ調部２ｂおよびパル
ス増幅器３等の帯域幅を大幅に減少させることが可能に
なるばかりか、このよう昏こ帯域幅を減少させてもなお
かつ従来のものより歪を大幅に改善することができる・
なおこの１８３図に示した実施例において、レベル検出
器２ｃの入力に破線で示すようにローパスフィルタ４の
出方を供給しても上記効果が得られる。

ところで、この檀のパルス−Ｋｍ回路においては、オー
ディオ信号ｅａ（入力信号）の信号レベルとパルス信号
Ｃν　（出力信号）のデユーティ−比との比例性さえ正
しく確保されていれば、キャリア信号Ｃ・の周波数の変
化は原理的に優の原因にはならないから、キャリア信号
ｅ＠の周波数のオーディオ信号Ｃ−の信号レベル（入力
レベル）に対するリニアリティー等は余り重要ではない
。

したがって、このキャリア信号ｅ−の周波数は第５図の
実線ａで示すように入力レベルがあるレベル以上となっ
た領域で同人力レベルの増加に伴ない直線的に低下させ
る方法、または同図の１点鎖線すで示すように入力レベ
ルのある範囲内においてのみ同人力レベルの増加に伴な
い直線的に低下させる方法、または、同図の２点鎖線Ｃ
で示すように入力レベルの増加に伴ない非直線的に低下
させる方法、のように入力レベルの増加に伴ない低下さ
せる方法であれば任意の方法を用いてよい。

なお第５図における破線は、従来のパルス幅変調回路に
おける入力レベルと、キャリア信号の周波数との関係を
示している・ 次に＃ｇ６図は、前記第１の実施例の具体回路の一例を
示す回路図である。この図１こおいて、変一部２ｂは、
抵抗６と演算増幅器７とコンデンサ８とからなりＶｃｏ
２ａが出力するキャリアイぎ号ｅ＠（矩形波）を積分す
るミラー積分回路９と、比較器１０と、パルス増−器３
と、このパルス増幅器３の出力端子と前記演算増幅器７
の反転入力端子との間に介挿された帰還抵抗１１とから
なる公知のダイレクト帰還形パルス幅変調回路である。

また１２はオーディオ信号ｅｍを増幅する第１のバッフ
ァアンプ、２ｃはこのバッファアンプ１２の出力を整流
するｍｆｔ、回路、１３はこの整流回路２ｃの出力を増
幅する＠２のバッファアンプである。

モしてＶｃｏ２ｍの制御入力端子には、このバッファア
ンプ１３の出力、すなわちオーディオ信号ｅａの信号レ
ベルに比例して変化する直流電圧■６が供給される。

しかして、この＠６図に示した具体回路によれば、パル
ス増幅器３から出力されるパルス幅変調回路２の出力パ
ルス９１号Ｃ−のデユーティ−比および周波数は共にオ
ーディオ信号ｅ−の信号レベルに応じて変化され、こむ
によって必要とされる帯域幅の減少、および歪の低減が
達成される。

次に第７図は前記第１の実施例の具体回路の他の例を示
す回路図である。この図において、変調Ｈｕｂは、非反
転入力端子にオーディオ信号Ｃ１が供給され反転入力端
子が抵抗１４（値”ｔ）を介して接地されかつ同反転入
力端子と出力端子との間にコンデンサ１５（１直Ｃ）が
介挿された演算増幅器１６と、ｅ入力端子にこの演算増
幅器１６の出力が供給されかつθλ入力端子ｖｃｏ２ｍ
から３と、このパルス増幅器３の出力端子と前記演算増
幅器１６の反転入力端子との間に介挿された抵抗１８（
蝋几ｔ　）とからなっている。この変調部２ｂにおいて
は、キャリア信号ｅ・が供給された時に演算増幅器１６
の出力端子に得られる三角波の立上りの傾斜と立下りの
傾斜とが、オーディオ信号ｅｍの信号レベルに応じて互
いに相反する方向に変化され、これ昏こよってキャリア
信号ｅ６の成形に対するデユーティ−比の依存性が少な
い極めて正確なパルス幅変調を行なうことができる。

一方、絶対値検出回路２Ｃは、バッファアンプ１２を介
して供給されるオーディオ信号ｅｍの電圧を絶対（１１
こ変換して出力する回路であり、この絶対値検出回路２
Ｃが出力する電圧が、バッファアンプ１３によって増幅
された後、抵抗１９を介してｖｃｏ２ｍの制御入力端子
へ制御電圧■６として供給されるようになっている。こ
の場合、ｖｃ０２ａの制御入力端子は、アノードが同制
御入力端子に接続されたダイオード２０を介してｍＫ電
圧１）ｌｊ２１（電圧Ｅ）の正Ｉｎ子に接続されている
ため、前記制御′醸圧ｖ喀は、オーディオイぎ号Ｃａの
信号レベルが如何に増大しても電圧Ｅ以上（こは上昇し
ないＯ しかしてこの第７図番こ示した具体回路によっても、パ
ルス信号ｅｐのデユーティ−比および周波数が共にオー
ディオ信号ｅｍの信号レベルに応じて変化される。なお
この場合のオーデイイＩ！ｉ号１５ａの信号レベルと、
キャリア信号ｅ・の周波数との関係は、例えば輔５図の
一点鎖線すのようになる。

次にＭ８図は、この発明の第２の実施例を具備する増幅
器の構成を示す回路図である。

この図において、２ｄは変調部であり、この変調部２ｄ
は自己発振形パルス幅変−回路からなっている。また符
号２２で示すものはフォトカプラであり、このフォトカ
プラ２２は発光ダイオード２２義とこの発光ダイオード
２２１の光量に応じて抵抗値が変化する可変抵抗素子２
２ｂとからなっている。そして、前記発光ダイオード２
２ｍは正電源から定電流回路２３を介してバイアスされ
ている。前記変調部２ｄは、非反転入力端子にオーディ
オ信号ｌｅｇが供給され反転入力端子が抵抗２５を介し
て接地されかつ同反転入力端子と出力層子との間にコン
デンサ２６が介挿された演算増幅器２７と、θ入力端子
にこの演算増幅＠２７の出力が供給されｅ入力端子が前
記可変抵抗素子２２ｂを介して接地されかつ同の入力端
子と出力１子との間に抵抗２８が介挿された比較器２９
と、この比較器２９の出力を反転増幅するパルス増幅器
３０と、このパルス増幅器３０の出力端子と前記演算項
ｌ１１１！器２９の反転入力端子との間に介挿された抵
抗３１とからなっている。この変ル￥部２ｄ番こおいて
、今オーディオ信号ｅｍは接地レベルであり、また比較
器２９の出力はハイレベルであるとする。この場合、パ
ルス増−器３０の出力はローレベルとなるから、演算項
＠６２７の出力電圧は、抵抗３１の値とコンデンサ２６
の値とにより決まる傾きで上昇する。そしてこの演算項
幅器２７の出力電圧が、比較器２９のｅ入力端子の電圧
、ずなわち抵抗２８と可変抵抗素子２４とからなる正帰
還回路によって発生される電圧を越えると、比較器２９
の国力電圧はハイレベルからローレベルへ変化する。し
かしてこの変調［ｉ２ｄによｎ、ば、抵抗３１４および
コンデンサ２６の６値と、抵抗２８とＩＴ変抵１ｙｔ、
素子２２ｂとからなる正帰還回路の帰還量とによって決
まる周波数を持つ発振１１作を得ることができると共に
、この結果として演算増幅器２７の出力端子に得られる
三角波の立上り傾斜と立下り傾斜とをオーディオ信号ｅ
―の信号レベルに応じて互いに相反する方向へ変化させ
ることができ、これによってパルス幅変調を行なうこと
ができる・一方、絶対値回路２Ｃは、オーディオ信号Ｃ
ａの信号レベルの絶対値に対応する負の極性の電圧を出
力し、この゛電圧はバッファアンプ１３によって増幅さ
れ、抵抗３２を介して前記発光ダイオード２２Ｊ１の電
流を制御する。したがってオーディオ信号６ｍの信号レ
ベルが増加すると、発光ダイオード２２１１に流′れる
電流が減少し光量が減少し、可変抵抗素子２２ｂの抵抗
値が増加する。

この結果比ｆｉｌ＠２９における抵抗２８と可変抵抗素
子２２’ｌとによる帰還量が増加して変調部２ｄの発振
周波数が低下する。

このように、この第８図番こ示した＠２の実施例におい
ても、パルス信号ａｙのデユーティ−比および岸波数を
共にオーディオ信号ｅｍの信号レベルにろじて変化させ
ることができる。

以上の説明から明らかなように、この発明によるパルス
幅変１ｌｉｊ１回路は、出力パルス信号のデューティー
比および周波数を共に入力信号の１６号レベルに応して
変化させるようにしたので、出力パルス信号に含まれる
高次周波数成分を大輪に減少させることができ、これに
よりこのパルス暢変調回路自体およびこのパルス幅変調
回路の出力パルス信号を増幅あるいは伝送する回路の所
要帯域−を大幅に減少させることができ回路のコストダ
ウンを実現し得ると共に、吃を着るしく低減させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のパルス幅変調回路を用いた増幅器の一例
を示すブロック図％＠２図は従来のパルス幅変調回路の
動作を説明するためのタイムチャート、第３図はこの発
明によるパルス幅変調回路の第１の実施例を具備する増
幅器の構成を示すブロック図、＠４図は一実施例の動作
を説明するためのタイムチャート、第５図は同実施例に
おける入力信号の（′ｌｔ号レベルと出力パルス信号の
周波数との関係を示す特性図、第６図は同実施例の一具
体例を示す回路図、ｖｇ７図は同実施例の他の具体例を
示す回路図、＠８図はこの発明によるＳ）レス幅変調回
路の第２の実施例を具備する増幅器の構成を示す回路図
である。 １・・・・・・入力端子、２・・・・・・パルス幅変調
回路、２Ｊｌ・・・・・・電圧制御堰発振器（ｖｃｏ）
、２ｂ−・・１０．変調部、２Ｃ・・・・・・レベル検
出回路＠ 出鯖入　日本楽器製造株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 出力パルス信号のデユーティ−比および筒波数を共齋こ
   入力信号の信号レベルに対応して変化させるように構成
   したことを特徴とするパルス−変調回路。