JPS5826682B2 - 増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電力増幅器において、効率を高めると同時に、
従来のパルス幅変調増幅器（以下Ｄクラスアンプと呼ぶ
）に対し、歪、周波数特性、出力リップル含有率、電源
電圧変動に対する特性等を改善することを目的とするも
のである。

従来より、電力増幅器の効率を高めるための一方式とし
て、Ｄクラスアンプが知られている。

第１図にＤクラスアンプの原理図、および第２図にその
動作を説明するための各部の波形を示す。

第１図において、１は三角波発生器、２は電圧比較器、
Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ電圧比較器２の正の入力端、出力
端および負の入力端である。

第１図に示すＤクラスアンプの動作原理を第２図と共に
説明する。

三角波発生器１の出力端には第２図Ｃに示す三角波が常
に発生している。

一方、電圧比較器２は、負の入力端Ｃに対し、正の入力
端Ａの電圧が正の場合は出力が＋■となり、逆に負の場
合は出力が−■となる（±■は、通常正負の電源電圧に
近い電圧）。

いま正の入力端Ａに第２図ａに示すような入力電圧が加
わると、電圧比較器２の出力端Ｂには第２図すに示すよ
うなパルス波形が現れる。

このパルス列すは入力信号電圧ａによってパルス幅変調
を受けている。

したがってこのパルス列すはローパスフィルタを通すと
、第２図ｂ′に示すような、人力信号ａと同じ波形の出
力が得られる。

以上が第１図に示すＤクラスアンプの動作原理であるが
、このＤクラスアンプの特徴は、電力を扱う電圧比較器
の出力部分がスイッチ動作を行うため電力損失が極めて
小さく、シたがって非常に効率が高いという点にもある
。

しかし、Ｄクラスアンプには、次のような欠点がある。

（１）出力のリップル含有率が大きい。

（これが不要輻射の原因になる。

）（２）負帰還が極めてむづかしいため、負帰還による
直線性の改善が期待できない。

（負帰還を掛けるためには帰還信号のリップルを十分除
去しなければならないが、リップルを除去するために−
１２ｄＢ１０ｃｔ以上の傾斜を持つローパスフイルタを
挿入した場合は発振してしまうし、−６ｄＢ１０ｃｔの
傾斜を持つローパスフィルタでは帰還信号のリップルを
十分抑圧できない。

）（３）通常、出力のリップルを抑圧するため、出力に
ローパスフィルタを挿入するが、このローパスフィルタ
の通常域によって、Ｄクラスアンプ全体の周波数特性が
抑えられてしまう。

（４）電源電圧が変化するとＤクラスアンプのゲインが
変化し、したがってハム等の電源電圧の変動によって出
力が振幅変調される。

本発明は以上の説明のようなりクラスアンプの長所は残
しながら欠点を解決した増幅器を提供するものである。

以下本発明の実施例について図面と共に説明する。

第３図に本発明の一実施例を示す。

第３図において、２は電圧比較器、３はコイルおよびコ
ンデンサで構成されたローパスフィルタ、４は抵抗およ
びコンデンサで横取された帰還回路、Ａは電圧比較器２
の正の入力端、Ｂは電圧比較器２の出力端、Ｄは増幅器
の出力端、Ｅは電圧比較器２の負の入力端であり、電圧
比較器２は第１図の電圧比較器２と同じものである。

つぎに、第３図に示す増幅器の動作原理について第４図
とともに説明する。

なお、第４図は第３図における各部分の周波数特性を示
すものであり、第４図においてイはローパスフィルタ３
の振Ｓ％性、口は帰還回路４の振幅特性、ハはローパス
フィルタ３および帰還回路４を含めた振幅特性、二はロ
ーパスフィルタ３の位相特性、ホは帰還回路４の位相特
性、へはローパスフィルタ３および帰還回路４を含めた
位相特性である。

ローパスフィルタ３および帰還回路４の周波数特性が第
４図に示すような関係になっている場合、この系は、第
４図の位相％ｔ’４Ｅへか−１８０’ となる点Ｆの周
波数で発振する。

なぜなら、この周波数において位相的に完全な正帰還に
なることと、電圧比較器２は、それ自身の飽和特性によ
って、かなり広い範囲に渡って任意の利得を持ち得るた
め、この周波数において帰還ループゲインが自動的に１
になる所でバランスするからである。

第３図において、入力端Ａの電圧がゼロの場合の各点の
波形を第５図に示す。

第５図のａは点Ａの波形、ｂは点Ｂの波形、ｅは点Ｅの
波形である。

また＋■および−■は、電圧比較器２の正方向飽和出力
電圧および負方向飽和出力電圧を表わしている。

このように、入力端Ａの電圧がゼロの場合、点Ｂの波形
すはデユーティ−サイクル５０％の方形波となり、点り
の波形は波形すの基本波を１８００反転させて減衰させ
たものとなり、点Ｅの波形ｅとほぼ同じである。

そして点Ａの電圧が点Ｅの電圧に対し、正の区間は点Ｂ
の電圧は＋■となり、負の区間は−■となっている。

この時出力りの低周波成分（波形ｅの平均値）もゼロと
なっている。

つぎに、第３図において、入力端Ａに正の電圧を加えた
場合の各点の波形を第６図に示す。

この場合、点Ｂの波形は＋■の期間が長＜、−Ｖの期間
が短い方形波になり、点りの波形は波形すの基本波を１
８００反転させて減衰させたもので、平均値は正になっ
ている。

そして点Ｅの波形ｅは点りの波形とほぼ同じである。

そして点Ａの電圧が点Ｅの電圧に対し、正の区間は点Ｂ
の電圧は＋■となり、負の区間は−■となっている。

つぎに、第３図の入力端Ａに変化する電圧を加えた場合
の各点の波形を第７図に示す。

第７図から明らかなように、点Ｂの波形すは入力端Ａの
電圧によってパルス幅変調を受けており、それをローパ
スフィルタ３を通して得られる出力端りの電圧の低周波
成分は、入力端Ａに加えられる電圧波形とほぼ同じにな
り、したがって第３図に示す増幅器は増幅機能を有する
ことがわかる。

そしてこの増幅器の増幅度は通常の帰還増幅器と同様に
、はぼ帰還回路の伝達関数の逆数になる。

つぎに、この増幅器の出力リップル電圧について考える
。

まず、入力端Ａの電圧がゼロの場合は、点Ｂの電圧は第
５図すに示すようになり、この波４■ 形″斜波振幅″□〒；とな６・′″０７第４図に示す振
幅周波数特性イの発振周波数の点Ｇにおける減衰量をｇ
とおけば、出力ｉＢにおける発振局４■ 波数成分（リップル成分）の電圧は ・ｇにＶ７π 減衰する。

そして入力端Ａの電圧がゼロでない場合にも、あまりリ
ップル電圧は変化しない。

一方、第１図に示すＤクラスアンプの場合、出ｖ 力＋）’ｙ”！”、７７；”’ＣＭ６６ｘｌ；・４０１
′比較ゝてｇだけリップル電圧が小さいことがわかる。

また、第１図に示すＤクラスアンプの出力に、第３図３
に示すローパスフィルターを追加すればリップル重臣は
第３図に示す増幅器並みに減衰するが、同時に信号の高
域成分も減衰し、結局全体の周波数特性が、第４図イに
示す特性になってしまい、第３図に示す増幅器の周波数
帯域よりも狭くなってしまう。

したがって、第３図に示す増幅器は、第１図に示すＤク
ラスアンプと比較して、出力リツプル重臣に対する周波
数帯域が広くなるという利点がある。

つぎに歪の点について考える。

第３図に示す増幅器の帰還は、通常取扱う信号の周波数
帯域では負帰還となっており、したがって歪については
、第１図に示すような負帰還のないＤクラスアンプに比
較して有利になってくる。

つぎに電源電圧変動による影響について考える。

電源室モが変動した場合、点Ｂの方形波振幅は電源重上
に応じて変化するが、第３図に示す増幅器の場合は、増
幅度はほぼ帰還回路で決まるため電源電圧変動による増
幅度の変化はなく、この点でも帰還のないＤクラスアン
プよりも有利である。

最後に効率について考える。

第３図に示す重臣比較器２の出力はスイッチ動作を行う
ため、この部分での電力損失はほとんどない。

またローパスフィルタ３はリアクタンス成分のみで構成
されているため、この部分での電力損失はない。

したがって、効率の点ではＤクラスアンプと同等で、通
常のＡクラスアンプやＢクラスアンプと比較して非常に
高くなっている。

ところで、第３図に示す増幅器において、帰還回路４の
周波数特性をフラットにせず、第４図口。

ホで示すように、設定周波数Ｆより低いところで位相が
進み、高いところで遅れるような特性にしているのは、
ローパスフィルタ３および帰還回路４を含めた位相特性
へか一１８０°になる周波数を安定に決めるためで、も
し帰還回路４の周波数特性がフラットであれば、ローパ
スフィルタ３および帰還回路４を含めた位相特性は二の
ようになり、−１８０°となる周波数は決まらなく、シ
たがって発振周波数が不安定になる。

なお、上記実施例では、出力のリップル重臣はＤクラス
アンプに比較すれば小さくなっているが、さらにリップ
ル重臣を下げるため、出力端りにさらに別個のローパス
フィルタを接続すると効果的である。

またこの増幅器の他の実施例として、入力端Ａに定電正
源（ツェナーダイオード等）を接続すれば、効率の高い
スイッチングレギュレータとして使用することも可能で
ある。

以上のように、本発明によれば増幅器の効率を高めると
同時に、従来のパルス幅変調増幅器に対して歪２周波数
特性、出力リツプル含有率、電源電圧変動に対する特性
等をしかも本発明は、帰還回路として、取扱う周波数よ
りも高い成る設定周波数よりも低いところでは位相が進
み、上記設定周波数よりも高いところでは位相が遅れる
ように帰還を掛けるものを用い、この設定周波数付近で
発振させるようにしているから、発振周波数を安定に決
めることができるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の増幅器を示す回路図、第２図は第１図の
動作を説明するための電圧波形図、第３図は本発明の一
実施例における増幅器を示す回路図、第４図は第３図の
各部の周波数特性図、第５〜７図は第３図の動作を説明
するための電圧波形図である。 ２・・・・・・重臣比較器、３・・・・・・ローパスフ
ィルタ、４・・・・・・帰還回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 正の入力端および負の入力端を有する電圧比較器と
   、上記電圧比較器の出力端に接続されたローパスフィル
   タと、上記ローパスフィルタの出力端から上記電圧比較
   器の負の入力端へ取扱う周波数よりも高い成る設定周波
   数よりも低いところでは位相が進み、上記設定周波数よ
   りも高いところでは位相が遅れるように帰還を掛けるた
   めの帰還回路とから構成され、上記設定周波数付近で発
   振させた状態で動作させ、上記ローパスフィルタの出力
   端から出力を取出すようにしたことを特徴とする増幅器
   。 ２ ローパスフィルタがコイルとコンデンサで構成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の増
   幅器。