JPS5840908A

JPS5840908A - 増幅装置

Info

Publication number: JPS5840908A
Application number: JP56138817A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Utsunomiya; 正明宇都宮
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-09-03
Filing date: 1981-09-03
Publication date: 1983-03-10
Also published as: JPH046129B2

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】この発明は音声信号等を低歪率で増幅する増幅装置に関
する。

真空管、トランジスタ、ＦＩＴ等を用いた音声信号増幅
器においては、これらの集子の持つ非直線性が、増幅器
の出力にノンリニア歪となって■われる。と〈ｋ大出力
を必要とする電力増幅器においてこの影替が大きい。ま
たＢ級プツシ！−ゾル回路を用いた電力増幅器において
は、クロスオーバー歪やスイッチング歪が存在し、音質
に悪影畳を及埋すと考えられる。従来、このような増幅
器の歪を減少させる九めに、フィードフォワードとシイ
−ドパ、りという利得制御手段が考案され、後者が一般
に実用化されている。フィードフォワードの原理は、Ｎ
１図に″示すように、ある歪を持つ利得Ａの増幅器１の
出力からアッテネータ２で１／Ａ倍の信号をとシだし、
これを入力信号と比較して差分を差動増幅器３等でＡ倍
に増幅し、増幅器１の出力にあ、られれた歪と逆相の成
分を作シ出し、これを合成回路４によって、増幅器１の
出力と足し合わせて歪成分を打ち消す方式である。しか
しながらこのフィードフォワード法には次のような欠点
がある。■増幅器１と差動増幅器３の利得、及びアッテ
ネータ２の減衰度を合わせることが困難である。■合成
回路４において、電力の損失を小さくすることが困難で
ある。このような理由によシ、フィードフォワード法は
、あまシ実用化されていない。

一方、フィードパ、り法の原理は、第２図に示す様にあ
る歪をもつ利得Ａの増幅器５の出力信号を帰還回路６に
よって１倍して（β≦ｌ）、増幅器５の入力点７におい
て入力信号から差し引くことＫよシ、あらかじめ１倍し
た歪を逆相で加えた入力信号を作シ、出力の歪を減少さ
せるという方式である。この方法によシ帰還をかＡ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　１けた時の利得は
、１１＋β、となシ、歪はほぼ□９゜倍となる。従って
オープン利得の大きい増幅器では、帰還を大量にかけて
歪（静的歪）を大幅に減少させる仁とができる。しかし
ながら、上記のフィードバック法には次のような欠点が
ある。■帰還量を大きくしても、歪を完全に零にするこ
とはできない。■帰還をかけることによって増幅器が不
安定になった！Ｉ）、ＴＩＭ（）ランジェント・インタ
ー・モジ具し−ジ冒ン）カ１１Ｍ（インターフェース・
インター・モジェレーシ曹ン）勢の動的歪を発生させる
恐れがある。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、フィー
ドフォワード法とフィードパ、り法との長所を取り入れ
、欠点を最小限にお事えるようにしたもので、フィード
バック法の助けを借シながら、安定したフィードフォワ
ード法の動作を爽現し得、靜的歪及び動的歪を極度に低
減することができ、とくに電力増幅用の回路においては
フィードフォワードの出力合成の際に電力損失と出力イ
ンピーダンスの上昇をおさえた増幅装装置を提供するこ
とを目的とする。

以下この発明の実施例を図面を参照して説明する。第３
図において、１０ｄ入力端子、１６は出力端子である。

入力端子１ｏの信号は、合成回路１１の一方の入力端子
と、差動増幅器１４の負側入力端子に加えられる。合成
器１１の出力は、増幅器１２に加えられ増幅される。

増幅器１２の出力は、合成器１５の一方の入力端子に加
えられるとともに帰還回路１３に加えられる。帰還回路
１３の出力は前記合成器１１の他方の入力端子と、差動
増幅器１４の正側入力端子に加えられる。そして差動増
幅器１４の出力は、前記合成器１５の他方の入力端子に
加見られ、この合成器１５の出力が出力端子に導出され
る。

増幅器１２は出力に歪成分Ｎを発生し、裸利得はＡｌｏ
であシ、帰還回路７３によって帰還率β凰の浅いフィー
ドバックをかけられている。

このため見かけ上の増幅器１２の歪は減少し、略−「ツ
石Ｔ石−となっている。帰還回路１３を通って戻ってさ
た信号には、出力のβ１倍の歪が含まれているので、差
動増幅器１４で入力信号と帰還信号との差をとって逆相
の歪成分を増幅し、合成器１５で、増幅器１２の出力と
足し合わせて歪成分を打ち消す。

差動増幅器１４の利得をＡｍとし、合成器１５の出力に
おける歪を式であられすと、歪のレベルは１．１とな、りて、Ａｍ−ｒ−１のとき、歪は大幅に低減する
。しかしながら％Ａｌは動作温度や電源電圧の影餐を受
けて変動するので、歪を完全に零にすることは困難であ
る。

一方、入力信号を８とすると、各点における信号のレベ
ルは次のようになる。

ここでＡｚ）Ａｍであるから、出力信１号レベルは少な
い。

この発明の基本的な原理は上述のよう罠なされ、出力信
号の歪を大幅に改善することができるとともに１亀力損
失とか出力インピーダンスの増加をほとんど伴わず、安
定した動作を得る。

第４図はこの発明を用いた具体回路の一例であシ、第３
図と同一部は同符号を付して説明する。信号増幅用の増
幅器１２は、利得がＡ、でである・また、歪成分増幅用
の差動増幅器１４は、利得の安定性や位相特性の改善を
得るためにフィードパ、り回路部を有する。この差動増
幅器１４Ｆｉ、さらに差動増幅器Ｉｆ、１ｇ、抵抗Ｒｓ
　　＋　Ｒａ　ｅ　Ｒｇ　　ａ　Ｒｇ　　ｅ　Ｒｖ　カ
ラナル抵抗Ｒマは、利得調整用の可蜜抵抗である。差動
増幅器１１の正の入力端子１１反転用入入力子でとなる
。一方、差動増幅器１８の正の入力端子は非反転用入力
であり、利得は、となる。ここでＲ１＝Ｒ＠　　ｅ　Ｒ４−Ｒｇ　とおけ
ば両者の絶対値は、定し、さらに可変抵抗Ｒｖで微調整すれば、歪は零とな
る。差動増幅器の利得が多少変動してもその影響は小さ
い。

差動増幅器１２と、差動増幅器１８との合成器１５とし
ては、抵抗Ｒ＠　　ｓ　Ｒ＠によるマトリ、クスを用い
ておシ、負荷の変動を受けないためにもＲ，ｍＲ・であ
るととが好ましい。なお、差動増幅器１２と差動増幅器
１８との相互影響を避けるために抵抗ＲｓｅＲ−の値は
あｔシ小さくできず、電力増幅として用いる場合にはダ
ンピングファクターを下げないために出カドランスを用
いる必要があるので、上述の回路は、小信号増幅用に適
している・このよう罠出力電圧の異なる複数の増幅器を
並列接続する一合には、出力における電力の損失とイン
ピーダンスの増加があられれこれがフィード・フォワー
ド回路を構成する大きな障害となっていたが、本回路に
よるとフィードΔ、り回路を組み合わせることにより解
決できる。

第５図は本発明の他の実施例であり、第４図に示した回
路の性能をさらに向上させたものである。第５図におい
て２０は入力端子、２１は出力端子である。動作の基本
的な原理は、２つの増幅器ｚｓ　、ｓｓを、入力信号に
ついては同相・同レベルで作動させながら、互すに互い
の歪成分を打ち消し合うもので、このため最終段におけ
る出力合成の際に電力損失及びインピーダンス増加はほ
とんど存在しないので、とくに電力増幅用に適している
。

つｔシ、入力信号は、合成器２　ｊ　、３２の各一方の
入力端子に加えられる。この合成器２２゜３２０各他方
の入力端子には、互いに対となった増幅器ｚｓ　、ｓｓ
側の歪成分が相互に入力されている・合成器２２の出力
は、合成器２３゜２４０各一方の入力端子に加えられ、
合成器３２の出力は合成器３３．３４の各一方の入力端
子に加えられる。合成器２４．３４の各他方の入力端子
にはそれぞれ帰還回路２６．３６からのフィードパ、り
成分が入力されている。同様に合成器２４．８４の各他
方の入力端子にも帰還回路７６．３６のフィードパ、り
成分が入力されている。そして、合成器、？Ｊ、３Ｂの
出力は、歪成分として先の合成器、？　２　、２　ｊの
各他方の入力端子に加えられる。合成器２４゜３４の出
力はそれぞれ増幅器２５．３５に入力され、各増幅器２
５．３５の出力は、それぞれ帰還回路２６．３６に加え
られるとともに合成器２７の一方の入力端子と他方の入
力端子に加えられる。

上記第５図の回路によると、増幅器２５゜３５はある程
度の歪を有する。今冬増幅器２６゜３５の利得がそれぞ
れＡ　１ｅ　Ａ　＠であシミ力増幅器として動作するも
のとする。増幅器２５側を考えると、その出力は、負帰
還によっである程度減少した歪成分を含むが、帰還回路
２６をこの帰還回路２６の出力゛は、合成器２３に入力
される。この合成器２３にては、信号成分が大幅に取り
除かれ、逆相となった歪成分が出力され、これは合成器
３２に入力される。このため、この歪成分は増幅器３５
を通して最終段の合成器７７に入力されるが、このとき
増幅器２５側からの自らの歪とともに打ち消し合う・増
幅器３５側で発生した歪も同様に打ち消される。

上記のシステムにおいて、合成器３３の出力ｔ・ら合成
器２２に入力される信号をｘ１合成器２３の出力から合
成器３２に入力される信号を１とすると、系全体の出力
（合成器２７の出力）は、（２）　（３）式よシｘ、ｙを求めると、となる。これ
らを（１）弐忙代入すると、系全体の出力は、となる、ζこでβ、１−β鵞＝βと置くと、系全体の出
力は即ち、β臘とβ１が尋しけれは糸の出力は、他のパラメ
ータに影響されずに１一意的に矢まる。

増幅器ｉｓ　、ｓｓの利得Ａｌ５Ａｌが変化しても出力
は一定で、これらの増幅器の歪は完全に除去される。従
りて歪の改智を負＃！１遠に執る必・輌はなく、負帰還
はある程度浅くかけた方が本システムの特徴をよシ有効
に発揮することができる・上記の第５図の回路を更に具体化した例を第６図に示す
。第５図の回路と同一部分に和尚するところは同じ符号
を付して説明する。この回路において、帰還回路２６は
抵抗Ｒ１１＊Ｒ１１によ多構成され、帰還回路３６は抵
抗ＲｔｓｓＲｔｉによ多構成されている。また合成器２
３は、差動増幅器４１，４１１と抵抗Ｒｔｖ−Ｒｍ・に
よ多構成され、合成器２３は差動増幅器４３．４４と抵
抗Ｒ＠Ｂ　＝　Ｒｔ＠等により構成されている。

さらに合成器２４．３４は、増幅器２！５．２６として
差動増幅器を用い、その負端子に帰還信号を入力するこ
とＫよってその合成機能が達成されている。

である、歪を無くすためには、βｌ−β麿即ち、ＱＩは
、インピーダンス変換のためにソースフォロアを構成す
るＦＩＴであシ、抵抗ＲＩ―、Ｒ１・とともに、出力イ
ンピーダンスを低くシ、電圧降下を防いでいる。ソース
７オロアの代りにエミッタフォロアを用いてもよい。差
動増幅器４１．４１側について説明するに、今、抵抗Ｒ
Ｉツマ−１＠−Ｒｔ・−Ｒ鵞・とすると、差動増幅器４
２の正の入力端子に入力した信号は、その振幅が２倍と
なシ、位相は反転して差動増幅器４１の出力にあられれ
る。一方差動増幅器４１の正の入力端子に入力した信号
は、振幅は２倍となシ、位相はそのままでとの差動増幅
器４１の出力にあられれる。即ち、との差動増幅器４１
．４２は利得が２倍の差動増幅を行う。

そこで、抵抗ＲｆｆｉＩとＲ１１の値を等しくすれば、
との差動増幅した出力はソースフォロアからの出力とに
ずつ足し算される。抵抗値咎の誤差によシ利得が両差動
増輻器４１．４２間で合わなければ、第４図で示したよ
うな可変抵抗を用いてもよい、差動増幅器４３．４４側
においても同様な動作が得られる。電力増幅器！　５　
ｍ　Ｊ　５の出力にけ保映回路Ｐ＋　　＝Ｐ霊を設は安
全が図られる。抵抗”ｌ＠　　＋　Ｒ１＠は系全体の出
力インピーダンスを下けるため低い値（例えば０．５０
）が用いられる。このシステムの場合、抵抗による合成
器が片１１１に２箇所あるので１′圧増幅率は第７図は
本発明をＢＴＬ接続に応用した例であシ、動作原理は第
５図に示した回路と似ているので、対応する部分には同
じ符号を付して説明する。即ち、このシステムは、入力
端子２０と合成器３２間に位相反転回路４５を設けたも
のである。入力信号Ｂ１増幅器２５の出力をｖ１増幅器
ＳＳＯ出力をｖ雪、負荷４６に印加される電圧をＶ・と
し、合成器３３から２２に入力される信号なｘ１合成器
２３から３２に入力される信号をｙとし、このシステム
の増幅特性を式で示すと、・・−・・・・・（１１＋Ｉｌｌ　ａｍよシ、Ｘ　ｅ　７を解くと、これらを（
１）に代入してｖ拳を求めるとこのシステムを更に具体
化した回路例を第８１￥１に示す、この回路は、第６図
に示した回路構成と基本的には対応するので、対応する
部分には同じ符号を付して説明する。即ち、位相反転回
路４５は、ＦＥＴ　Ｑ　＊　　ｅ　Ｑ　ｌ　％抵抗Ｒ１
＠ｅＲ畠ｌ。

Ｒｓ　ｓ　＊　Ｋよ多構成されている。力おＣ＠ｅｃＩ
は結合コンデンサである。この位相反転回路４５は、抵
抗ｌ、＝Ｍ”Ｒｍ諺としてＦ’ＥＴ　Ｑ　ｍの利得を−
１としている。ｔた負荷４６としてはスピーカが接続さ
れている。合成器２３　＊　Ｊ　３を構成する差動増幅
器は、第６図の回路と同じであり、利得は２である。信
号合成用の抵抗Ｒ鵞−Ｒｍ　ｌ　　＃　Ｒｍ　ｖ　　ｅ
　Ｒｍ−はすべて値が等しく、各々の入力信号をＷずつ
足し算するｅ増幅器２５．３５の帰還抵抗をＲｚ＊　　　＝　　　Ｒｓ”　−βとすると、このシＲ
＋ｔ＋Ｒ嘗■　　　Ｒｌ　＋Ｒ型番上記したようＫこの発明によると、多用すると安定性や
動特性に問題があるとされているフ７詩−ドパツク法に
全面的に依存する仁となく〈フィードフォワード法とフ
ィードパ、り法との混成によりて、出力歪成分を大幅に
低減することができ、またフィードフォワード法を用い
た電力増幅器の後段の合成部では、電力損失とか出力イ
ンピーダンスの増加を伴うことなしに適用することがで
きる増幅装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の増幅装置の基本的構成図、第３
図、第４図はこの発明の一実施例における基本的な構成
図及びその具体的回路図、第５図、第６図はこの発明の
他の実施例による基本構成図及び具体的回路図、第７図
、第８図は仁の発−〇応用例を示す基本構成図及びその
具体的回路図である。１２・・・増幅器、１３・−帰還回路、１４・・・差動
増幅器、１５・・・合成器、２　Ｊ　ｅ　ｊ　３　ｔ　
２４　＊３２．８３．３４・・・合成器、２５．３５・
・・増幅器、２６．３６・・・帰還回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　入力端子から入力信号が加えられ負帰還回路
を備えた第１の増幅手段と、この第１の増幅手段の入力
側に帰還される歪成分を含む信号と前記入゛力信号とを
比較して２前記歪成分を抽出するとともに増幅する第２
の増幅手段と、この第２の増幅手段の出力と前記第１の
増幅手段の出力とを合成し出力歪成分を消去する手段と
を具備したことを特徴とする増幅装置。
（２）　　前記＠１の増幅手段として、それぞれ負帰還
回路を備えた第１．第２の差動増幅器を備え、前記第２
の増幅手段として、前記第１の差動増幅器の帰還端子に
帰還される歪成分を含む信号と入力信号を比較すること
によって該歪成分を抽出する第１の比較手段と、前記第
２の差動増幅器の帰還端子に帰還される歪成分を含む信
号と前記入力信号とを比較するととＫよって骸歪成分を
抽出する第２の比較手段と、第１の比較手段の出力を前
記第２の差動増幅器に人力し、第２の比較手段の出力前
記第１の差動増幅器に入力する手段とを具備したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の増幅装置。