JPS5845841B2 - Amplification circuit for pulse width modulated signals - Google Patents

Amplification circuit for pulse width modulated signals

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JPS5845841B2
JPS5845841B2 JP4339977A JP4339977A JPS5845841B2 JP S5845841 B2 JPS5845841 B2 JP S5845841B2 JP 4339977 A JP4339977 A JP 4339977A JP 4339977 A JP4339977 A JP 4339977A JP S5845841 B2 JPS5845841 B2 JP S5845841B2
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pulse width
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はパルス幅被変調信号用の増幅回路に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to an amplifier circuit for pulse width modulated signals.

オーディオ信号より高い周波数を有するクロックパルス
信号をオーディオ信号によってパルス幅変調し、得られ
たパルス幅被変調信号を復調してスピーカをドライブす
るパルス幅被変調信号用増幅回路(D級増幅器とも呼ば
れている)は高能率の増幅器として知られている。
A pulse width modulated signal amplifier circuit (also called a class D amplifier) that pulse width modulates a clock pulse signal with a higher frequency than an audio signal using an audio signal, demodulates the resulting pulse width modulated signal, and drives a speaker. ) is known as a high efficiency amplifier.

第1図は、いわゆるトーテムポール回路を使用したD級
増幅回路の出力段の回路の一例を示すものである。
FIG. 1 shows an example of an output stage circuit of a class D amplifier circuit using a so-called totem pole circuit.

正の電源端子(+Vc)と負の電源端子(−Vc)との
間にトランジスタQ1、ダイオードD1及びトランジス
タQ2とが順方向に直列に接続される。
A transistor Q1, a diode D1, and a transistor Q2 are connected in series in the forward direction between a positive power supply terminal (+Vc) and a negative power supply terminal (-Vc).

トランジスタQ2のコレクタとダイオードD1のカソー
ドの接続点はトランジスタQ1のベースに接続されると
ともに抵抗器Rを介して正の電源端子に接続される。
A connection point between the collector of the transistor Q2 and the cathode of the diode D1 is connected to the base of the transistor Q1, and is also connected to the positive power supply terminal via a resistor R.

トランジスタQ1のエミッタとダイオードD1のアノー
ドの接続点はコイルLの一端Pに接続され、このコイル
Lの他端Qはスピーカの如き負荷Sを介して接地される
A connection point between the emitter of the transistor Q1 and the anode of the diode D1 is connected to one end P of a coil L, and the other end Q of the coil L is grounded through a load S such as a speaker.

コイルLの負荷側一端QはコンデンサCを介して接地さ
れる。
One end Q of the load side of the coil L is grounded via a capacitor C.

コイルLとコンデンサCとによって低域通過フィルタが
構成される。
The coil L and capacitor C constitute a low-pass filter.

正の電源端子と負の電源端子との間に電源の極性に対し
て逆力向に直列に逆電流用ダイオードD2及びD3が接
続される。
Reverse current diodes D2 and D3 are connected in series between the positive power supply terminal and the negative power supply terminal in a direction opposite to the polarity of the power supply.

ダイオードD2とD3の接続点はトランジスタQ、のエ
ミッタに接続される。
The junction of diodes D2 and D3 is connected to the emitter of transistor Q.

パルス幅被変調信号はトランジスタQ2のベース電極に
供給される。
The pulse width modulated signal is applied to the base electrode of transistor Q2.

第2図を参照して第1図の増幅器の動作を説明する。The operation of the amplifier shown in FIG. 1 will be explained with reference to FIG.

第2図AはトランジスタQ2の、ベース電極に供給され
る入力信号の波形を、第2図BはコイルLに流れる電流
I。
2A shows the waveform of the input signal supplied to the base electrode of the transistor Q2, and FIG. 2B shows the current I flowing through the coil L.

の波形を、そして第2図Cは出力点Pに於ける出力電圧
■。
Figure 2C shows the output voltage at output point P.

の波形を示している。The waveform is shown.

コイルLに流れる電流は点Pから点Q(こ向って流れる
場合を正とする。
The current flowing through the coil L is from point P to point Q (the case where it flows in the opposite direction is positive).

ここでは第2図Aに示す入力信号はオーディオ信号によ
って変調されていないキャリア信号で示しである。
The input signal shown in FIG. 2A is here shown as a carrier signal that is not modulated by an audio signal.

トランジスタQ1のオン期間中t。t during the on period of transistor Q1.

−を工においてはトランジスタQ1を通してコイルLに
正の電流■1が流れる。
When - is selected, a positive current 1 flows into the coil L through the transistor Q1.

トランジスタQ2がオンとなる時刻t1から時刻t2ま
での間、コイルLに発生する逆起電力によってダイオー
ドD3を通してコイルLに正の電流■2が流れる。
During the period from time t1 when transistor Q2 is turned on to time t2, a positive current 2 flows through diode D3 to coil L due to the back electromotive force generated in coil L.

電流■2は時刻t2において零となり、それから時刻t
3迄ダイオードD1及びトランジスタQ2を介してコイ
ルLに負の電流■3が流れる。
Current ■2 becomes zero at time t2, and then at time t
3, a negative current 3 flows through the coil L through the diode D1 and the transistor Q2.

時刻t3において、トランジスタQ1がオンにトランジ
スタQ2がオフになされ、時刻t3から時刻t4迄コイ
ルLに発生する逆起電力によってダイオードD2を介し
てコイルLには負の電流■4が流れる。
At time t3, the transistor Q1 is turned on and the transistor Q2 is turned off, and a negative current 4 flows through the coil L via the diode D2 due to the back electromotive force generated in the coil L from time t3 to time t4.

時刻t4において電流I4は零になりその後t5迄トラ
ンジスタQ1を介してコイルLに正の電流■1が流れる
At time t4, the current I4 becomes zero, and thereafter, a positive current 1 flows through the coil L via the transistor Q1 until t5.

このように変調されていない入力信号が供給されるとき
には平均直流レベルがほぼ零に等しい三角波波状の電流
IoがコイルLに流れる。
When such an unmodulated input signal is supplied, a triangular current Io whose average DC level is approximately equal to zero flows through the coil L.

ところで、第2図Bに示す如き電流が得られるとき出力
点Pにおける出力電圧■。
By the way, when a current as shown in FIG. 2B is obtained, the output voltage at the output point P is .

の波形が第2図Cに示す如きものとなる。The waveform becomes as shown in FIG. 2C.

すなわち、トランジスタQ1がオンである期間中の電流
11がトランジスタQ1を流れる期間においては出力電
圧■。
That is, during the period when the transistor Q1 is on and the current 11 flows through the transistor Q1, the output voltage is ■.

は電源電圧+VcよりトランジスタQ1のコレクタ・エ
ミッタ間電圧vcE1だけ低くなり、電流■4がダイオ
ードD2を流れる期間においては出力電圧■。
becomes lower than the power supply voltage +Vc by the collector-emitter voltage vcE1 of the transistor Q1, and during the period when the current ■4 flows through the diode D2, the output voltage ■ becomes.

はダイオードD2の順方向降下電圧■f2だけ電源電圧
+Vcより高くなる。
becomes higher than the power supply voltage +Vc by the forward drop voltage f2 of the diode D2.

−男トランジスタQ2がオンである期間に於ては、ダイ
オードD3に電流■2が流れる期間の出力電圧■。
- Output voltage ■ during the period when the male transistor Q2 is on, the current ■2 flows through the diode D3.

はダイオードD3の順方向降下電圧vf3だけ負の電源
電圧−Vcより低くなり、そして電流■3がダイオード
D1及びトランジスタQ2を流れる期間の出力電圧■。
becomes lower than the negative power supply voltage -Vc by the forward drop voltage vf3 of the diode D3, and the output voltage ■ during the period when the current ■3 flows through the diode D1 and the transistor Q2.

は負の電源電圧−VcよりダイオードD1の順方向降下
型EVf1とトランジスタQ2のコレクタ・エミッタ間
電圧VOE2の和だけ高くなる。
becomes higher than the negative power supply voltage -Vc by the sum of the forward drop type EVf1 of the diode D1 and the collector-emitter voltage VOE2 of the transistor Q2.

このように、トランジスタQ1及びQ2のそれぞれのオ
ン期間に於て出力電圧値が変動するために、第3図に点
線で示すように、オーディオ信号が正の半サイクルから
負の半サイクルに或いは負の半サイクルから正の半サイ
クルに移行するときに負荷に供給されるオーディオ信号
電流にクロスオーバー歪が生じる。
In this way, since the output voltage value fluctuates during the ON period of each transistor Q1 and Q2, the audio signal changes from a positive half cycle to a negative half cycle or from a negative half cycle, as shown by the dotted line in FIG. Crossover distortion occurs in the audio signal current supplied to the load when it transitions from the positive half cycle to the positive half cycle.

この発明はかかる点に鑑みなされたものであり、出力電
圧値の変動を防止して歪のない信号電流を得ることがで
き、かつスイッチング素子としてのトランジスタのスイ
ッチング速度を早めることができるパルス幅被変調信号
用の増幅回路を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and provides a pulse width input that can prevent fluctuations in the output voltage value, obtain a distortion-free signal current, and increase the switching speed of a transistor as a switching element. The object is to provide an amplification circuit for modulated signals.

第4図にこの発明の一実施例による第1図と同様なトー
テムポール回路を使用した増幅回路を示し、第1図と同
一部分は同一符号でもって示しその詳細な説明は省略す
る。
FIG. 4 shows an amplifier circuit using a totem pole circuit similar to that in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention, and the same parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and detailed explanation thereof will be omitted.

この回路に於ては、コイルLに付加コイルLを設けその
一端XをダイオードD3のカソードに接続し、そして付
加コイルLの中間クツプYをダイオードD2のアノード
に接続する。
In this circuit, an additional coil L is provided in the coil L, one end X of which is connected to the cathode of the diode D3, and an intermediate cup Y of the additional coil L connected to the anode of the diode D2.

この付加コイルLの目的について第5図を参照して説明
する。
The purpose of this additional coil L will be explained with reference to FIG.

第2図に示す如きトランジスタQ1のオフ後のトランジ
スタQ2のオン期間の前半に於ては、第5図Aに示すよ
うにコイルL及びL′に発生する図示の如き極性の起電
力によってダイオードD3を介してコイルに負の電流■
2が流わる。
During the first half of the ON period of transistor Q2 after transistor Q1 is turned off as shown in FIG. 2, as shown in FIG. 5A, diode D3 is ■ Negative current into the coil through
2 flows.

このとき、X2間の起電力がダイオードD1及びD3の
順方向降下電圧とトランジスタQ2のコレクタ・エミッ
タ間電圧との和以上であれば、コイルの一部、ダイオー
ドD1、トランジスタQ2及びダイオードD3によって
形成される閉ループに循環電流■o1を流すことができ
る。
At this time, if the electromotive force between X2 is greater than or equal to the sum of the forward drop voltage of diodes D1 and D3 and the collector-emitter voltage of transistor Q2, the electromotive force formed by part of the coil, diode D1, transistor Q2, and diode D3 Circulating current ■o1 can be passed through the closed loop.

正の電流■2が零になる時刻t2からトランジスタQ2
がオフとなる時刻t3迄は、第5図Bに示す如く、ダイ
オードD1及びトランジスタQ2を介してコイルに負の
電流■3が流れる。
From time t2 when positive current ■2 becomes zero, transistor Q2
As shown in FIG. 5B, a negative current 3 flows through the coil through the diode D1 and the transistor Q2 until time t3 when the transistor Q2 turns off.

次にトランジスタQ2がオフにトランジスタQ1がオン
となる期間の前半の期間t3〜t4においては、電流■
3が時刻t3において停止するため、第5図Cに示す如
き極性の起電力がコイルに発生してダイオードD2を介
してコイルに負の電流■4が流れる。
Next, during the first half period t3 to t4 during which transistor Q2 is off and transistor Q1 is on, the current
3 stops at time t3, an electromotive force with a polarity as shown in FIG. 5C is generated in the coil, and a negative current 4 flows through the coil via the diode D2.

このとき、コイルのYP間の起電力がダイオードD2の
順方向降下電圧とトランジスタQ1のコレクタ・エミッ
タ間電圧の和以上であればコイルの一部、ダイオードD
2及びトランジスタQ1によって形成される閉ループに
循環電流I02を流すことができる。
At this time, if the electromotive force across YP of the coil is greater than or equal to the sum of the forward drop voltage of diode D2 and the collector-emitter voltage of transistor Q1, part of the coil, diode D
A circulating current I02 can be caused to flow in the closed loop formed by Q2 and transistor Q1.

トランジスタQ1がオンである後半の期間t4〜t、に
おいでは、第5図りに示す如くトランジスタQ1を介し
てコイルに正の電流■1が流れる。
During the second half period t4 to t when the transistor Q1 is on, a positive current 1 flows through the coil through the transistor Q1 as shown in the fifth diagram.

すなわち、コイルに発生する起電力の一部であるXP間
の起電力をダイオードD1とD3の順方向降下電圧とト
ランジスタQ2のコレクタ・エミッタ間電圧との和以上
に、そしてXP間の起電力をトランジスタQ1のコレク
タ・エミッタ間電圧とダイオードD2の順方向降下電圧
との和以上になるように付カロコイルを設けることによ
りトランジスタQ0及びQ2のそれぞれのオン期間にト
ランジスタに電流を流すことができ、その結果第6図に
示す如く変動のない出力電圧■。
In other words, the electromotive force between XP, which is a part of the electromotive force generated in the coil, is set to be greater than the sum of the forward drop voltage of diodes D1 and D3 and the collector-emitter voltage of transistor Q2, and the electromotive force between XP is By providing an attached coil so that the voltage between the collector and emitter of the transistor Q1 is equal to or higher than the sum of the forward voltage drop of the diode D2, a current can flow through the transistors during the ON period of each of the transistors Q0 and Q2. As a result, as shown in Figure 6, there was no fluctuation in the output voltage ■.

を得ることができる。can be obtained.

このため前述の如きクロスオーバ歪の発生が回避される
Therefore, the occurrence of crossover distortion as described above is avoided.

そして、更にトランジスタにはそのオン期間常に電流を
流すことができるので、トランジスタを能動領域に保つ
ことができ高速のスイッチング動作が可能となる。
Furthermore, since current can always flow through the transistor during its on period, the transistor can be kept in the active region and high-speed switching operation is possible.

上述したように、この発明によればクロスオーバ歪のな
い信号増幅が可能となるとともにスイッチング素子のス
イッチング速度を早くすることが可能となる。
As described above, according to the present invention, signal amplification without crossover distortion is possible, and the switching speed of the switching element can be increased.

尚、この発明による信号増幅回路は上述しかつ図示した
増幅回路に限定されるものではなく幾多の変形変更が可
能である。
Note that the signal amplification circuit according to the present invention is not limited to the amplification circuit described above and illustrated, and can be modified in many ways.

例えばこの発明は相補形トランジスタを使用しそれぞれ
のベース電極(こ互に逆極性のパルス幅被変調入力信号
を供給するようにした増幅回路にも適用できる。
For example, the present invention can be applied to an amplifier circuit using complementary transistors with respective base electrodes (which supply pulse width modulated input signals of opposite polarity to each other).

スイッチング素子としてバイポーラトランジスタの他電
界効果トランジスタを用いることもできる。
In addition to bipolar transistors, field effect transistors can also be used as switching elements.

また、ダーリントン接続されたトランジスタをスイッチ
ング素子として使用することも可能である。
It is also possible to use Darlington-connected transistors as switching elements.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、パルス幅被変調信号用増幅回路の一例を示す
回路図、第2図は第1図の増幅回路の動作を説明するた
めの波形図、第3図は、第1図の回路におけるパルス幅
被変調入力信号印加時の出力電圧と出力電流の波形図、
第4図はこの発明によるパルス幅被変調信号用増幅回路
の一例を示す回路図、第5図は第4図の増幅回路の動作
を説明するための図、第6図は、第4図の回路における
出力電圧の波形図である。 Ql、Q2・・・・・・トランジスタ、Dl、D2.D
3・・・・・・ダイオード、R・・・・・・抵抗器、L
・・・・・・コイル、C・・・・・・コンデンサ、S・
・・・・・負荷。
Fig. 1 is a circuit diagram showing an example of an amplification circuit for pulse width modulated signals, Fig. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the amplification circuit shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a circuit diagram of the circuit shown in Fig. 1. Waveform diagram of output voltage and output current when applying pulse width modulated input signal,
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of an amplification circuit for pulse width modulated signals according to the present invention, FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the amplification circuit of FIG. 4, and FIG. It is a waveform diagram of the output voltage in a circuit. Ql, Q2...Transistor, Dl, D2. D
3...Diode, R...Resistor, L
・・・・・・Coil, C・・・・Capacitor, S・
·····load.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 電源端子間に順方向に直列に接続され、パルス幅被
変調信号によって交互にオン・オフされる第1及び第2
の一方向性スイッチング素子と電源端子間に逆力向に直
列に接続された第1及び第2のダイオードと、これ等第
1及び第2のダイオードの接続点と負荷との間に接続さ
れるとともに中間タップが上記第1及び第2のスイッチ
ング素子の接続点に接続された低域通過フィルタを構成
するコイルとを具備し、上記第1のスイッチング素子が
オンのときに上記コイルに発生する起電力によって上記
第1のダイオードに電流が流れる期間、その起電力の一
部によって上記第1のダイオード及び第1のスイッチン
グ素子によって形成される閉ループに循環電流を流し、
そして上記第2のスイッチング素子がオンのときには上
記コイルに発生する起電力によって上記第2のダイオー
ドに電流が流れる期間その起電力の一部によって上記第
2のダイオード及び第2のスイッチング素子によって形
成される閉ループに循環電流を流すようにしたことを特
徴とするパルス幅被変調信号用増幅回路。
1. The first and second terminals are connected in series in the forward direction between the power supply terminals and are turned on and off alternately by the pulse width modulated signal.
first and second diodes connected in series in opposite force directions between the unidirectional switching element and the power supply terminal; and a connection point between the first and second diodes and a load. and a coil constituting a low-pass filter having an intermediate tap connected to a connection point of the first and second switching elements, and the coil configured to form a low-pass filter when the first switching element is on. During a period when current flows through the first diode due to electric power, part of the electromotive force causes a circulating current to flow through a closed loop formed by the first diode and the first switching element;
When the second switching element is on, a portion of the electromotive force causes a current to flow through the second diode due to the electromotive force generated in the coil. An amplification circuit for a pulse width modulated signal, characterized in that a circulating current is caused to flow in a closed loop.
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US05/896,243 US4182992A (en) 1977-04-15 1978-04-14 Pulse width modulated signal amplifier
GB14803/78A GB1597258A (en) 1977-04-15 1978-04-14 Pulse width modulated signal amplifier

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