JPS5845842B2 - トランジスタ増幅回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＢ級あるいはＡＢＢ級ッフッシュプル動作うト
ランジスタ増幅回路に係り、特に周囲湿度の変化やトラ
ンジスタ自体の発熱に関係なく、常に安定した動作が期
待できる増幅回路に関する。

従来オーディオ用増幅器等においては、一般に効率が良
く、直線性の優れているＢ級あるいはＡＢＢ級ッフッシ
ュプル増幅回路く用いられている。

第１図はバイポーラトランジスタを用いた従来のこの種
の増幅回路の出力段の構成を示すもので、トランジスタ
１１及び１２がプッシュプル動作を行なうトランジスタ
対である。

このトランジスタ１１及び１２のエミッタ電流はそれぞ
れのベース・エミッタ間電圧によって決定されるが、そ
の関係はほぼ指数関数で表わされる。

また通常この種の回路においては出力段の入出力特性改
善のために図のようにトランジスタ１１及び１２のベー
ス間にバイアス用ダイオード１３が設けられている。

すなわちトランジスタ１１．１２を動作させるために必
要なベース・エミッタ間電圧は０゜数ボルト程度である
から、もし、このバイアス電圧ＥＢがなければこの出力
段は入力電圧が±００数ボルトの範囲に応答せず入出力
の直線性が極めて悪化したものになる。

従ってこのバイアス電圧ＥＢは不可欠であるが、逆にそ
の電圧が太きすぎると、トランジスタ１１，１２には、
無信号時においても過大なる電流が流れ、効率の悪化を
招くため、トランジスタ１１．１２のベース・エミッタ
間電圧に応じて設定しなければならない。

このようにバイアス電圧ＥＢは出力段の特性を左右する
ものである。

安定な増幅回路を得るためには無信号時のトランジスタ
１１．１２のエミッタ電流を設定されたある値にしなけ
ればならない。

しかしながらトランジスタ１１．１２のベース・エミッ
タ間電圧は周囲湿度やトランジスタ自体の発熱によって
大きく変化する。

このため前述のバイアス電圧ＥＢが不適当となり、トラ
ンジスタ１１．１２のエミッタ電流も一定とはならず、
また最悪の場合には過大なるエミッタ電流が流れトラン
ジスタ１１゜１２が破壊される恐れもある。

従って従来では、同図に示すようにそれぞれトランジス
タ１１゜１２のエミッタにバイアス安定用の抵抗１４゜
１５を設け、トランジスタ１１．１２の破壊を防いでい
た。

しかしながらこのような抵抗１４．１５を設けることは
、その電圧降下のために出力段の効率悪化を招くことは
明らかであり、またそれぞれの抵抗１４、１５の電圧降
下はトランジスタ１１゜１２のベース・エミッタ間電圧
を小さくするよう働くから、出力電流の増大とともにエ
ミッタ電流の減少する側のトランジスタは急激にカット
オフされるようになる。

このためトランジスタ１１及び１２の動作の切換わり時
における出力電流波形がなめらかにつながらなくなり、
オーディオ用として使用した場合特に音質の劣化が問題
となる。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、周囲温度の
変化やトランジスタ自体の発熱に関係なく、常に安定な
動作ができ、効率が良く、直線性に優れしかもＩＣ化に
適したトランジスタ増幅回路を提供することを目的とす
るものである。

本発明は、一般にダイオードにおける両端電圧はトラン
ジスタのコレクタ・エミッタ間電圧に対して十分小さく
（等しい電流が流れたとき）、従ってダイオードの電力
損失はトランジスタに比べて十分小さいことに着目して
成されたものである。

すなわち電力損失が小さいと電熱量が少なく、従ってダ
イオードの順方向の立上り電圧も安定で、流れる電流も
温度変化に関わらず一定である。

従ってこのダイオードをプッシュプル動作（電流流出及
び電流吸入動作）を行なうトランジスタ対のそれぞれの
エミッタ（電流流出通路及び電流吸入通路）に接続する
ことにより、プッシュプル動作を行うトランジスタ対間
に単一の電流流路を形成し、このダイオードの両端電圧
の和が一定になるよう制御すれば、ダイオードの電圧電
流特性が指数関数で表わされるため、それぞれのダイオ
ードに流れる電流の積が一定に保たれ、従来の回路のよ
うに出力電流の増大したときエミッタ電流が減少する側
のトランジスタが急激にカットオフすることがない。

従って２個のトランジスタの動作の切換わり時における
出力電流波形がなめらかにつながり、音質の向上を図る
ことができる。

以下本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例を示すものである。

同図において互いに相補なう出力用のＮＰＮトランジス
タ２１及びＰＮＰトランジスタ２２は入力信号の極性に
応じて交互に電流流出及び電流吸入動作（プッシュプル
動作）を行なう１組のトランジスタ回路を構成している
。

これらトランジスタ回路の電流流力通路及び電流吸入通
路であるトランジスタ２１．２２のエミッタにはそれぞ
れ図示するように電流検出用ダイオード２３．２４が接
続されている。

またこのダイオード２３及び２４の一電極であるカソー
ド及びアノードは共通接続され、その共通接続点より出
力端子２５が取り出されている。

一方直列接続された相補形のＮＰＮ及びＰＮＰ ｌ−ラ
ンジスタ対２６，２７は前記電流検出用ダイオード２３
．２４のそれぞれ両端電圧（ＶＤ２１ＶＤ１の和電圧（
ＶＤ２＋ＶＤ１）に比例した出力を得るためのバイアス
安定化用トランジスタ対であって、エミッタが共通接続
され、ベースがそれぞれダイオード２３及び２４のアノ
ード及びカソードに接続されている。

また前記ＮＰＮトランジスタ２６及び２７のコレクタは
それぞれ前記出力用トランジスタ２１及び２２の制御電
極（ベース）に接続されるとともに、更にトランジスタ
２６のコレクタは定電泥流■。

２８を介して＋ｖｔｉに、またトランジスタ２７のコレ
クタは出力段駆動用トランジスタ２９を介して一■電源
に接続されている。

しかして出力用トランジスタ対２１及び２２はバイアス
安定化用トランジスタ対２６．２７の出力（コレクタ電
流）により前記ダイオードの和電圧（Ｖ Ｔ）２＋Ｍ
ＤＩ ）が正常に一定になるよう制御される。

すなわち例えば（ＶＤ２＋ＶＤ１）が増大すると、トラ
ンジスタ対２６゜２７のコレクタ電流が増大し、これに
より出力用トランジスタ２１．２２のベース電流が減少
するため（Ｖ Ｄ２ ＋Ｖ ＤＩ ）が小さくなるよう
に制御され、また逆に（ＶＤ２ ＋ＶＤ１ ）が小さく
なると、これが大きくなるように制御され（ＶＤ２＋Ｖ
Ｄ１）が常に一定になるように制御される。

斯かる構成において次にバイアス電流について説明する
。

先ず一般にダイオードの電圧電流特性は近似的に次式で
表わされる。

同様にトランジスタのブース・エミッタ間電圧ＶＢＥエ
ミッタ電流ＩＥ特性は次式で表わされる。

但し、（４）式はＮＰＮ トランジスタ、（５）式はＰ
ＮＰトランジスタの場合である。

そこで第２図において各トランジスタ２１．２２，２６
，２７のベース電流を無視するならば で表わされる。

また−カトランジスタ２６．２７のベース・エミッタ間
電圧ＶＢＥ３ 、ＶＢＥ４とダイオード２３．２４の両
端間電圧■Ｄ１．■Ｄ２との関係は （ここで■１．■２はダイオード２３．２４を流れる電
流”５１１１８２はダイオ−ｔ”２３゜２４の飽和電流
である。

）となる。

すなわちこれはとなって、無信号時のバイアス電流■１
．Ｉ２が定まる。

このバイアス電流■１．■２は定電流源■。及びダイオ
ード、トランジスタの飽和電流を適当に選ぶことによっ
て決定できる。

上記の解析から明らかのように本発明の回路構成による
と周囲湿度の変化やトランジスタ自体の発熱に関わらず
常に安定した動作を期待することができる。

すなわち従来回路においては出力用トランジスタの電力
損失が大きく、信号によりトランジスタの混ｖは大きく
変化し、このためにトランジスタのベース−エミッタ間
電圧が変化しバイアス安定化抵抗を設けなければならな
かった。

しかるに本発明の回路においては前記０１）式が示すよ
うに、出力用トランジスタの特性はバイアスの設定に関
与しておらず、単にバイアス安定化用トランジスタ２６
．２７およびダイオード２３．２４が関与するだけであ
る。

ダイオード２３．２４の電力損失は出力用トランジスタ
２１．２２に比較すれば極めて小さく、従ってダイオー
ド２３゜２４の電力損失変化によるダイオード２３、２
４の湿度変化は小さい。

また前記（１２）式における飽和電流ＩＳＩ〜ＩＳ４は
温度によりかなり変化するが、ダイオード２３，２４．
バイアス安定化用トランジスタ２６．２７がほぼ同一の
湿度であれば、バイアス電流■１．■２はほとんど変化
しない。

従って少なくとも、このダイオード２３，２４、及びバ
イアス安定化用トランジスタ２６．２７を同一のチップ
上にＩＣ化することにより、同一湿度に設定できるので
、ＩＣ化に適するばかりでなく、望ましい。

また本発明回路によるとバイアス電流■１．■２は前記
（１１）式に示される関係で与えられ、この関係は出力
電流が大きくなっても満足するので、■１゜■２が零と
なることはなく、極めてなめらかな変化をする。

従って本発明は従来回路のように効率の悪化を招くこと
なしに安定に動作し、かつ出力用トランジスタのエミッ
タ電流が信号により急激にカットオフすることなく、極
めて優れた入出力特性を有する増幅回路を実現すること
ができる。

以上説明したように本発明は周囲湿度の変化やトランジ
スタ自体の発熱に関係すく、常に安定な動作が期待でき
、効率が良く直線性に優れたトランジスタ増幅回路を提
供することができるものである。

尚前記実症例においてプッシュプル動作を行なうトラン
ジスタ回路を相補形のバイポーラトランジスタを用いて
構成したが、同じく相補形の電界効果トランジスタを用
いて構成することもできる。

またバイアス安定化用トランジスタ２６．２７はベース
電流の効果を無視できる範囲では第３図に示すようにコ
レクタとエミッタを入れかえてコレクタとベース接合を
順方向として使用しても実質的に同じ動作をさせること
ができる。

すなわちトランジスタ２６又は２７のコレクタ電流■。

およびベース電流■ｓは と表わされるが、コレクタとエミッタとを入れかえて逆
方向の動作をさせた場合にはエミッタ電流ＩＥとベース
電流Ｉ／Ｂとはそれぞれ次式で表わされる。

ここで第α４式と０６）式のベース電流ＩＢＩ’Ｂを比
較すると両者はβＦ、βＲが大きく異なるために■Ｂ天
■Ｂ′となるが、第０３）式と（１５）式のＩＣとＩＥ
を比較すると、■ｓ項は近似式ではあまり変化しないの
でそれらはほぼ等しい（Ｉａ：ＩＥ）とみなすことがで
きる。

本発明の回路ではトランジスタ対２６．２７の出力（順
方向動作の場合のコレクタ電流ＩＣ又は逆方向動作の場
合のエミッタ電流ＩＢ）によりダイオードの和電圧（’
Ｖ Ｄ ｔ＋ＶＤ２）が一定になるように出力用トラ
ンジスタ対２１，２２を制御するものであるから、■Ｂ
Ｅに対するコレクタ電流■ｃ又はＶＢＯに対するエミッ
タ電流ＩＥの関係が重要である。

従ってＩＣ＝ＩＥの関係が維持される範囲、すなわちベ
ース電流の効果が無視できる範囲ではコレクタとエミッ
タとを入れかえてもほぼ同様の動作が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＢ級又は人Ｂ級プッシュプル増幅器の出
力段の構成を示す図、第２図は本発明の一実捲例に係る
トランジスタ増幅回路を示す図、第３図はバイアス安定
化用トランジスタ対の接続の変形例を示す図である。 ２Ｌ２２・・・・・・出力用トランジスタ、２３゜２４
・・・・・・電流検出用ダイオード、２５・・・・・・
出力端子、２６．２７・・・・・・バイアス安定化用ト
ランジスタ対、２８・・・・・・定電流源、２９・・・
・・・出力段駆動用トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ それぞれのベースに供給される入力信号の極性に応
   じて交互に動作し電流流出及び電流吸入動作を行う相補
   形の第１及び第２のトランジスタと、前記電流流出動作
   をなす第１のトランジスタの電流流出通路及び前記電流
   吸入動作をなす第２のトランジスタの間に単一電流流路
   を形成するように設けられた２個のダイオードを順方向
   に直列接続してなる直列接続回路と、前記ダイオードの
   共通接続点に設けられた出力端子と、前記ダイオードの
   直列接続回路の各一端にそれぞれのベースが接続され且
   つコレクタ又はエミッタの一力が互いに共通接続され他
   の一力がそれぞれ前記第１及び第２のトランジスタのベ
   ースに結合された相補形の第３及び第４のトランジスタ
   とを備えることを特徴とするトランジスタ増幅回路。