JPS59188207A - 電力増幅器 - Google Patents

電力増幅器

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JPS59188207A
JPS59188207A JP6258283A JP6258283A JPS59188207A JP S59188207 A JPS59188207 A JP S59188207A JP 6258283 A JP6258283 A JP 6258283A JP 6258283 A JP6258283 A JP 6258283A JP S59188207 A JPS59188207 A JP S59188207A
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transistor
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Joji Kasai
笠井 譲治
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3069Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the emitters of complementary power transistors being connected to the output
    • H03F3/3076Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the emitters of complementary power transistors being connected to the output with symmetrical driving of the end stage
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3217Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in single ended push-pull amplifiers

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  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

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】 本発明は電力増幅器の改良に関する。
オーディオ用電力増幅器として、小信号時にA級動作を
し、大信号時にB級動作をするプノンユプル増幅器が公
知であるが、その電力増幅段の構成は、一般に、第1図
に示すように、2段ダーリントン接続した正側の第1の
駆動トランジスタQ3、第1の出力トランジスタQ1、
負側の第2の駆動トランジスタQ4、第2の出力トラン
ジスタQ2の第1、第2の出力トランジスタQl、Q2
のエミッタ同志を直列接続したエミッタ抵抗r1rを介
して接続し、このエミッタ抵抗r、rの接続中点を出力
端子として負荷RLに接続し、上記第1、第2の駆動ト
ランジスタQa、Q4のベースに第1、第2のバイアス
電圧■旧、VB2を印加した構成を有する。
以上の構成において、出力電圧■0は、(1)A級動作
領域 第1、第2の出力トランジスタQl、Q2のエミッタ電
圧Vl、V2は、 ■1= Vs −4−VB −VBI8− VBEIV
2 = Vs −Vn −1−VBI4 +VBEまた
だし ■SS二人型電 圧B:バイアス電圧(VB = VBI = VB2)
VnEi  :  トランジスタQnにr)ベース・エ
ミッタ間電圧(n−1〜4) となる。
ここで、 2RL     Rし ただし r:エミッタ抵抗 RL:負荷 となる。
(2)B駆動作領域C第1の出力トランジスタQlがオ
ン、第2の出力トランジスタQ2がオフの場合) 出力電圧VOは、入力電圧Vs、第1のバイアス電圧■
B1(−VB)および第1の駆動トランジスタQ3、第
1の出力トランジスタQ1のベース・エミッタ間電圧V
BEB、VnEt、Qエミッタ抵抗r、負荷RLで分圧
したものであるから、 となる。
上記(2)、(8)式から明らかなように、出力電圧■
0はA級動作領域、B級動作領域において、各トランジ
スタQy+のベース・エミッタ間電圧VTIEy+の関
数になっておシ、各ベース・エミッタ間電圧V IIE
ガはエミッタ電流に対して非線形であり、特に第1、第
2の出力トランジスタQl、Q2は他のトランジスタに
比べてエミッタ電流の変化が犬きいので、それらのベー
ス−・エミッタ間電圧の変化も大きく、歪成分が大きく
なる。たとえば、正方向の入力に対して、第1の出力ト
ランジスタQ+のエミッタ電流が増大し、それに伴って
第1の出力トランジスタQ+のベースエミッタ間電圧V
TIEIは増大し、逆に、第2の出力トランジスタQ2
のベース・工、ミッタ間電圧V BE2は減少するが、
これらのベース・エミッタ間電圧V BEI 、V ]
IE2はエミッタ電流に対して非線形な変化をし、かつ
、変化も大きいので、歪成分が大きくなる。寸だ、A級
動作領域、B級動作領域では伝達特性が異なり、境界領
域で不連続であるため、バイアス電流の定 設計が困難で、また、仮に最適なバイアス電流を設定し
たとしても、上記のような理由によシフロスオーバー歪
みの発生は避けられなかった。
本発明はこのような従来欠点を改良したもので、以下図
において説明する。図中、第1図の従来例と同等部分に
ついては同一符号を付し、その説明は省略する。
以下、図において実施例を説明する。
第2図において、ベース同志を接続した一対のトランジ
スタQ?、Q8のエミyりを抵抗R,Rを介して正の電
源+Vccに接続して第1のカレントミラー回路(1)
を形成し、同様に、ベース同志を接続した一対のトラン
ジスタQ9.QIOのエミッタを抵抗R,Rを介して負
の電源−Vccに接続して第2のカレントミラー回路(
2)を形成する。第1、第2のカレントミラー回路(1
)、(2)の入力側トランジスタQ8.Q+oのコレク
タを第1、第2のトランジスタQs、Qsを介して直列
接続した抵抗R+、R+の両端にそれぞれ接続し、上記
第1、第2のトランジスタQ5、Q6のベースを第1、
第2の駆動トランジスタ。3、Q4のベースにそれぞれ
接続する。一方、第1、第2の出力トランジスタQl、
Q2のエミッタ同志を直列接続した抵抗r2.r2を介
して接続し、この抵抗r2、I2の接続中点P2を抵抗
R2を介して上記直列接続した抵抗R1、R1の接続中
点P1に接続する。そして、第1、第2のカレントミラ
ー回路(1)、(2)の出力側トランジスタQ7、Q9
のコレクタ同志を接続し、一方、第1、第2の駆動トラ
ンジスタQB、Q4のベースと第1、第2のバイアス電
圧V]31、VI12 (Vn+= V B2 )との
間に第1、第2の抵抗R81,R32(R81−R32
)をそれぞれ接続するとともに、上記第1、第2の駆動
トランジスタQ3、Q、4のベースに同方向に直列接続
した第1、第2のダイオードD11D2の一方の第1の
ダイオードDlのカソードを、他方の第2のダイオード
D2のアノードをそれぞれ接続し、この第1、第2のダ
イオードDI、B2の接続中点を上記トランジスタQ7
、Q9のコレクタの接続中点に接続した構成である0 以下、本実施例を出力電圧について解析することによシ
、その動作を説明する。
(1)A級動作領域(第1、第2の出力トランジスタQ
l、Q2がいずれも能動状態にある場合)各岐路に流れ
る電流を図示のように工1〜I5とし、まだ、抵抗r1
、I2は抵抗R1、R2に比べて十分小さく選ばれるの
で、 rl、I2<<R1、R2 I s))工a−I 4 の条件の下に、出力電圧■0を求める。
〇I8>I4の場合(第1のダイオードD1がオン、第
2のダイオードD2がオフの場合)について、各電圧を
求めると、 V+=Vs+Vn+△V−VBEI−VBE3    
       ・ ・・ (1)V2=VS−VB+V
BE2+VBE4        ・・−・(2)ただ
し Vl、V2:第1、@2の出力トランジスタQ1、
Q2のエミッタ電圧 ■S:入力電圧 ■B:バイアス電圧(Vn=V旧=VT12)ΔV:l
3−I4なる電流が第1の抵抗Rzsを流れることによ
って発生する電圧 Rat (ll−I4) VBEF+ : トランジスタQ−のベース・エミッタ
間電圧 となる。
ここで L であるから、本式に(1)、(2)を代入すると、出力
電圧■0は、 (ΔV−Vnut+■naz−VBE8+VBE4) 
 ・・・・・(3)となる。
また、 V l+V 2 ■4−□ であるから、本式に(IL (2>式を代入すると、ま
た、 V5=VS+VB+ΔV−VBE5         
 ・・・・・・(5)Vs=Vs−VB+VBE6  
        −− (6)ただし ■4:抵抗r2
、r’lの接続中点の電圧■5、■6:第1、第2のト
ランジスタQ5、Q6のエミッタ電圧 であシ、さらに、電流■3、I4は、 で与えられるから、 式l となる。
また、抵抗R2を流れる電流もI5−I4であるので、 V a −V 4 Ia−工a=□           ・・叩・(8)
2 (7)、(8)式より であるから、本式に(4)〜(6)式を代入すると−1
−−(VBEI−VBE2+V]3E8−VTIE4)
   ・・・(9)2(R1+2R2) となる。また、(4)、(9)式を(8)式に代入する
と、+−(Vnr:+−Vnb2+Vnha−VI]E
4)     ・・旬日’R1+2B2 ここで、第1、第2のカレントミラー回路(1)、(2
)の出力側トランジスタQ7、Q9のコレクタ電流はそ
れぞれIa、I4とな、D、第1の抵抗R3+には第1
のダイオードD1を介して電流Ia−I4が流れる。す
女わち、 △V=R31(I s−I 4 ) であるから、 +−(VBEI−VBE2+VBE3−’VEE4) 
   ・・・(6)R1+2R2 (9)式を(3)式に代入すると、出力電圧Voは−4
−−(V B E I −V B E 2+V B E
a −V B E 4 ) )  ・・・(2)R1+
2R2 となる。
■)、(6)式において、R31=R1+2R2となる
ように、各定数を選ぶと、 △V=VBE1−VllE2+V]IE3−VBE4−
VBE5+VBE6      ・・・αゆとなる。
○Is(工4も同様にして解析すると、その出力電圧■
0は0■式と同一になる。
(2)B級動作領域(第1の出力トランジスタq1がオ
ン、第2の出力トランジスタQ2がオフの場合) 第3図において、各岐路に流れる電流を図示のようにI
l〜■4とし、(1)と同様に、1g))Ia−工4 の条件の下に、出力電圧■0を求める。
○Ia)I4の場合(第1のダイオードD1がオン、第
2のダイオードD2がオンの場合)について、各電圧を
求めると、 となる。
また、 rt      rt +2γ2 であるから、 ■O I++l2=−・・−・α′7) RL である。
(イ)、α9式よシ となり、本式に(ト)式を代入すると、(Vs−1−V
n+△V−VnE+−V++Ea)       ・・
・・・(ト)となる。
また、 であるから、(へ)式、(2)式より rl(r1+2r2)+2Crl+r2)RL(VS+
VB+△V−VTIE 1−VTIE3 )     
 ・(ホ)となる。
また、 Vs = Vs +Vn +△v −VTIE5   
  ・・・1)V6= Vs −VB +VIIE6 
      ・・・・(イ)である。
ここで、Ia−I4は(7)、(8)式で与えられるか
ら、 となる。
以下、A級動作領域における解析と同様の手続によシ、 −(VBE5−VBE6)     旧(イ)R1+2
R2 そして、 △V=Ra 1(I3−工4 )=(R1+2R2)(
Ia−工ll)であるから −6(VDE5−VIIE6)  ・=@)2(r1十
12)(r1+2RL) となる。本式を(至)式に代入すると、RL VO=    Vs −−(VBE5−VBE6 ) 
    −−@r1+2RL  r++2Rr。
となる。
○I3<I4も同様にして解析すると、その出力電圧V
oは(イ)式と同一になる。
以上の動作解析から明らかなように、A級動作領域、B
級動作領域のいずれの領域においても、その出力電圧は
、(ハ)、(イ)式で表わされるように同一の伝達特性
を有する。
たとえば、A級動作領域において、正方向の入力に対し
て、第1の駆動トランジスタQ3、第1の出力トランジ
スタQ、のエミッタ電流が増大し、それに伴って、ベー
ス・エミッタ電圧V nEg、VBEI、’ が増大し
て、第1の出力トランジスタQ+のエミッタ電圧■1が
減少する。そして、抵抗R2には抵抗R3,Rzの接続
中点P1と抵抗r2、I2の接続中点P2との電圧差に
比例した電流Ia−I4が流れる。これは(ト)式で与
えられる。
この電流Ia−I4と同一の電流が第1のダイオードD
1を通して第1の抵抗Ra+に流れ、この第1の抵抗R
a+の両端には △V=R8] (工s−工4 ) なる電圧が発生する。
ここで、R81=RI+2R2とすると△V = VT
IEI−VllE2+VIIE8−VBE4−VBE5
+VIIE6  ・・ α4となる0実際上、トランジ
スタQ3〜Q6のエミッタ電流は第1、第2の出力トラ
ンジスタQ1、Q2のエミッタ電流に比べて十分小さく
、かつ、変化も小さいので、トランジスタQ3〜Q6の
ベース・エミッタ電圧は Vlll1士VDE5   VBE4千VBE6の関係
にあるので、(ロ)式は △■キ’V’nEt −VnE2 となる。
すなわち、第1、第2の出力トランジスタQ1、Q2の
ベース・エミッタ間電圧VBEI、VBE2の差(VT
IEI −VIIE2 )の電圧を正側の第1のバイア
ス電圧Vn+に加算することにより、出力電圧Voに現
われる第1、第2の出力トランジスタQl、Q2のベー
ス・エミッタ間′電圧VBEI 、VBE2成分がキャ
ンセルされる。
B級動作領域において、正方向の入力に対して、第1の
抵抗R31の両端には(ホ)式で表わされる△■なる電
圧が発生するが、これは、入力電圧Vsに比例した電圧
((ホ)式第1項)および正側の第1のバイアス電圧V
 ruと第1の出力−トランジスタQ1、第1の駆動ト
ランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧VBEI 、
VBE2の和との差の電圧(同式第2項)に比例しだ電
圧を正側の第1のバイアス電圧V Tllに加算するこ
とにより、出力電圧Voに現われる第1のバイアス電圧
V Tllおよび第1の出力トランジスタQ ’ 、第
1の駆動トランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧V
T3El 、VIIE3成分がキャンセルされることを
意味する。
このようにして、正方向の入力に対しては、A級動作領
域では、第1、第2の出力トランジスタQl、Q2のベ
ース・エミッタ間電圧VIIEI、VT]E2の差の電
圧(VnF、t −VTIE2 )をバイアス補(J電
圧として正側の第1のバイアス電圧Vu+に加算するこ
とにより、また、B級動作領域では、入力電圧■Sに比
例した電圧および正側の第1のバイアス電圧Vn+と第
1の出力トランジスタQl、第1の駆動トランジスタQ
3のベース・エミッタ間電圧■BEI、VnEaの和と
の差の電圧(V Bl−VnB+ −Vl]E3)K比
例した電圧をバイアス補償電圧として正側の第1のバイ
アス電圧VB1に加算することにより、(至)、(ト)
式で表わされるように、A級動作領域、B級動作領域に
おいても同一の伝達特性を有する出力電圧■0が得られ
る。
同様に、負方向の入力に対しても、A級動作領域では、 VI]E2− VBEI なるバイアス補償電圧を負側の第2のバイアス電圧VB
2に加算し、B級動作領域では、KIVs  −4−K
2(−VB2+VBE2+VBE4)ただし、K1、K
2は定数 なるバイアス補償電圧を負側の第2のバイアス電圧VD
2に加算することによシ、A級動作領域、B級動作領域
において同一伝達特性を有する出力電圧が得られる。
したがって、A級動作領域、B級動作領域の境界領域に
おいて伝達特性が不連続にならないので、クロスオーバ
ー歪みが著しく低減され、また、バイアス設定も容易に
なる。また、出力電圧■0を表わす(至)、(イ)式の
第2項は第1、第2のトランジスタQ5、Q6のベース
・エミッタ間電圧VIIE5、V16の関数になってい
るが、この第1、第2のトランジスタQ5.Qsのエミ
ッタ電流とその変化量は第1、第2の出力トランジスタ
Ql、Q2のそれに比べて十分小さいだめ、第1、第2
のトランジスタQs、Qeのベース・エミッタ間電圧V
nEs 、VIIE6の対エミッタ電流変化は従来例に
比べて十分小さくなるので、トランジスタのベース。
エミッタ間電圧の非線形性に原因する歪成分が著しく低
減される。
第4図は、第2図の実施例で、抵抗R1、R2の接続中
点P+と抵抗r2、r2の接続中点P2との間を直結し
た、すなわち、抵抗R2を短絡した他の実施例を示し、
その動作は第2図の実施例と同一である。
第5図は、第2図の実施例において、第1、第2のダイ
オードDI、D2の代わシにカレントミラー回路を用い
て構成した他の実施例である。
図において、エミッタを抵抗Rを介して正の電源+V 
ccに接続したトランジスタQt+のベースと第1のカ
レントミラー回路(1)のトランジスタQ8のベースと
を接続して第3のカレントミラー回路(3)形成し、同
様に、エミッタを抵抗Rを介して負の電源−Vccに接
続したトランジスタQ12のベースを第2のカレントミ
ラー回路(2)のトランジスタQ toのベースとを接
続して第4のカレントミラー回路(4)を形成する。そ
して、第3、第4のカレントミラー回路(3)、(4)
の出力側トランジスタQl+、Q12のコレクタを第1
第2の駆動トランジスタQa、Q4のベースにそれぞれ
接続するとともに、上記出力側トランジスタQll、Q
l2のエミッタを第2、第1のカレントミラー回路(2
)、(1)の出力側トランジスタQ9.Q7のコレクタ
にそれぞれ接続したものである。
次に動作を説明すると、第2図の実施例と同様に、正方
向の入力に対して抵抗R1,R1に電流工3、工4が流
れ、そして、抵抗R2に電流工3−I4が流れていると
すると、第1、第2のカレントミラー回路(’1)、(
2)の出力側トランジスタQ r、、 Q sのコレク
タには電流I3.I4が流れ、また、第3のカレントミ
ラー回路(3)の出力側トランジスタQoのエミッタに
は電流I3が流れ、そのうち電流工4だけがトランジス
タQ9のコレクタに流れ込む。したがって、この出力側
トランジスタQuのコレクタには電流工3、工4の差の
電流Ia−I4が流れ、この電流が第1の抵抗Ra+に
供給されて、第1の抵抗Ratの両端には △V =Ra+ (Ig−I4 ) なる電圧が発生する。一方、トランジスタQ12のエミ
ッタに接続されている抵抗RにはトランジスタQ7のコ
レクタから電流工3が供給されており、電圧降下工sR
を生じている。この電圧降下は、トランジスタQlGの
エミッタに接続されている抵抗Rによる電圧降下分I4
Rよりも大きいので、トランジスタQ12遮断状態にな
っている。
負方向の入力に対しては、l4)I3となり、上記カレ
ントミラー回路(1)、(3)をカレン、トミラー回路
(2)、(4)に、また、カレントミラー回路(2)、
(4)をカレントミラー(1)、(3)に置換えて考え
れば、同様の結果が得られる。
すなわち、第3、第4のカレントミラー回路(3)、(
4)は電流工8、■4の減算機能と第2図の第1、第2
のダイオードDI、D2のスイッチング機能を併用する
ものである。
第6図は、第2図の実施例を適用した電力増幅器の具体
的な回路例を示す。
以上のように、本発明は、複数段ダーリントン接続した
正側の第1の駆動トランジスタQ3、第■の出力トラン
ジスタQ 1 %負側の第2の駆動トランジスタQ4、
第2の出力トランジスタQ2の上記第1、第2の出力ト
ランジスタQl、Q2を直列接続した抵抗rI、rIを
介してプソ7ユプル接続し、当該抵抗r1、rlの接続
中点を出力端子とし、上記第1、第2の駆動トランジス
タQ3、Q4のベースに正側、負側の第1、第2のバイ
アス電圧Vlll、VB2をそれぞれ印加した構成にお
いて、(イ)A級動作領域において、上記第1、第2の
出力トランジスタQl、Q2のベース・エミッタ間電圧
の差の電圧を当該差の電圧が正の場合は上記正側の第1
のバイアス電圧VBIへ加算し、上記差の電圧が負の場
合は上記負側の第2のバイアス電圧VB2へ加算し、(
ロ)B級動作領域において、入力電圧Vsに比例しだ電
圧および正側の第1のバイアス電圧VBIと上記第1の
駆動トランジスタQ3、第1の出力トランジスタQ1の
ベース・エミッタ間電圧の和との差の電圧に比例した電
圧、または、入力電圧Vsに比例した電圧および負側の
第2のバイアス電圧VE2と上記第2の駆動トランジス
タQ ’i 、第2の出力トランジスタQ2のベース・
エミッタ間電圧の和との差の電圧に比例した電圧を正側
の第1のバイアス電圧V n+ 、または、負側の第2
のバイアス電圧VT12へ加算するようにした咎、こと
を特徴とするので、A級動作領域、B級動作領域におい
て同一の伝達特性を有する出力電圧が得られ、クロスオ
ーバー歪みが著しく低減されるのみならず、特に、出力
トランジスタのベース・エミッタ間電圧の非直線性に起
因する歪成分が著しく低減される優れた利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電力増幅器の要部構成を示す図、第2図
および%3図は本発明の電力増幅器の要部構成を示す図
、第4図および第5図は同、他の実施例の要部構成を示
す図、第6図は同、具体的な回路例を示す図である。 Ql、Q2、Q3、Q4゛はトランジスタ、VBIVT
I2はバイアス電圧、rlは抵抗。 特許出願人  オンキヨー株式会社 代理人 弁理士 佐 當 彌 太 部 第T圀 ? 第4.7

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数段ダーリントン接続した正側の第1の駆動トランジ
    スタQ as第1の出力トランジスタQ1、負側の第2
    の駆動トランジスタQ4、第2の出力トランジスタQ2
    の上記第1、第2の出力トランジスタQl、Q2を直列
    接続した抵抗rl、r1を介してプッシュプル接続し、
    当該抵抗r1、rlの接続中点を出力端子とし、上記第
    1、第2の駆動トランジスタQ3.Q4のベースに正側
    、負側の第1、第2のバイアス電圧V Bl、V I1
    2をそれぞれ印加した構成において、(イ)A級動作領
    域において、上記第1、第2の出力トランジスタQ1、
    Q2のベース・エミッタ間電圧の差の電圧を当該差の電
    圧が正の場合は上記正側の第1のバイアス電圧■旧へ加
    算し、上記差の電圧が負の場合は上記負側の第2のバイ
    アス電圧V 112へ加算し、(ロ)B級動作領域にお
    いて、入力電圧Vsに比例した電圧および正側の第1の
    バイアス電圧Vntと上記第1の駆動トランジスタQ3
    、第1の出力トランジスタQ1のベース・エミッタ間電
    圧の和との差の電圧に比例した電圧、または、入力電圧
    Vsに比例した電圧および負側の第2のバイアス電圧■
    B2と上記第2の駆動トランジスタQ 41第2の出力
    トランジスタQ2のベース・エミッタ間電圧の和との差
    の電圧に比例した電圧を正側の第1のバイアス電圧■旧
    捷たは、負側の第2のバイアス電圧B2へ加算するよう
    にした、ことを特徴とする電力増幅器。
JP6258283A 1983-04-08 1983-04-08 電力増幅器 Granted JPS59188207A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2424107A3 (en) * 2010-08-27 2012-06-27 Onkyo Corporation Current-voltage conversion circuit

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2424107A3 (en) * 2010-08-27 2012-06-27 Onkyo Corporation Current-voltage conversion circuit

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