JPS59226508A - 増幅装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、増幅装置、特にアナログ信号用集積回路（リ
ニアＩＣ）を用いて、高忠実度で大出力の信号が容易に
得られるような増幅装置、例えばオーディオ機器用の増
幅装置に適する増幅装置を容易に提供するものである。

（従来例と問題点） オーディオ機柵においては、大出力の信号が高い忠実度
で得られるような増幅装置が必要とされることが多く、
従来から各種形式の増幅装置が提供されていることは周
知のとおりである。

第１図は、個別部品を用いて構成されている増幅装置と
して、現在量も一般的に用いられている増幅装置の基本
構成を示すブロック図であって。

この第１図において、１は入力端子、Ｑｌ−Ｑ９はトラ
ンジスタ、ＣＣは定電流源回路、１〜４は抵抗、Ｅ　１
〜Ｅ　３．　＋Ｖｃｃ、　−Ｖｃｃは電源、Ａｏは増幅
器（通常、増幅器Ａｏとしては利得１の電力増幅器が用
いられている）、５は出力端子であり、第１図示の増幅
装置はトランジスタＱｌ、Ｑ２と定電流源回路ＣＣと抵
抗２，３などによって構成される差動増幅回路と、トラ
ンジスタＱ７〜Ｑ９のカレントミラー回路と抵抗４とト
ランジスタＱ３〜Ｑ６などによって構成された差動増幅
回路と、利得が１の増幅器Ａとによって構成されている
。

第１図示の増幅装置において、トランジスタＱ３゜Ｑ４
の回路、及びトランジスＱ５．Ｑ６の回・路、ならびに
トランジスタＱ８．Ｑ９の回路などは、それぞれカスコ
ード増幅回路として構成されていて、大振幅時における
信号の直線性の悪化を防止している。

前記した第１図示の従来例の増幅装置は、部品点数が多
く、製作に時間が掛かり、コスト高になるという欠点が
ある他、抵抗４に発生する電圧や、電源Ｅ１〜Ｅ３など
の電圧などの存在が電源電圧の有効利用率を低下させる
ために、増幅装置から大出力を得ようとするときに不利
益が生じるなどの問題点があり、それの改善が望まれて
いた。

また、第２図は、従来の増幅装置の他の構成例のものの
ブロック図であって、この第２図において、１は入力端
子、Ａｉ、Ａｏは増幅器であって、入力端子１に与えら
れた入力信号は増幅器Ａｔで増幅されてから、ベース接
地型式の増幅回路を構成しているトランジスタＱＩＯの
エミッタに抵抗、Ｒ１を介して供給される。

周知のように、ベース接地型式の増幅回路の為力インピ
ーダンスは極めて低いから、増幅器Ａｔの出力信号の電
圧をｖＯとすると、トランジスタＱＩＯのエミッタに抵
抗Ｒ１を介して供給される信号電流１の大きさは、１＝
Ｖｏ／Ｒ１で表わされるものとなるが、ベース接地増幅
回路を構成しているトランジスタＱＩＯのコレクタから
の出力信号電流もｌとなる。

そして、ベース接地増幅°回路を構成しているトランジ
スタＱＩＯの出力信号電流ｉは、カレントミラー回路を
構成しているトランジスタＱｌｌ−Ｑ１３を介して増幅
器Ａｏの入力側回路に与えられる。

−ところで、増幅器Ａｏの入力側回路には、定電流源回
路ＣＣＩが設けられているから、増幅ｓＡＯの入力側↓
；は前記したカレントミラー回路を介して現われた出力
信号ｌと対応して大きな電圧変化を示す信号が生じる。

なお、第２図中においてＲ２、Ｒ３は補正抵抗、Ｅ　４
．　Ｅ　５は電源であって、カレントミラー回路中のト
ランジスタＱ　１２．　Ｑ　１３はカスコード増幅回路
を構成している。

前記した第２図示の増幅装置は、増幅器Ａｔの出力信号
によってベース接地増幅回路を構成しているトランジス
タＱＩＯのエミッタに抵抗Ｒ１を介して供給される信号
電流ｉが、カレントミラー回路を介して高インピータン
ス回路に与えられることにより、そこで大きな電圧変化
に変換されるから、例えば、増幅器Ａｉとして大きな出
力信号電圧の発生できないリニアＩＣを用いても、増幅
器ＡＯの入力側には大きな信号電圧を得ることができ、
したがって、第２図示の構成態様を有する増幅装置は、
大出力の増幅装置を少ない部品点数の回路構成によって
、容易に提供できるという利点があり経済的に優れた回
路といえる。

しかしながら、第２図示の増幅装置には、カレントミラ
ー回路の構成に使用されているトランジスタＱｌｌ、Ｑ
１２の相互コンダクタンスの変化によって直線性の悪化
が生じたり、また、補正抵抗■く２、Ｒ３に生じる信号
電圧が、寄生容量などを通して高域特性の悪化を生じさ
せたり、さらに、トランジスタＱ１３や電源Ｅ５の存在
によって、マイナス側の電源利用率が悪化する、などの
問題点があり、それの改善が望まれた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ベースまたはゲート（第１電極）と。

エミッタまたはソース（第２電極）と、コレクタまたは
ドレイン（第３電極）との３電極を少なくとも備えてい
る第１の能動素子における第３電極と、ベースまたはゲ
ート（第１ｆｆｉりと、エミッタまたはソース（第２電
極）と、コレクタまたはドレイン（第３電極）との３電
極を少なくとも備えているとともに、前記した第１の能
動素子とは異なる導電型を有する第２の能動素子におけ
る第２ｇ＆極とを接続した接続点と基準電位点との間に
定電流回路あるいは抵抗を接続し、また、第２電極がイ
ンピーダンスを介して基準電位点に接続されることによ
り第２電極接地型式の増幅回路を構成する如くになされ
ている前記第１の能動素子の第１電極に対して、前段の
増幅器の出力信号を供給し、さらに、前記した第２の能
動素子の回路が第１電極接地接続型式の増幅回路を構成
するようにし、さらにまた、前記した第２の能動素子の
第３電極側の回路より出力信号が得られるようにしてな
る増幅装置を提供するものである。

（実施例） 以下、添付図面を参照しながら、本発明の増幅装置の具
体的な内容を詳細に説明する。第３図は本発明の増幅装
置の枯成原理及び動作原理を説明するためのブロック図
であり、また、第４図は本発明の増幅装置の一実施例の
ブロック回路図、第５図は動作説明用の曲線図、第６図
及び第７図は本発明の増幅装置の他の実施例のブロック
回路図である。

第３図においてＡｔは増幅器であって、入力端子１に供
給された入力信号は、増幅器Ａｉで増幅された後に、第
１の半導体能動素子Ｑａの第１電極に与えられる。

図示の例において、前記した第１の半導体能動素子Ｑａ
と、後述されている第２の半導体能動素子Ｑｂとしては
、互に導電型を異にしているトランジスタが用いられて
いるが、本明細書中では第１、第２の半導体能動素子と
して用いられている各トランジスタＱａ、Ｑｂにおける
各電極について、ベースを第１電極、エミッタを第２電
極、コレクタを第３電極のように呼称されることもある
。

なお、第１．第２の半導体能動素子Ｑａ、Ｑｂとして、
互に導電型を異にしている電界効果トランジスタ（Ｆ　
Ｅ　Ｔ）を使用して本発明の増幅装置が構成されるよう
な場合には、第１．第２の半導体能動素子Ｑａ、Ｑｂに
ついて、それらの第１の電極がゲートに、第２の電極が
ソースに、第３の電極がドレインにそれぞれ対応するも
のであることはいうまでもない。

さて、トランジスタＱａのエミッタはインピーダンスＺ
１を介して接地されていて、トランジスタＱａの回路は
エミッタ接地型増幅回路を構成しており、また、トラン
ジスタＱａのコレクタは。

第２の半導体能動素子Ｑｂとして用いられているトラン
ジスタＱｂのエミッタに接続されるとともに、定電流回
路またはインピーダンスＺ２を介して基準電位点（図示
の例では接地点）に接続されている。また、前記したト
ランジスタＱｂのベースは接地されているので、トラン
ジスタＱｂの回路はベース接地型増幅回路を構成してい
る。

第３図示の増幅装置においてトランジスタＱａの回路は
、電流帰還抵抗として動作するインピーダンスＺ１を介
してエミッタが接地されていて、エミッタ接地型増幅回
路を構成しているから、トランジスタＱａ訟−ス・エミ
ッタ間電圧は略々一定となり、したがって、増幅器Ａｉ
からの出力電圧ＶｏがトランジスタＱａのベースに供給
されたときに、トランジスタＱａのエミッタに接続され
ているインピーダンスｚ１にはｉ　＝　Ｖｏ／　Ｚ　１
の電流ｉが流れるが、トランジスタＱａの電流増幅率α
は１に近いので、前記の電流ｉはトランジスタＱａのコ
レクタ側より出力されて、トランジスタＱｂのエミッタ
には電流値ｉの電流が供給される。

そして、前記のように電流値ｉの電流がエミッタに供給
されたトランジスタＱｂの回路は、ベース接地型増幅回
路を構成しているから、トランジスタＱｂのコレクタ側
の回路に流れる電流も電流値がｉとなるのである。

このように、第３図に示されている回路配置では、既述
した第２図示の従来例回路中で用いていたカレントミラ
ー回路を使用しなくても、カレントミラー回路を使用し
た場合と同様な電流を、１−ランジスタＱｂのコレクタ
回路中に生じさせることができるから、トランジスタＱ
ｂのコレクタ回路に定電流回路が接続された場合には、
電流量の変化に伴なってトランジスタＱｂのコレクタ回
路中に大きな電圧変化を生じさせうろことは明らかであ
る。

第３図示の本発明の増幅装置と、第１．第２図示の従来
例装置とを比較すれば明らかなように、本発明の増幅装
置は第１図示の従来例装置に比べて構成が簡単なことは
勿論のこと、第２図示の従来例装置に比べても構成が簡
単であり、リニアＩＣを増幅器Ａｔに使用して大出力の
増幅装置を容易に構成することができ、また、本発明の
増幅装置ではカレントミラー回路を使用しておらず、か
つ、本発明の増幅装置では縦続接続されている２つのト
ランジスタＱａ、Ｑｂの相互コンダクタンスの値が、ト
ランジスタに流れる電流の大きさの変化に伴なって変化
しても、その変化の態様がトランジスタＱａとトランジ
スタＱｂとについて互に逆であって打消されるから、従
来例装置においてカレントミラー回路を使用しているこ
とによって生じていた諸問題点は本発明の増幅装置では
生じないのであり、さらに、本発明の増幅装置では、従
来例装置で問題になった電源電圧の利用率の低下の問題
も起こらないのである。

次に、第４図以降に示されている図面を参照して、本発
明の増幅装置の具体的な回路例について説明する。まず
、第４図示の本発明の増幅装置の一実施例回路において
、１は入力端子、５は出力端子、Ａｉ、Ａｏは増幅器で
あって、前記した増幅器Ａｉは例えばリニアＩＣ，Ａｏ
は例えば利得が１の出力増幅器であり、また、第４図に
おいてＱａ、Ｑｂ、Ｑｃ　　はトランジスタ、Ｒａ、Ｒ
ｂ。

６〜９は抵抗、１０．１１はダイオード、　１２．１３
はツェナダイオード、＋Ｖｃｃ、−Ｖｃｃは正負の電源
である。

第４図示の増幅装置において、抵抗６とツェナダイオー
ド１２とによる回路、及び、抵抗７とツェナダイオード
１３とによる回路などは、増幅器Ａｔが例えばリニアＩ
Ｃのように、比較的に低い動作用電圧で動作するものと
して構成されているものであった場合に、前記した増幅
器Ａｉの動作用電圧よりも高い電圧値の電源＋Ｖｃｃ、
−Ｖｃｃがら増幅器Ａｉの動作用電圧を作り出すのに使
用される電源回路である。

第４図示の増幅装置において、入力端子１１こ与えられ
た信号は増幅器Ａｉで増幅されて、トランジスタＱａの
ベースに与えられる。前記のトランジスタＱａのエミッ
タは電流帰還抵抗として動作する抵抗Ｒａを介して＋Ｖ
ｃｃに接続されていて、トランジスタＱａの回路はエミ
ッタ接地型増幅回路を構成しているから、トランジスタ
Ｑａのベース・エミッタ間電圧は略々一定となる。

それで、前記したトランジスタＱａのベースに与えられ
た増幅器Ａｉからの出力信号の電圧がＶ。

のときに、トランジスタＱａのエミッタに接続されてい
る抵抗Ｒａには、１＝Ｖｏ／Ｒａ　　で表わされる電流
が流れ、また、トランジスタＱａの電流増幅率αは略々
１であるから、トランジスタＱａのコレクタからトラン
ジスタＱｂのエミッタに流れ込む電流はｉとなる。

第４図示の増幅装置において、→−Ｖｃｃ電源と−Ｖｃ
ｃ電源との間に設けられているトランジスタＱｃｔ抵抗
８．ダイオード１０とからなる回路と、トランジスタＱ
ｂ、抵抗Ｒｂ、ダイオード１１とからなる回路とは、抵
抗９をも含めて、それぞれ個別の定電流回路を構成して
いる。

ところで、トランジスタＱｂど抵抗Ｒｈとダイオード１
１（ダイオード１０及び抵抗９の回路も含めて）とから
なる定電流回路において、トランジスタＱｂのベースに
は、＋Ｖｃｃｍ源と−Ｖｃｃ電源との間に接続されてい
るダイオード１ｏと抵抗９とダイオード１１との直列接
続回路中の抵抗９とダイオード１１との接続点から常に
一定の電圧が与えられている。

それで、トランジスタＱｂの回路は実質的にベース接地
型増幅回路としての動作を行ない、それの入力インピー
ダンスは極めて小さいものとなるから、トランジスタＱ
ｂのエミッタに供給された前記した電流ｌは、エミッタ
と電源−Ｖｃｃとの間に接続された抵抗Ｒｈの影響を余
り受けずに。

トランジスタＱｂのコレクタ側に出力される。

トランジスタＱｂのコレクタと＋Ｖｃｃ電源との間に接
続されているトランジスタＱｃと抵抗８とダイオード１
０とからなる回路は定電流回路であるから、前記のよう
にトランジスタＱｂのコレクタ側に出力された電流ｉの
変化は、トランジスタＱｂのコレクタ側で大きな電圧変
化に変換されるのであり、この大きな電圧変化を有する
入力信号が供給される増幅器Ａｏからは、出力端子５に
対して大出力の信号が送出されるのである。

第５図は、本発明の増幅装置で最大の出力振幅を得るの
に必要とされるトランジスタＱａ、Ｑｂの無信号時の動
作点の設定の仕方を説明する図表であって、この第５図
において横軸は入力電流、縦軸は出力電流であって、横
軸及び縦軸に示されている１は、最大の入力電流及び出
力電流を示しており、無信号時におけるトランジスタＱ
ａ、Ｑｂの入力電流及び出力電流が、最大の入力電流及
び出力電流の１／２となるように無信号時の動作点を設
定することにより、本発明の増幅装置からは最大の出力
振幅の出力が取出せるのである。

本発明の増幅装置の利得特性Ａｖ（ｓ）は、増幅器Ａｉ
の利得をＡ（ｓ）とし、増幅器Ａｏの入力インピーダン
スをＺｉとすると、次の（１）式のように示される。

Ａｖ（ｓ）＝Ａ（ｓ）　　　　　□−−（１）ａ 本発明の増幅装置における入力端子１と出力端子５との
間の電圧利得を示す前記の（１）式を見ると、本発明の
増幅装置を所望の電圧利得を有するものとして構成する
のには、増幅器Ａｔの利得Ａ（ｓ）、増幅器Ａｏの入力
インピーダンスＺｉ、トランジスタＱａのエミッタに接
続されている抵抗Ｒａ（一般的にはインピーダンス）な
どを、それぞれ所要のように調節すればよいことが判か
るが、前記の調節によって所望の電圧利得を有する増幅
装置が得られたとした場合でも、それが直ちに良好な出
力振幅特性を有する増幅装置になっているとは限らない
。

すなわち、今、増幅装置の電圧利得が所望の値となるよ
うに、例えば、前記した（１）式に示されている抵抗Ｒ
ａの抵抗値が設定された場合を考えると、前記の場合に
抵抗Ｒａの設定によって、増幅装置の電圧利得が所望の
ように設定されたとしても、その状態において無信号時
における入力電流と出力電流との電流値とが、第５図に
示されているような１／２の状態に設定されているとは
限らないのである。

第６図は前記のような問題点に対する解決手段を例示し
た回路図であって、第６図の（ａ）と第６図の（ｂ）と
には要部だけが示されており、第６図の（ａ）に示され
ている回路においては、トランジスタＱａのエミッタに
一端が接続されている抵抗の他端がツェナダイオードＺ
ＤとダイオードＤ１との接続点に接続されており、また
、第６図の（ｂ）に示されている回路においては、トラ
ンジスタＱａのエミッタと抵抗Ｒａとの間にツェナダイ
オードＺＤが接続されている。

前記した第６図の（ａ）、（ｂ）の何れの回路において
も、抵抗Ｒａに流れる電流ｉの値を、ツェナダイオード
ＺＤとして適当なツェナ電圧を有するツェナダイオード
を用いて可変調節することができるので、所望の電圧利
得の増幅装置が構成できるような抵抗値の抵抗Ｒａを用
いても、その抵抗Ｒａに第５図中の１７２で示されるよ
うな電流値の電流が流れるようにすることが容易であり
、したがって、例えば第６図に示されているような手段
を用いることによって、所望の電圧利得を有するととも
に、最大の出方振幅が得られるような本発明の増幅装置
を容易に提供することができる。

以上の説明からも明らかなように、前記した第４図示の
本発明の実施例装置についてみても、それの構成が簡単
なことは勿論のこと、第２図示の従来例装置に比べても
構成が簡単であり、リニ、アＩＣを増幅器Ａｉに使用し
て大出力の増幅装置を容易に構成することができ、また
、装置中にカレントミラー回路を使用しておらず、がっ
、縦続接続されている２つのトランジスタＱａ、Ｑｂに
は同一の電流値の電流が流れているがら、相補特性を有
する２つのトランジスタＱａ、Ｑｂの相互コンダクタン
スの値が、トランジスタに流れる電流の大きさの変化に
伴なって変化しても、その変化の態様はトランジスタＱ
ａとトランジスタＱｂとについて逆であるために互に打
消され、したがって、従来例装置においてカレントミラ
ー回路を使用していることによって生じていた藷問題点
は生じることがないし、さらに、従来例装置で問題にな
った電源電圧の利用率の低下の問題も起こらず、さらに
また、トランジスタＱｂの回路はベース接地型増幅回路
であるために、コレクタ・ベース間の帰還インピーダン
スの影響を受は難く、リニアリティに優れている増幅装
置を構成しているのである。

本発明の増幅装置がリニアリティに優れているという点
について、数式を参照して補足的に説明すると次のとお
のである。第４図示の回路配置において、トランジスタ
Ｑａの相互コンダクタンスをｇ　ｍ　（Ｑａ）とすると
、トランジスタＱａと抵抗Ｒａとの回路の電圧−電流変
換係数Ｇｍは、前記の（２）式のように示される。

また、トランジスタＱｂの回路の入出力持性にはトラン
ジスタＱｂの相互コンダクタンスをｇＩＩｌ（Ｑｂ）と
すれば１次の（３）式で表わされる。

Ｒｈ−ｇ膳（Ｑｂ） Ｋ＝　　　　　　　　　・・・・・曲（３）Ｒｂ−ｇ＋
ｅ（Ｑｂ）＋１ それで、総合の入出力特性ＧｍＫは、次の（４）式で示
されるものとなる。

トランジスタＱａ、Ｑｂには同一の動作電流が流れ、か
つ、それは両トランジスタにおいて互に逆向きに変化す
るので、前記の（４）式における２つのトランジスタＱ
ａ、Ｑｂの相互コンダクタンスｇｍ（Ｑａ）、　ｇｍ（
Ｑｂ）は、電流の変化によって互に打消すように変化す
るから、（４）式で示される総合の入出力特性は優れた
リニアリティを有しているのである。

第７図は、本発明の増幅装置の他の実施例回路図であっ
て、この第７図示の増幅装置では、増幅器Ａｉと増幅器
Ａｏとの間の回路部分をプッシュプル接続回路にして、
スルーレート（単位時間当りの電圧変化率）の向上と、
偶数次高調波歪の減少などが達成できるようにしたもの
である。なお、第７図においてＱａ’、Ｑｂ’　はトラ
ンジスタ、Ｒａ、Ｒａ’、Ｒｂ、Ｒｂ’は抵抗であり、
前記のトランジスタＱａ’　はトランジスタＱａに対し
て相補対称性を有するトランジスタであり、また、トラ
ンジスタＱｂ’　はトランジスタＱｂに対して相補対称
性を有するトランジスタである。トランジスタＱａｔ　
Ｑｂについても互に相補対称性を有するトランジスタが
用いられてもよい。

互に相補対称性を有するトランジスタが用いられてもよ
い。

（効果） 以上、詳細に説明したところから明らかなように１本発
明の増幅装置は従来例装置に比べて構成が簡単であり、
リニアＩＣを増幅器Ａｉに使用して大出力の増幅装置を
容易に構成することができ、また、本発明の増幅装置で
はカレントミラー回路を使用しておらず、かつ、本発明
の増幅装置では縦続接続されている２つのトランジスタ
Ｑａ、Ｑｂの相互コンダクタンスの値が、トランジスタ
に流れる電流の大きさの変化に伴なって変化しても。

その変化の態様がトランジスタＱａとトランジスタＱｂ
とについて互に逆で打消されるから、従来例装置におい
てカレントミラー回路を使用していることによって生じ
ていた諸問題点は本発明の増幅装置では生じないのであ
り、さらに、本発明の増幅装置では、従来例装置で問題
になった電源電圧の利用率の低下の問題も起こらず、直
線性に優れた大出力の増幅装置を容易に提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ従来装置のブロック回路図
、第３図は本発明の増幅装置の構成原理及び動作原理を
説明するためのブロック図であり、また、第４図は本発
明の増幅装置の一実施例のブロック回路図、第５図は動
作説明用の曲線図、第６図及び第７図は本発明の増幅装
置の他の実施例のブロック回路図である。 Ａｔ、Ａｏ・・・増幅器、ｌ・・・入力端子１、Ｚｌ・
・・インピーダンス、Ｑａ、Ｑｂ・・・第１．第２の半
導体能動素子、Ｒａ　、　Ｒｈ　、　Ｒａ　’　、　Ｒ
ｈ　’　、　２〜４　。 ６〜９．Ｒ１−Ｒ３・・・抵抗、１０，１１．ＤＩ・・
・ダイオード、１２，１３．ＺＤ・・・ツェナダイオー
ド、特許出願人　日本ビクター株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベースまたはゲート（第１電極）と、エミッタまたはソ
   ース（第２電極）と、コレクタまたはドレイン（第３電
   極）との３電極を少なくとも備え°ている第１の能動素
   子における第３電極と、ベースまたはゲート（第１電極
   ）と、エミッタまたはソース（第２電極）と、コレクタ
   またはドレイン（第３電極）との３電極を少なくとも備
   えているとともに、前記した第１の能動素子とは異なる
   導電型を有する第２の能動素子における第２電極とを接
   続した接続点と基準電位点との間に定電流回路あるいは
   抵抗を接続し、また、第２電極がインピーダンスを介し
   て基準電位点に接続されることにより第２電極接地型式
   の増幅回路を構成する如くになされている前記第１の能
   動素子の第１電極７に対して、前段の増幅器の出力信号
   を供給し、さらに、前記した第２の能動素子の回路が第
   １電極接地接続型式の増幅回路を構成するようにし、さ
   らにまた、前記した第２の能動素子の第３電極側の回路
   より出力信号が得られるようにしてなる増幅装置