JPS5935522B2

JPS5935522B2 - 電力増幅器

Info

Publication number: JPS5935522B2
Application number: JP54133387A
Authority: JP
Inventors: 伸悟神谷
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Priority date: 1979-10-16
Filing date: 1979-10-16
Publication date: 1984-08-29
Also published as: DE3039131C2; US4329657A; JPS5657316A; DE3039131A1

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、出力段増幅素子に供給する電源電圧を入力
信号レベルに応じて切換えるように構成した、いわゆる
電源切換方式の電力増幅器に関する。

従来、電力増幅器の効率を上げるため、入力信号レベル
が小さい時は電圧の低い電源で出力段を、駆動し、また
入力信号レベルが大きい時は電圧の高い電源で出力段を
１駆動するように構成した電力増幅器が知られている。

例えば、第１図はこのような電力増幅器の一例を示すも
ので、この図において符号１，２は出力段のトランジス
タであり、トランジスタ１が直流電源３および４によっ
て１駆動され、トランジスタ２が直流電源５および６に
よって駆動されるようになっている。

この場合、入力端子７に印加される入力信号のレベルが
小さい時は、トランジスタ１，２が各々直流電源４およ
び５によって１駆動され、また入力信号レベルが大きい
時はスイッチング回路８，９が共にオン状態となること
によりトランジスタ１，２が各々直流電源３，４および
直流電源５，６によって１駆動される。

そして、スイッチング回路８，９を駆動・するものが絶
対値回路１０および比較回路１１である。

すなわち、絶対値回路１０は出力端子１３の出力信号の
絶対値を求める回路であり、この絶対値回路１０の出力
レベルが比較回路１１において基準電圧Ｖａと比較され
、この比較結果によってスイッチング回路８，９のオン
／オフが制御される。

なお、この電力増幅器は、入力信号レベルを直接検出す
るかわりに出力信号レベルを検出するようになっている
。

また、抵抗１４は負荷抵抗である。

ところで、このように構成された電力増幅器にあっては
、スイッチング回路８，９のスイッチング時間が問題と
なる。

すなわち、基準電圧Ｖａを直流電源４あるいは５の電圧
とほぼ等しく設定したとすると、入力端子７に立上りの
速い大レベルの入力信号が印加された場合、スイッチン
グ回路８．９の遅れにより直流電源３あるいは６からの
電源供給が信号に追いつかず、このため出力信号に歪が
生じてしまう。

これを防止するためには。例えは、電力増幅器への入力
信号のみを遅延させるとか、また、基準電圧Ｖａを充分
低く設定する等が考えられるが、入力信号を遅延させた
場合は、アナログ遅延回路が必要となり、回路構成が複
雑となるばかりか、低歪増幅すべき信号自体がこれら遅
延回路によって特性劣化される恐れが大きいし、これを
防止しようとすれば必然的にコストアップにつながる。

また、基準電圧Ｖａを低く設定した場合は、直流電源４
，５によって充分駆動できる信号に対して直流電源３，
６の電圧がトランジスタ１，２に供給される場合が生じ
、このためトランジスタ１，２における電力損失が増加
する問題が生じる。

この発明は、このような事情に鑑み、スイッチング回路
のオン／オフの制御を入力信号のレベルおよび立上り時
間に基づいて行なうことにより上述した問題点を除去し
、もってスイッチング回路を切換えるための基準電圧を
充分高く設定し得るようにしたものである。

以下１図面を参照しこの発明の実施例について説明する
。

第２図はこの発明による電力増幅器の基本構成を示すブ
ロック図であり、この図において入力端子２０は直流電
源２１を介してトランジスタ２２のベースに接続される
と共に、直流電源２３を介してトランジスタ２４のベー
スに接続されている。

この場合、直流電源２１．２３は各々トランジスタ２２
．２４のバイアス用である。

トランジスタ２２のコレクタは、ダイオード２５を介し
て直流電源２６の正電圧端子に接続されると共に、スイ
ッチング回路２７を介して直流電源２８の正電圧端子に
接続され、また直流電源２８の負電圧端子と直流電源２
６の正電圧端子とが接続されている。

トランジスタ２４のコレクタは、ダイオード２９を介し
て直流電源３０の負電圧端子に接続されると共にスイッ
チング回路３１を介して直流電源３２の負電圧端子に接
続され、また直流電源３２の正電圧端子と直流電源３０
の負電圧端子とが接続されている。

トランジスタ２２．２４の各エミッタは各々抵抗３３，
３４を介して出力端子３５に接続され、直流電源２６の
負電圧端子、直流電源３０の正電圧端子が共に接地され
、また出力端子３５および接地間に負荷抵抗３６が介挿
されている。

前記ダイオード２５，２９は、スイッチング回路２７，
３１が共に１オフ“状態の場合に直流電源２６の正電圧
＋■１．直流電源３０の負電圧−■、ヲ各々トランジス
タ２２，２４のコレクタに供給するものである。

また、スイッチング回路２７．３１は制御回路３７の出
力によってオン／オフが制御されるもので、これらスイ
ッチング回路２７．３１が共に１オン〃状態の場合は、
直流電源２６．２８の各出力電圧の和の電圧子■２がト
ランジスタ２２のコレクタに供給され、また直流電源３
０．３２の各出力電圧の和の電圧−Ｖ２がトランジスタ
２４のコレクタに供給されるようになっている。

そして、出力端子３５に得られる出力信号が絶対値回路
４４を介して比較回路３８（第１の検出手段）の一方の
入力端に供給されると共に、さらに微分回路３９を介し
て比較回路４０の一方の入力端に供給され、比較回路３
８．４０の各他方の入力端には各々直流電源４１，４２
の出力電圧である基準電圧ＶｂｔＶｃが供給さ
れ、また比較回路３８．４０の出力が制御回路３７に供
給されるようになっている。

比較回路３８は絶対値回路４４の出力と基準電圧ｖｂと
を比較し、絶対値回路４４の出力が基準電圧ｖｂより犬
の場合は二値論理レベルの２０“信号を出力し、小の場
合は二値論理レベルの′１“信号を出力するものである
。

なお、基準電圧ｖｂは直流電源２６，３０の出力電圧Ｖ
、より僅かに小さい値に設定されている。

微分回路３９および比較回路４０は立上りの速い入力信
号（すなわち、高周波入力信号）を検出する検出手段４
３（第２の検出手段）を構成するもので、絶対値回路４
４の出力として所定の立上り時間以上の信号が出力され
た場合は比較回路４０が１０〃信号を出力し、また所定
の立上り時間以下の信号が出力された場合は比較回路４
０が“１〃信号を出力するようになっている。

なお、所定の立上り時間とは微分回路３９内の時定数お
よび基準電圧■。

によって決定される時間である。また、制御回路３７は
比較回路３８．４０の各出力信号のいずれか力い０〃信
号となった場合にスイッチング回路２７．３１を１オン
“状態とする制御信号Ｓを出力する回路である。

次に、このように構成された電力増幅器の動作について
説明する。

まず、入力端子２０に低周波で比較的小レベルの入力信
号（この入力信号に対応する出力信号の波高値が基準電
圧ｖｂより小となるような入力信号）が印加された場合
は、比較回路３８．４０の出力が共に１１“信号となり
。

したがって制御回路３７から制御信号Ｓが出力されず、
スイッチング回路２７．３１が共に１オフ“状態となる
。

そして、トランジスタ２２．２４が直流電源２６．３０
によって駆動される。

入力端子２０に低周波で比較的大レベルの入力信号（こ
の入力信号に対応する出力信号の波高値が基準電圧ｖｂ
より犬となるような信号）が印加された場合は、絶対値
回路４４の出力が基準電圧ｖｂを越えた時点で比較回路
３８の出力力（％％Ｏ／／倍信号なり、この結果制御
回路３７から制御信号Ｓが出力され、スイッチング回路
２７，３１が共に１オン“状態となる。

そして、トランジスタ２２．２４が電圧Ｖ２および−■
２によって駆動される。

また、絶対値回路４４の出力が基準電圧ｖｂより小とな
った時点で比較回路３８の出力が１１“信号に戻り、こ
の結果制御信号Ｓが出力されなくなり、スイッチング回
路２７．３１が共に“オフ“状態に戻る。

なお、比較回路４０の出力は入力信号が低周波であるこ
とからゝ１〃信号を保持する。

この場合、出力端子３５に得られる出力信号とトランジ
スタ２２のコレクタ電位との関係を図示すると第３図に
示すようになる。

この図において、符号Ａにて示す折線がトランジスタ２
２のコレクタ電位を示し、符号Ｂにて示す曲線が出力信
号を示している。

この図から明らかなように、出力信号が低周波の場合は
、基準電圧ｖｂが電圧Ｖ、の近辺に設定されていても、
出力信号のレベルが基準電圧ｖｂに達してから電圧■１
に達するまでに時間ｔ、を要し、したがってスイッチン
グ回路２７のスイッチング時間および比較回路３８．制
御回路３７等の遅れ時間が時間ｔ１より小であれば出
力信号に歪が生ずることはない。

しかしながら、出力信号の周波数が高い場合（すなわち
、出力信号の立上りが速い場合）は、スイッチング回路
２７のスイッチング時間および比較回路３８等における
遅れ時間より時間ｔ、が小となり、したがってトランジ
スタ２２のコレクタ電圧の変化が出力信号に追従できな
くなり、出力信号に歪が生じてしまう。

この状態を防止するために挿入した回路が検出手段４３
であり１次にこの検出手段４３が動作する場合について
説明する。

入力端子２０に高周波で比較的大レベルの入力信号が印
加された場合は、出力信号の速い立上りが微分回路３９
および比較回路４０により検出され、出力信号の立上り
時点で比較回路４０の出力力５（Ｓ □ ／／倍信号な
り、制御回路３７から制御信号Ｓが出力される。

すなわち、この場合は第４図に示す時刻Ｔ、において制
御信号Ｓが出力される。

なお前記比較回路４０の出力が０“信号となる期間はわ
ずかな時間であるが、制御回路３７内の保持回路の働き
により制御信号Ｓは一定時間連続して出力されるように
なっている。

この制御信号Ｓが連続して出力されている時間内に第４
図において符号Ｂにて示す出力信号が基準電圧ｖｂに達
すると（第４図における時刻Ｔ３）、比較回路３８の出
力が１０“信号となり、この結果制御信号Ｓがさらに引
続いて出力される。

そして、出力信号が基準電圧ｖｂ以下になると（第４図
における時刻Ｔ２）制御信号Ｓの出力が停止される。

以上の結果、トランジスタ２２のコレクタ電位は第４図
において符号Ａにて示すように変化することになる。

なお、第４図における横軸のタイムスケールは第３図に
おける横軸のタイムスケールより拡大されている。

このように、入力信号の周波数が高い場合は出力波形の
立上り時点Ｔ、において制御信号Ｓが出力され、したが
って出力信号のレベルのみで制御信号Ｓを出力する場合
（入力信号が低周波の場合）に比較し、第４図に示す時
間ｔ２だけ早く制御信号Ｓを出力することができる。

この結果、スイッチング回路２７，３１のスイッチング
時間および制御回路３７等の遅れ時間があってもトラン
ジスタ２２のコレクタ電位の変化が出力信号に追従する
ことができ、歪の発生を防止することが可能となる。

また、基準電圧ｖｂを電圧ｖ１のごく近辺に設定するこ
とが可能となり、この電力増幅器の効率の向上を図るこ
とができる。

次に、この発明の具体的実施例について説明する。

第５図、第７図はいずれもこの発明の具体的実施例を示
す回路図であり、これらの図において第２図に示す回路
各部に対応する部分には同一の符号が付しである。

第５図に示す電力増幅器は、第２図における絶対値回路
４４を設けるかわりに、比較回路３８、検出手段４３．
制御回路３７を各々２系統設け、これら２系統によって
別々にスイッチング回路２７．３１を制御するように構
成したものである。

（なお、同図においてサフィックスａはスイッチング回
路２７を制御する系統の各部に付したものであり、また
サフィックスｂはスイッチング回路３１を制御する系統
の各部に付したものである。

）すなわち、この図においてスイッチング回路２７は制
御回路３７ａの出力信号（制御信号）Ｓｌによって制御
され、スイッチング回路３１は制御回路３７ｂの出力信
号（制御信号）Ｓ２によって制御されるようになってい
る。

制御回路３７ａはダイオード５０ａ、５１ａ、コンデン
サ５２ａ、抵抗５３ａｔ５４ａ、）ランジスタ５５ａか
ら構成されている。

この場合、ダイオード５０ａ、５１ａは比較回路３８ａ
、４０ａの各出力信号のオアをとるオア回路であり、こ
のオア回路の出力がトランジスタ５５ａにより増幅され
、制御信号Ｓ１としてスイッチング回路２７に供給され
る。

また。コンデンサ５２ａは制御信号Ｓ１を一定時間保持
するためのものである。

すなわち、入力端子２０に高周波の入力信号が印加され
、出力端子３５に第６図イに示す出力信号が得られたと
すると、比較回路３８ａの出力は第６図口に示す波形と
なり。

また比較回路４０ａの出力は第６図ハに示す波形となる
。

ここで、コンデンサ５２ａがないとすると、制御信号Ｓ
１が図における時間ｔ３の聞出力されないことになるが
（断状態となるが）、コンデンサ５２ａにより制御信号
Ｓ１が一定時間保持されるので、制御信号Ｓ１は第６図
二に示す波形となり、断状態が防止される。

なお、この図において時間ｔ４もコンデンサ５２ａによ
り保持された結果である。

また、スイッチング回路２７は抵抗６０ａ〜６２ａ、コ
ンデンサ６３ａ〜６５ａ、トランジスタ６６ａ、ダイオ
ード６７ａから構成されている。

この場合、トランジスタ６６ａがスイッチング用のトラ
ンジスタである。

また、抵抗６０ａ〜６２ａ、コンデンサ６３ａ〜６５ａ
によって構成される時定数回路はトランジスタ６６ａの
スイッチングノイズを防止するためのものである。

すなわち、第６図二に示す制御信号Ｓ１がスイッチング
回路２７に印加された場合、トランジスタ２２のコレク
タ電位は抵抗６０ａ、６１ａおよびコンデンサ６３ａ〜
６５ａによって決まる時定数で立上り。

またコンデンサ６３ａ〜６５ａ、抵抗６２ａによって決
まる時定数で立下ることになる。

この結果。トランジスタ２２のコレクタ電位は第６図木
において符号Ｃにて示すように滑らかな立上りおよび立
下りをもつ波形となり、トランジスタ６６ａにおけるス
イッチングノイズの発生が防止される。

なお、第６図木において符号りにて示す波形は第６図イ
に示す出力信号の波形と同一である。

また、制御回路３７ｂ、スイッチング回路３１の構成お
よび動作は上述した制御回路３７ａ、スイッチング回路
２７と同様であり、ここでの説明は省略する。

このように、第５図に示す電力増幅器はトランジスタ２
２．２４のコレクタ電位が滑らかに変化するように構成
し、これによりトランジスタ６６ａ、６６ｂにおける
スイッチングノイズの発生を防止するようにしたが、こ
のように構成し得る理由は、この電力増幅器が検出手段
４３ａ。

４３ｂを具備し、これによりレベル検出のみの場合より
早い時点で制御信号５１ｔ８２を出力することができる
からである。

次に、第７図に示す具体的実施例について説明する。

この図に示す電力増幅器は絶対値回路４４を用いて正負
両型源を同時に切換えるように構成したものであり、こ
の絶対値回路４４は増幅器７０、抵抗７１，７２．ダイ
オード７３．７４から構成される公知の回路である。

また、制御回路３７はダイオード７５，７６、トラ
ンジスタ７７〜７９、およびコンデンサ８０等を有して
構成されている。

この場合、ダイオード７５．７６はオア回路を構成して
おり、このオア回路の出力がトランジスタ７７〜７９に
よって増幅された後、制御信号Ｓｌ、８２としてスイ
ッチング用のトランジスタ８１．８２の各ベースに印加
されるようになっており、正負いずれの出力信号によっ
てもトランジスタ８Ｌ８２が同時に制御されるようにな
っている。

また、コンデンサ８０は第５図におけるコンデンサ５２
ａｔ５２ｂと同様に制御信号Ｓ１，８２のホールド
用である。

なお、上述した第２．第５．第７図においては、いずれ
も出力端子３５に得られる出力信号によってレベル、立
上り時間の検出を行っているが、これは入力端子２０に
得られる入力信号によって行っても同等の効果が得られ
る。

以上説明したように、この発明によれば入力信号に対応
する信号のレベルおよびその微分出力のレベルの双方に
基づいて出力段増幅素子に供給する電源電圧を切換える
ようにしたので、レベル検出用の基準電圧を充分高く設
定することができ、簡単な構成でかつ高効率、高性能の
電源切換方式の電力増幅器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電源切換方式の電力増幅器の構成を示す
ブロック図、第２図はこの発明による電力増幅器の基本
構成を示すブロック図、第３図、第４図は共に第２図に
示す電力増幅器の動作を説明するための図であり、第３
図は入力信号が低周波の場合の動作を説明するための図
、第４図は入力信号が高周波の場合の動作を説明するた
めの図である。第５図はこの発明による電力増幅器の具体的実施例を示
す回路図、第６図イ〜ホは第５図に示す電力増幅器の動
作を説明するためのタイミングチャートまた第７図はこ
の発明による電力増幅器の別の具体的実施例を示す回路
図である。２２．２４・・・・・・出力段増幅素子（トランジスタ
）。３８・・・・・・第１の検出手段（比較回路）、４３・
・・・・・第２の検出手段（検出手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

１出力段増幅素子に供給する電源電圧を入力信号レベ
ルに応じて切換えるように構成した電力増幅器において
、入力信号に対応する信号のレベルを検出する第１の検
出手段と、前記入力信号に対応する信号の微分出力のレ
ベルを検出する第２の検出手段とを設け、前記第１．第
２の検出手段の面出力に基づいて前記電源電圧を切換え
るようにしたことを特徴とする電力増幅器。