JPS6040729B2 - 電力増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は２つの出力トランジスタが準コンブメンタリ
接続したシングルェンデットプッシュプルＢ級増幅器に
おいて、直流電源電圧Ｖｃｃの変動に対して大幅な無信
号時回路電流の変動ないこ出力歪を改善した電力増幅器
に関するものである。

ステレオ、カーステレオ、トランジスタラジオなどの低
周波電力増幅部には集積回路化した電力増幅器が広く用
いられている。第１図は従来の出力歪を改善した電力増
幅器を示す回路図である。同図において、Ｑ．はベース
に信号入力が印加する前瞳増幅段の第１トランジスタ、
．Ｑ２はこの第１トランジスタＱ，のコレクタ出力が印
加し、この第１トランジスタＱＩと共に前贋増幅段を構
成し、Ａ級増幅動作をする第２トランジスタ、Ｑ３およ
びＱは複合ダーリントン接続し、第２トランジスタＱ２
のコレクタ出力を受けＢ級増幅動作をする第３トランジ
スタおよび第４トランジスタ、Ｑ５は第２トランジスタ
Ｑ２のコレクタ出力を受けて、Ｂ級増幅する第５トラン
ジスタ、ＱおよびＱ？は準コンブリメンタリ接続し、シ
ングルェンデッドＢ級プッシュプル増幅器を構成し、第
４トランジスタＱ４のエミツタフオロア出力および第５
トランジスタＱ５のェミッタフオロア出力でそれぞれ駆
動される出力トランジスタ、Ｒ，，Ｒ２およびＲ３は第
１トランジスタＱ，のベースバイヤス電圧を得る分圧用
抵抗、Ｒ４は第１トランジスタＱ，の負荷抵抗、Ｒ５お
よびＲ６は出力トランジスタＱ６およびＱ７のプッシュ
プル出力を第１トランジスタＱ，のェミツタへ分圧帰還
する帰還抵抗、Ｒ７は第２トランジスタＱ２のコレクタ
負荷となる定電流源、Ｒ８およびＲ９はそれぞれ第４ト
ランジスタＱ４および第５トランジスタＱのェミツ夕負
荷抵抗、Ｃ，はデカッブリング用コンデンサ、Ｃ２は第
１直流分阻止コンデンサ、Ｃ３は第１トランジスタＱ，
のェミッタへの帰還分圧回路に挿入され、負荷抵抗Ｒ４
の池端を交流的に接地する第２直流分阻止コンデンサ、
Ｃ４は第２トランジスタＱ２のベースとコレク夕との間
に接続した第１位相補償用コンデンサ、Ｃ５は複合ダー
リントン接続した第３トランジスタＱ３のコレクタと第
４トランジスタＱ４のベースとの接続点と接地との間に
接続した第２位相補償用コンデンサ、Ｃ６は第３直流分
阻止コンデンサ、Ｄ．，Ｄ２およびＤ３はそれぞれ直列
に接続され、第２トランジスタＱ２のコレクタと第５ト
ランジスタはのベースとの間に接続したバイアス用ダイ
オード、Ｄ４およびＤ５は直列に接続したダイオード、
Ｒ，ｏは第４トランジスタＱのべ−スに電流を流すため
の第１バイアス用抵抗、Ｒ，．はダイオードＤ４および
Ｄ５に電流を流すための第２バイアス用抵抗、ＩＮは信
号入力端子、Ｔ，は接地との間に前記デカップリング用
コンデンサＣ．を接続する端子、Ｔ２は信号入力端子Ｉ
Ｎとの間に第１直流分阻止コンデンサＣ２を接続する端
子、Ｔ３は接地端子、Ｔ４は接地との間に第２直流分阻
止コンデンサＣ３を接続する端子、Ｔ５は端子Ｔ６との
間に第１位相補償用コソデソサＣ４を接続する端子、Ｔ
７は接地との間に第２位相補償用コンデンサＣ５を接続
する端子、Ｔ８は接地端子、Ｔ９は出力端子、Ｔ，ｏは
直流電源電圧Ｖｃｃを供給する電源端子、ＳＰはこの電
力増幅器の負荷としてのスピーカである。なお、前記分
圧用抵抗Ｒ，およびデカツプリング用コンデンサＣ，と
により第１トランジスタＱ，のベースバイアス用デカッ
プリング回路を構成する。

次に、上記購成の電力増幅器の動作について、特にトラ
ンジスタのターンオフ時間遅れに起因する増幅器出力波
形の歪について説明する。

まず、一般に、第５トランジスタＱ５および出力トラン
ジスタＱ７の縦続接続、および第３トランジスタＱ３、
第４トランジスタＱ４および出力トランジスタＱ６の複
合ＰＮＰダーリントン接続はそれぞれ１個のＮＰＮトラ
ンジスタおよびＰＮＰトランジスタで置換できる性質の
ものであるが、これを半導体集積回路で構成する場合、
前者の複合ＮＰＮ接続トランジスタではこれを駆動する
ための前層増幅段トランジス外まコレクタ電流値の大き
なものに設計しなければならず、無信号時の消費電力が
増大する。

また、後者の複合ＰＮＰ接続トランジスタでは大電流城
での電流増幅率の大きいＰＮＰトランジスタが得にくい
。このように、複合ＮＰＮ接続トランジスタ（第５トラ
ンジスタはおよび出力トランジスタＱ７よりなる）と複
合ＰＮＰ接続トランジスタ（第３トランジスタＱ、第４
トランジスタＱおよび出力トランジスタＱ６よりなる）
は交互にオン・オフを繰返してプッシュプル動作を行な
っているが、一般にトランジスタがオフ状態からオン状
態に移行するときにはェミッタ接合、ベース領域などの
拡散容量にベース駆動電流によって電荷が蓄積される間
はそのターンオンは遅れる。また、第３トランジスタＱ
のコレクタに第２位相補償用コンデンサＣ５が接続され
ていると、この第２位相補償用コンデンサＣ５の充電が
完了するまでの間、さらに遅れ時間が生ずる。そして、
これらの時間遅れを小さくするためには瞬間に大きな電
流が流入できるように、いわゆる定電圧駆動をすれ‘よ
よいが、複合ＰＮＰトランジスタを構成する第４トラン
ジスタＱのベース駆動電流は第３トランジスタＱ３のコ
レクタから供給されるための定電流駆動となることは避
けられず、前記ターンオン時間遅れは小さくできなかっ
た。

そして、抵抗Ｒ，。，Ｒ，，およびダイオードＤ４，Ｄ
５よりなる回路Ｂがないときの第４トランジスタＱおよ
び出力トランジスタＱ６の夕−ンオン時間遅れに起因す
る増幅器出力波形の歪を含む波形を第２図に示し、その
スイッチング歪は破線円Ｐで囲んだ部分である。次に、
抵抗Ｒ，ｏ，Ｒ，．およびダイオードＤ４，Ｄ５よりな
る回路Ｂを附加することにより、無信号時の第４トラン
ジスタＱ４のベース駆動電流は第３トランジスタＱの静
止コレクタ電流の外に、抵抗Ｒ，。

およびＲ，．を通じて電源端子Ｔ，。からの駆動電流が
加わり、第４トランジスタＱのヱミツタの接合、ベース
領域および第２位相補償用コンデンサＣ５などにあらか
じめ電荷を蓄積させるので、第４トランジスタＱ４およ
び出力トランジスタＱ６のターンオン時間遅れは大幅に
減少し、出力におけるスイッチング歪も減少する。また
、ダィオ−ドＤ４およびＤ５はその直列豚方向抵抗値と
抵抗Ｒ，．の値により電源端子Ｔ，ｏに印加する直流電
圧を分圧するものであり、無信号時の回路Ｂから第４ト
ランジスタＱ４へ供給される電流を巻当な値にするよう
なバイアス電圧を与えるものである。

さらに、ダイオードの順方向電圧の温度依存性を利用し
て第４トランジスタＱ４へのバイアス電圧の自動温度補
償も可能にしてある。したがって、ダイオードＤ４，Ｄ
５の直列素子に並列に抵抗を接続して、順方向電圧およ
び温度依存特性の調整を行なうことができる。第３図は
従来の他の電力増幅器を示す回路図であり、出力歪の改
善を図ったものである。

この第３図において第１図と同一符号のものは相当部分
を示し、Ｒ，２は出力端子ＬとダイオードＤ４の陽極と
の間に薮総した抵抗、Ｒ，３はこのダイオードＤ４の陽
極と第４トランジスタＱ４のベースとの間に接続した抵
抗である。この抵抗Ｒ，２，Ｒ，３およびダイオードＤ
４，Ｄ５よりなる回路Ｂにより、出力信号のスイッチン
グ歪が減少すると共に第４トランジスタＱ４のベース信
号と出力端子Ｔ９の出力信号とは逆位相にあるため、抵
抗Ｒ，２およびＲ，３を通って第４トランジスタＱ４の
ベースに出力信号の一部が分圧されて印加し、局部的に
負帰還がかかる。

ごの結果、一般の高調波歪に対しても改善される。また
、第１図および第３図において、無信号時に出力トラン
ジスタＱ７のコレクタ電流は次のように設定する。すな
わち、定電流源Ｒ７によりダイオード○，，○２，Ｄ３
がバイアスされ、ダイオードＤ，，Ｄ２およびＤ３の順
方向電圧の総和Ｖ，に、第３トランジスタＱ３、第５ト
ランジスタＱ５および出力トランジスタＱ？のベース・
ェミッタ間電圧の総和Ｖ２が等しくなるように、第３ト
ランジスタＱ３、第５トランジスタＱ５および出力トラ
ンジスタＱ７をバイアスする。第５トランジスタＱ５の
ベース・ェミッタ間電圧は抵抗戊９によって決定され、
第３トランジスタＱ３のベース・ェミッタ間電圧は抵抗
Ｒ８、第４トランジスタＱ４のェミッタ接地電流増幅率
、抵抗Ｒ，３を通って第４トランジスタＱ４のベースに
流れ込む電流１、第３トランジスタＱのェミッタ接地電
流増幅率により決定される。したがって、出力トランジ
スタＱ７のベース・ェミツタ間電圧が決定し、そのコレ
クタ電流が設定される。また、電源様子Ｔ，ｏに印加す
る直流電源電圧Ｖｃｃが上昇（または減少）したとき、
第１図においては抵抗Ｒ，．を流れる電流が増大（また
は減少）し、ダイオードＤ４のアノード電位が上昇（ま
たは下降）し、抵抗Ｒ，。

を通って第４トランジスタＱ４のベースへの流入電流１
が増加（または減少）する。したがって、第３トランジ
スタＱ３のコレクタ電流（ひいてはェミッタ電流）が減
少（または増加）し、そのべ−ス・ェミッタ間電圧は減
少（または増大）する。そして、直流電源電圧Ｖｃｃの
上昇により、ダイオードＤ．，Ｄ２およびＤ３の順方向
電圧の総和Ｖ．および第５トランジスタＱのベース・ヱ
ミッタ間電圧は変化を受けないので、出力トランジスタ
Ｑ７のベース・エミツタ間電圧は上昇（または減少）す
る。すなわち、出力トランジスタＱ７のコレク夕電流が
増加（または減少）する。また、第３図においては出力
端子Ｔ９は通常１／２×直流電源電圧Ｖｃｃに追従して
おり、ダイオードＤ４のアノード電位が上昇（または下
降）し、抵抗Ｒ，３を通って第４トランジスタＱ，のベ
ースに流入する電流１が増加（または減少）する。

このため、出力トランジスタＱ？のコレクタ電流は増加
（または減少）する。このように、従来の電力増幅器は
無信号時回路電流のほとんどが出力トランジスタＱ７の
コレクタ電流である。

したがって、スイッチング歪改善のために追加した回路
Ｂにより直流電源電圧の上昇（あるいは低下）による無
信号時回路電流の大幅な増加（あるいは減少）が生ずる
欠点があった。この発明は以上の点に鑑み、このような
問題を解決すると共にかかる欠点を除去すべくなされた
もので、その目的は簡単な構成によって、直流蟹源電圧
の変動があっても、無信号時回路電流の変動ないこスイ
ッチング歪を改善することができ、また、回路全体の無
信号時回路電流の大幅な変動のない、半導体集積回路化
に適した電力増幅器を提供することにある。

このような目的を達成するため、この発明は、電源電位
点に一端が接続された負荷素子とこの負荷素子と接地電
位点との間に接続された定電圧素子とこれら負荷素子と
定電圧素子との援縞弦点にベースが接続され、コレクタ
が電源電位点に接続されたＮＰＮトランジスタとを有し
た安定化電圧源と、この安定化電源のＮＰＮトランジス
タのェミッタと複合ＰＮＰトランジスタを構成するＮＰ
Ｎトランジスタのベースとの間に接続された第１及び第
２抵抗と、これら第１及び第２抵抗の接続点と接地電位
点との間に順方向接続されたダイオードからなるインピ
ーダンス素子とからなる電流供Ｖ給路とを設け、上記複
合ＰＮＰトランジスタを構成するＮＰＮトランジスタの
ベースに上記安定化電圧源から上記電流供給路を介して
電流を供給しバイアス電圧を与え得るようにしたもので
ある。

以下、図面に基づきこの発明の実施例を詳細に説明する
。第４図はこの発明に係る電力増幅器の−実施例を示す
回路図である。

この第４図において第１図および第３図と同一部分には
同一符号を付して説明を省略する。Ｒ，４はその一端が
端子Ｔ，に接続する抵抗からなる負荷素子、Ｄ６はその
陰極がこの抵抗Ｒ１４の他端に接続し、その陽極がアー
スに接続するッヱナーダィオードからなる定電圧素子、
Ｑ８はそのベースがツェナーダイオードＤ６の陰極に接
続し、そのコレクタが電源端子Ｔ，ｏに接続し、そのェ
ミッタが抵抗Ｒ，５の一端に接続するトランジスタであ
る。なお、抵抗Ｒ，５の池端はダイオードＤ４の陽極に
接続する。なお、ツエナーダイオードＤ６、トランジス
タＱおよび抵抗Ｒ，４とにより安定化電圧源を構成する
。

また、抵抗Ｒ，３， Ｒ，４，Ｒ，５、ダイオードＤ４
，Ｄ５、ツエナーダイオードＤ６、トランジスタＱ８と
により回路Ｂを構成する。つぎにこの第４図に示す実施
例の動作を説明する。

まず、回路Ｂにおいて、無信号時の第４トランジスタＱ
のベース駆動電流は第３トランジスタＱの静止コレクタ
電流のほかに、抵抗Ｒ，５およびＲ，３を通って安定化
電源のトランジスタＱ８のェミッタからの駆動電流が加
わり、第４トランジスタＱのェミッタ接合、ベース領域
および第２位相補償用コンデンサＣ５などにあらかじめ
電荷を蓄積するので、第４トランジスタＱ４および出力
トランジスタＱ６のターンオン時間は大幅に減少し、出
力におけるスイッチング歪を減少することができる。

また、ダイオードＤ４および広はその直列順方向抵抗値
と抵抗Ｒ，５の値とで安定化電源出力であるトランジス
タＱのェミツタ出力の直流電位を分圧するためのもので
あるから、上述の鱒信号時の回路Ｂから第４トランジス
タＱ４へ供給される鰭流を適当な値にするようなバイア
ス電圧を与えるものであると共にダイオードの順方向電
圧の温度依存性を利用し、第４トランジスタＱへのバイ
アス電圧の自動温度補償を行なう。したがって、ダイオ
ードＤ４およびＤ５の直列素子に並列に抵抗を接続して
順方向電圧および温度依存性の調整を行なうことができ
る。また、電源端子Ｔ，ｏに印加する直流電源電圧Ｖｃ
ｃが変動しても、安定化電源電圧は一定であるから、第
４トランジスタＱのベースに接続する抵抗Ｒ，３を通し
て流入する電流１は一定であり、出力トランジスタＱ７
のコレクタ電流は一定となり、無信号時回路電流もほぼ
一定となる。

なお、以上は定電圧素子としてッェナーダィオード１個
を使用したが、複数個のツェナーダィオード、複数個の
順方向ダイオード、あるいは複数個のッェナーダィオー
ドと複数個の順万向ダイオードを縦続接続してもよいこ
とはもちろんである。

また、安定化電源は任意の形式のものを用いてもよいこ
とはもちろんである。以上の説明から明らかなように、
この発明によれば、複雑な手段を用いることなく、バイ
アス源を安定化電圧源からバィアスし、そのバイアス源
に流れる電流を電源電圧に依存しないようにした簡単な
回路構成によって、直流電源電圧の変動があっても、無
信号時回路電流の変動ないこスイッチング歪を改善する
ことができ、また、回路全体の無償号時回路電流の大幅
な変動のない、半導体集積回路化に適した電力増幅器を
実現することができるので、実用上の効果は極めて大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電力増幅器を示す回路図、第２図は第１
図の出力波形を示す波形図、第３図は従来の他の電力増
幅器を示す回路図、第４図はこの発明に係る電力増幅器
の一実施例を示す回路図である。 Ｑ，・・第１トランジスタ、Ｑ２・・第２トランジスタ
、Ｑ３・・第３トランジスタ、Ｑ・・第４トランジスタ
、Ｑ５・・第５トランジスタ、Ｑ６およびＱ７・・出力
トランジスタ、Ｒ，，Ｒ２およびＲ３・・分圧用抵抗、
Ｒ４・・負荷抵抗、Ｒ５およびＲ６・「・帰還抵抗、Ｒ
７・・定電流源、Ｒ８およびＲ９・・ェミッタ負荷抵抗
、Ｃ．・・デカップリング用コンデンサ、Ｃ２・・第１
直流分阻止コンデンサ、Ｃ３・・第２直流分阻止コンデ
ンサ、Ｃ４・・第１位相補償用コンデンサ、Ｃ５・・第
２位相補償用コンデンサ、Ｃ６・・第３位相補償用コン
デンサ、Ｄ，，Ｄ２および○３・・バイアス用ダイオー
ド、Ｄ４およびＤ５・・ダイオード、Ｒ，。 ・・第１バイアス用抵抗、Ｒ，．・・第２バイアス用抵
抗、ＩＮ・・信号入力端子、Ｔ，およびＬ・・端子、Ｔ
３・・接地端子、Ｔ４，Ｔ５，ｔおよびＴ７・・端子、
Ｔ８・・接地端子、Ｔ９・・出力端子、Ｔ，。・・電源
端子、ＳＰ・・スピーカ、Ｒ．２，Ｒ，３，Ｒ．４およ
びＲ，５・・抵抗、Ｄ６・・ッェナーダィオード、Ｑ・
・トランジスタ。なお、図中、同一符号は同一または相
当部分を示す。第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ＰＮＰトランジスタとＮＰＮトランジスタとを縦続
   接続してなる複合ＰＮＰトランジスタとＮＰＮトランジ
   スタを縦続接続してなる複合ＮＰＮトランジスタとを備
   え、前記複合ＰＮＰトランジスタが接地側にある準コン
   プリメンタリ接続したシングルエンデツドプツシユプル
   Ｂ級増幅器からなる電力増幅器において、電源電位点に
   一端が接続された負荷素子とこの負荷素子と接地電位点
   との間に接続された定電圧素子とこれう負荷素子と定電
   圧素子との接続点にベースが接続され、コレクタが前記
   電源電位点に接続されたトランジスタとを有した安定化
   電圧源と、前記複合ＰＮＰトランジスタを構成するＮＰ
   Ｎトランジスタのベースに一端が接続された第１抵抗と
   、この第１抵抗の他端と接地電位点との間に順方向に接
   続されたダイオードからなるインピーダンス素子と、こ
   のインピーダンス素子と前記安定化電圧源のトランジス
   タのエミツタとの間に接続された第２抵抗とを設けたこ
   とを特徴とする電力増幅器。 ２ インピーダンス素子を構成するダイオードの数は、
   複合ＰＮＰトランジスタを構成するＮＰＮトランジスタ
   のベースと接地との間に接続したエミツタ接合の数に等
   しい数であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の電力増幅器。