JPS6096904A - 電力増幅器 - 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】 性負荷を駆動する電力増幅回路に関する。

従来例を第１図に示す。第１図において、１は正相電力
増幅器、２は逆相負帰還電力増幅器である６３，４，５
．６は抵抗を示し、それぞれの抵抗値はＲ工＋　”　２
　＋　”　３　ｒ　”　４である。７は増幅器２の出力
に接続されて駆動されるモータ負荷で、９は信号発生器
、１０は入力端子、８は出力端をそれぞれ示す。ここで
、増幅器２はモータ負荷７を電流で駆動するための電流
ドライブアンプとして働き、増幅器１はその電流を供給
するための電圧／電流交換アンプとして働く。増幅器ｌ
は信号源９から直接信号を受け、増幅器２は増幅器ｌの
出力信号を入力としている。したがって、増幅器１．２
の電力利得をそれぞれＡＶ□、ＡＶ□とすると、入力信
号９に対する出力端８での出力信号の電圧利得Ａ　ｖｏ
ｕｔは Ａ、。□−Ａｖ、米Ａ、□　・・・・・・・−・・・・
・・・■となシ、出力端での電圧利得は増幅器工および
２の電圧利得Ａ　ｖ　１　＋　Ａｖ　２の積で表わされ
る。

次にこの２つの電力増幅器１，２と出力端８での電圧利
得の周波数特性を第２図に示す。１３１゜１３２１３は
それぞれ増幅器１，２および出力端８での電圧利得の周
波数特性を示しており、ｆｌは増幅器１および出力端８
の第１ポール周波数ｓ　ｆ２は増幅器２の第１ポールお
よび出力端８の第２ボールの周波数、セしてｆ３＋ｆ４
＋　’６はそれぞれ増幅器１．出力端８．増幅器２のロ
ールオフ周波数を示している。第２図からもわかるよう
に、出力端８での電圧利得ＡＶ６ｔｌｔは増幅器１．２
の電圧利得Ａ　ｖ　１　＋　Ａ　ｖ　２の積で表わされ
る事がわかる。

この時、モータ負荷であるコイル７で発生する出力雑音
レベルＮＬを考えてみると、ＮＬは等値入力雑音ｅＴお
よび利得周波敷積ＳとするとＮＬ＝ｅＴ＊、ｆｉ　Ｃｖ
：］　−■ で表わされる。また等値入力雑音ｅＴはｅＴ＝　４ｋＴ
Ｒｇ＋ｅ、”＋口Ｔν　・・・■となる。ただしｅ、は
電圧雑音成分１１！ｌは電流雑音成分＋”ｇは入力抵抗
、Ｔは絶対温度、にけボルツマン定数をそれぞれ示して
いる。０式よシ、出力雑音レベルＮＬは利得周波敷積Ｓ
に比例するので、少なくとも増幅器２の電圧利得の周波
数特性が高域まで伸びていれば、出力雑音レベルＮＬは
大きくなる。

本発明の目的は、出力雑音レベルを減少した電力増幅器
を提供することにある。

本発明は、入力信号を受ける正相増幅器、この出力を受
ける逆相増幅器を有し、逆相増幅器の電圧利得を正相増
幅器のそれよりも大きくしたことを特徴とする。

以下、本発明の実施例を図面により詳述すると、第３図
は本発明の一実施例であり、１１は正相電力増幅器、１
２は逆相負帰還電力増幅器である。

１３．１４，１５．１６は抵抗を示し、それぞれの抵抗
値は”　５　＋　Ｒ６＋　”　７　＋　”　８とする。

７は増幅器１２の出力に接続するモータ負荷で、９は信
号発生器、１０は入力端子、８は出力端をそれぞれ示す
。増幅器１１および１２は、第１図と同じように、増幅
器１２がモータ負荷７を電動駆動するための電流ドライ
ブアンプで、増幅器１１がその電流を供給するための電
圧／電流交換アンプとして動作する。

第４図に増幅器１１．１２および出力端１８での電圧利
得Ａ　ｖｌ’　＋　ｋｖ２’　＋　Ａｖｏｔ＋ｔ’の周
波数特性を示す。第４図において１１’　＋　１２’　
＋　’３’はそれぞれ増幅器１１．１２および出力端１
８での周波数特性を示しておシ、ｆｌおよびｆ４は第１
図の出力端８での電圧利得の周波数特性における第１ポ
ール周波数およびロールオフ周波数をそれぞれ示す。ｆ
６は増幅器１２および出力端８での第１ポールの周波数
である。ｆ２は第１図の増幅器１および第２図の増幅器
１１の第１ポール周波数であって第１図の出力端８の第
２ボールの周波数である。’７＋’８＋’９はそれぞれ
増幅器１１゜出力端８および増幅器１２のロールオフ周
波数を示している。ここで、本実施例と従来例と大きく
違うところは、（１）正相電力増幅器１１の電圧利得を
下げ逆相負帰還電力増幅器１２の電圧利得を上げた点。

（２）電圧利得の高い逆相負帰還電力増幅器１２の内部
に容量１８を付加する事で、電圧利得の周波数特性を強
制的に補正する点の２点である。

これは、高域、特に５３０ＫＨｚから１．６ＭＨｚとい
ったラジオのＡＭ周波数帯域でモータ駆動アンプ１１．
１２の電圧利得が高いと、その駆動アンプ１１．１２の
出力８で発生する出力雑音がモータ回転中にラジオのＡ
Ｍ帯に飛び込んで雑音源となるからである。

出力雑音がラジオのＡＭ周波数帯域に飛び込まないよう
にする為には、増幅器出力の電圧利得のロールオフ周波
数は実験より　１　ＭＨｚ付近となる事が必要とわかっ
た。一般的に、信号をあるインビーダ／を通し、その通
した点で信号からうけるパワーは周波数帯域積が大きい
ほど大きい。故に、このＡＭ周波数帯域を考えた場合Ａ
Ｍ周波数帯域は５３０ＫＨｚから１．６ＭＨｚであるの
で出力βの電圧利得のロールオフ周波数をＩ　Ｍｌｌｚ
とすればこれよ勺高い周波数では出力信号は入力信号に
対して減衰してＩ　ＭＨｚから１．６ＭＨｚで出力信号
の発生するパワーは小さくなり、雑音としてラジオには
飛びこまないことがわかる。また、５ＱＯＫＩ］ｚ　か
らＩＭＨｚの周波数帯域においては、１ＭＨｚ以上の信
号の発生するパワーと比べて小さい事と、ロールオフ周
波数をよシ低くもっていけばより高い周波数で発生する
パワーが雑音としてラジオに飛び込みにくいが、帯域が
せまくなりモーター駆動として実画的でない。例えは、
モータ駆動を例に挙げれば、出力電圧利得が４０（ｄＢ
）必要だが、ロールオフ周波数を５００Ｋ］ｌ］ｚにし
てしまうと、４０ｄＢとして出力電圧利得がつかえる周
波数帯域が５）Ｇｌｚまでとなり実用的でなくなる。ま
た、この実用する帯域をのばしてロールオフ周波数を低
くするために、第２ボール周波数を低くする必要がある
が、この場合、例えば入出力間が浮遊容量などで帰還ル
ープができてしまい、入力信号に対する出力信号の位相
がはやくまわるために位相余裕がなく発振をするおそれ
がある。以上の点からも出力電圧利得のロールオフ周波
数をＩ　ＭＨｚに設定するのは、妥当である。さらに、
出力電圧利得のロールオフ周波数を決定する事でラジオ
に雑音が飛び込まない様にして、カットオフ周波数は電
圧利得の使用周波数領域を決める事で任意に決定できる
。例えば、ラジオに雑音が飛び込まないような電力増幅
器を１つで構成した場合、とのモータを例にとれば１０
ＫＨｚまで電圧利得が４０ｄＢ必要なのでカットオフ周
波数を１０　ＫＨｚにすればロールオフ周波数は丁度Ｉ
　ＭＨｚになる。他には、電圧利得ｔ−３０ｄＢとして
使うとするとそのカットオフ周波数を３０　ＫＨｚにす
ればロールオフ周波数はＩ　ＭＨｚとなシ、ラジオに雑
音が飛び込まない電力増幅器を構成できる。

次に、実際にモータ駆動電力増幅器の具体例を示す。モ
ータを駆動するための電力増幅器の電圧利得は４Ｑ（ｄ
Ｂ）必要である。ざらにモータ駆動に必要な周波数範囲
は０−１０　Ｋ１１ｚなので、Ａｖｏｕ＊Ａ　ｖｏｕｔ
’がθ〜１０　ＫＩＴｚまで４０ｄＢ必要となる。

このことから、第１図の構成において、ＡＶ□＝１４ｄ
Ｂ、ＡＶ□＝２６ｄＢ、増幅器１のカットオフ周波数（
ｆｌ）を４００　ＫＨｚ、増幅器２のカットオフ周波数
（ｆ２）を８００ＫＨｚ、ロールオフ周波数を４．６Ｍ
Ｈｚとすると、１００　ＫｎｚからＩＭＨｚまでの利得
周波敷積Ｓ１の平方根８了は ４＝（ｆ、１ｏｏ”ｄｒ−Ｂ　（４，０ｘ１０３ｘｆ−
”１００Ｋ　４００Ｋ ・１０’　）　２ｄｆ　＋ｆ　１０”（３，２ＸＩＱ’
ｘｆ−２ｘ４Ｑ’）２ｄｆ）ｉ８００に −（１，０Ｘ１０’／”０Ｋｄｆ＋１．６ＸＩＯ”ｆ”
０Ｋｆ−”ｄｆ＋１．０１００Ｋ　４００Ｋ ｘｌＱ”／　””Ｋｆ−’ｄｆ　）５票弓！００Ｋ Ｘ１０’＝６．２ＸｌＯ’　（Ｊ皿）　・・・・・・・
・・■となる。一方、第３図において、Ａ７□’＝２ｄ
１３゜Ａ７□’＝３８ｄＢ、増幅器１１のカットオフ周
波数（ｆ２）を８００　（ＫＩｌ［ｚ）　、増幅器１２
のカットオフ周波数（ｆ６）を１０Ｋｔｌｚ、ロールオ
フ周波数を９２０ＫＨｚ、増幅器１２内部の位相補償用
容量１８を１５ＰＦとすると１００ＫＨｚから１ＭＨｚ
ｔでの利得周波敷積Ｓ２の平方根６７は ｆｆ１＝（ｆ８”Ｋ（１００Ｘｆ−”ｘｔＯ’）２ｄｆ
　＋　ｆ”００Ｋ（８，ｌＸ１０３１＋１０Ｋ　８００
Ｋ Ｘｆ−”Ｘ１０”）２ｄｆ）”＝（１，０Ｘ１０１２ｆ
ｆ−”ｄｆ０ＧＫ ＋６．６Ｘ１０”ｆ”°Ｋｆ−”ｄｆ　）Ｍ　＝　８．
８Ｘ　１０’＋６．３Ｘ１０’１０００に ＝３．０Ｘ１０３（い「）　・・・・・・・・・・・・
■前述のように■式から出力雑音レベルは利得周波敷積
に比例する事がら■、（５）を比較するととなり、特に
１００ＫＩｌｚからＩ　ＭＨｚまでのＡＭ周波数帯域で
の出力雑音レベルは、第３図では、はぼ２１分の１に減
少することから、モータ回転中にラジオのＡＭ周波数帯
域に飛び込む雑音は減少し雑音源とはならない。

さらに、第１図の出力端８よシ入力端１０間に浮遊容量
が接続して帰還ループができた場合、出力の電圧利得が
高いと発振する。具体例を上げれば、第２図の電圧利得
の周波数特性から第２ボールすなわち入力信号の位相に
対して出力での信号の位相が１３５°回った時の電圧利
得は３４ｄＢでおるので、帰還ルーズができた時に入力
信号の位相に対して出力信号の位相１８０°回った時の
出力端で電圧利得が正であって発振しやすい、一方、第
４図の電圧利得の周波数特性から入力信号の位相に対し
て出力信号の位相が１３５°回った時の電圧利得は２ｄ
Ｂであるので、入力信号の位相に対して出力信号の位相
が１８０°回った時の出力端での電圧利得は正である事
はなく、帰還ループができた場合でも発振に対する安定
度は高い。

以上の事から本発明を用いる事で、モータ負荷のときモ
ータが回転中に出力雑音がＡＭ帯に飛びこんで雑音源と
なることがなく、さらに、入出力間に帰還ループができ
た場合でも発振の安定度は高い。

第５図は他の実施例を示し、これは２相モータに適用し
た場合の実施例である。２相の各相７゜２７を各々独立
した増幅系で増幅する。すなわち、第３図で示した増幅
系と、増幅器２１　、２２　、抵抗２３乃至２６．コン
デン′！ｊ２Ｂ、信号源２９からなシ第３図と同じ構成
の増幅系とで駆動するのである。３相モータの場合は、
発明で示した増幅系を３相分具備する事で実現出来る。

第６図は、第３図で示した増幅系を具体的に示したもの
で、集積回路として構成出来る長所をも合せ持っている
。すなわち、正相増幅器１１は、トランジスタ３８　、
３９　、４０　、ダイオード５０゜定電流源５６で構成
され、トランジスタ３８．３９は差動増幅器を構成し、
ダイオード５０．トランジスタ４０はその能動負荷とな
る。逆相負帰還増幅器１２は、トランジスタ４１乃至４
９．ダイオード５１乃至５５．定電流源５７．５８で構
成される。トランジスタ４２．４３は増幅器１１の出力
を受ける差動増幅器を構成し、ダイオード５１゜トラン
ジスタ４１はこれの能動負荷となる。トランジスタ４４
，４５．４６は駆動段であシ、位相調整コンデンサ１８
を介して信号を受ける。トランジスタ４７は位相反転段
で、トランジスタ４８゜４９はプツシ−プル出力段を構
成する。出力端８からは、抵抗１３，１４．１５を介し
て負帰還が施されている。

本発明は、負荷としてモータ負荷を示したが、これに限
定されないことは熱論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示すブロック図、第３図および第５図
は本発明の実施例をそれぞれ示す。 １．１１．２１・・・・・・正相電力増幅器、２　、１
２゜２２・・・・・・逆相負帰還電力増幅器、３〜５，
１３〜１５．２３〜２５・・・・・・抵抗、７．１７．
２７・・・・・・モータ負荷、９．２９・・・・・・信
号発生器で、９に対する２９の位相は９０°遅れで入力
される。１０・・・・・・入力端、８・・・・・・出力
端、１８．２８・・・・・・位相補正コンデンサである
。 第２図、第４図は第１図、第３図のそれぞれの電力増幅
器の周波数特性を示している。 第６図は本発明第３＠の具体的回路例である。 ３８〜４９・・・・・・トランジスタ、５０〜５５・−
・・・・ダイオード、５６〜５８・・・・・・定電流源
、６５．６５・・・・・・正直流電源、６７・・・・・
・負直流電源を示す。 第　１　図 第２　図 司Ｓ々返し一→ 簗Ｓ口 占 捲６　ワ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力信号を受ける正相電力増幅器と、該正相電力増
   幅器の出力を受ける逆相負帰還電力増幅器とを有し、前
   記逆相負帰還電力増幅器の電圧利得を前記正相電力増幅
   器の電圧利得より大きくした事を特徴とする電力増幅器
   。 ２−　前記逆相負帰還電力増幅器はコンデンサを有し、
   該コンデンサにより位相補正が行なわれていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の電力増幅器。