JPS6119169B2 - - Google Patents

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JPS6119169B2
JPS6119169B2 JP54117133A JP11713379A JPS6119169B2 JP S6119169 B2 JPS6119169 B2 JP S6119169B2 JP 54117133 A JP54117133 A JP 54117133A JP 11713379 A JP11713379 A JP 11713379A JP S6119169 B2 JPS6119169 B2 JP S6119169B2
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JP
Japan
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pulse
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output
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JP54117133A
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English (en)
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JPS5640314A (en
Inventor
Akio Tokuge
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Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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Publication date
Application filed by Pioneer Electronic Corp filed Critical Pioneer Electronic Corp
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Publication of JPS5640314A publication Critical patent/JPS5640314A/ja
Publication of JPS6119169B2 publication Critical patent/JPS6119169B2/ja
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217Class D power amplifiers; Switching amplifiers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパルス幅変調増幅器に関し特にオーデ
イオアナログ入力信号をサンプリングしてパルス
幅変調(以下PWMと略記す)信号に変換後この
PWM信号により一対の出力電力スイツチング素
子をプツシユプル駆動することによりオーデイオ
パワー出力を得るようにしたPWM増幅器に関す
る。
この種のPWMプツシユプル増幅器はいわゆる
D級アンプと称されており、その概略は第1図に
示される如く、アナログオーデイオ入力信号とサ
ンプリング用の高周波鋸歯状波信号とを加算重畳
して、この重畳信号をコンパレータ1により零レ
ベル比較し、もつてPWMパルス列信号出力を得
ている。一方、SEPP(シングルエンデツドプツ
シユプル)接続構成の電力スイツチング素子2及
び3を設け、先のPWM信号により一方の素子2
を駆動し、PWM信号のインバータ4による反転
信号で他方の素子3を駆動していわゆるプツシユ
プル動作を行わしめ、この出力をローパスフイル
タ5を介してアナログ信号に変換後、スピーカ等
の負荷6を駆動する構成である。
こゝでスイツチング素子2,3のための駆動信
号すなわちPWM信号の周波数が高くなると、こ
の一対のスイツチング素子の時間遅れによつて両
素子が同時にオンする現象が生じ、素子の破壊の
原因となつている。従つて、サンプリングパルス
周波数を高くできずその結果いわゆるHi−Fi信
号再生が困難となる。
かゝる欠点を除去すべく、一対の素子のオンオ
フが切換わる時点において、一方の素子が完全に
オフして一定時間後に他方の素子をオンするよう
に駆動信号であるPWM信号を制御している。そ
のための回路の一例を第2図に示す。図において
第1図と同等部分は同一符号によつて示されてお
り、コンパレータ1a,1bをそれぞれ設けてそ
の比較電圧を一定の基準電圧+Eと−Eに設定し
てこれら出力をダイオードD1,D2により合成し
てPWM波を得るもので、いわゆるウインドコン
パレータを構成している。尚、抵抗R1はダイオ
ードD1,D2のためのバイアスを付与するもので
ある。
第3図は第2図のウインドコンパレータの動作
を示す波形図であり、アナログ入力が零レベルの
時すなわち無変調時においては図Aの波形aに示
す如く、コンパレータ入力である重畳信号はサン
プリング用傾斜波である三角波の丁度中央に零レ
ベルがある信号となつている。よつてコンパレー
タ1a,1bの出力はそれぞれb,cの如くなつ
てダイオードD1,D2による合成信号はdのよう
に±Eのレベル範囲内に入力信号があるときは零
レベルとなり、+Eのレベルより大のときは正極
性パルスとなり、また−Eのレベルより小のとき
は負極性パルスとなることが判る。よつてPWM
信号dはいわゆる3値(スリーステート)信号で
あつてその零レベル期間は電力スイツチ2及び3
共にオフ状態にあるから第1図にて説明した欠点
は生じないことになる。
こゝで、第3図Bの波形aに示すように、アナ
ログ入力が正のピーク値の半分になつた場合すな
わち+50%変調時においては、三角波はその増大
分だけレベルレシトされて結果として零レベルは
三角波の振幅(P−P)の下方1/4のレベルに位
置することになる。その結果、コンパレータ1
a,1bの各出力はb,cのようになり、ダイオ
ードD1,D2による合成出力であるPWM信号はd
のようなスリーステート波形となる。この時のす
なわち50%変調時の正パルスの幅T+と負パルス
の幅T−との比は、第1図の回路構成で得られる
50%変調時のT+とT−との比である3:1と等
しくならなければならないにもかゝわらず、3:
1よりも大なる比率となることは明白である。こ
れは、変調度が大きくなればなる程第1図の回路
による正規のPWM波のT+とT−との比からか
け離れていわゆるリニアリテイが損われることに
なる。
本発明の目的はプツシユプル構成の一対の出力
スイツチング素子が同時にオンすることなくかつ
回路のリニアリテイ特性も損われることなく良好
な再生出力を得ることが可能なPWM増幅器を提
供することである。
本発明のPWM増幅器は、オーデイオアナログ
入力とサンプリング用三角波信号とを重畳した信
号をウインドコンパレータによつてレベル検出
し、所定レベル範囲外にあるときに一対のプツシ
ユプル電力スイツチング素子をオンオフするよう
にし、このウインドコンパレータの所定レベル範
囲の上限及び下限をそれぞれ入力アナログ信号レ
ベルに応じて変化するよう制御することを特徴と
するものである。
以下に本発明を図面を用いて説明する。
第4図は本発明の原理を説明する図であり、A
は第1図の回路により得られる重畳信号とPWM
出力である正パルス幅T+及び負パルス幅T−と
の関係を示す波形図である。三角波のP−P値を
一定の2Kとしかつ傾斜角も一定とすれば、変調
度をxとすることによりT+∝K(1+x)、T
−∝K(1−x)となることが判る。よつて両者
の比は次式で示される。
T+/T−=(1+x)/(1−x) ……(1) この比がオーデイオレベルに応じた正規の
PWM信号の比率を示すことになる。
同図Bは一対の出力スイツチング素子が共にオ
フとなる期間を設ける時のPWM信号出力の正パ
ルス幅T+及び負パルス幅T−と重畳信号との関
係を示す波形図である。図のように変調度xのと
きのウインドコンパレータの上限及び下限を示す
比較電圧レベルを+E1及び−E2とすると、T+
∝{K+(Kx−E1)}、T−∝{K−(Kx+E2)}
となるから、両者の比は次式となる。
T+/T−={K(1+x) −E1}/{K(1−x)−E2} ……(2) この比が変調度xに無関係に(1)式で示す比と常
に等しくなる必要があるから次式が成立する。
(1+x)/(1−x)={K(1+x) −E1}/{K(1−x)−E2} ……(3) 上式よりE1とE2との比は次式となる。
E1/E2=(1+x)/(1−x) ……(4) (4)式から判るように、リニアリテイを変調度x
の如何(0x1)にかゝわらず第1図の回路
のそれと等しく良好にするためには、第2図のコ
ンパレータ1a,1bの基準レベルを変調度xに
応じて同一レベルだけ上昇又は下降せしめるよう
にすれば良いことになる。例えば変調度50%(x
=0.5)のときにE1=E(1+0.5)=1.5Eとし、−
E2=−E(1−0.5)=−0.5Eとすれば、(2)式より
T+/T−は次式となる。尚Eは一定値である。
T+/T−=1.5(K−E)/0.5(K −E)=3 となつて、50%変調度の正規の比率3と等しくな
ることが判る。
第5図は上記原理に鑑みてなされた本発明の一
実施例を示す回路図であり、第2図と同等部分は
同一符号をもつて示している。第2図と異なる部
分のみ説明するに、コンパレータ1a,1bの各
基準電圧+E1及び−E2を得べく、正電源+Vccと
負電源−Vccとの間に等しい抵抗値Rを有する2
本の直列抵抗による分圧回路を設けて、この直列
接続点Aの電位(基本的には零電位である)を基
準にして一定電圧±Eをそれぞれ発生するように
しており、更にこの接続点Aに負荷6の駆動用オ
ーデイオ出力を帰還抵抗RNにより印加する構成
である。
こうすることによつて、コンパレータ1a,1
bの比較基準電圧+E1,−E2は共にオーデイオレ
ベルに比例して変化して(4)式の関係を満足しうる
ことになることは明白である。なぜならオーデイ
オレベルと変調度xとの関係は比例しているから
である。
こゝで抵抗RNの最適値を求める方法について
述べる。(4)式より、最大変調時においては(x=
1)、コンパレータの基準電圧はE1=2E、E2=0
となる必要があり、無変調時においては(x=
0)、E1=E2=Eとなる必要があり、更に0x
1の範囲でE1,E2共に直線的に変化する必要
がある。従つて、x=1の時には第5図の回路に
おいて、A点の電位はアースより見てEボルトに
上昇している必要があるから、この時のオーデイ
オ出力の振幅を2×Vcc(x=1であるから最大
振幅である)とすればA点の電位VA=Eは次式
となる。
A=E=R/(RR)+R・2Vcc −R/2R・2Vcc ……(5) 尚、右辺1項はx=1の時のA点と負電源−
Vccとの間の電圧を示し、同2項はx=0の時の
A点と負電源−Vccとの間の電圧を示している。
この(5)式からRNの値を決定すれば所期の目的が
達成されうることになる。
第6図及び第7図は本発明の他の実施例をそれ
ぞれ示す図であり、第5図と同等部分は同一符号
により示されている。第6図においては、基準電
圧源Eの代りにダイオードD3,D4の各順方向電
圧ドロツプを用いた例であり、第7図において
は、抵抗R2及びR3の各両端電位差を基準電圧E
の代りに用いたもので、R2=R3に選定すればよ
い。
以上詳述した如く、本発明によれば簡単な構成
にてリニアリテイが良好でかつプツシユプル電力
素子の破壊を招来することのないPWMアンプが
得られ、よつてサンプリングパルスの周波数を大
としうるからHi−Fi再生が可能となる。
尚、コンパレータの基準電圧を出力信号レベル
を用いて制御したが、アナログ入力信号と同相信
号のレベルにより制御しうることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のPWMアンプの一例を示すブロ
ツク図、第2図は第1図の改良されたPWMアン
プの一例を示すブロツク図、第3図は第2図のア
ンプの動作波形図であり、Aは無変調時、Bは50
%変調時の波形図、第4図A,Bは本発明の原理
を説明する波形図、第5図は本発明の一実施例の
回路ブロツク図、第6図及び第7図は本発明の他
の実施例をそれぞれ示す回路ブロツク図である。 主要部分の符号の説明、1a,1b……コンパ
レータ、2,3……電力スイツチング素子、E…
…定源圧源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アナログ入力信号とサンプリング用鋸歯状波
    形信号との重畳出力が所定レベル範囲を越えたこ
    とを検出してその越えた方向に対応してそれぞれ
    異極性パルスを発生するレベル検出手段と、前記
    異極性パルスの一方の極性のパルスによつてのみ
    オンする第1スイツチと、前記第1スイツチに直
    列接続して前記異極性パルスの他方の極性のパル
    スによつてのみオンする第2スイツチと、前記第
    1及び第2スイツチの直列回路の両端に正負電圧
    を印加する電源と、前記第1及び第2スイツチの
    接続点の電位変化の低周波成分のみを伝送するロ
    ーパスフイルタと、前記ローパスフイルタの出力
    レベルの変化に応じて前記所定レベル範囲の基準
    レベルを変化せしめる帰還手段RN,R,R,
    D3,D4,R2,R3とを有することを特徴とするパ
    ルス幅変調増幅器。 2 前記レベル検出手段は前記重畳出力と第1基
    準電圧とを比較して前記重畳出力レベルがこの基
    準電圧より大なるときに正極性パルスを発生する
    第1のコンパレータと、前記重畳出力と第2基準
    電圧とを比較して前記重畳出力レベルがこの基準
    電圧より小なるときに負極性パルスを発生する第
    2のコンパレータとを有し、前記帰還手段は前記
    第1及び第2基準電圧を前記ローパスフイルタの
    出力レベルに応じて変化せしめるよう構成されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のパルス幅変調増幅器。
JP11713379A 1979-09-12 1979-09-12 Pulse width modulating amplifier Granted JPS5640314A (en)

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JP11713379A JPS5640314A (en) 1979-09-12 1979-09-12 Pulse width modulating amplifier

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JPS5640314A JPS5640314A (en) 1981-04-16
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60113187A (ja) * 1983-11-25 1985-06-19 株式会社東芝 制御棒駆動機構支持装置
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JP2006319428A (ja) * 2005-05-10 2006-11-24 Kenwood Corp パワーアンプ集積回路および車載オーディオシステム

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