JPS6133703Y2 - - Google Patents

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JPS6133703Y2
JPS6133703Y2 JP10005079U JP10005079U JPS6133703Y2 JP S6133703 Y2 JPS6133703 Y2 JP S6133703Y2 JP 10005079 U JP10005079 U JP 10005079U JP 10005079 U JP10005079 U JP 10005079U JP S6133703 Y2 JPS6133703 Y2 JP S6133703Y2
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distortion
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、たとえばオーデイオ用電力増幅器等
として用いる増幅装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an amplifier device used as, for example, an audio power amplifier.

一般にパワートランジスタ、パワーFET等で
構成した電力増幅段をB級またはAB級で動作さ
せると大きな歪を発生する。このために最近のオ
ーデイオ増幅器では歪を減らすことを目的として
多量の負帰還をかけている。しかしながら負帰還
を安定にかけるために位相補償回路を用いて高域
では帰還量が減少するように設計している。この
ために増幅器の高域における歪は帰還量の減少に
応じて増加する。
Generally, when a power amplification stage composed of power transistors, power FETs, etc. is operated in class B or class AB, large distortion occurs. For this reason, recent audio amplifiers apply a large amount of negative feedback in order to reduce distortion. However, in order to stabilize the negative feedback, a phase compensation circuit is used to reduce the amount of feedback in the high frequency range. For this reason, distortion in the high frequency range of the amplifier increases as the amount of feedback decreases.

しかしてこのような歪を打消す技術としてフイ
ードフオワード技術が知られている。第1図は従
来のフイードフオワード技術による増幅装置の一
例を示すブロツク図である。図中1は増幅すべき
信号を与えられる入力端子、2は入力端子1から
増幅すべき信号を非反転入力へ与えられかつ安定
に負帰還をかけることができるように高域の増幅
度の低下するように位相補償を施した前置増幅器
である。そして3は前置増幅器2の出力を増幅す
る比較的歪の多い、たとえば直線性の良好でない
大電力増幅器である。さらに4は前置増幅器2の
出力を増幅する比較的歪の少ない、たとえば直線
性の良好な小電力増幅器である。そして大電力増
幅器3の出力と前置増幅器2の反転入力との間に
負帰還回路5を介挿している。そして大電力増幅
器3の出力をインピーダンス素子6を介して、小
電力増幅器4の出力を直接、負荷7へ供給するよ
うにしている。あるいは小電力増幅器4の代りに
単なる抵抗器を用いている場合があつた。このよ
うな構成において、出力点における互いの合成は
6dB/OCTの比率に限られてしまう。一方、実際
の装置においては、多くの場合、増幅器3の伝達
特性に一次特性(6dB/OCT)だけでなく二次の
高域減衰特性(12dB/OCTに相当する)が含ま
れており、このような場合、前置増幅器2で
6dB/OCTの位相補償を行つても増幅器3を含む
総合特性では、ストレー容量やその他素子の入力
容量等の影響によつて実際には高域で6dB/OCT
以上の位相補償となつてしまう事は良く知られて
いる。従つて増幅器4の出力をインピーダンス素
子6によつて高域で6dB/OCTで増加する信号と
して出力に加算する事によるものでは、信号周波
数に対するフイードフオワードの効果はある周波
数一点でのみであつて、特に高域における歪改善
の効果はほとんど得られない。
However, feed forward technology is known as a technology for canceling such distortion. FIG. 1 is a block diagram showing an example of an amplifying device using conventional feed forward technology. In the figure, 1 is the input terminal to which the signal to be amplified is given, and 2 is the input terminal to which the signal to be amplified is given from input terminal 1 to the non-inverting input, and the amplification degree in the high range is reduced so that negative feedback can be stably applied. This is a preamplifier that is phase compensated so that the Reference numeral 3 denotes a large power amplifier that amplifies the output of the preamplifier 2 and has relatively high distortion, for example, poor linearity. Furthermore, numeral 4 is a small power amplifier that amplifies the output of the preamplifier 2 and has relatively little distortion, for example, good linearity. A negative feedback circuit 5 is interposed between the output of the high power amplifier 3 and the inverting input of the preamplifier 2. The output of the large power amplifier 3 is supplied via the impedance element 6, and the output of the small power amplifier 4 is directly supplied to the load 7. Alternatively, there have been cases where a simple resistor is used instead of the small power amplifier 4. In such a configuration, the mutual composition at the output point is
It is limited to a ratio of 6dB/OCT. On the other hand, in actual equipment, in many cases, the transfer characteristic of amplifier 3 includes not only the first-order characteristic (6 dB/OCT) but also the second-order high-frequency attenuation characteristic (equivalent to 12 dB/OCT). In such cases, preamplifier 2
Even if phase compensation of 6 dB/OCT is performed, the overall characteristics including amplifier 3 will actually be 6 dB/OCT in the high frequency range due to the influence of stray capacitance and input capacitance of other elements.
It is well known that the above phase compensation results. Therefore, by adding the output of the amplifier 4 to the output as a signal that increases by 6 dB/OCT in the high frequency range using the impedance element 6, the effect of feed forward on the signal frequency is only at one frequency point. Therefore, almost no distortion improvement effect can be obtained, especially in high frequencies.

本考案は上記の事情に鑑してなされたもので負
帰還増幅器の高域における歪の増加を低減し、か
つ広い周波数帯域で歪を減少することができる増
幅装置を提供することを目的とするものである。
The present invention was developed in view of the above circumstances, and aims to provide an amplifier device that can reduce the increase in distortion in the high frequency range of a negative feedback amplifier and also reduce distortion in a wide frequency band. It is something.

すなわち本考案の一実施例である第2図に示す
ブロツク図においてフイードフオワード方式によ
る歪の打消し作用を説明する。第2図は第1図と
同一部分に同一符号を付与して示してある。大電
力増幅器3で生じる歪、ノイズ成分が負荷端に表
われない条件について計算式によつて考えると次
のようになる。なお説明を判り易くするために図
中3,4の各増幅器の増幅度を1としているが、
この増幅度は1以外でありさらに互の増幅度が異
なつても以下の計算式によつてフイードフオワー
ドによる歪打消し効果を説明することができる。
なおこの場合にはフイードフオワードによる歪打
消しの条件式も異なることは勿論である。
That is, the distortion canceling effect by the feed forward system will be explained with reference to the block diagram shown in FIG. 2 which is an embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals. Considering the conditions under which the distortion and noise components generated in the large power amplifier 3 do not appear at the load end using a calculation formula, the following is obtained. In order to make the explanation easier to understand, the amplification degree of each amplifier 3 and 4 in the figure is assumed to be 1.
Even if this amplification degree is other than 1 and the amplification degrees are different from each other, the distortion canceling effect due to the feedforward can be explained by the following calculation formula.
In this case, it goes without saying that the conditional expression for canceling distortion by feed forward is also different.

先ず第2図において前置増幅器2、大電力増幅
器3において次の(1)式が成立する。
First, in FIG. 2, the following equation (1) holds true in the preamplifier 2 and high power amplifier 3.

ei=eg+be0 ……(1) ただしeiは入力信号電圧 egは前置増幅器の入力端間電圧 bは負帰還回路の利得 e0は大電力増幅器の出力電圧 上記(1)式から次の(2)式が得られる。 ei = eg + be 0 ... (1) where ei is the input signal voltage eg is the voltage between the input terminals of the preamplifier b is the gain of the negative feedback circuit e 0 is the output voltage of the high power amplifier From equation (1) above, the following ( 2) Equation is obtained.

eg=ei−be0 ……(2) また次の(3)式が得られる。 eg=ei−be 0 ……(2) Also, the following equation (3) is obtained.

e0=n+Aeg ……(3) ただしnは大電力増幅器における歪、ノイズ成
分 Aは前置増幅器の増幅率 上記(2),(3)式から次の(4)式が得られる。
e 0 = n + Aeg ... (3) where n is the distortion and noise component in the high power amplifier A is the amplification factor of the preamplifier From the above equations (2) and (3), the following equation (4) can be obtained.

e0=n+A(ei−be0) ……(4) この(4)式から次の(5),(6)式が得られる。 e0 =n+A(ei- be0 )...(4) From this equation (4), the following equations (5) and (6) are obtained.

(1+Ab)e0=n+Aei ……(5) e0=n+Aei/1+Ab ……(6) ここで出力電圧e0に含まれる歪、ノイズ成分n
をe0nとすれば次の(7)式が得られる。
(1+Ab)e 0 =n+Aei...(5) e 0 =n+Aei/1+Ab...(6) Here, the distortion and noise component n included in the output voltage e0
Letting e 0 n, the following equation (7) can be obtained.

e0n=n/1+Ab ……(7) 一方小電力増幅器4において歪、ノイズは全く
発生せずその出力電圧をe1とすれば次の(8)式が得
られる。
e 0 n=n/1+Ab (7) On the other hand, no distortion or noise occurs in the small power amplifier 4, and if its output voltage is e 1 , the following equation (8) is obtained.

e1=e0−n ……(8) この(7),(8)式から次の(9),(10)式が得られる。 e 1 = e 0 −n ... (8) From these equations (7) and (8), the following equations (9) and (10) are obtained.

e1=n+Aei/1+Ab−n ……(9) =−Abn+Aei/1+Ab ……(10) したがつて、出力電圧e1に含まれる歪、ノイズ
成分nをe1nとすれば次の(11)式が得られる。
e 1 = n + Aei / 1 + Ab - n ... (9) = -Abn + Aei / 1 + Ab ... (10) Therefore, if the distortion and noise component n included in the output voltage e 1 is e 1 n, the following (11 ) formula is obtained.

e1n=−Abn/1+Ab ……(11) ここで大電力増幅器3および小電力増幅器4の
各出力電圧e0n,e1nの位相は逆相で大きさの異な
る電圧である。したがつて上記出力電圧e0n,e1n
を各出力インピーダンスZ1,Z2を介してインピー
ダンスZLの負荷7に加算したときに互いに歪、
ノイズ成分nを打消し合つて端子間電圧eLに表
われない条件は次の(12)式で与えられる。
e 1 n=−Abn/1+Ab (11) Here, the output voltages e 0 n and e 1 n of the large power amplifier 3 and the small power amplifier 4 have opposite phases and different magnitudes. Therefore, the above output voltage e 0 n, e 1 n
are added to the load 7 of impedance Z L via each output impedance Z 1 and Z 2 , mutual distortion,
The condition under which the noise component n is canceled out and does not appear in the inter-terminal voltage eL is given by the following equation (12).

n/1+Ab×Z/Z+Z +−Abn/1+Ab×Z/Z+Z
=0…(12) ただしZ1LはZ×Z/Z+Z Z2LはZ×Z/Z+Z したがつてこの(12)式から次の(13),(14)式が
得られる。
n/1+Ab×Z 1 Z L /Z 2 +Z 1 Z L +−Abn/1+Ab×Z 2 Z L /Z 1 +Z 2 Z
L = 0...(12) However, Z 1 Z L is Z 1 ×Z L /Z 1 +Z L Z 2 Z L is Z 2 ×Z L /Z 2 +Z L Therefore, from this equation (12), the following ( Equations 13) and (14) are obtained.

/Z+Z =Ab・Z/Z+Z ……(13) Ab=Z/Z+Z・ Z+Z/Z ……(14) すなわちこの(14)式を満たすようにループ利
得Ab、インピーダンスZ1,Z2,ZLを調整すれば
負荷端電圧eLとして歪のない出力を得ることが
できる。実際の回路では大電力増幅器3の出力の
インピーダンス素子6としてはコイルまたはコイ
ルと抵抗の直列回路を用い、小電力増幅器4の出
力のインピーダンス素子8としてはコンデンサを
含む抵抗、コンデンサの直列あるいは直並列回路
として電圧および位相を正確に調整する必要があ
る。
Z 1 Z L /Z 2 +Z 1 Z L =Ab・Z 2 Z L /Z 1 +Z 2 Z L ...(13) Ab=Z 1 Z L /Z 2 +Z 1 Z L・Z 1 +Z 2 Z L /Z 2 Z L ...(14) In other words, if the loop gain Ab and impedances Z 1 , Z 2 , and Z L are adjusted to satisfy equation (14), distortion-free output can be obtained as the load end voltage e L Can be done. In the actual circuit, the impedance element 6 for the output of the large power amplifier 3 is a coil or a series circuit of a coil and a resistor, and the impedance element 8 for the output of the small power amplifier 4 is a resistor including a capacitor, or a series or series-parallel series of capacitors. It is necessary to accurately adjust the voltage and phase as a circuit.

このような構成であれば大電力増幅器3の出力
では負帰還の効果により、この大電力増幅器3で
発生した歪が帰還量分だけ改善して高域に向つて
歪の増加する特性の出力が得られる。またこの負
帰還によつて増幅器3の入力には増幅器3で発生
する歪とは逆位相の歪を含む信号が入力される。
この増幅器3の入力信号を小電力増幅器4で増幅
しインピーダンス素子8を介して出力に加える。
このようにすれば負帰還を施した周波数帯域であ
れば歪をお互いに打消し合い歪のない信号を負荷
7に供給することができる。
With this configuration, due to the effect of negative feedback at the output of the high power amplifier 3, the distortion generated in the high power amplifier 3 is improved by the amount of feedback, and the output has a characteristic of increasing distortion toward the high frequency range. can get. Further, due to this negative feedback, a signal containing distortion having a phase opposite to that generated by the amplifier 3 is input to the input of the amplifier 3.
The input signal of this amplifier 3 is amplified by a small power amplifier 4 and added to the output via an impedance element 8.
In this way, if the frequency band is subjected to negative feedback, the distortions will cancel each other out, and a distortion-free signal can be supplied to the load 7.

以上に説明した如く本考案によれば歪の多い大
電力増幅素子を用いても広い周波数帯域で低歪率
の特性を得ることができる。特にバイポーラトラ
ンジスタ特有のスイツチング歪のように高い周波
数成分の歪改善は従来のフイードフオワード方式
で除去することは困難であつたが上記実施例によ
ればこのような歪も確実に除去することができ
る。すなわち上記実施例では小電力増幅器4から
の歪補正信号の加算を単に6dB/OCTで高域に向
つて増加する特性でなく6dB/OCTから12dB/
OCTまで電圧及び位相特性も一致するように調
整できる事によりスイツチング歪のように高い周
波数成分の歪改善の大きな効果が得られる。
As explained above, according to the present invention, even if a high power amplification element with a large amount of distortion is used, characteristics of low distortion can be obtained over a wide frequency band. In particular, it has been difficult to eliminate distortion in high frequency components such as switching distortion peculiar to bipolar transistors using the conventional feed-forward method, but according to the above embodiment, such distortion can be reliably eliminated. Can be done. That is, in the above embodiment, the addition of the distortion correction signal from the small power amplifier 4 does not simply increase at 6 dB/OCT toward the higher frequencies, but instead increases from 6 dB/OCT to 12 dB/OCT.
By being able to adjust the voltage and phase characteristics to match up to the OCT, a significant effect can be obtained in improving distortion of high frequency components such as switching distortion.

なお本考案は上記実施例に限定されるものでは
なく、たとえば第3図に示すように小電力増幅器
4の出力のインピーダンス素子8と負荷7との間
にスイツチ9を設け、この小電力増幅器4の出力
9を切離して単に大電力増幅器3による負帰還増
幅回路として動作するようにしてもよい。なおこ
の場合大電力増幅器3の出力のインピーダンス6
に並列に抵抗10を介挿するようにして上記イン
ピーダンス6として用いるコイルをQダンプする
るようにしてもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, as shown in FIG. The output 9 may be disconnected to simply operate as a negative feedback amplifier circuit using the high power amplifier 3. In this case, the impedance 6 of the output of the high power amplifier 3
The coil used as the impedance 6 may be Q-dumped by inserting a resistor 10 in parallel with the impedance 6.

また第4図に示すように小電力増幅器4の出力
のインピーダンス素子8に直列にコイルとコンデ
ンサからなる並列共振回路10を介挿し、所望の
周波数において歪補正信号を減少するようにして
もよい。さらに上記歪補正信号の電圧および位相
を各増幅器3,4の出力に介挿したインピーダン
ス素子6,8によつて調整するだけでなく、たと
えば小電力増幅器4の特性によつて調整してもよ
いことは勿論である。
Further, as shown in FIG. 4, a parallel resonant circuit 10 consisting of a coil and a capacitor may be inserted in series with the impedance element 8 of the output of the small power amplifier 4 to reduce the distortion correction signal at a desired frequency. Furthermore, the voltage and phase of the distortion correction signal may be adjusted not only by the impedance elements 6 and 8 inserted into the outputs of the amplifiers 3 and 4, but also by the characteristics of the small power amplifier 4, for example. Of course.

また第5図、第6図は本考案の各別の具体的な
実施例を示す図でこのような場合小電力増幅器4
に対して大電力増幅器3とは別電源から高電圧±
V2を供給して低歪で動作させることが総合的な
特性を改善するために極めて有効である。
Furthermore, FIGS. 5 and 6 are diagrams showing different specific embodiments of the present invention. In such a case, the small power amplifier 4
High voltage ± from a separate power supply from high power amplifier 3
Supplying V 2 and operating with low distortion is extremely effective for improving overall characteristics.

以上に詳述したように、本考案は前置増幅器と
大電力増幅器に負帰還を施してあり、前置増幅器
の出力を増幅する小電力増幅器により、大電力増
幅器において生じた歪を打消すようにしたもので
ある。このために大電力増幅器及び小電力増幅器
の出力を所定の定数のインピーダンス素子を介し
て負荷へ供給するようにしてある。したがつて広
い周波数帯域で歪を減少することができる増幅装
を提供することができる。
As detailed above, the present invention provides negative feedback to the preamplifier and high power amplifier, and the small power amplifier that amplifies the output of the preamplifier cancels out the distortion generated in the high power amplifier. This is what I did. For this purpose, the outputs of the large power amplifier and the small power amplifier are supplied to the load via an impedance element having a predetermined constant. Therefore, it is possible to provide an amplifier device that can reduce distortion over a wide frequency band.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来例を示すブロツク図、第2図は本
考案の原理を説明するブロツク図、第3図乃至第
6図は本考案の各別の一実施例を示すブロツク図
である。 1……入力端子、2……前置増幅器、3……大
電力増幅器、4……小電力増幅器、5……負帰還
回路、6,8……インピーダンス素子、7……負
荷。
FIG. 1 is a block diagram showing a conventional example, FIG. 2 is a block diagram explaining the principle of the present invention, and FIGS. 3 to 6 are block diagrams showing different embodiments of the present invention. 1... Input terminal, 2... Preamplifier, 3... Large power amplifier, 4... Small power amplifier, 5... Negative feedback circuit, 6, 8... Impedance element, 7... Load.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 外部から与えられる信号を増幅する前置増幅器
と、この前置増幅器の出力を増幅する比較的直線
性が劣り且つ二次の高域減衰特性を含む伝達特性
を有する第1の増幅器と、この第1の増幅器の入
力が与えられる比較的直線性の良好な第2の増幅
器と、上記第1および第2の増幅器の各出力端と
負荷との間にそれぞれ介挿されたリアクタンスを
含む第1のおよび第2のインピーダンス素子と、
上記第1の増幅器の出力を上記前置増幅器の入力
へ帰還する負帰還回路とを具備し、且つ上記第1
および第2のインピーダンス素子を、上記第1の
増幅器で生ずる歪みが上記第2の増幅器の出力に
より上記負荷において打消されるように選定した
ことを特徴とする増幅装置。
a preamplifier that amplifies a signal applied from the outside; a first amplifier that amplifies the output of the preamplifier and has a transfer characteristic that has relatively poor linearity and includes a second-order high-frequency attenuation characteristic; a second amplifier with relatively good linearity to which the input of the first amplifier is applied; and a first amplifier including a reactance inserted between each output terminal of the first and second amplifiers and the load. and a second impedance element,
a negative feedback circuit that feeds back the output of the first amplifier to the input of the preamplifier;
and a second impedance element selected such that distortion occurring in the first amplifier is canceled out in the load by the output of the second amplifier.
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