KR100394302B1

KR100394302B1 - 전력증폭장치

Info

Publication number: KR100394302B1
Application number: KR10-1998-0046349A
Authority: KR
Inventors: 겐이찌 고꾸보
Original assignee: 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2003-09-19
Also published as: EP0913928A2; DE69833619T2; KR19990037539A; JPH11136039A; EP0913928B1; EP0913928A3; US6127888A; DE69833619D1

Abstract

BTL 구동형 출력 증폭기의 동작 전류의 효율화를 도모한다.

출력 직류 레벨이 어스 레벨에 가까운 값으로 설정된 반파 신호로 부하를 BTL 구동하는 전력 증폭 장치에 있어서, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호는 가산 회로(10)에서 가산되고, 2개의 출력 신호 중 높은 쪽의 출력 신호를 선택하여 출력 신호 c로서 발생한다. 출력 신호 c에 응답하여 제1 출력 증폭기(2)의 가변 전류원(8), 및 제2 출력 증폭기(3)의 가변 전류원(9)의 출력 전류를 제어하여 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 동작 전류를 변화시킨다. 제1 출력 증폭기(1) 및 제2 출력 증폭기(2)의 출력 신호가 증대되었을 때에만, 상기 동작 전류를 증대시킨다.

Description

전력 증폭 장치{POWER AMPLIFYING APPARATUS}

본 발명은, 출력 증폭기의 동작 전류를 저감시키도록 실시한 전력 증폭 장치에 관한 것이다.

종래, 증폭기의 중점(中点)전압을 전원 전압의 1/2로 설정하지 않고 어스에 매우 가까운 값으로 설정함으로써, 증폭기의 고효율화를 달성한 기술에 대해, 특개평6-338738호 공보에 개시되는 전력 증폭 장치가 있다. 이러한 전력 증폭 장치는 도 5와 같이 구성되어 있다.

도 5에 있어서, 입력 신호는 제1 차동 증폭기(1)의 마이너스 입력 단자에 인가되고, 제1 차동 증폭기(1)의 플러스 및 마이너스 출력 단자로부터 상호 역상의 출력 신호가 발생한다. 제1 차동 증폭기(1)의 플러스 및 마이너스 출력 신호는 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)에서 증폭된다. 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)는 BTL 증폭기를 이루고, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호에 의해 부하 RL이 BTL 구동된다.

또한, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호는 비선형 가산 회로(4)에서 비선형 가산된다. 비선형 가산 회로(4)는 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호 레벨이 소정 레벨 이하의 시가산(時加算) 회로로서 동작함과 동시에, 상기 출력 신호 레벨이 소정 레벨 이상일 때 클램프 회로로서 동작하는 것이다. 비선형 가산 회로(4)의 출력 신호는 제2 차동 증폭기(5)의 마이너스 입력 단자에 인가되고, 플러스 입력 단자의 기준 전압 Vr과의 차에 따른 출력 신호가 제1 차동 증폭기(1)의 공통 단자 C에 인가된다. 상기 공통 단자 C는 제1출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 직류 전압을 정하기 위한 단자이고, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호에 응답하여 상기 출력 직류 전압이 제어된다. 이에 따라, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 직류 전압이 어스 레벨에 가까운 전압으로 설정되고, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호 a 및 b는 도 3의 (가) 및 (나)와 같은 반파 출력 신호가 된다.

또한, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호 a 및 b는 가산 회로(6)에서 가산된다. 가산 회로(6)의 출력 신호 c는 스위칭 전원(7)에 인가되고, 가산 회로(6)의 출력 신호의 레벨에 따른 스위칭이 이루어짐으로써, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호에 추종하는 전원 전압 Vx가 발생한다. 즉, 도 3의 (다)와 같이, 전원 전압 Vx는 스위칭 전원(11)으로부터 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호 a 및 b의 상사형(相似形)이 된다. 그리고, 전원 전압 Vx는 제1 출력 증폭기 및 제2 출력 증폭기에 인가된다.

도 5의 전력 증폭 장치에서는, 전원 전압 Vx를 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 레벨의 변화에 맞추어 변화시키고 있었으므로, 전력 절감화를 실현할 수 있었다. 그러나, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 동작 전류는 각각 정전류원의 정전류로 하고 있으므로, 전원 전압 Vx를 변화시키더라도, 전력 절감화를 크게 얻는 것이 곤란하였다.

본 발명은, 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 발생하고, 부하를 BTL 구동하는 제1 출력 증폭기 및 제2 출력 증폭기와; 상기 제1 출력 증폭기 및 제2 출력 증폭기의 출력 신호를 비선형 가산하는 비선형 가산 회로와; 입력 신호를 증폭시킴과 동시에, 출력 직류 전압이 상기 비선형 가산 회로의 출력 신호에 따라 제어되고, 상기 제1 및 제2 출력 증폭기의 입력 신호를 발생하는 비선형 증폭기를 포함하는 전력 증폭 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 출력 증폭기의 출력 신호를 가산하는 가산 회로를 구비하여, 상기 가산 회로의 출력신호에 따라 상기 제1 출력 증폭기 및 제2 출력 증폭기의 동작 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 가산 회로는 전압-전류 변환 회로를 포함하며, 출력 전류에 의해 상기 제1 출력 증폭기 및 제2 출력 증폭기의 동작 전류를 직접 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 출력 증폭기 및 제2 출력 증폭기의 출력 레벨이 높아지면, 상기 동작 전류를 크게 하고, 상기 출력 레벨이 낮아지면 상기 동작 전류를 작게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가산 회로의 출력 신호에 따라 상기 제1 출력 증폭기 및 제2 출력 증폭기의 전원 전압을 발생하는 스위칭 전원을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 가산 회로는 제1 출력 증폭기 및 제2 출력 증폭기의 출력 신호를 가산하고, 가산 회로의 출력 신호에 따라 제1 출력 증폭기 및 제2 출력 증폭기의 동작 전류가 제어된다. 특히, 제1 출력 증폭기 및 제2 출력 증폭기의 출력 레벨이 높아지면 동작 전류를 크게 하고, 그 출력 레벨이 낮아지면 동작 전류를 작게 한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태를 나타낸 블럭도.

도 2는 가산 회로(10)의 구체 회로예를 나타낸 회로도.

도 3은 본 발명의 동작을 설명하기 위한 파형도.

도 4는 가산 회로(10)의 다른 구체 회로예를 나타낸 회로도.

도 5는 종래 예를 나타낸 블럭도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 제1 차동 증폭 회로

2 : 제1 출력 증폭기

3 : 제2 차동 증폭기

4 : 비선형 가산 회로

5 : 제2 차동 증폭 회로

6, 10 : 가산 회로

7 : 스위칭 전원

8, 9 : 가변 전류원

도 1은 본 발명의 실시 형태를 도시한 도면이고, 참조 번호 8 및 참조 번호9는 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 가변 동작 전류를 발생하는 가변 전류원이고, 참조 번호 10은 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호를 가산하고, 스위칭 전원(7)의 스위칭을 제어하는 제어 신호와, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 동작 전류를 발생시키는 가변 전류원(8 및 9)을 제어하는 전류 제어 신호를 발생시키는 가산 회로이다. 또한, 도 1에 있어서, 도 5의 종래 예와 동일한 소자에 대해서는 도 5와 동일한 부호를 붙인다.

우선, 도 1의 전력 증폭 장치의 증폭 동작은 도 5의 종래예와 동일하며, 설명은 생략한다.

도 1에 있어서, 가산 회로(10)는 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호를 가산한다. 특히, 가산 회로(10)는 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호 a 및 b 중 출력 레벨이 높은 신호를 선택하여, 출력 신호 a 및 b 중 한쪽의 출력 신호를 출력 신호 c로서 발생한다. 따라서, 가산 회로(10)의 출력 신호 c는 도 3의 (다)와 같이 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3) 중 한쪽 출력 신호에 맞추어 레벨이 변화하는 신호로 된다.

가산 회로(10)의 출력 신호 c는 가변 전류원(8 및 9)에 인가되고, 가변 전류원(8 및 9)으로부터 발생하는 동작 전류의 크기는 출력 신호 c에 따라 변화한다. 가변 전류원(8 및 9)은 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)가 입력 신호가 없을때 최소 동작 상태를 유지하기 위해, 필요 최소한의 아이들링(idling) 전류를발생시킨다. 또한, 가변 전류원(8) 및 가변 전류원(9)의 출력 전류는 도 3의 (라)와 같이 출력 신호 c가 크면 커지고, 출력 신호 c가 작으면 작아진다. 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 레벨이 도 3의 (가) 및 (나)와 같이 변화하면, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 동작 전류는 도 3의 (라)와 같이 출력 신호 a 및 출력 신호 b의 변화에 맞추어 변화한다.

상기한 바와 같이 동작시키면, 입력 신호 레벨이 높고, 레벨이 높은 증폭 출력을 발생하는 경우, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 동작 전류를 크게 하는 것이 가능하여, 입력 신호를 충분히 증폭시킬 수 있다. 또한, 입력 신호 레벨이 낮고 큰 증폭 능력이 필요하지 않을 경우, 동작 전류를 낮게 하여 불필요한 동작 전류의 공급을 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 동작 전류를, 그 출력 신호 a 및 b에 따라 변화시킴으로써, 상기 동작 전류의 효율화를 도모할 수 있다.

그런데, 가산 회로(10)의 출력 신호 c는 스위칭 전원(7)에 인가되고, 출력 신호 c에 따라서 스위칭 전원(7)은 스위칭한다. 이에 따라, 스위칭 전원(7)으로부터 발생하는 전원 전압 Vx는 도 3의 (다)와 같은 파형으로 발생한다. 따라서, 전원 전압 Vx는, 도 3 (다)와 같이 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 한쪽 출력 신호의 레벨 변화에 맞추어 변화한다. 즉, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호가 높은 경우 전원 전압 Vx가 높아지고, 출력 신호 a 및 출력 신호 b가 낮아지면 전원 전압 Vx도 낮아진다.

일반적으로, 소비 전력은 전원 전압 Vx와, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력증폭기(3)에 흐르는 전류 즉 동작 전류와의 곱으로 정해진다. 도 1의 회로에서는, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 레벨이 높으면 동작 전류 및 전원 전압 Vx의 양쪽이 높아져서 소비 전력은 증대하지만, 상기 출력 레벨이 낮으면 동작 전류 및 전원 전압 Vx의 양쪽이 낮아지므로 소비 전력은 감소한다. 따라서, 동작 전류의 제어와 전원 전압 Vx의 제어를 조합시킴으로써, 더욱 낮은 소비 전력을 달성할 수 있다.

도 2는 가산 회로(10)의 구체 회로예를 나타내는 회로도이고, 참조 번호 21는 제1 출력 증폭기(2)의 출력 신호 a가 인가되는 트랜지스터, 참조 번호 22는 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호 b가 인가되는 트랜지스터, 참조 번호 23 및 24는 베이스가 트랜지스터(21 및 22)의 에미터에 각각 접속됨과 동시에, 에미터 및 콜렉터가 각각 공통 접속되는 트랜지스터, 참조 번호 25는 트랜지스터(23 및 24)의 콜렉터 전류를 반전하는 전류 미러 회로, 참조 번호 26은 베이스가 트랜지스터(21 및 22)의 에미터에 접속되는 트랜지스터, 참조 번호 27은 전류 미러 회로(25)와 트랜지스터(26)의 에미터 간에 접속된 복수의 다이오드형 트랜지스터, 참조 번호(28 및 29)는 전류 미러 회로(25)와 미러 접속된 트랜지스터, 참조 번호(30 및 31)는 각각 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 아이들링 전류를 발생시키는 정전류원, 참조 번호32 및 33은 트랜지스터(28 및 29)의 콜렉터 전류를 반전시켜 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)에 공급하는 전류 미러 회로이다.

도 2에 있어서, 트랜지스터(21 및 22) 중, 예를 들면, 제1 출력 증폭기(2)의 출력 신호 a에 의해 트랜지스터(21)가 도통하면, 출력 신호 a에 대응한트랜지스터(21)의 베이스 전압은 트랜지스터(21 및 23)의 베이스- 에미터 간 전압 Vbe 분만큼 낮아지고, 트랜지스터(23 및 24)의 공통 에미터에 (출력 신호 a - 2·Vbe)의 전압이 발생한다. 그리고, 트랜지스터(26) 및 복수의 다이오드형 트랜지스터(27)가 온(on)하고 있으므로, 트랜지스터(23)의 에미터 전압은 트랜지스터(26 및 27)의 5배분의 베이스-에미터 간 전압 Vbe만큼 더 승압된다. 따라서, 출력 단자 A로부터 제1 출력 증폭기(2)의 출력 신호 a를 레벨 시프트한 출력 전압 c가 발생하고, 출력 전압 c는 스위칭 전원(7)에 인가된다.

또한, 트랜지스터(21)의 도통에 의해, 트랜지스터(21)의 에미터 전압이 상승하여, 트랜지스터(23)가 도통한다. 트랜지스터(23)의 콜렉터 전류는 전류 미러 회로(25)에서 반전된다. 트랜지스터(28 및 29)는 전류 미러 회로(25)에 미러 접속되기 때문에, 트랜지스터(28 및 29)의 출력 전류도 트랜지스터(23)의 콜렉터 전류를 반전시킨 전류가 된다. 또한, 트랜지스터(28 및 29)의 콜렉터 전류는 전류 미러 회로(32 및 33)에서 각각 반전된다. 전류 미러 회로(32) 및 전류 미러 회로(33)의 출력 전류는 정전류원(30 및 31)의 아이들링 전류와 가산된 후, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)로 흐른다. 따라서, 제1 출력 증폭기(2)의 출력 신호의 증대에 따라, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 동작 전류가 증가한다.

한편, 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호 b가 증대하여 트랜지스터(22)가 도통하면, 트랜지스터(22 및 24)의 Vbe에 의해 강압된 후, 트랜지스터(26 및 27)의 Vbe로 승압된다. 따라서, 출력 단자 A로부터 출력 신호 b에 대응한 출력 전압 c가 발생한다. 또한, 트랜지스터(22)의 도통에 의해 다시 트랜지스터(23)가 도통하면, 트랜지스터(24)의 콜렉터 전류가 전류 미러 회로(25) 및 이것에 미러 접속된 트랜지스터(28 및 29)에서 반전된 후, 또 전류 미러 회로(32 및 33)에서 반전된다. 그 때문에, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 동작 전류가 증대한다.

또한, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호가 낮을 때 트랜지스터(28 및 29)의 콜렉터 전류도 작으므로, 정전류원(30 및 31)의 출력 전류는 입력이 없을때 맞추어 가능한 한 작게 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 소비 전력의 저감을 꾀할 수 있다.

도 4는 가산 회로(10)의 다른 회로예이고, 참조 번호 34 및 35는 전원 전압측 Vcc로부터 출력 증폭기(2 및 3)에 일정한 동작 전류를 공급하는 정전류원이다. 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)로, 정전류원(34 및 35)의 출력 전류와, 트랜지스터(28 및 29)의 콜렉터 전류와의 가산 전류가 공급된다. 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호가 증대하면, 트랜지스터(28 및 29)의 콜렉터 전류도 증대하므로, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 동작 전류가 증대하여, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)을 충분히 구동시킬 수 있다. 또한, 제1 출력 증폭기 및 제2 출력 증폭기의 출력 신호가 작을 때에는, 상기 동작 전류는 낮아져서 소비 전력을 저감시킬 수 있다. 또한, 도 2와 마찬가지로, 제1 출력 증폭기(2) 및 제2 출력 증폭기(3)의 출력 신호가 낮을 때 트랜지스터(28 및 29)의 콜렉터 전류도 작아지므로, 정전류원(34 및 35)의 출력 전류는 무입력 시에 맞추어 가능한 한 작게 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 출력 증폭기의 출력 레벨에 따라, 출력 증폭기의 동작 전류를 제어한다. 특히, 출력 증폭기의 출력 레벨이 증대하면 동작 전류를 증대시키고, 출력 레벨이 감소하면 동작 전류를 감소시킨다. 그렇기 때문에, 충분한 증폭 능력을 얻을 수 있음과 동시에, 불필요 시에는 동작 전류를 삭감하여 소비 전류의 효율화를 높일 수 있다. 또한 출력 증폭기의 출력 레벨에 따라 출력 증폭기의 전원 전압을 제어하면, 소비 전력의 효율화를 더욱 높일 수 있다.

Claims

제1 및 제2 출력 신호를 발생하고, 부하를 BTL 구동하는 제1 및 제2 출력 증폭기와; 상기 제1 및 제2 출력 증폭기의 출력 신호를 비선형 가산하는 비선형 가산 회로와; 입력 신호를 증폭시킴과 동시에, 출력 직류 전압이 상기 비선형 가산 회로의 출력 신호에 따라 제어되고, 상기 제1 및 제2 출력 증폭기의 입력 신호를 발생하는 비선형 증폭기를 포함하는 전력 증폭 장치에 있어서,

상기 제1 및 제2 출력 증폭기의 출력 신호를 가산하는 가산 회로를 구비하고, 상기 가산 회로의 출력 신호에 따라 상기 제1 및 제2 출력 증폭기의 동작 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
제1항에 있어서,

상기 가산 회로는, 전압-전류 변환 회로를 포함하며, 출력 전류에 의해 상기 제1 및 제2 출력 증폭기의 동작 전류를 직접 제어하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 출력 증폭기의 출력 레벨이 높아지면 상기 동작 전류를 크게 하고, 상기 출력 레벨이 낮아지면 상기 동작 전류를 작게 하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.
제1항에 있어서,

상기 가산 회로의 출력 신호에 따라 상기 제1 및 제2 출력 증폭기의 전원 전압을 발생하는 스위칭 전원을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 증폭 장치.