JPH0124363B2 - - Google Patents

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JPH0124363B2
JPH0124363B2 JP56050073A JP5007381A JPH0124363B2 JP H0124363 B2 JPH0124363 B2 JP H0124363B2 JP 56050073 A JP56050073 A JP 56050073A JP 5007381 A JP5007381 A JP 5007381A JP H0124363 B2 JPH0124363 B2 JP H0124363B2
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circuit
amplifier
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power amplifier
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Masao Noro
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Yamaha Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は終段増幅段において発生する歪を低
減させる歪低減回路を具備した電力増幅器に関す
る。
一般に、大電流信号を出力するパワートランジ
スタ等の電力増幅素子は増幅動作時に歪を発生し
やすい。したがつて、特にこのような電力増幅素
子を増幅器の終段増幅回路に用いた場合には、こ
の電力増幅素子によつて生じる歪を低減させる何
らかの対策が必要となる。このことは特に、オー
デイオ等に使用される電力増幅器については必須
要件となつている。
そこで、このような増幅器の歪を低減させる歪
低減回路が数多く考案され、これらの歪低減回路
を設けた増幅器が数多く実用化されている。
ところで、これら従来の歪低減回路は動作が複
雑であつたり、また、多くの付加部品を必要とす
るものが多く、したがつて、これらの歪低減回路
をローコスト機器の増幅器に使用することはコス
ト面から見ても、スペース的な面から見ても種々
の不都合があつた。
この発明は上記の点に鑑み、通常の電力増幅器
の構成にごく少数の部品を付加するだけで、極め
てローコストに低歪化を実現させることを目的と
するものであり、位相反転ドライブ段のトランジ
スタの共通電極に終段電力増幅回路の歪成分のみ
を補正出力として帰還するとともに、終段電力増
幅回路の出力電圧を帰還回路を介して前記初段信
号増幅回路へ負帰還するようにしたことを特徴と
する。
以下、この発明を図面にしたがつて説明する。
第1図は、この発明の考え方を説明する図であ
る。
この図において、1は信号電圧Vinの入力信号
源であり、2は電圧−電流変換率Gm1を有する
差動入力型の電流出力アンプでその反転入力端は
前記入力信号源1に接続され、その非反転入力端
は接地されている。また、3は差動入力型の電圧
出力アンプであり、その反転入力端子は前記アン
プ2の出力端に接続されるとともに非反転入力端
は抵抗4(値R)を介して接地され、かつこのア
ンプ3の出力端は帰還素子5(インピーダンス値
Z)を介して同アンプ3の反転入力端に接続され
ている。ここで、アンプ2,3は、実際には後述
する初段信号増幅回路および位相反転ドライブ回
路に該当するものである。次に6は終段増幅手段
を構成する電圧ゲインがほぼ1のアンプであり、
この部分にて歪電圧が発生する。アンプ6の入力
端は前記電圧増幅手段の出力(すなわちアンプ3
の出力端)に接続されその出力端は負荷が接続さ
れる出力端子7に接続されている。さらに8は電
圧−電流変換率gn2を有する差動入力型の電流出
力アンプでその非反転入力端は前記アンプ6の出
力端に接続され、その反転入力端は前記アンプ6
の入力端に接続されており、かつその出力端は前
記アンプ3の非反転入力端に接続されている。
以上のような構成を有する第1の実施例の動作
を次に説明する。
まず、出力信号源1から入力される信号電圧
Vinはアンプ2によつてこれに比例した電流出力
に変換され、その出力電流I1は I1=−Gn1・Vin ……(1) とあらわされる。
出力電流I1はアンプ3の反転入力端側に流れ込
むがアンプの入力インピーダンスは極めて大きい
のでその電流I1はほとんど帰還素子5を流れてし
まう。ここでアンプ3の反転入力端の電圧をVA
アンプ3の出力端の電圧をVBとすると、これら
電圧VA,VAと電流I1との間には次のような関係
が成り立つ。
VA−VB=Z・I1 ……(2) (但し、Zは帰還素子5のインピーダンス) すなわちアンプ3は、アンプ1の出力電流I1
比例する電圧差(VA−VB)をその反転端と出力
端との間に生ぜしめる如く動作する。そしてアン
プ3の出力電圧VBは終段のアンプ6により増幅
されるわけであるが、この時、アンプ6は入力電
圧に対応した歪電圧ΔVBを発生してしまい、この
歪電圧ΔVBと入力電圧に線形な電圧VBの両者を
その出力端から出力する。したがつて、アンプ6
の出力電圧をVCとすると出力電圧VCは、 VC=VB+ΔVB ……(3) であらわされる。
アンプ8は前記終段のアンプ6の入力、および
出力電圧の差電圧を検出しこの差電圧に比例した
出力電流I2を出力する。この出力電流I2は、 I2=Gn2・(VB−VC) ……(4) であらわされる。
そして、この(4)式で示される電流I2がアンプ8
から抵抗4に供給され、同抵抗4により対応する
電圧に変換される。したがつて、このアンプ8の
出力端には次式で示す電圧VDが発生する。
VD=Gn2・R・(VB−VC) ……(5) ここで、アンプ8の電流−電圧変換率Gn2と抵
抗4の値Rとの積Gn2・R=1となるように設定
すると(5)式は次の様に書き直せる。
VD=VB−VC ……(6) この(6)式と(3)式とから電圧VDを求めると、 VD=−ΔVB ……(7) となる。
そして、この(7)式で表わされる電圧VDがアン
プ3の非反転入力端に供給される。すなわち、ア
ンプ6でΔVBの歪が発生するとアンプ3の非反転
入力端に−ΔVBが得られる。
一方、アンプ3は負帰還が施された差動入力型
のアンプであることからその反転入力端の電圧と
非反転入力端の電圧はほぼ等しく、したがつて、
その反転入力端電圧VAと非反転入力端電圧VD
は次式で示される関係がある。
VA=VD ……(8) この(8)式と(2)式とからアンプ3の出力電圧VB
を求めると、 VB=(−Z)・I1+VD ……(9) となる。
したがつて、アンプ6の出力電圧VCはこの(9)
式と(3)式とから VC={(−Z)・I1+VD}+ΔVB ……(10) であり、さらに(7)式を組み合わせて VC=(−Z)・I1 ……(11) となる。
また、この(11)式の電流I1は(1)式で表わされ、ま
た、出力電圧VCは増幅器の出力信号電圧VOUT
あることから次式が成り立つ。
VOUT=Z・Gn1・VIN ……(12) この(12)式から明らかなように、この増幅器から
はアンプ6によつて生じた歪電圧ΔVBが含まれな
い出力信号電圧Z・Gn1・VINが得られる。また、
この増幅器の電圧増幅率VOUT/VINは、 VOUT/VIN=Z・Gn1 ……(13) であらわされる。
このように構成したことにより、終段増幅用の
アンプ6等から構成される終段増幅手段において
発生した歪電圧ΔVBは補正用のアンプ8によつて
補正用電圧(−ΔVB)としてアンプ2およびアン
プ3等からなる電圧増幅手段に加算され、終段増
幅手段への入力電圧が電圧(−ΔVB)だけ変化し
て、終段増幅手段において発生する歪電圧分が相
殺され、したがつて、この増幅器の出力端子7か
らは前記歪電圧ΔVBが含まれない信号が出力され
るのである。
第2図は前記第1図と同様この発明の考え方を
説明する回路図であるが、より電力増幅器に近い
形で説明した図であり、この図に示す回路が第1
図に示す回路と異なる点は帰還素子5を抵抗9と
コンデンサ10の並列接続からなる位相補償回路
5aにより構成し、アンプ6を各パワートランジ
スタ11a〜11d等からなる電流増幅回路6a
(終段増幅手段)により構成すると共に、この終
段電力増幅回路6aの出力の一部が帰還抵抗1
2,13により構成された帰還回路を介してアン
プ2の非反転入力端に供給されるように構成した
ことである。次に位相補償回路5aについて説明
すると、アンプ3の開ループゲインは無限大
(∞)が理想であるが、実際には有限の値となる。
したがつて、単にアンプ3の反転入力端と出力端
との間にコンデンサ10を介挿しただけでは前述
した(2)式で示したVA−VB=Z・I1が低周波域お
よび直流域で成り立たなくなる。このため、抵抗
9をコンデンサ10に並列接続して低周波域およ
び直流域においても(2)式が成り立つようにその周
波数特性が補償されている。なお、この抵抗9の
値(R1)はアンプ3の開ループゲインの値によ
つて決定される。またコンデンサ10はこの増幅
器全体、すなわち、アンプ2から終段電力増幅回
路6aまでの各回路において生じる位相のずれを
補償している。なお、ここで抵抗9およびコンデ
ンサ10により構成されて回路5aは単一ポール
補償特性を持つている。
また、終段電力増幅回路6aはアンプ3からの
信号を増幅するものであり、アンプ3から供給さ
れた信号の正の半サイクル信号を増幅するパワー
トランジスタ11a,11bと、アンプ3からの
負の半サイクル信号を増幅するパワートランジス
タ11c,11dと、各パワートランジスタのバ
イアス用電源14a,14bと、抵抗15a,1
5b,16とから構成されている。
また、抵抗12,13はこの増幅器全体に施さ
れる負帰還のための抵抗であり、この増幅器の全
体的な利得を決定する。
第3図はこの発明の具体的な実施例を示す図で
ある。この図において第2図の各部と対応する部
分には同一の符号が付してある。この図に示す2
はカレントミラー回路による電圧−電流変換用の
初段信号増幅回路であり、この初段信号増幅回路
2は増幅すべき信号が供給される電界効果トラン
ジスタ(以下FETと略称する)17aと、終段
電力増幅回路6bからの帰還信号が供給される
FET17bとこれらFET17a,17bのバラ
ンス調整用の可変抵抗(値2rs)18と、トラン
ジスタ19と、このトランジスタ19のベースに
そのカソードが接続されたダイオード20と、抵
抗21,22とから構成されている。このような
構成において、この初段信号増幅回路2の電圧−
電流変換率Gn1はほぼ1/rsにより与えられる。
また、14は終段電力増幅回路6bにバイアス電
流を供給するバイアス電源であり、このバイアス
回路14はトランジスタ23a,23bと、終段
電力増幅回路6bに供給するバイアス電流の値を
決める抵抗24a,24bと、このバイアス電流
のバランスをとる半固定抵抗25と、デカツプリ
ングコンデンサ26a,26bとから構成されて
いる。そして、このバイアス回路14から出力さ
れた正のバイアス電流が終段電力増幅回路6bの
パワートランジスタ11eのベースに、また、負
のバイアス電流が終段電力増幅回路6bのパワー
トランジスタ11fのベースに供給される。
また8は電圧−電流変換用のアンプであり、ア
ンプ3の出力電圧が供給されるトランジスタ27
aと、電流増幅回路7bの出力電圧が供給される
トランジスタ27bのエミツタ抵抗28a,28
b(ともに値re)と、これら各トランジスタ27
a,27bの共通エミツタ電流を決める定電流源
を構成するトランジスタ29および抵抗30とか
ら構成されている。したがつて、このアンプ8の
電圧−電流変換率Gn2はほぼ1/2rsで与えられる。
また、31,32は、各々位相反転ドライブ回路
3を構成しているトランジスタおよび抵抗であ
る。
また、各トランジスタ33a〜33dおよび各
抵抗34a〜34dは、各々対応して定電流源を
構成し、この各定電流源が回路各部に一定電流を
供給している。なお、この各定電流源に流れる電
流の値は抵抗35,36によつて決定される。
上記構成によるこの実施例の動作は以下の通り
である。
アンプ8には、終段電力増幅回路6bの入力電
圧および出力電圧が各々正相および逆相入力とし
て供給されるので、その出力信号は歪成分のみと
なり(前述の第(7)式参照)、この歪成分が位相反
転ドライブ回路3を構成するトランジスタ31の
エミツタに供給される。したがつて、このトラン
ジスタ31において、入力信号と歪成分との加算
が行われ、全体として歪打ち消しループが構成さ
れることにより、終段電力増幅回路6bからは歪
の無い信号が得られる。この場合、歪成分のみの
打ち消しが行われるから、回路全体としての電圧
裸利得は減少しない。したがつて、抵抗12,1
3を介して行われるオーバオールの負帰還は、上
記歪打ち消しループの影響を受けずに機能し、終
段増幅回路6b以外の部分の歪も良好に低減され
る。
なお、上記実施例において、アンプ8は、歪成
分を検出して位相反転用のトランジスタ31のエ
ミツタに供給するためのものであるから、取り扱
う信号は小電圧、小電流であり、構成要素となる
トランジスタ27a,27bは小形トランジスタ
で充分である。
また、本実施例においては、一般的な増幅回路
に、歪成分を抽出するためのトランジスタ27
a,27b等を追加するだけで実現できるので、
極めて簡単に構成することができる。さらに、抽
出した歪信号と入力信号との加算を、位相反転用
のトランジスタを用いて行つているので、加算用
の回路等を別途設ける必要もなく、この点からも
構成の簡略化が達成されている。
また、実施例においては、位相反転ドライブ回
路3をトランジスタ31を用いて構成したが、こ
れは勿論電界効果トランジスタを用いて構成して
もよい。この場合にあつては、トランジスタのベ
ース(入力電極)、エミツタ(共通電極)および
コレクタ(出力電極)が各々電界効果トランジス
タのゲート、ソースおよびドレインに対応する。
以上説明したように、この発明によれば、初段
信号増幅回路と終段電力増幅回路との間に介挿さ
れる位相反転ドライブ回路を具備し、前記位相反
転ドライブ回路は、入力電極が前記初段信号増幅
回路の出力端に接続され、共通電極が抵抗を介し
て電源端子に接続され、出力電極がバイアス源を
介して前記終段電力増幅回路の入力端に接続され
たトランジスタから構成される電力増幅器におい
て、前記終段電力増幅回路の入力電圧および出力
電圧をそれぞれ正相入力および逆相入力とする差
動増幅回路を形成し、この差動増幅回路の出力端
子を前記位相反転ドライブ回路のトランジスタの
共通電極に接続することにより、前記終段電力増
幅回路の歪成分を当該電力増幅器の電圧裸利得を
減少させることなく低減すると共に、前記終段電
力増幅回路の出力電圧を帰還回路を介して前記初
段信号増幅回路へ負帰還することにより、当該電
力増幅器の電圧利得および周波数特性を設定する
ようにしたので、通常の電力増幅器の構成にごく
少数の部品を付加するだけで、極めてローコスト
に低歪化を実現させることができる。
また、終段電力増幅回路の歪成分を電力増幅器
の電圧裸利得を減少させることなく低減すること
ができるので、終段電力増幅回路の出力電圧を帰
還回路を介して初段信号増幅回路へ負帰還するオ
ーバオールのループが悪影響を受けずに機能し、
これにより、終段増幅回路以外の各部の歪も、良
好に低減する利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はいずれもこの発明の考え方を
説明するための回路図、第3図はこの発明の具体
的な実施例を示す図である。 2……初段信号増幅回路、3……位相反転ドラ
イブ回路、6a,6b……終段電力増幅回路、8
……アンプ(差動増幅回路)、12,13……抵
抗(帰還回路)、31……トランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 初段信号増幅回路と終段電力増幅回路との間
    に介挿される位相反転ドライブ回路を具備し、前
    記位相反転ドライブ回路は、入力電極が前記初段
    信号増幅回路の出力端に接続され、共通電極が抵
    抗を介して電源端子に接続され、出力電極がバイ
    アス源を介して前記終段電力増幅回路の入力端に
    接続されたトランジスタから構成される電力増幅
    器において、 前記終段電力増幅回路の入力電圧および出力電
    圧をそれぞれ正相入力および逆相入力とする差動
    増幅回路を形成し、この差動増幅回路の出力端子
    を前記位相反転ドライブ回路のトランジスタの共
    通電極に接続することにより、前記終段電力増幅
    回路の歪成分を当該電力増幅器の電圧裸利得を減
    少させることなく低減すると共に、 前記終段電力増幅回路の出力電圧を帰還回路を
    介して前記初段信号増幅回路へ負帰還することに
    より、当該電力増幅器の電圧利得および周波数特
    性を設定するようにしたことを特徴とする電力増
    幅器。
JP5007381A 1981-04-03 1981-04-03 Amplifier Granted JPS57164603A (en)

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