JPH05283940A - 高効率増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 増幅器の電力効率を上昇する。 【構成】 入力信号を増幅するアンプ１２によってプッ
シュプル接続されたトランジスタ１４、１６を駆動し、
負荷２０に所定の電流を供給する。比較器３４により、
出力信号とトランジスタ１４のコレクタの信号を比較
し、これと三角波を比較器３２によって比較することに
より、スイッチングトランジスタ２２のＰＷＭ制御を行
う。すなわち、トランジスタ２２、ダイオード２６、コ
イル２４がスイッチングレギュレータとして用いられ、
トランジスタ１４の電力効率が向上する。また、ブート
ストラップ用コンデンサ６０を利用して、スイッチング
トランジスタ２２の動作点を高電位とすれば、このトラ
ンジスタの電圧降下が減少し、装置の電力効率を向上す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力消費量の低減され
た高効率増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種回路において信号増幅用
の増幅器が利用されており、ラジオ受信機においては、
受信信号の増幅などに利用されている。このような増幅
器において、そのダイナミックレンジを大きくするとそ
れだけ増幅器において消費する電力量が大きくなる。一
方、カーラジオ等電池駆動の装置においては、消費電力
をなるべく少なくしたいという要望がある。そこで、従
来のラジオ受信機においては、設計に応じて、ダイナミ
ックレンジと消費電力とを考慮し、適当なダイナミック
レンジに設定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のラジオ
受信機において消費電力を減少するために、ダイナミッ
クレンジを小さくすると、音質の低下を招くことにな
る。そこで、十分なダイナミックレンジを維持しつつ、
消費電力を低減できる増幅器が要望されていた。

【０００４】本発明は上記課題に鑑み成されたものであ
り、スイッチング電源を利用して、増幅器の効率を上昇
したものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、プッシュプル
接続された一対の出力トランジスタに入力信号を印加
し、前記一対の出力トランジスタの接続点から増幅され
た信号を出力する増幅器において、前記一対の出力トラ
ンジスタの一方と電源との間に直列接続される第１スイ
ッチングトランジスタ及び第１コイルと、前記一対の出
力トランジスタの他方とアースとの間に直列接続される
第２スイッチングトランジスタ及び第２コイルと、前記
第１及び第２スイッチングトランジスタをオンオフ制御
する制御信号を発生する手段と、前記制御信号を前記増
幅器の出力信号のレベルに応じて制御する制御手段と、
を有することを特徴とする。

【０００６】

【作用】このように本発明によれば、電源ラインにスイ
ッチングトランジスタとコイルとを配置し、前記スイッ
チングトランジスタを出力信号のレベルに応じて制御し
ているので、大レベルの出力信号に対しては十分なダイ
ナミックレンジを確保することができるとともに、小レ
ベルの出力信号に対しては省電力化が図れる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。図１は、実施例の全体構成を示す回路図
であり、信号入力端１０は、アンプ１２に接続され、こ
のアンプ１２の出力側が、出力トランジスタ１４、１６
のベースに接続されている。ここで、トランジスタ１４
は、ＮＰＮ型トランジスタであり、トランジスタ１６は
ＰＮＰ型トランジスタであり、トランジスタ１４のコレ
クタが高電位側に接続され、トランジスタ１６のコレク
タが低電位側に接続されている。そして、トランジスタ
１４とトランジスタ１６のエミッタ同士の接続点は、直
流カット用のコンデンサ１８を介し、負荷２０に接続さ
れている。

【０００８】従って、入力端１０から入力された交流入
力信号は、アンプ１２で増幅されるとともに、トランジ
スタ１４及び１６で増幅される。いま、アンプ１２の出
力信号が正であるとすれば、トランジスタ１４がオン
し、負荷２０への電流供給（プッシュ）が行われ、負で
あれば、トランジスタ１６がオンし、負荷２０からの電
流吸い込み（プル）が行われる。ラジオ受信機の場合、
負荷２０はスピーカとなる。

【０００９】トランジスタ１４のコレクタは、電源Ｖ_cc
に接続されるが、この経路には、スイッチングトランジ
スタ２２及びコイル２４が挿入配置されている。また、
トランジスタ２２とコイル２４の接続点には、フライホ
イールダイオード２６が設けられている。そして、トラ
ンジスタ２２のオンオフを制御するために、このトラン
ジスタ２２のベースには、エミッタが電源Ｖ_ccに接続さ
れたＰＮＰトランジスタ２８が接続され、このトランジ
スタ２８のベースはトランジスタ３０を介しアースに接
続されている。そこで、トランジスタ３０をオンオフす
ることにより、トランジスタ２８がオンオフされ、トラ
ンジスタ２２がオンオフされる。

【００１０】トランジスタ３０のオンオフを制御するた
めに、このトランジスタ３０のベースには比較器３２が
接続され、この比較器３２の非反転入力端子には比較器
３４の出力が接続されており、反転入力端子にはスイッ
チング周波数を決定する周波数ｆ_swの三角波が供給され
ている。また、比較器３４は、反転入力端子にトランジ
スタ１４のコレクタが接続され、非反転入力端子にはト
ランジスタ１４と１６の中間点（出力）が電池３６を介
し接続されている。

【００１１】このため、比較器３４は、トランジスタ１
４のコレクタとエミッタの電位を比較することになり、
負荷２０に正の大出力信号が印加される場合、比較器３
４の出力信号（ａ）が大となり、正の小出力信号が印加
される場合、比較器３４の出力信号（ａ）が小となる。
また、比較器３２は、比較器３４から出力される信号と
三角波を比較するものであり、その比較結果についての
オンオフのパルス信号を出力する。

【００１２】すなわち、図２に示すように、比較器３２
の非反転入力端子への入力信号をａ、反転入力端子への
入力信号をｂ、出力信号をｃとした場合には、三角波ｂ
が信号ａより低い部分についてＨとなる信号ｃが得られ
ることとなる。そして、信号ｃはトランジスタ１４への
制御信号が高レベルであるほどＨである時間が長いもの
となる。従って、その信号ｃは、出力信号が高レベルで
あればそれだけＨとなる時間の長い（デューティー比の
大きな）ものとなる。そこで、この信号ｃによってトラ
ンジスタ３０を制御することによって、トランジスタ２
２をｆ_swの周波数でオンオフすると共に、そのデューテ
ィ比が出力信号のレベルが高いほどオンの期間が大きな
ものとなる。

【００１３】そして、スイッチ２２のエミッタにはコイ
ル２４が接続されているため、この回路は、スイッチン
グレギュレータとして作用し、出力信号は入力信号に応
じた波形に保ちつつ、トランジスタ１４のコレクタの電
位は、電源電位と出力波形の電位との間を上下する周波
数ｆ_swの交流波形となる。そこで、十分大きなダイナミ
ックレンジを保持しつつ、信号が小さい場合には無駄な
電流を送出することを防止でき、電力効率の上昇を図る
ことができる。

【００１４】なお、電池３６は、トランジスタ１４の順
方向のバイアス電圧を補償するためのもの（通常０．７
Ｖ程度）であり、フライホイールダイオード２６は、ア
ース側からコイル２４に電流を回収するためのものであ
る。

【００１５】次に、トランジスタ１６のコレクタとアー
スとの間には、上述と同様のスイッチングレギュレータ
が設けられている。すなわち、スイッチング用のトラン
ジスタ４２、コイル４４及びフライホイールダイオード
４６が設けられている。

【００１６】そして、スイッチングトランジスタ４２を
制御するために、比較器５０、５２を有しており、比較
器５２は反転入力端子がトランジスタ１６のコレクタに
接続され、非反転入力端子が電池５４を介し出力端に接
続されている。また、比較器５０の非反転入力端子には
三角波が供給される。そこで、比較器５２がトランジス
タ１６に供給される入力信号に応じた出力を比較器５０
に入力し、これによって比較器５０が入力信号レベルに
応じたデューティー比のパルス信号をトランジスタ４２
のベースに供給する。そこで、上述の場合と同様に入力
信号に応じたデューティー比でスイッチングトランジス
タ４２がオンオフされることとなる。

【００１７】本実施例においては、出力点にブートスト
ラップ用コンデンサ６０の一端が接続されており、この
ブートストラップ用コンデンサ６０の他端はトランジス
タ２８のベースに接続されている。また、このトランジ
スタ２８のベースには抵抗６２及びダイオード６４を介
し電源Ｖ_ccが接続されている。このため、ブートストラ
ップ用のコンデンサによって、出力点の電圧が大きい場
合にトランジスタ２８のベース電圧を高くすることがで
き、ここの電位は電源電圧Ｖ_cc以上とできる。そこで、
トランジスタ３０のオンオフによるトランジスタ２８の
動作点を高電位とでき、トランジスタ２２の飽和電圧を
最低のもの（１Ｖ_BE）とできる。そこで、ここにおいて
も、本回路の効率化を達成することができる。なお、動
作開始直後等は、Ｖ_cc側から抵抗６２、ダイオード６４
を介し、トランジスタ２８のベースの電位をＶ_ccにまで
引き上げる。

【００１８】このように、本実施例においては、ブート
ストラップ用コンデンサ６０によって、トランジスタ２
８のベース電位を高電位としたため、スイッチングトラ
ンジスタ２２の動作を効率的にでき、全体として電力効
率を上昇することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る高効
率増幅器によれば、スイッチングレギュレータを用いる
ことにより、出力トランジスタにおいて不要な電力をコ
イルに蓄えることができ、無駄な電力消費を抑制するこ
とができる。そして、スイッチングレギュレータは、入
力信号に応じて動作するため、出力信号に対する悪影響
はない。

【００２０】さらにブートストラップ用コンデンサを設
けることによって、スイッチングトランジスタの効率も
上昇することができ、全体としての電力効率をさらに上
昇することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の全体構成を示す回路図である。

【図２】スイッチングトランジスタの動作を説明するた
めの波形図である。

【符号の説明】

１２ アンプ １４、１６ 出力用のトランジスタ ２０ 負荷 ２２、４２ スイッチングトランジスタ ２４、４４ コイル ６０ ブートストラップ用コンデンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プッシュプル接続された一対の出力トラ
   ンジスタに入力信号を印加し、前記一対の出力トランジ
   スタの接続点から増幅された信号を出力する増幅器にお
   いて、 前記一対の出力トランジスタの一方と電源との間に直列
   接続される第１スイッチングトランジスタ及び第１コイ
   ルと、 前記一対の出力トランジスタの他方とアースとの間に直
   列接続される第２スイッチングトランジスタ及び第２コ
   イルと、 前記第１及び第２スイッチングトランジスタをオンオフ
   制御する制御信号を発生する手段と、 前記制御信号を前記増幅器の出力信号のレベルに応じて
   制御する制御手段と、を有することを特徴とする高効率
   増幅器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の増幅器において、 さらに一端が信号出力端に接続され他端に高電圧を得る
   ブートストラップコンデンサを有し、このブートストラ
   ップコンデンサによって得た高電圧により上記第１スイ
   ッチングトランジスタを駆動することを特徴とする高効
   率増幅器。