JPH0626286B2

JPH0626286B2 - 低歪オーデイオ増幅回路装置

Info

Publication number: JPH0626286B2
Application number: JP60057670A
Authority: JP
Inventors: ツビツキパウル
Original assignee: Willi Studer AG Fabrik fuer Elektronische Apparate
Current assignee: Harman International Industries Inc
Priority date: 1984-03-21
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1994-04-06
Anticipated expiration: 2009-04-06
Also published as: ATE43211T1; DE3570337D1; EP0157187B1; JPS60214109A; US4567443A; EP0157187A1

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は低歪（low-distortion）オーデイオ増幅回路装
置の新しく改良された構成に関するものであり、さらに
特定する局面において、本発明は、増幅器と、電流・電
圧源を含む信号源回路と、そしてその信号源回路と増幅
器を結合する変圧器とを備えた低歪オーデイオ増幅回路
装置の新しく改良された構成に関するものである。

かかる増幅器回路装置は、最も少ない歪みをもつて又は
最小の歪係数においてオーデイオ信号を増幅することを
その目的とする。かかる増幅器装置におけるオーデイオ
信号の歪みは変圧器並びにそこに接続される増幅器にお
いて生じる。増幅器によつて生じる歪みは、その増幅器
内でまた、そこにおいて有効な手段により周知の方法に
おいて防止できる。本発明は増幅器によつて生ずる歪み
を防止することを対象とせず、変圧器によつて生じる歪
みを防止することを対象とする。

（従来の技術）１９７４年８月６日付で許諾された米国特許第3,828,26
9号から周知のような増幅回路装置において、変圧器の
磁気的に作用する制御範囲は、変圧器に起因した歪みを
大きな範囲で除去するために、非常に小さく維持されて
いる。これは、増幅回路における増幅器の出力と、変圧
器とを相互接続する負帰還回路によつて達成される。従
つて、変圧器には、負帰還巻線が設けられている。変圧
器の小さな磁気的に作用する制御範囲は、その信号源回
路に係わつている巻線に小さな電圧を誘起し、これは、
増幅回路装置にとつて非常に低い入力抵抗となる。

その入力抵抗が、例えば、マイクロホンのような信号源
から生じるオーデイオ信号を増幅するために低く過ぎる
ことは、かかる回路装置の欠点である。信号源回路に適
当な抵抗器を組み込むことによつて、マイクロホンの出
力抵抗をその増幅回路装置の入力抵抗に正しく整合させ
ることが考えられる。かくして、その入力抵抗は所望の
程度まで増大されることになる。しかしながら、かかる
整合は、付加された抵抗がノイズを発生させると言う不
都合があり、かかるノイズは引き続いて増幅されて、オ
ーデイオ信号では受入れ難いものになる。

例えば、１９７２年４月１８日付で許諾された米国特許
第3,656,831号から周知のような別な増幅回路装置にお
いて、信号源回路は、トリフアイラー（trifilar）様式
によつて巻かれた２つの変圧器を介して増幅回路に接続
されている。増幅回路の出力は、変圧器を介して再び接
続される。その増幅回路は、本質的に、主増幅器とエラ
ー増幅器とを含んでいる。そこでこの装置は、主増幅器
において発生する歪みを修正することを目的とする。こ
の増幅回路装置は、主として、ラインまたは導線におけ
る広帯域信号の伝送に関わる搬送周波域において使用さ
れる。

（発明が解決しようとする問題点）かかる増幅回路装置は、その増幅回路装置が低い入力イ
ンピーダンスを持つているために、オーデイオ信号を増
幅するには不適当である。また、かかる増幅回路装置で
は、その出力回路と２つの変圧器の１つとが信号源回路
に直列に接続されるために、オーデイオ信号を処理する
には低くなければならない出力インピーダンスが十分に
低く維持できない。増幅回路装置の入力インピーダンス
と出力インピーダンスとが、関連する伝送ラインのイン
ピーダンスとそれぞれ等しくなるように整合されなけれ
ばならない。しかし、このようなインピーダンス整合を
オーデイオ信号増幅回路に使用することができない。

変圧器によつて発生される歪みを防止するには、変圧器
を大きな寸法にして重量において重くすることも知られ
ている。しかしながら、歪みの問題に対するかかる解決
策は、電子機器の小型化と云う傾向からして極めて望ま
しくないことである。

（発明の目的）よつて、本発明の主な目的は、大容量または、動作範囲
の信号源に対して適した低い歪みのオーデイオ増幅回路
装置の新しく改良された構成を提供するにある。

本発明の別な及び更に特定な目的は、小さくて、軽量で
そして廉価な変圧器の使用を可能にし、しかもかかる変
圧器の使用による歪みおよびノイズを受けることのない
オーデイオ増幅回路装置の新しく改良された構成を提供
するにある。

（問題点を解決するための手段）本発明によつて上記の目的を達成するために、本発明の
増幅回路装置は、増幅器と、電流・電圧源を含む信号源
回路と、一次巻線が前記信号源回路の電流・電圧源に接
続され、二次巻線が前記増幅器の入力側に接続され、前
記電流・電圧源と増幅器とを結合する第１変圧器と、一
次巻線が前記増幅器の出力側に接続されかつ二次巻線が
前記第１変圧器の一次巻線と電流・電圧源との間に直列
接続されて、前記信号源回路の端子間の電圧に対抗する
逆電圧を形成する第２変圧器を備え、前記増幅器の出力
を前記信号源回路に戻す負帰還回路と、からなることを
特徴としている。

（発明の効果）かかる増幅回路装置において、変圧器コアの非直線性が
問題にならないようにそれら変圧器を動作させること
は、本発明によつて達成される利点の１つである。結果
的に、変圧器は小型、軽量且つ廉価に設計できる。かか
る増幅器装置の使用において、増幅器は高い共通モード
（common mode）電圧から遮蔽すなわちシールドされ
る。完全なシールドにより相互接続されている装置にお
ける部品を個々に安全に接地することができる。この様
に、低い周波数においては、完全に隔絶された信号源回
路の与えられている周知の回路装置に比較して１０〜１
０００の範囲における係数だけ低い歪み係数値が得られ
る。その回路装置の本来的ノイズはコンポーネントにつ
いての適切な選択により大いに減少できる。信号源回路
において使用される変圧器は、かかる変圧器によつて発
生される歪みを防止するように単独に寸法取りされる単
体の変圧器に比較して、寸法及び重量において約1/4、
価格において約1/7以下で設計することができる。

本発明の上記の目的は、以下における詳細な記載から明
らかとなるであろう。かかる記載は添付図面を参照して
行われ、各種図面を通して、同一の参照数字は同一の又
は類似のコンポーネントを示すのに使用されている。

（実施例）さて図面を参照するに、そこでの図面は、当業者が本発
明の原理及び概念を容易に理解できる程度を考慮し、オ
ーデイオ増幅回路装置の構成を簡略化して示しているこ
とを銘記されたい。特に第１図を参照するに、そこに
は、本発明によるオーデイオ増幅回路装置の第１実施例
が回路図によつて概略的に例示されている。図面に示さ
れているように、増幅回路装置１は信号源回路（Source
circuit）２とそして増幅器３とを含んでいる。信号源
回路２は電流・電圧源４と、そして抵抗器５とを含んで
いる。電流・電圧源４は、例えば、マイクロホンのよう
な電気−機械式トランスジユーサ又は他の適当な信号源
として構成できる。

変圧器（第１変圧器）６は増幅器３と電流・電圧源４と
の間での相互接続すなわち整合を与える。変圧器６の１
次巻線７は信号源回路２に接続され、そして変圧器６の
２次巻線８は導線９及び１０によつて増幅器３に接続さ
れている。こうした導線９及び１０と変圧器６の２次巻
線８とは共同して増幅器３に対する入力回路を形成す
る。

増幅器３は周知のような態様において供給端子３４及び
３５を持つている。増幅器３の出力１１は、導線１２を
介して、別な変圧器（第２変圧器）１４の１次巻線１３
に接続されている。別な変圧器１４の２次巻線１５は信
号源回路２における変圧器６の１次巻線７に直列に接続
されている。導線１２は変圧器１４と連帯して増幅器３
に対する負帰還回路を形成している。

信号源回路２において、２次巻線１５は、信号源回路２
の端子３２及び３３間に現われる電圧Ｕｉに対抗する逆
（counter）電圧を形成する目的を持つている。この逆
電圧は、増幅器３の出力１１に現われる出力電圧Ｕａに
よつて発生され、かくして、別な変圧器１４の１次巻線
１３へと印加されている。この配列により、信号源回路
２の入力インピーダンスは大きくなる。この増幅回路装
置１は、変圧器６及び別な変圧器１４に係わる巻線に関
して小さな巻線抵抗を有しているので、増幅回路装置１
としては、低ノイズ特性を有している。

増幅器３は、高利得増幅器である。故に、低い電圧が２
次巻線８を横切つて印加されるので、変圧器６は磁気的
に非常に小さな範囲でのみ制御され、従つて、発生する
歪みは極めて小さい。別な変圧器１４は、その１次巻線
１３が一定の増幅器出力電圧Ｕａにおいて動作されるた
めに、非常に小さな歪みを発生する。変圧器１４の高度
な磁気的制御にとつて必要とされる非直線磁化電流は増
幅器３によつて供給されるので、かかる電流の供給中、
その出力電圧Ｕａは非直線にならない。結果的に、変圧
器１４は、そこにおけるコアの磁化がほぼ飽和状態近く
で動作されることになる。かくして変圧器６並びに別な
変圧器１４に対しては、小型、軽量及び廉価な設計が可
能である。

増幅器３の利得が不十分な場合、変圧器６の２次巻線８
を横切つた電圧が十分に小さくないので、変圧器６によ
つて発生される歪みも十分に小さくならない。また、十
分に高い増幅度における入力回路では干渉発振が生じる
ことがある。

こうした現象は共に、第２図において例示されている本
発明の第２実施例のオーデイオ増幅回路装置１６によつ
て克服される。

この増幅回路装置１６は、帰還回路１７が増幅器３の反
転入力１８に接続されている点で、第１図に例示されて
いる増幅回路装置１から異なつている。更に、変圧器６
の２次巻線８と増幅器３の非反転入力１９とは接地され
ている。増幅器ユニツト４２は、帰還回路１７と連帯し
て増幅器３によつて形成されている。

原理的に良く知られているように、増幅器３は非常に高
い入力インピーダンスを有している。これは演算増幅器
において周知である。そこでの入力インピーダンスは、
抵抗器１７ａを負帰還エレメントとして導入することに
より所望の範囲へと減少される。増幅器ユニツト４２の
入力インピーダンスは、負帰還構成を持たない増幅器３
の利得すなわち増幅度でもつて抵抗器１７ａの値を除算
した値に等しい。増幅器ユニツト４２の入力インピーダ
ンスが無視できる程、低くされた場合、変圧器６は、そ
の２次巻線８がいわゆる短絡されたかのように動作す
る。故に、変圧器６のコアに誘起される電圧は極めて小
さく、その結果、そこではいかなる歪みも発生しないこ
とになる。

できるだけ低いノズルを得るためには、帰還回路１７が
変圧器６の２次巻線８のタツプ３６へと戻されるのが好
都合である。

第３図には、本発明によるオーデイオ増幅回路装置の第
３実施例が示されている。こゝに例示されている増幅回
路装置２０は、帰還回路１７が１つの入力１８において
設けられ、そして別な帰還回路２１が別な入力１９にお
いて接続された増幅器３を含んでいる。非反転入力端子
１９は抵抗器２２を通して接地されている。増幅器ユニ
ツト４３は帰還回路１７及び２１を伴なう増幅器３によ
つて形成されている。

増幅器ユニット４３の入力インピーダンスは零にできる
のみならず、また帰還回路１７及び２１を適当に選定す
ることにより負にすることもできる。結果的に、例え
ば、変圧器６の２次巻線８の巻線抵抗は部分的に或いは
完全に補償されて、変圧器６によつて発生される歪みを
一層減少させることができる。この状態を達成するに
は、次式が満足される必要がある。すなわち、ここで、Ｒは第３図に示されているような抵抗器１７，
２２及び３７の抵抗値を示し、そして、Ｚcuは変圧器６
の２次巻線８の巻線抵抗を示している。

変圧器１４は、もしも非直線磁化電流が変圧器１４での
１次巻線１３の巻線抵抗において非直線性の電圧降下を
発生するならば、或る歪みを発生することになる。結果
的に、信号源２に誘起される電圧は誤り伝えられる。か
かる不都合は、第４図に増幅回路装置２３として示されている本発明の
第４実施例であるオーデイオ増幅回路装置を使用するこ
とにより克服される。

第４図に例示されている増幅回路装置２３は、帰還回路
１７を持つ増幅器３を含んでいる。増幅器３の出力１１
から変圧器１４を介して信号源回路２へと通じている増
幅回路装置２３における負帰還回路は２つの入力２５及
び２６を持つ増幅器２４を含み、その各々は関連した帰
還回路２７及び２８によつて増幅器２４の出力２９へと
帰還接続されている。負帰還回路は、更に、入力抵抗器
３０と抵抗器３１とを含んでいる。帰還回路２８は抵抗
器２８ａを含み、そして抵抗器３８を通して接地される
のが好ましい。しかしながら、帰還回路２８は本質的に
導線のみで成つていても良い。第２の増幅器ユニツト４
４は、増幅器２４と、帰還回路２７及び２８と、そして
もしもあるならば、抵抗器３０及び３１とによつて形成
されている。

第１図、第２図及び第３図に関連して前に記述されたよ
うな増幅回路装置１，１６及び２０において、変圧器１
４の１次巻線１３は一定電圧によつて作動されており、
これは、増幅器３の信号源インピーダンスが零であるこ
とを意味し、増幅回路装置２３の類似の１次巻線１３は
信号源によつて作動され、これは第２の増幅器ユニツト
４４が負の信号源インピーダンスＺにあることを意味す
る。この信号源インピーダンスＺは次式によつて計算さ
れる。すなわち；上式で、Ｒは個々に関連する抵抗器の抵抗値を示す。各
種コンポーネントは、第２の増幅器ユニツト４４の負の
信号源インピーダンスＺが丁度変圧器１４での１次巻線
１３の巻線抵抗を補償するように仕様決定される。かか
る場合での効果は、非直線磁化電流が変圧器１４の１次
巻線１３に電圧降下を発生しないときに達成される。結
果的に、変圧器１４に誘起される電圧にはいかなる歪み
も含まない。

上述の負の信号源インピーダンスを発生するための対策
としては、第２の増幅器ユニツト４４を別な構成で設計
することも考えられる。かかる１つの設計例としては、
１９８１年１２月９日付で発行されたヨーロツパ特許公
告第0,041,472号において記述されている。

本発明によるオーデイオ増幅回路装置の第５の実施例は
第５図において示されており、そこに例示されている増
幅回路装置３９は、信号源回路２と、変圧器６と、そし
て別な変圧器１４とを含んでいる。この別な変圧器１４
は出力４１に接続されている付加的巻線４０を含んでい
る。増幅器３は、周知の方法で、変圧器６の２次巻線８
に接続されている。

導線１２は、増幅器３の出力１１を変圧器１４の片側の
接地されている１次巻線１３に接続している。

第５図に例示されている増幅回路装置３９において、増
幅器３の出力電圧は、導線１２とそして変圧器１４の１
次巻線１３とを通して信号源回路２へと帰還されてい
る。付加的巻線４０はこの出力電圧をタツプでとり出し
て、それを出力４１へと伝送する。

既に述べた対策は、変圧器６が歪みなく動作する増幅回
路装置３９を達成している。すべての記述された場合に
おいて、変圧器６の１次巻線７を横切つて現われる電圧
Ｕ_７は極めて小さい。結果的に、２次巻線１５を横切つ
て現われる電圧Ｕ₁₅は、実際に、信号源回路２における
電圧Ｕｉは（第１図参照）と同じである。電圧Ｕ₁₅は変
圧器１４のコア４５の磁化によつて発生されるので、付
加的巻線４０に誘起される電圧Ｕ₄₀は電圧Ｕ₁₅に比例す
る。更に、電圧ＵｉはＵ₁₅に等しく、そしてＵ₄₀がＵ₁₅
に比例しているので、そこではＵ₄₀が電圧Ｕｉに比例す
ると言う結果が得られる。従つて、変圧器１４による歪
みはすべて排除される。

変圧器６及び別な変圧器１４における歪みを防止するた
めの上記の配列はすべて、所望の態様において組合せる
ことができる。特に、増幅回路装置２０及び２３を組合
せることにより、変圧器６における２次巻線８並びに別
な変圧器１４における１次巻線１３の巻線抵抗は共同し
て平衡される。かくして、特に低い歪みでしかも低ノイ
ズの増幅回路装置が得られる。

第６図には、本発明のオーデイオ増幅回路装置の第６実
施例が示されており、ここでの増幅回路装置４６は、第
２図において例示され、そして前に記述されている増幅
回路装置１６の更に別な変形と考えることができる。増
幅回路装置４６において、帰還回路１７は、更に別な巻
線４７によつて変圧器６へと帰還接続されている。増幅
器ユニツト４２の出力端５２は、変圧器６の別の巻線４
７に接続されており、この巻線４７に流れる電流の磁気
作用により変圧器６に誘起される電圧の負帰還結合によ
って歪を排除することができる。

本発明によるオーデイオ増幅回路装置の第７の実施例
は、第７図に例示されている増幅回路装置４８によつて
形成される。この増幅回路装置４８は、負帰還回路にお
いて配列されている第２の増幅器ユニツト４９を含んで
いる。第２の増幅器ユニツト４９における増幅器２４の
反転入力２６は、導線５０を介して、変圧器１４の付加
的巻線５１へと接続されている。付加的巻線５１におけ
るその誘起された電圧の負帰還結合によつて、非直線磁
化電流は無効になる。それにより、歪みが極めて小さく
される。

第１図〜第７図に関連して前に記述されたような型式の
増幅回路装置において、変圧器６は、周知の仕方におい
て、遮蔽すなわちシールドされなければならない。本発
明による配列を利用することで、その変圧器の寸法が小
さくでき、その結果、変圧器６の遮蔽は大いに簡単にな
る。別な変圧器１４に印加される電圧は増幅器３によつ
て制御されるので、変圧器１４は実際に、別なすなわち
外部磁界による影響を全く受けない。それ故、かかる別
な変圧器１４にはシールドを必要としない。

以上、本発明がその好ましき実施例に基づいて示され、
かつ記述されてはいるが、本発明は、それらに限定され
るものではなく、幾多の変更及び修正がその範囲内で成
し得るものと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるオーデイオ増幅回路装置の第１実
施例の回路図であり；第２図は本発明によるオーデイオ増幅回路装置の第２実
施例の回路図であり；第３図は本発明によるオーデイオ増幅回路装置の第３実
施例の回路図であり；第４図は本発明によるオーデイオ増幅回路装置の第４実
施例の回路図であり；第５図は本発明によるオーデイオ増幅回路装置の第５実
施例の回路図であり；第６図は本発明によるオーデイオ増幅回路装置の第６実
施例の回路図であり；そして第７図は本発明によるオーデイオ増幅回路装置の第７実
施例の回路図である。１，16，20，23，39，46，48；増幅回路２；信号源回路、３，24；増幅器４；電流・電圧源、６，14；変圧器 17，21，27，28；帰還回路 42，43，44，49；増幅器ユニツト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】増幅器(3)と、電流・電圧源(4)を含む信号源回路(2)と、一次巻線(7)が前記信号源回路の電流・電圧源に接続さ
れ、二次巻線(8)が前記増幅器の入力側(9,10)に接続さ
れ、前記電流・電圧源と増幅器(3)とを結合する第１変
圧器(6)と、１次巻線(13)が前記増幅器の出力側に接続され、かつ二
次巻線(15)が前記第１変圧器の一次巻線と電流・電圧源
との間に直列接続されて、前記信号源回路(2)の端子(3
2,33)間の電圧に対抗する逆電圧を形成する第２変圧器
(14)を備え、前記増幅器の出力を前記信号源回路に戻す
負帰還回路と、を有していることを特徴とする低歪オーデイオ増幅回路
装置。
【請求項２】増幅器(3)が、帰還回路(17)を含む増幅器
ユニット(42)で構成されており、該増幅器ユニットは無視できる程度に低い入力インピー
ダンスを有していることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の低歪オーデイオ増幅回路装置。
【請求項３】第１変圧器(6)が、所定の巻線抵抗を有す
る二次巻線(8)を備え、増幅器ユニット(42)が、前記二
次巻線の巻線抵抗を少なくとも部分的に補償する負の入
力インピーダンスを有していることを特徴とする特許請
求の範囲第２項記載の低歪オーデイオ増幅回路装置。
【請求項４】増幅器が、第１，第２の増幅器ユニットを
有し、第２増幅器ユニット(44)は負帰還回路を構成し、
その入力が第１増幅器ユニットの出力端(11)に接続さ
れ、その出力(29)が第２変圧器の一次巻線(13)に接続さ
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
低歪オーデイオ増幅回路装置。
【請求項５】第２増幅器ユニット(44)は、第２変圧器の
一次巻線(13)の巻線抵抗を少なくとも部分的に補償する
負の信号源インピーダンスを有していることを特徴とす
る特許請求の範囲第４項記載の低歪オーデイオ増幅回路
装置。
【請求項６】第２変圧器(14)が、この二次巻線(15)に誘
起される電圧に比例した電圧を出力する付加巻線(40)を
有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の低歪オーデイオ増幅回路装置。
【請求項７】増幅器ユニットの帰還回路(17)の出力端(5
2)を第１変圧器の別の巻線(47)に接続して、前記第１変
圧器による歪を排除するようにしたことを特徴とする特
許請求の範囲第２項記載の低歪オーデイオ増幅回路装
置。
【請求項８】第２増幅器ユニット(49)が、第１増幅器ユ
ニットの帰還回路に接続される非反転入力と、第２変圧
器に設けた付加的巻線(51)に接続される反転入力(26)と
を有する増幅器(24)を形成することを特徴とする特許請
求の範囲第４項記載の低歪オーデイオ増幅回路装置。