JPH0733022U - 電力増幅器のバイアス回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＡＢ級電力増幅器のバイアス回路に於いて、
出力トランジスタの大なる熱時定数による適正バイアス
電流の遅れをカバーし、安定に適正バイアス電流を流す
ことの出来る電力増幅器のバイアス回路を提供する。 【構成】 ＡＢ級の電力増幅器のＡ級動作時とＢ級動作
時を識別する識別回路１９の識別出力によりサンプルア
ンドホールド回路２０で出力トランジスタ１及び２のＡ
級動作時出力トランジスタの電流をサンプリングし、Ｂ
級動作時これをホールドするホールド電圧によって出力
トランジスタ１及び２のバイアス回路８を制御回路２９
で制御してバイアス電流を適正化して安定化を図る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はＡＢ級プッシュプル電力増幅器のバイアス回路に用いて好適なバイア ス回路の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来からプッシュプル電力増幅器のバイアス回路としては図４に示す様に相補 対称のＮＰＮのトランジスタ１及びＰＮＰトランジスタ２を負荷（実際にはスピ ーカ）３に対し並列に、電源＋Ｂ，−Ｂに対し直列になる様に直列接続してプッ シュプル構成した出力トランジスタ１及び２のベースに定電流源４を介して抵抗 ４，５，６からなるバイアス回路８によってバイアスを付与していた。

【０００３】 即ち、正電圧源＋Ｂに接続した定電流源４の他端に抵抗５，６，７を直列に接 続し、該直列接続した抵抗７の他端を負電源−Ｂに接続し、抵抗５及び６間並に 抵抗６及び７間に出力トランジスタ１及び２のベースを接続する様にし、これら 出力トランジスタ１及び２にベース電流より十分に大きいブリーダ電流Ｉ_B を流 し、抵抗６の抵抗値をＲ₆ とすると、両端電圧をＩ_B Ｒ₆ ≒Ｖ_BE1 ＋Ｖ_BE2 とな る様に成していた。

【０００４】 実際には図５に示す様に２個の出力トランジスタ１及び２のベース間に２個の ダイオード、例えばバリスタ９，１０を直列に更に微調用の可変抵抗器１１を直 列接続してＡＢ級のバイアス電流を流すバイアス回路８を構成している。図５で 図４との対応部分には同一符号を付して重複説明を省略するもダイオード９及び １０と可変抵抗器１１は温度補償と減電圧補償の為に用いられる。又、ＮＰＮト ランジスタ１２は励振用のトランジスタでベースに入力信号Ｉｎが供給され、コ レクタはバイアス回路８の可変抵抗１１の一体に接続され、エミッタは負電圧源 −Ｂに接続されている。出力トランジスタ１及び２のエミッタ間に接続した抵抗 １３及び１４はダイオード９及び１０をバイアス回路８に用いることで、これら ダイオードの順方向電圧降下Ｖ_F と出力トランジスタ１及び２のベース・エミッ タ間電圧Ｖ_BE1 及びＶ_BE2 の電圧差を吸収し、アイドリング時のコレクタ電流を 制御するためのエミッタ抵抗である。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上述の図５に示した電力増幅器のバイアス回路８によれば、出力トランジスタ １及び２に大電流が流れて温度が上昇したりすると、該出力トランジスタ１及び ２のバイアス電流が変化してしまう、そこで温度補償素子であるダイオード９及 び１０によって出力トランジスタ１及び２の温度上昇を検出する（トランジスタ １及び２のＶ_BE1 及びＶ_BE2 は温度が高くなると値が小さくなる負の温度係数を 持っているので、Ｖ_BE1 及びＶ_BE2 を検出する。）ことで出力トランジスタ１及 び２のバイアス電流の変化を補正して（Ｖ_F ＞Ｖ_BE1 orＶ_BE2 ）バイアス電流を 一定にし、動作の安定化を図っている。

【０００６】 然るに、斯かる温度補償方式では出力トランジスタ１及び２に放熱用のラジェ ータが取り付けられているが、このラジェータの熱時定数は数分〜数十分と極め て大きな値を示すので熱伝達時間の遅れがあり、出力トランジスタ１及び２が安 定して所定のバイアス電流を流すまでに長時間を要することになる。

【０００７】 又、出力トランジスタ１及び２としては相補対称のＮＰＮ及びＰＮＰトランジ スタを用いているがこれら、各出力トランジスタ１及び２の温度特性を完全に合 せることは困難であり、各出力トランジスタ１及び２の温度特性の違いにより、 正確な温度補償が困難となる問題もあった。

【０００８】 更に出力トランジスタ１及び２が熱的に安定化しても出力が大きく変化したと きは上記した大きな熱時定数の為の時間的遅れによってバイアス電流が大きく変 化し、バイアス電流の補正に過不足を生じ、瞬時の出力変化に対応して、安定化 したバイアス電流を流すことが出来ない問題があった。

【０００９】 本考案は叙上の問題点を解消した電力増幅器のバイアス回路を提供しようとす るもので、その目的とするところは出力トランジスタ１及び２のバイアス電流検 出回路でバイアス電流を検出して、出力トランジスタ１及び２のバイアス電流を 速い応答速度で一定化させ、適正なバイアス電流を出力トランジスタ１及び２に 供給して、電力増幅器を安定化させる様に成したものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案の電力増幅器のバイアス回路はその例が図１に示される様に、２個の出 力トランジスタ１及び２をプッシュプル接続したＡＢ級電力増幅器のバイアス回 路８において、出力トランジスタ１及び２の各エミッタに流れるバイアス電流に 応じた検出信号を出力する検出回路１５と、この検出回路１５からの検出信号に 基づいてＡ級動作かＢ級動作かを識別する識別回路１９と、この識別回路１９か らの識別出力信号により、Ａ級動作時に出力トランジスタ１及び２が電流をサン プルし、Ｂ級動作時ホールドするサンプルアンドホールド回路２０と、このサン プルアンドホールド回路２０のサンプルアンドホールド出力信号を所定電圧と比 較してプッシュプル接続した出力トランジスタ１及び２のバイアス電流を制御す る制御回路２９とを具備して成るものである。

【００１１】

【作用】

本考案の電力増幅器のバイアス回路はＡＢ級プッシュプル電力増幅器でのＡ級 動作時及び／又はＢ級動作時のバイアス電流を検出して、Ａ級動作時に出力トラ ンジスタ１及び２の検出電流をサンプリングし、Ｂ級動作時ホールドしたので、 大きな熱時定数に影響されないで迅速に所定バイアス電流に制御可能な電力増幅 器のバイアス回路が得られる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の電力増幅器のバイアス回路を図面について詳記する。図１はＡ Ｂ級プッシュプル電力増幅器のバイアス回路の一実施例を示すもので、ＮＰＮト ランジスタ１２は励振段を構成し、ベースは入力信号Ｉｎが供給される入力端子 に接続されているエミッタは負電源−Ｂに接続され、コレクタはＰＮＰ型の出力 トランジスタ２のベース及びバイアス回路８を構成するフォトカプラ２６の受光 素子２８のエミッタとの接続点Ｄに接続されている。

【００１３】 フォトカプラ２６は発光素子２７と受光素子２８としてのフォトトランジスタ より構成され、発光素子２７側と受光素子２８側を電気的に遮断すると共に内部 インピーダンスを変化させてバイアス回路８として機能する。受光素子２８とし てのフォトトランジスタのベースは逆バイアスされ、発光素子２７から供給する 光量に比例したコレクタ電流を流す様に成され、コレクタはＰＮＰ型の出力トラ ンジスタ２と補償対称に構成されたＮＰＮ型の出力トランジスタ１のベースと電 流源４の一端との接続点Ｃに接続され、電流源４の他端は正電源＋Ｂに接続され ている。

【００１４】 補償対称のプッシュプル型のＮＰＮ出力トランジスタ１及びＰＮＰ出力トラン ジスタ２は互に直列に接続され、夫々のコレクタは正電源＋Ｂ及び負電源−Ｂに 接続され、夫々のエミッタは直列接続したエミッタ抵抗１３及び１４を介して接 続され、エミッタ抵抗１３と１４の接続点Ｊから出力信号ＯＵＴの取り出される 出力端子に接続され、この出力端子と接地間にスピーカ等の負荷３が接続され、 夫々の出力トランジスタ１及び２は負荷３に対し並列に正及び負電源＋Ｂ及び− Ｂに対し直列に接続されてプッシュプル動作を行なうＳＥＰＰ回路を構成してい る。このエミッタ抵抗１３及び１４は後述するもバイアス電流検出回路１５を構 成する。

【００１５】 出力トランジスタ１のエミッタとエミッタ抵抗１３との接続点Ａ並に出力トラ ンジスタ２のエミッタとエミッタ抵抗１４との接続点Ｂは夫々差動増幅器等から 成る第１及び第２のコンパレータ１６及び１７の非反転入力端子及び反転入力端 子接続され、更に、エミッタ抵抗１３及び１４の接続点Ｊは出力端子に接続され 、この出力端子からの出力信号ＯＵＴは第１及び第２のコンパレータ１６及び１ ７の反転入力端子及び非反転入力端子に供給されている。第１及び第２のコンパ レータ１６及び１７の出力はアンドゲート回路１８の入力端子に接続されて出力 トランジスタ１及び２がＡ級動作をしているかＢ級動作をしているかの識別を行 なう識別回路１９を構成している。

【００１６】 この識別回路１９の識別信号はサンプルアンドホールド回路２０に供給されて 、サンプル及びホールドが行なわれる。このサンプルアンドホールド回路２０の 差動増幅器２１の非反転及び反転入力端子はＡ及びＢ点と接続されている。

【００１７】 サンプルアンドホールド回路２０は後述するも２個のバッファアンプ間にアナ ログスイッチとホールディングコンデンサを組み込んで簡単に構成可能であるが アクイジョンタイムが多少大きいものではＩＣ１個で構成したもの等も市販され ている。

【００１８】 サンプルホールド回路２０の出力は差動増幅器から成る第３のコンパレータ２ ３の非反転入力端子に供給される。反転入力端子は一端が接地され、他端が基準 電圧端子Ｅに接続された基準電圧源２２に接続されている。

【００１９】 コンパレータ２３の出力端は抵抗２４を介してフォトカプラ２６の発光素子２ ７である発光ダイオードのアノードに接続され、発光ダイオードのカソードは接 地されている。抵抗２４と発光ダイオード２７のアノードの接続点と接地間には コンデンサ２５を接続する。抵抗２４とコンデンサ２５とは積分回路３０を構成 している。

【００２０】 上述の構成に於ける電力増幅器のバイアス回路８の動作を以下説明する。初め に出力トランジスタ１及び２のバイアス電流（アイドリング電流）はＡＢ級動作 が行なわれる様なアイドリング電流が流されている。一般にＡＢ級増幅ではアイ ドリング電流は最大出力電流の１／２以下だけ流す様にバイアスされるが、無信 号時のコレクタ損失は出力電流の最大値Ｉpeakがアイドリング電流Ｉidに対し、 Ｉpeak≦Ｉid ‥‥‥‥‥ （１） Ｉpeak≧Ｉid ‥‥‥‥‥ （２） とした時、（１）式ではＡ級動作、（２）式ではアイドリング電流がＡ級の１／ １０以下であればＢ級動作の損失と同じと考えられる。

【００２１】 即ち、Ａ級動作時は出力トランジスタ１及び２は共に「オン」状態であり、Ｂ 級動作時は出力トランジスタ１又は２のいずれか一方が「オフ」状態である。

【００２２】 上述の如きアイドリング電流、即ち、バイアス電流はエミッタ抵抗１３及び１ ４に流れ、エミッタ抵抗１３の両端Ａ−Ｊ間及びエミッタ抵抗１４の両端Ｊ−Ｂ 間にバイアス電流に対応した電圧降下を生じてエミッタ抵抗１３及び１４は出力 トランジスタ１及び２のエミッタバイアス電流に応じた電流を検出するバイアス 電流検出回路１５を構成する。このバイアス電流検出回路１５はバイアス電流を 流すだけの無信号時には差動アンプ等を用いて簡単にバイアス電流に対応した検 出信号を取り出すことが出来るが、例えば出力トランジスタ１及び２のバイアス 電流Ｉ₁ 及びＩ₂ 上に交流出力信号が重畳されると検出が難しくなる。

【００２３】 そこでバイアス電流検出回路１５を構成するエミッタ抵抗１３及び１４の夫々 の両端間Ａ−Ｊ及びＪ−Ｂの降下電圧即ち、バイアス電流Ｉ₁ 及びＩ₂ に対応し た電圧を第１及び第２のコンパレータ１６及び１７に供給する。該第１及び第２ のコンパレータ１６及び１７はＡＢ級電力増幅器出力トランジスタ１及び２がＡ 級動作しているときは出力トランジスタ１及び２は共に「オン」されているので 、エミッタ抵抗１３及び１４両端電圧は第１及び第２のコンパレータ１６及び１ ７に供給されて、両端電圧が比較される。

【００２４】 一方Ｂ級動作しているときは出力トランジスタ１及び２のいずれか一方が「オ フ」されるので第１及び第２のコンパレータ１６又は１７のいずれか一方にエミ ッタ抵抗１３又は１４の両端電圧が供給される。

【００２５】 今、負荷３のスピーカに供給される出力電流を縦軸にとり、横軸を時間軸ｔと し、出力電流を図２Ａの如き波形と考えたとき、出力トランジスタ１及び２のバ イアス電流Ｉ₁ 及びＩ₂ は図２Ｂの如き波形となる。この様なタイミング波形を 有するバイアス電流Ｉ₁ 及びＩ₂ が流れた時のＡ級動作時の第１のオペアンプ１ ６のＦ点の出力波形は図２Ｃに示す様に出力電流の１サイクルに亘ってＨパルス を出力し、第２のコンパレータ１７のＧ点の出力波形は図２Ｄに示す様に正の半 サイクルにＬパルスを出力する。

【００２６】 この第１及び第２のコンパレータ１６及び１７の出力をアンドゲート回路１８ に供給すれば図２Ｃ及び図２Ｄに示す様に共にＨパルスの期間のみアンドゲート 回路１８の出力に図２Ｅの様にＨパルスが出力される。即ち第１及び第２のコン パレータ１６及び１７並にアンドゲート回路１８によって、出力トランジスタ１ 及び２がＡ級動作を行っている場合はＨパルスが検出され、後述するサンプルア ンドホールド回路２０に供給される。即ち、第１及び第２のコンパレータ１６及 び１７とアンドゲート回路１８によって出力トランジスタ１及び２がＡ級動作を 行っているか、或いはＢ級動作を行っているかを識別可能な識別回路１９が構成 されることになる。

【００２７】 アンドゲート回路１８からのＨパルスはサンプルパルスとしてサンプルアンド ホールド回路（以下Ｓ＆Ｈ回路と記す）２０に与えられる。図３ＡはＳ＆Ｈ回路 ２０の原理的構成を示すもので差動増幅器２１としてはバッファアンプ２１ａと 入力インピーダンスが無限大の例えばＦＥＴ入力オペアンプ２１ｂが用いられ、 これらアンプ２１ａ及び２１ｂ間にスイッチング手段３０とホールディングコン デンサ３１を介在させ、スイッチング手段３０をアンドゲート回路１８からのＨ パルス、即ちサンプルパルスで「オン」「オフ」させて、エミッタ抵抗１３及び １４両端Ａ，Ｂの電圧をホールディングコンデンサ３１でＢ級動作時ホールドし 、オペアンプ２１ｂの出力端のホールド電圧を制御回路２９の第３のコンパレー タ２３に供給する様に成されている。図３Ｂは前記したＩＣ１個で構成したＳ＆ Ｈ回路（ＬＦ３９８Ｈ）２０の回路を示している。

【００２８】 即ち、上述の如きＳ＆Ｈ回路２０を用いることで図２Ｅに示す様にＡ級動作時 サンプルし、Ｂ級動作時にホールドさせることが可能となる。そして、このホー ルドされた電圧はバイアス電流に対応している。

【００２９】 次に第３のコンパレータ２３について説明する。サンプルホールド電圧は第３ のコンパレータ２３の非反転入力端子に供給され、反転入力端子には端子Ｅに基 準電圧源２２から供給される基準電圧レベルが与えられているので、この基準電 圧レベルとサンプルＳ＆Ｈ回路２０の出力電圧とが比較される。

【００３０】 第３のコンパレータ２３の基準電圧レベルよりＳ＆Ｈ回路のホールド信号電圧 が大きければＨレベル信号を、ホールド信号電圧が小さければＬレベル信号を出 力する。この比較出力信号は抵抗２４及びコンデンサ２５で構成された積分回路 ３０で積分されると共にフォトカプラ２６の発光素子２７を駆動して発光させる 。この第３のコンパレータ２３及び積分回路３０並にフォトカプラ２６の発光素 子２７を含めて制御回路２９とする。フォトカプラ２６の発光素子２７の発光に より受光素子２８のインピーダンスが変化し、電流源４及びフォトカプラ２６内 の受光素子２８で構成させたバイアス回路８のＣ及びＤ間の降下電圧が変化して 、出力トランジスタ１及び２のバイアス電流をコントロールすることに成る。

【００３１】 即ち、出力トランジスタ１及び２の出力が増大し、温度が上昇すればバイアス 電流も増加するがＳ＆Ｈ回路２０のホールド信号も増大する。ここで、本例では 識別回路１９によってＡ級動作がＢ級動作かを識別して、Ａ級動作時にＳ＆Ｈ回 路２０をサンプリングし、Ｂ級動作時にホールドする様に制御する。このＳ＆Ｈ 回路２０のホールド電圧が増大し、ホールド電圧が基準レベルを越えるとＨレベ ルを出力し、制御回路２９はバイアス回路８のインピーダンスを減少させてＣ及 びＤ間の降下電圧を減少させバイアス電流を減少させる。

【００３２】 逆に出力トランジスタ１及び２のバイアス電流が減少したときは上述の説明と 逆の動作によって出力トランジスタ１及び２に流れるバイアス電流を増加させる ことになる。本例では基準電圧源２２の基準電圧レベルをＡＢ級動作する様に選 択されているが、この基準電圧レベルをＡ級或いはＢ級動作する様にすれば種々 のクラスの動作状態の設定を行なうことが出来る。

【００３３】 上述の実施例では識別回路１９によって出力トランジスタ１及び２がＡ級動作 した状態を検出したが、例えば出力トランジスタ１及び２がＢ級動作した状態を 検出する様にしてもよい。

【００３４】 本考案は上述のように、ＡＢ級電力増幅用出力トランジスタ１及び２のバイア ス電流の変動を直接検出し、この検出電圧をＳ＆Ｈ回路２０によりＡ級動作時に サンプル動作させ、Ｂ級動作時にホールドさせる様にしたのでバイアス電流を迅 速に安定化させることの可能な電力増幅器のバイアス回路を得ることが可能とな る。

【００３５】

【考案の効果】

本考案の電力増幅器のバイアス回路によれば入力信号が供給されるＡＢ級動作 時に於いても出力トランジスタのバイアス電流を速い応答速度で安定化させ、熱 伝達時間の遅れや出力トランジスタに温度特性の違いがあっても最適なバイアス 電流を安定に流すことの出来るものが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す電力増幅器のバイアス
回路の構成図である。

【図２】本考案の電力増幅器のバイアス回路の波形説明
図である。

【図３】本考案の電圧増幅器のバイアス回路に用いるサ
ンプルアンドホールド回路の構成図である。

【図４】従来の電力増幅器のバイアス回路の説明図であ
る。

【図５】従来の電力増幅器のバイアス回路の実際の回路
図である。

【符号の説明】

１ ＮＰＮ型出力トランジスタ ２ ＰＮＰ型出力トランジスタ ８ バイアス回路 １５ バイアス電流検出回路 １９ 識別回路 ２０ サンプルアンドホールド回路 ２９ 制御回路 ３０ 積分回路

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２個の出力トランジスタをプッシュプル
   接続したＡＢ級電力増幅器のバイアス回路において、 上記出力トランジスタの各エミッタに流れるバイアス電
   流に応じた検出信号を出力する検出回路と、 上記検出回路からの検出信号に基づいてＡ級動作かＢ級
   動作かを識別する識別回路と、 上記識別回路からの識別出力信号により、Ａ級動作時に
   上記出力トランジスタ電流をサンプルし、Ｂ級動作時ホ
   ールドするサンプルアンドホールド回路と、 上記サンプルアンドホールド回路のサンプルアンドホー
   ルド出力信号を所定電圧と比較して上記プッシュプル接
   続した出力トランジスタのバイアス電流を制御する制御
   回路とを具備して成ることを特徴とする電力増幅器のバ
   イアス回路。
2. 【請求項２】 前記識別回路がコンパレータ及びアンド
   ゲート回路とから構成されて成ることを特徴とする請求
   項１記載の電力増幅器のバイアス回路。