JPS60169205A - 高効率スイツチ増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、音響用電力増幅に用いることのできる高効率
スイッチ増幅器に関するものである。

従来例の構成とその問題点 音響用電力増幅器を大出力でかつ小型軽量の装置で得る
為には電源の電力を損失なく負荷に送出する高効率増幅
器が要求される。

従来の高効率増幅器の例として第１図に示す構成を以下
に述べる。第１図において、１は入力端子、２はコンパ
レータ、３はのこぎり波発生回路４はクロック発生回路
、６は極性分離回路、６は正の電源端子、７は正極出力
スイッチ、８は負極出力スイッチ、９は負の電源端子、
１０はローパスフィルタ、１１はスピーカを示す。

以上の様に構成された高効率増幅器の動作について、第
２図に示す各部の波形を用いて以下に述べる。クロック
発生回路４は、入力信号周波数に対して十分に高い周波
数（信号周波数の上限の５〜２６倍）の方形波を出力す
る。この出力波形を第２図のＣに示す。のこぎり波発生
回路３は、クロック発生回路４の出力波形に周波数２位
相ともに同期しだのこぎり波を発生する。こののこぎり
波を第２図のｂに示す。１の入力端子に加わる入力信号
を第２図のａに示す。第２図において時刻ｔｏからｔｌ
　４での間を区間Ｉ２時刻ｔ１からｔ２までの間を区間
■１時刻ｔ２　よシ後を区間■とする。区間■の入力信
号は正極信号であシ、区間Ｈの入力信号は負極信号であ
り、区間■は無信号である。入力端子１に加わった第２
図ａに示す入力信号値、のこぎシ波発生回路３より出力
される第２図すののこぎり波と、コンパレータ２で比較
され、第７図ｄに示すコンパレータ出力波形となる。

このコンパレータ出力波形と、第２図Ｃに示すクロック
発生回路出力波形とは、極性分離回路５に入力され、正
極出力スイッチ７を駆動する正極出力波形と負極出力ス
イッチ８を駆動する負極出力波形とになる。正極出力波
形は第２図ｅに、負極出力波形は第２図ｆに示す。正極
出力スイッチ７は、第２図ｅに、示す正極出力波形の高
レベルで導通、低レベルでしゃ断する。また負極出力ス
イッチ８は、第２図ｆに示す負極出力波形の高レベルで
導通、低レベルでしゃ断する。

しだがって、正極出力スイッチ７は入力信号の正極信号
レベルに対応した導通時間幅を有し、負極出力スイッチ
８は入力信号の負極信号レベルに対応した導通時間幅を
有する。正極出力スイッチ７および負極出力スイッチ８
の出力は、ローノくスフィルタ１ｏを通ることによシ平
均化され、入力信号と相似の波形となってスピーカ１１
を駆動する。

以上によシ、正極出力スイッチ７と負極出力・スイッチ
８が理想的であれば（導通時の抵抗が零でしゃ断時の抵
抗が無限大）原理上の損失なく正の電源端子６および負
の電源端子９からの電力をスピーカ１１に伝達すること
ができることとなる。

ここで第２図ｅおよびｆの正極出力波形および負極出力
波形に着目する。第２図においては立上°リセよび立下
り時間を理想状態（無限小の応答時間）とした場合の表
示であるが、実際の回路では回路素子の有限の応答時間
の為、立上りおよび立下りに遅れが発生する。この時間
遅れがある場合の正極出力スイッチ７と負極出力スイッ
チ８の動作波形と入力信号との関係を第３図に示す。第
９図において、ｑは入力信号を示し、特に入力信号レベ
ルが低い部分を示す。ｈは入力信号の正極信号レベルに
対応した正極出力スイッチ７の動作波形を、ｉは入力信
号の負極信号レベルに対応した負極出力スイッチ８の動
作波形を示す。入力信号レベルが零に近ずくにつれ、正
極出力スイッチ７の動作波形は台形から三角形へと変化
し、更に三角形の高さが小さくなる。また負極出力スイ
ッチβの動作波形も同様に入力信号レベルが零に近づく
につれ台形から三角形へ、更に三角形の高さが小さくな
る。第１図のローパスフィルタ１０で半均化され、スピ
ーカ１１を駆動するときのレベルは、第３図に斜線で示
した面積に比例する。そこで、第３図の様にｑの入力信
号が、はぼ線形で変化しているにもかかわらず、ｈおよ
びｉの正極出力スイッチ７および負極出力スイッチ８の
動作波形の面積が非線形に変化をしている。即ち入力信
号が線形に変化しているにもかかわらず、スピーカ１１
を駆動するときのレベルが非線形となってしまう。この
ことは、波形ひずみを発生させることになる。

この様に、従来の構成においては、入力信号レベルが零
に近いところ、即ち微小入力レベルにおいてひずみを発
生するという問題点を有している。

一般に微小レベルのひず、みは耳につきやすいと言われ
ており、機器の品位を著しく損うものである。

発明の目的 本発明は、微小入力信号レベルにおけるひずみの改善を
行なえる高効率スイッチ増幅器を提供するものである。

発明の構成 本発明の高効率スイッチ増幅器は、入力信号の正極信号
のみを出力する第１の整流回路と、入力信号の負極信号
のみを出力する第２の整流回路と、最低電圧が接地に対
して負極になる様にバイアスが印加された三角波を発生
する第１の三角波発生回路と、最高電圧が接地に対して
正極になる様にバイアスが印加された三角波を発生する
第２の三角波発生回路と、第１の整流回路の出力信号と
第１の三角波発生回路の出力三角波とを比較する第１の
コンパレータと、第２の整流回路の出力信号と第２の三
角波発生回路の出力三角波とを比較する第２のコンパレ
ータと、第１のコンパレータの出力で駆動されて負荷に
電流を供給する時間幅を制御する正極出力スイッチと、
第２のコンパレータの出力で駆動されて負荷から電流を
吸い込む時間幅を制御する負極用カスイッチとを有する
構成であり、これによって、微小入力信号レベルにおけ
るひずみを改善するものである。

実施例の説明 第４図に本発明の入力信号と、第１のスイッチの動作波
形および第２のスイッチの動作波形を示し、本発明の詳
細な説明する。ｊは入力信号で、第２図ａの場合と同様
に区間１〜区間■を分離する。第１のスイッチおよび第
２のスイッチが、区間Ｉおよび区間■で入力信号レベル
に対応した導通時間幅を有するとともに区間■の無信号
時においても一定の導通時間幅を有している。これに第
１のスイッチおよび第２のスイッチの立上り時間。

立下シ時間を考慮したときの動作波形を第５図に示す。

第６図において、ｍは入力信号の零信号附近を、ｎは第
１のスイッチの動作波形を、０は第２のスイッチの動作
波形を示す。第５図よシ、ｎの第１のスイッチの動作波
形および０の第２めスイッチの動作波形はどの状態にお
いても台形を成しており、斜線で示した面積は線形に変
化していることを示している。

本発明の一実施例について、図面を参照しながら述べる
。

第６図は本発明の具体的な構成の第１の実施例を示すも
のである。第７図は、第６図の構成における各部の動作
波形を示す。第６図において、４８は第１の整流回路で
、入力端子８３に入力した第、７図ｐに示す入力信号の
正極信号のみを出力し、その出力波形を第７図ｑに示す
。４９は第２の整流回路で、第７図ｐに示す入力信号の
負極信号のみを出力し、その出力波形を第７図Ｔに示す
。５０および６１は一般的なオペアンプ、５２および６
３はダイオードを示す。９６は、第１の三角波発生回路
と第２の三角波発生回路を共通化した三角波発生回路で
ある。コンパレータ８６．抵抗８７．８８および９１．
コンデンサ８９．オペアンプ９０より成る前記三角波発
生回路は一般的な三角波発生回路で、オペアンプ９０の
出力端（コンデンサ８９および抵抗９１の接続点に同じ
）には接地電位を中心にして、正極、負極の両側に等し
い振幅をもつ三角波を発生する。この三角波に対して、
電流源９２によって抵抗９３に発生する電圧を前記三角
形の負のピーク値よシバイアスミ圧だけ小さい値として
三角波に印加することにより、第７図Ｕに示す様に三角
波の最低電位が接地電位よりバイアス電圧だけ負極に振
れた第１の三角波発生回路の出力三角波を得ることがで
きる。

また逆に、電流源９６によって抵抗９４に発生する電圧
を前記三角波の正のピーク値よりバイアス電圧だけ小さ
い値として三角波に印加することによシ、第７図Ｖに示
す様に三角波の最高電位が接地電位よりバイアス電圧だ
け正極に振れだ第２の三角波発生回路の出力三角波を得
ることができる。

第１の整流回路５８の出力信号は、第１の三角波発生回
路の出力三角波と第１のコンパレータ６０で比較される
。第１のコンパレータ６０の出力を第７図Ｗに示す。第
２の整流回路５９の出力信号は、第２の三角波発生回路
の出力三角波と第企のコンパレータ６１で比較される。

第２のコンパレータ６１の出力を第７図工に示す。第１
のコンパレータ６０の出力信号は、ＦＥＴ６４より成る
正極出力スイッチを駆動し、正の電源端子？３４からロ
ーパスフィルタ９７を経て負荷８２に電流を流し出す。

また第２のコンパレータ６１の出力信号は、ＦＥＴ６５
より成る負極出力スイッチを駆動し、負荷８２からロー
パスフィルタ９７を経て負の電源端子８５へ電流を吸い
込む。正極出力スイッチｅ４および負極出力スイッチ６
６は、第７図ＷおよびＸで示される波形で駆動される為
、それぞれ入力信号の正極信号レベルおよび負極信号レ
ベルに比例した導通時間幅を有するとともに、無信号時
においても、第１のバイアス印加回路６８および第２の
バイアス印加回路６９で印加された正および負のバイア
ス電圧によって無信号時においても一定の導通時間幅を
保持する。ローバスフィルり９７は、コイル了０および
８０．コンデンサ８１で構成されている。ＦＥＴスイッ
チ６８および６９とダイオード６６および６７はそれぞ
れコイル７０およびコイル８０の放電用のスイッチで、
インバータ６２および６３で駆動されることによって、
接地よりＦＥＴスイッチ６８．ダイオード６６、コイル
７０．コイル８０．負極出力スイッチ６６から負の電源
端子８５への電流バスおよび、正の電源端子８４から正
極出力スイッチ６４コイル７０．コイル８０．ダイオー
ド６７、ＦＥＴスイッチ６９から接地への電流バスが形
成されることを防いでいる。

第２図の実施例として、第８図に構成を示す。

これは前記第１の実施例に対して、第１の整流回荀およ
び第２の整流回路る省略して構成したものである。入力
端子８３ａの入力信号は、直接第１のコンパレータ６０
　ａおよびｍ２のコンパレータ８１ａに入力し、各々第
１の三角波発生回路の出力三角波および第２の三角波発
生回路の出力三角波と比較される。第１のコンパレータ
６０ａの出力および第２のコンパレータ６１ａの出力よ
り後段の構成は前記第１の実施例と同様であり、第８図
に示した６０ａ〜９７ａの記号は第６図に示した６０〜
９７の記号に対応するので構成の説明は省略し、第９図
に従って動作について説明する。

第９図ｐａに示す入力信号は、第９図ｕａに示す第１の
三角波発生回路の出力三角波および第９図ｖａに示す第
２の三角波発生回路の出力三角波と、第１のコンパレー
タ６０　ａおよび第２のコンパレータ６１ａで比較され
、その出力信号は第９図ｗａおよびＸａに示す信号とな
る。従って、正極用カスイソチロ４ａおよび負極出力ス
イッチ６５ａは、入力信号が反対極性（正極出力スイッ
チにおいては入力信号が負極のとき、負極出力スイッチ
においては入力信号が正極のとき）のときで、かつ信号
レベルが、第１および第２のバイアス印加回路で印加し
たバイアス電圧より大きいときには、しゃ断状態となる
。しかし、微小信号部分においては、バイアス電圧によ
って、立上り。

立下り時間による波形の崩れを防止することができる。

なお、以上の第１および第２の実施例においては、正極
出力スイッチと負極出力スイッチとして、Ｎチャンネル
ＦＥＴを用いたが、これは導通状態としゃ断状態がスイ
ッチできるものであれば何でも良い。例えば第１０図に
示す用にＮＰＮＩ−ランジスタを用いることもできる。

第１Ｑ図において、ｅ４ｂは正極出力スイッチ、ｅｓｂ
は負極出力スイッチで、ｓｏｂ〜ｓｓｂは第６図の６０
〜８６．第８図６０　ａ〜８５ａと同じものを示してい
る。更に第１０図の様にＮＰＮ　トランジスタに限らず
、ＰＮＰトランジスタ、又ＰチャンネルＦＥＴを用いて
も同様の機能を成すものである。

発明の効果 以上の様に本発明は、無信号の時、正極および負極出力
スイッチの導通時間幅が零でない一定の導通時間幅を有
する構成としているために、微小入力信号レベルにおい
て第１および第２のスイッチ又は正極出力スイッチおよ
び負極出力スイッチの動作波形が線形に変化して入力信
号の小さい部分の線形性が著しく向上し、小入力から大
入力までひずみのない高品位な増幅が可能となる。また
、第２の実施例に示した様に、第１および第２の整流口
路を省略した構成においても、正極出力スイッチおよび
負極出力スイッチの動作波形の非線形性が発生するのは
、バイアス電圧に相当する高い入力信号レベルの点であ
るためひずみ率を悪化させることは々く、実用上十分な
低ひずみ率を確保できる効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成のブロック図、第２図は第１図に
示す従来例の構成の波形図、第３図は第１図に示す従来
例の構成における正極出力スイッチと負極出力スイッチ
の立上り、立下り時間を含む波形図、第４図は本発明の
詳細な説明するだめの図、第５図は本発明における第１
および第２のスイッチの立上り立下り時間を含む波形図
、第６図は本発明の第１の実施例の構成のブロック図、
第７図は第６図に示す本発明の第１の実施例の波形図、
第８図は本発明の第２の実施例の構成のブロック図、第
９図は第８図の本発明の第２の実施例の波形図、第１０
図は本発明の第１および第２の実施例における正極出力
スイッチと負極比カスイッチとしてＮＰＮ）ランジスタ
を用いた実施例の構成の回路図である。 １・・・・・・入力端子、２・・・・・・コンパレータ
、３・・・・・・のこぎ９波発生回路、４・・・・・・
クロック発生回路、５・・・・・・極性分離回路、７・
・・・・・正極出力スイッチ、８・・・・・・負極出力
スイッチ、１１・・・・・・スピーカ、８３・・・・・
・入力端子、４８，４９・・・・・・第１および第２の
整流回路、６０．６１・・・・・・第１および第２のコ
ンパレータ、６４・・・・・・正極出力スイッチ、６６
・・・・・・負極出力スイッチ、８２・・・・・・負荷
、９６・・・・・・第１および第２の三角波発生回路を
共通化したもの、６４ｂ・・・・・・正極出力スイッチ
、６５ｂ・・・・・・負極出力スイッチ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 ８３図 第４図 第７図 第８図 第　９　肉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号の正極信号を出力する第１の整、流口路
   と、入力信号の負極信号を出力する第２の整流回路と、
   最低電圧が接地に対して負極になる様にバイアスが印加
   された三角波を発生する第１の三角波発生回路と、最高
   電圧が接地に対して正極になる様にバイアスが印加され
   た三角波を発生する第２の三角波発生回路と、第１の整
   流回路の出力信号と第１の三角波発生回路の出力三角波
   とを比較する第１のコンパレータと、第２の整流回路の
   出力信号と第２の三角波発生回路の出力三角波とを比較
   する第２εコンパレータと、第１のコンパレータの出力
   で駆動されて負荷に電流を供給する時間幅を制御する正
   極出力スイッチと、第２のコンパレータの出力で駆動さ
   れて負荷から電流を隊い込む時間幅を制御する負極出力
   スイッチとを有する高効率スイッチ増幅器。
2. （２）最低電圧が接地に対して負極になる様にバイアス
   が印加された三角波を発生する第３の三角波発生回路と
   、最高電圧が接地に対して正極になる様にバイアスが印
   加された三角波を発生する第４の三角波発生回路と、入
   力信号と第３の三角波発生回路の出力三角波とを比較す
   る第３のコンパレータと、入力信号と第４の三角波発生
   回路の出力三角波とを比較する第４のコンパレータと、
   第３のコンパレータの出力で駆動されて負荷に電流を供
   給する時間幅を制御する正極出力スイッチと、第°４の
   コンパレータの出力で駆動されて負荷から電流を吸い込
   む時間幅を制御する負極出力スイッチとを有する高効率
   スイッチ増幅器。