JP2007036420A - 増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
オーディオ信号の位相遅れ及びオーディオ信号に発生する歪みを低減させ、増幅装置の動作の安定度が高い回路の設計が容易な増幅装置を提供する。
【解決手段】
オーディオ信号を増幅する前段増幅手段と中段増幅手段と後段増幅手段とを備える増幅装置において、第１の抵抗器を介して接地された前段増幅手段の反転入力端子に中段増幅手段から出力されるオーディオ信号を第２の抵抗器を介して負帰還させる第１の負帰還手段と、第３の抵抗器を介して接地された中段増幅手段の反転入力端子に後段増幅手段から出力されるオーディオ信号を第４の抵抗器を介して負帰還させる第２の負帰還手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、入力されたオーディオ信号を多段の増幅部により増幅する増幅装置に関する。

CD（Compact Disc）プレーヤ等の再生装置から入力されたオーディオ信号を増幅して出力する増幅装置は、周波数特性の改善や出力されるオーディオ信号に含まれる歪みを低減するために、増幅されたオーディオ信号を負帰還する負帰還回路を備えている。図５は、一般的な負帰還回路を備えた従来の増幅装置の回路図である。

図５において、電圧増幅部２１は、入力端子から入力されたオーディオ信号を電圧増幅する。電流増幅部２２は、出力端子に接続された図示しないスピーカとインピーダンス整合するためのバッファアンプであり、電圧増幅率は１である。電圧増幅部２１及び電流増幅部２２は、増幅装置の電力増幅部を構成する。入力端子から入力されたオーディオ信号は、電圧増幅部２１の非反転入力端子（＋）に入力され電圧増幅される。電圧増幅されたオーディオ信号は、電流増幅部２２に入力されインピーダンス整合され出力端子から出力される。

また、電流増幅部２２から出力されたオーディオ信号は、電流増幅部２２の出力端子と接地の間で直列に接続された抵抗器２３及び抵抗器２４により構成される負帰還回路に入力される。負帰還回路に入力されたオーディオ信号は、抵抗器２３及び抵抗器２４により分圧され、抵抗器２４の両端に生じた分圧信号が電圧増幅部２１の反転入力端子（−）に入力される。電圧増幅部２１の反転入力端子は、抵抗器２３を介して接地されている。図５に示す増幅装置は、出力端子から出力される一部の信号を電圧増幅部２１に負帰還させることにより、周波数特性の改善や出力されるオーディオ信号に含まれる歪みを低減させることができる。

しかしながら、図５に示す１系統の負帰還回路では、歪みの低減が不十分であるため、図６に示すように２系統の負帰還回路を設け、歪みを十分に低減することが可能な増幅装置もある。図６は、２系統の負帰還回路を備えた従来の増幅装置の回路図である。図６において、図５と同一の構成部分には、同一の符号を付して説明を省略する。電圧増幅部２５は、電圧増幅部２１の前段に接続され、入力端子から入力されたオーディオ信号を非反転入力端子から入力し電圧増幅する。電圧増幅されたオーディオ信号は、電圧増幅部２１の非反転入力端子に入力される。

電圧増幅部２１は、非反転入力端子及び反転入力端子から入力されたオーディオ信号を電圧増幅する。電圧増幅されたオーディオ信号は、電流増幅部２２に入力されインピーダンス整合され出力端子から出力される。また、電流増幅部２２から出力されたオーディオ信号は、電流増幅部２２の出力端子と接地の間で直列に接続された抵抗器２３及び抵抗器２４により構成される負帰還回路Ｌ１０１を介して電圧増幅部２５の反転入力端子に入力されるとともに、電流増幅部２２の出力端子と接地の間で直列に接続された抵抗器２６及び抵抗器２７により構成される負帰還回路Ｌ１０２に入力される。電圧増幅部２５の反転入力端子は、抵抗器２３を介して接地され、電圧増幅部２１の反転入力端子は、抵抗器２６を介して接地される。

負帰還回路Ｌ１０２に入力されたオーディオ信号は、抵抗器２６及び抵抗器２７により分圧され、抵抗器２７の両端に生じた分圧信号が電圧増幅部２１の反転入力端子に入力される。更に、負帰還回路Ｌ１０２は、コンデンサ２８が電圧増幅部２１の出力端子と反転入力端子の間に接続され抵抗器２７とコンデンサ２８により構成される時定数回路を有し、この時定数回路により出力されるオーディオ信号の全レベルにおいて増幅率が均一になり、歪率を改善することができる。

また、多段の負帰還回路を備えた増幅装置において、各負帰還回路を接地する抵抗器を共通にして帰還する信号の基準電位を１つにすることにより、歪やノイズの発生を防止する増幅装置がある（特許文献１参照）。更に、時定数回路を備えたマイナーループ回路の一端を接地せずに電力増幅部の非反転入力端子に抵抗器を介して接続することにより、高周波領域での位相の遅れを防止し装置の動作を安定させる増幅装置もある（特許文献２）。

特開平６−３２６５２３号公報 特開２００４−２９７３６６号公報

図６に示す増幅装置において、入力端子から入力されたオーディオ信号は、電圧増幅部２５、電圧増幅部２１及び電流増幅部２２の各増幅部において位相が遅れ、電流増幅部２２から出力されるオーディオ信号の位相は、入力端子から入力されたオーディオ信号の位相に対して大きく遅れる。

このため、負帰還回路Ｌ１０１により電流増幅部２２から出力されるオーディオ信号を電圧増幅部２５に負帰還する、すなわちオーバーオールの負帰還をかけると、電流増幅部２２から出力されるオーディオ信号の位相が大きく遅れるため、入力端子から入力されるオーディオ信号に対して正帰還となり、回路の発振等により増幅装置の動作が不安定になる問題がある。

特に、電圧増幅部及び電流増幅部を構成するトランジスタ等の素子の寄生キャパシタンスや寄生インダクタンスは、オーディオ信号の位相特性に与える影響が大きく、寄生キャパシタンスや寄生インダクタンスが有する時定数により、オーディオ信号の高周波数領域にゲインのピークが発生する。このゲインのピークは、オーバーオールの負帰還をかけることにより位相が大きく遅れたオーディオ信号が入力端子から入力されたオーディオ信号に対して正帰還となるため、回路が発振するなどの増幅装置の動作が不安定となる要因となる。また、位相が大きく遅れたオーディオ信号が負帰還されると、増幅装置から出力されるオーディ信号に歪みが発生する原因となる。

また、このようなオーバーオールの負帰還によるオーディオ信号の位相遅れの問題を解決するには、各増幅部の位相特性を補償する補償回路が必要となり、増幅装置の回路の設計が複雑になる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、オーディオ信号の位相遅れ及びオーディオ信号に発生する歪みを低減させ、増幅装置の動作の安定度が高い回路の設計が容易な増幅装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本願の請求項１記載の発明は、オーディオ信号を増幅する前段増幅手段と前記前段増幅手段により増幅されたオーディオ信号を増幅する中段増幅手段と前記中段増幅手段により増幅されたオーディオ信号を増幅する後段増幅手段とを備える増幅装置において、第１の抵抗器を介して接地された前記前段増幅手段の反転入力端子に前記中段増幅手段から出力されるオーディオ信号を第２の抵抗器を介して負帰還させる第１の負帰還手段と、第３の抵抗器を介して接地された前記中段増幅手段の反転入力端子に前記後段増幅手段から出力されるオーディオ信号を第４の抵抗器を介して負帰還させる第２の負帰還手段を備えることを特徴とする。

また、本願の請求項２記載の発明は、請求項１記載の増幅装置において、前記第１の負帰還手段は、時定数回路を備えることを特徴とする。

本発明によれば、オーディオ信号の位相遅れ及びオーディオ信号に発生する歪みを低減させ、増幅装置の動作の安定度が高い回路の設計が容易な増幅装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施例である増幅装置の構成を示すブロック図である。図１において、１は電圧増幅部、２は電流増幅部、３は電圧増幅部、４〜７は抵抗器を示す。

電圧増幅部１は、入力されたオーディオ信号を電圧増幅する。電流増幅部２は、出力端子と接続された図示しないスピーカとインピーダンス整合するためのバッファアンプであり、電圧増幅率は１である。電圧増幅部１及び電流増幅部２は、本実施例の増幅装置の電力増幅部を構成する。電圧増幅部３は、前記電力増幅部の前段に接続される。本実施例において、電圧増幅部３は前段の増幅手段、電圧増幅部１は中段の増幅手段、電流増幅部２は後段の増幅手段である。

入力端子から入力されたオーディオ信号は、電圧増幅部３の非反転入力端子（＋）に入力され電圧増幅される。電圧増幅部３から出力されたオーディオ信号は、電圧増幅部１の非反転入力端子（＋）に入力され電圧増幅される。電圧増幅部１により電圧増幅されたオーディオ信号は、電流増幅部２に入力されインピーダンス整合され出力端子から出力される。

また、電流増幅部２から出力されたオーディオ信号は、電流増幅部２の出力端子と接地の間で直列に接続された抵抗器４及び抵抗器５により構成される負帰還回路Ｌ１に入力される。本実施例において、負帰還回路Ｌ１は第１の負帰還手段であり、抵抗器４は第１の抵抗器であり、抵抗器５は第２の抵抗器である。負帰還回路Ｌ１に入力されたオーディオ信号は、抵抗器４及び抵抗器５により分圧され、抵抗器５の両端に生じた分圧信号が電圧増幅部１の反転入力端子（−）に入力される。電圧増幅部１の反転入力端子は、抵抗器４を介して接地されている。

電圧増幅部１により電圧増幅されたオーディオ信号は、電流増幅部２へ入力されるとともに、電圧増幅部１の出力端子と接地の間で直列に接続された抵抗器６及び抵抗器７により構成される負帰還回路Ｌ２に入力される。本実施例において、負帰還回路Ｌ２は第２の負帰還手段であり、抵抗器６は第３の抵抗器であり、抵抗器７は第４の抵抗器である。負帰還回路Ｌ２に入力されたオーディオ信号は、抵抗器６及び抵抗器７により分圧され、抵抗器７の両端に生じた分圧信号が電圧増幅部３の反転入力端子に入力される。電圧増幅部３の反転入力端子は、抵抗器６を介して接地されている。

図１に示す第１実施例の増幅装置において、電圧増幅部３と電圧増幅部１によるゲイン（電圧利得）の合計は、抵抗器６の抵抗値をＲ６とし抵抗器７の抵抗値をＲ７とすると、１＋Ｒ７／Ｒ６となる。また、電圧増幅部１と電流増幅部２によるゲインの合計は、抵抗器４の抵抗値をＲ４とし抵抗器５の抵抗値をＲ５とすると、１＋Ｒ５／Ｒ４となる。ここで、電流増幅部２のゲインが０ｄBである場合、第１実施例の増幅装置のゲインは、１＋Ｒ７／Ｒ６となる。また、電圧増幅部１のゲインは、１＋Ｒ５／Ｒ４となり、電圧増幅部３のゲインは、（１＋Ｒ７／Ｒ６）／（１＋Ｒ５／Ｒ４）となる。このように、第１実施例の増幅装置のゲインと各増幅部のゲインの配分は、抵抗器４、抵抗器５、抵抗器６及び抵抗器７の抵抗値により決定される。

電圧増幅部３のゲインは、上述したように、（１＋Ｒ７／Ｒ６）／（１＋Ｒ５／Ｒ４）となる。図１に示すように、電圧増幅部３は、電流増幅部２から出力されるオーディオ信号を電圧増幅部１に負帰還をかける負帰還回路Ｌ１内に備えられていないにもかかわらず、この式中に負帰還回路Ｌ１を構成する抵抗器４及び抵抗器５の抵抗値Ｒ４及びＲ５が含まれている。これは、後段の電流増幅部２から中段の電圧増幅部１へ負帰還回路Ｌ１により帰還された信号が前段の電圧増幅部３に入力されることを示す。このことを図２を用いて説明する。

図２は、第１実施例の増幅装置の負帰還回路の作用を説明する図である。
電圧増幅部１においてノイズ及び歪み成分Ｎ１が発生し、電流増幅部２においてノイズ及び歪み成分Ｎ２が発生する場合、電流増幅部２から出力される出力信号は、ノイズ及び歪み成分Ｎ１及びＮ２を有する。このノイズ及び歪み成分Ｎ１及びＮ２を有する出力信号は、出力端子から出力されるとともに負帰還回路Ｌ１に入力される。このとき、ノイズ及び歪み成分（Ｎ１＋Ｎ２）は、抵抗器４及び抵抗器５により分圧され、（ｎ１＋ｎ２）に減衰される。

このノイズ及び歪み成分（ｎ１＋ｎ２）が電圧増幅部１の反転入力端子に入力されると、ノイズ及び歪み成分（ｎ１＋ｎ２）は、極性が反転し増幅されたノイズ及び歪み成分（−Ｎ１−Ｎ２）になり、電圧増幅部１で発生するノイズ及び歪みＮ１を相殺する。このため、電圧増幅部１からノイズ及び歪み成分（−Ｎ２）を有する信号が出力される。

電圧増幅部１から出力されるノイズ及び歪み成分（−Ｎ２）を有する信号は、電流増幅部２へ入力されるとともに負帰還回路Ｌ２に入力される。負帰還回路Ｌ２に入力されたノイズ及び歪み成分（−Ｎ２）は、抵抗器６及び抵抗器７により分圧され（−ｎ２）に減衰される。このノイズ及び歪み成分（−ｎ２）が電圧増幅部３の反転入力端子に入力されると、ノイズ及び歪み成分（−ｎ２）は、極性が反転し増幅されたノイズ及び歪み成分（＋Ｎ２）になり、電圧増幅部３から出力される。このノイズ及び歪み成分（＋Ｎ２）は、電圧増幅部１において電圧増幅部１の反転入力端子から入力され、極性が反転し増幅されたノイズ及び歪み成分（−Ｎ２）により相殺される。ここで、図示しない電圧増幅部３において発生するノイズ及び歪み成分Ｎ３は、負帰還回路Ｌ２を介して電圧増幅部３の反転入力端子から入力され極性が反転したノイズ及び歪み成分（−Ｎ３）により相殺される。

以上のように、第１実施例の増幅装置では、オーバーオールの負帰還をかけなくても、前段の電圧増幅部３において後段の電流増幅部２で発生するノイズ及び歪みを補正することができる。このため、電圧増幅部３のゲインは、負帰還回路Ｌ１を構成する抵抗器４及び抵抗器５の抵抗値Ｒ４及びＲ５が用いられ、（１＋Ｒ７／Ｒ６）／（１＋Ｒ５／Ｒ４）と示すことができる。したがって、第１実施例の増幅装置は、オーバーオールの負帰還をかけずに、前段の電圧増幅部３において後段の電流増幅部２で発生するノイズ及び歪みの補正をすることができる。

図１に示すように、負帰還回路Ｌ１は電圧増幅部１と電流増幅部２の２段の増幅部でマイナーループの負帰還をかけ、負帰還回路Ｌ２は電圧増幅部１と電圧増幅部３の２段の増幅部でマイナーループの負帰還をかける構成である。このため、負帰還回路Ｌ１では、電圧増幅部３が負帰還回路Ｌ１から外れているので、電圧増幅部３による位相遅れの影響が小さくなり、負帰還回路Ｌ２では、電流増幅部２が負帰還回路Ｌ２から外れているので、電流増幅部２の高周波領域におけるゲインのピーク等による位相遅れの影響が小さくなる。したがって、第１実施例の増幅装置は、オーディオ信号の位相遅れを低減することができ、出力されるオーディオ信号に発生する歪みを低減することができる。

また、第１実施例の増幅装置は、負帰還回路Ｌ１において電圧増幅部３による位相遅れ及び負帰還回路Ｌ２において電流増幅部２による位相遅れの影響が小さくなるため、負帰還回路Ｌ１及び負帰還回路Ｌ２での位相補償が容易になり、動作の安定度が高い回路の設計が容易になるという効果を奏する。

更に、本実施例の増幅装置は、負帰還回路Ｌ１及び負帰還回路Ｌ２のマイナーループの負帰還をかけることにより、周波数特性を広域まで伸ばすことができ、スルーレート（電圧の立ち上がり/立ち下がりの急峻さを示す値）を高くすることができるという効果を奏する。

図３は、本発明の第２実施例である増幅装置の構成を示すブロック図である。
図３において、図１と同一の構成部分には、同一の符号を付して説明を省略する。図３に示す第２実施例の増幅装置は、第１実施例の増幅装置において電圧増幅部１の出力端子と反転入力端子（−）の間にコンデンサ８を接続し、負帰還回路Ｌ２に時定数回路を備えた構成である。第２実施例の増幅装置は、第１実施例の増幅装置と同様に負帰還回路Ｌ１及び負帰還回路Ｌ２によりマイナーループの負帰還をかけるため、上述した第１実施例の増幅装置と同様の効果を奏する。更に第２実施例の増幅装置は、負帰還回路Ｌ２に備えられた時定数回路によりオーディオ信号の全レベルにおいて増幅率が均一になるため、歪率を改善することができるという効果を奏する。

図４は、本発明の第３実施例である増幅装置の構成を示すブロック図である。
図４において、図１と同一の構成部分には、同一の符号を付して説明を省略する。図４に示すように、第３実施例の増幅装置は、電圧増幅部３の前段に電圧増幅部９を接続し４段の増幅部を備えている。電圧増幅部９は、入力端子から入力されたオーディオ信号が非反転入力端子（＋）に入力され、抵抗器１０及び抵抗器１１により構成される負帰還回路Ｌ３により帰還された信号が反転入力端子（−）に入力される。

図４に示すように、負帰還回路Ｌ３は、第１実施例の増幅装置と同様に電圧増幅部３と電圧増幅部９の２段の増幅部でマイナーループの負帰還をかけている。このため、第３実施例の増幅装置は、第１実施例の増幅装置と同様の効果を奏する。更に、第３実施例の増幅装置は、各増幅部の発振の安定度を悪化させることなく、４段の増幅部を備えているため、ゲインを高くすることができるという効果を奏する。

本発明の第１実施例である増幅装置の構成を示すブロック図。 本実施例の増幅装置の負帰還回路の作用を説明する図。 本発明の第２実施例である増幅装置の構成を示すブロック図。 本発明の第３実施例である増幅装置の構成を示すブロック図。 従来の負帰還回路を備えた増幅装置の回路図。 従来の２段の負帰還回路を備えた増幅装置の回路図。

符号の説明

１…電圧増幅部、２…電流増幅部、３…電圧増幅部、４〜７…抵抗器、８…コンデンサ、９…電圧増幅部、１０，１１…抵抗器、２１…電圧増幅部、２２…電流増幅部、２３，２４…抵抗器、２５…電圧増幅部、２６，２７…抵抗器、２８…コンデンサ

Claims (2)

1. オーディオ信号を増幅する前段増幅手段と前記前段増幅手段により増幅されたオーディオ信号を増幅する中段増幅手段と前記中段増幅手段により増幅されたオーディオ信号を増幅する後段増幅手段とを備える増幅装置において、
   第１の抵抗器を介して接地された前記前段増幅手段の反転入力端子に前記中段増幅手段から出力されるオーディオ信号を第２の抵抗器を介して負帰還させる第１の負帰還手段と、
   第３の抵抗器を介して接地された前記中段増幅手段の反転入力端子に前記後段増幅手段から出力されるオーディオ信号を第４の抵抗器を介して負帰還させる第２の負帰還手段を備えることを特徴とする増幅装置。
2. 請求項１記載の増幅装置において、
   前記第１の負帰還手段は、時定数回路を備えることを特徴とする増幅装置。

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