JP2007036420A - 増幅装置 - Google Patents
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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
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)。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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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JP2015505203A (ja) * | 2011-12-15 | 2015-02-16 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | ミリメートル波電力増幅器 |
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