JPS62214707A - 増幅回路 - 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〕 この発明は、アイドル電流が少なく、かつＡ級動作をす
る範囲を広くすることができる増幅回路に関する。

（従来の技術〕 従来のＡ級増幅器は、動作電流（無信号時のコレクタ電
流）がピーク電流の１／２　（ずなわ’５１ｊＪ作カー
ブの中心点）となるようにベースバイアスを選び、入力
信号の正負両サイクルにわたり増幅素子が常に能動状態
となるようにして、もってリニアな増幅を行なうもので
ある。第２図は、その−例としてＡ級プッシュプル増幅
器を示したちので、プッシュプル構成のトランジスタ１
０．１２に深いベースバイアスＥ１．Ｅ２を加えたもの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第２図のＡ級プッシュプル増幅器の入出力特性を第３図
に承り。これによれば、トランジスタ１０．１２にベー
スバイアスが印加されているので、Ｂ級増幅器のように
トランジスタ１０．１２がカットオフぽず、低歪となる
。

ところが、このような構成のものでは大さなアイドル電
流が必要であること、Δ級動作をする範囲が決まってお
り、それ以上のレベルの入力に対しては、一方のトラン
ジスタがカットオフして、歪を生じる欠点があった。

この発明は、前記従来の技術における問題点を解決して
、アイドル電流が少なくかつＡ級動作をする範囲が広い
増幅回路を提供しようとづるものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、増幅すべき入力信号を電圧−電流変換する
電圧−電流９．検回路と、 第１のトランジスタ（ＮＰＮ）と第３のトランジスタ（
ＰＮＰ）の両エミッタを共通接続し、自らのコレクタと
ベースをそれぞれ共通接続した第２の１−ランジスタ（
ＮＰＮ＞と第４のトランジスタ（ＰＮＰ）の両エミッタ
を共通接続し、前記第１、第２のトランジスタの両ベー
スを共通接続し、前記第２、第３、第４のトランジスタ
の両ベースを共通接続し、前記第１、第３のトランジス
タの共通エミッタに前記電圧−電流変換器の出力電流を
供給すると共に、前記第２、第４のトランジスタにそれ
ぞれ定電流を供給するように構成されてなる電流−電流
変換回路と、 ６ｉｆ記第１、第３のトランジスタのコレクタ電流をそ
れぞれ増幅した後合成して出ツノする出ノ〕回路と、 この出力回路の出力を前記電圧−電流変換器に負帰還す
る回路と を具備したしのである。

〔作　用〕

この発明の前記解決手段によれば、電圧−電流変換器の
出力電流ｌｘの方向にかかわらず第１、第３のトランジ
スタにはＩｃ１．Ｉｃ３　（Ｉｘ＝Ｉｃ１＋Ｉｃ２．Ｉ
Ｃ１ＸＩＣ２＝一定）なる一定方向の血流の流れ、カッ
トオフしないので、少ないアイドル電流で広い範囲にわ
たりＡ級増幅が行なわれる。したがって、効率が良く歪
の少ない増幅回路が実現できる。

はじめに、この発明で用いられる電流−電流変換回路を
第４図に示す。この電流−電流変換回路は、ＮＰＮトラ
ンジスタＴｒ１とＰＮＰトランジスタＴｒ３とをエミッ
タどうし共通接続して、この共通エミッタから信号を入
力している。トランジスタＴｒ１のベースはＮ　Ｐ　Ｎ
　＋−ランジスタＴｒ２のベースに接続されている。ま
た、トランジスタ］−ｒ３のベースはＰ　Ｎ　Ｐ　トラ
ンジスタＴｒ４のベースに接続されている。トランジス
タＴｒ２゜Ｔｒ４はぞれぞれ自らのベースとコレクタが
共通接続され、エミッタどうしが共通接続されている。

この共通エミッタは基準電位（ここでは接地電位）に接
続されている。トランジスタＴｒ２→トランジスタＴｒ
４には、それぞれ定電流が供給される。

この回路において、各トランジスタＴｒｉ〜Ｔｒ４のコ
レクタ電流をＩｃ１〜ＩＣ４とする。

１ヘランジスタＴｒ２．Ｔｒ４のコレクタ′市流Ｉｃ２
．Ｉｃ４は定電流であり、ここではその値を等しく１．
とする。トランジスタＴｒ２．Ｔｒ４のコレクタ電流Ｉ
ｃ２．Ｉｃ４は定電流であり、その値を１．どする。ま
た、各トランジスタｌ’−ｒ１〜Ｔｒ４のベース・エミ
ッタ間電圧をＶＢ「１〜Ｖ　　とする。すると、トラン
ジスタの特性から、Ｌ４ 次式が成り立つ。（但し、取り扱う電流の大きさが、Ｐ
Ｎ接合の逆方向飽和電流１ｓｏより大きい場合を想定す
る。） ここで、回路上 ｖ　　　−ｖ　　　＝ｖ　　　−ｖ ＢＥｌ　　　［３［２ＢＦ３　　　ＢＦ２となるから、
（１）　、　（２）式より・・・（３） となる。よって ここで、Ｉｃ２＝Ｉ　　、ＩＣ４＝−ＩＱとしたから、 よって、 ２　　　　　　　・・・（６） Ｉｃ１　・Ｉｃ３＝−ＩＤ となる。このことは、ｒ　　　ｆ−ｏとしておけば、ト
ランジスタＴｒｉ、Ｔｒ２の共通エミッタに外部から電
流ｌｘを入力して、ＩＣ１もしくはＩｃ３の一方を大き
な値としても、他方はＯにはならないことを意味してい
る。

ここで入力電流ｌｘに対するＩｃ１．Ｉｃ３の値につい
て求めてみる。

第４図の回路より、 Ｉｘ＝Ｉｃｌ＋Ｉｃ３　　　　　　　　−（７）（６）
式より ＩＣＩ （７）　、　（８）式より Ｃ１ （９）式より Ｉｃ１　　　Ｉｘ−１ｃ１−Ｉ　　　＝Ｏ−（１０）口 にって ｌｘ±ｒｌｘ２＋４１０２ Ｉｃｌ＝　　□　　・・・（１１） （１１）式の解のうち Ｉｘ＋Ｊｒｘ　　＋４１０２ Ｉｃ１＝□　・・・（１２） がＩＣ１の真の解である。同様にしてＩｃ３を求めると ［Ｘ−（Ｉｘ　　　　　　−ト　４１．”１０３＝□　
・・・（１３） となる。（１２）、　（１３）式において１゜＝１とし
て入力電流ｌｘに対するＩＣ１，ＩＣ３の値を求めてプ
ロットしていくと第５図に示すようになる。

第５図ににれば、入力電流ｌｘが大ぎくなってＩｃ１．
Ｉｃ３の一方が大きくなっても他方は０に近づくだけで
ピロクロスしないことがわかる。

また、ＩＣＩとＩｃ３を加口した値は、原点を通る直線
となる。

以上のことをまとめると、第４図の回路は次のような特
性を持っていることがわかる。

■　入力電流ＩＸを出力電流Ｉｃ１．Ｉｃ３に変換する
。

■　入力電流ＩＸの正負にかかわらず、出力電流ＩＣ１
，ＩＣ３の正負は一定であり、反転することはない。

■　Ｉ　ｘ　＝　Ｉ　ｃ　ｌ　＋Ｉ　ｃ　３■　ＩＣｌ
ＸＩＣ３＝一定値 したがって、これら出力電流ＩＣ１，ＩＣ３をそれぞれ
個別に電流増幅した後合成して出力するようにすれば、
増幅段を形成する素子は常に能動状態とすることができ
、すなはちＡ級動作となる。

第６図は、第４図の電流−電流変換回路１を用いた電流
増幅回路の一例を示すものである。ここでは、定電流回
路１４．．１６ににリトランジスタＴｒ２．Ｔｒ４に定
電流１ｃ２．Ｉｃ４をそれぞれ供給している。

カレントミラー回路１８．２０は、電流−電流変換回路
１の出力電流１ｃ１．Ｉｃ３をイれぞれＡ倍して出力Ｊ
°る。このようにして増幅された出力電流Ａ−ｒｃｌ、
Ａ−ＩＣ２は合成されて出力される。この出力電流１ｏ
ｕｔは、 Ｉｏｕｔ　＝Ａ−ＩＣＩ＋Ａ−ＩＣ３ ＝Ａ（Ｉｃ１４−１ｃ３）−Ａｉｘ となり、入力電流がＡ倍に増幅されて出力される。

このとき、入力電流ｌｘの大きさにかかわらずＩＣ１，
Ｉｃ３は一定方向の電流であるから△・ＩＣ１，Ａ−Ｉ
Ｃ２も同様に常に一定方向の電流になりカレントミラー
回路１８．２０も完全にＡ級動作とすることができる。

したがって、カレン１〜ミラ一回路はカットオフしない
から、広い範囲でＡ級動作を得ることができ、アイドル
電流も少なくてすむ。

第１図は、第６図の電流増幅回路を用いてパワーアンプ
を構成したこの発明の一実施例を示すものである。アン
プ２２は電圧−電流変換回路を構成し、入力信号Ｖｉｎ
に対して、 １Ｘ＝Ｇｒｒｌ−Ｖｉｆｌ なる電流Ｉ×を出力する。電流■Ｘは電流−電流変換回
路１において電流１ｃ１．ＩＣ３に分（づられ（Ｉｘ＝
Ｉｃ１＋Ｉｃ３）、カレントミラー回路１８．２０でそ
れぞれＡ倍に増幅された後合成されて出力される。出力
信号Ｖｏｕｔは、帰還回路２４を介してアンプ２２の入
力に帰還される。この回路で ンが−となる。

β 第７図は、第１図の実施例の具体回路を示したものであ
る。

入力信号Ｖｉｎは、電圧−電流変換回路２２に入力され
る。電圧−電流変換回路２２は、トランジスタＴｒ５．
Ｔｒ６が差動増幅器を構成している。

トランジスタＴｒ９と抵抗Ｒ６は、この差動増幅器の定
電流回路を構成し、ダイオードＤ３と抵抗Ｒ３の両端の
電圧によって規定される定電流を流している。差動増幅
器にはトランジスタＴｒ７゜Ｔｒ８で構成されるカレン
トミラー回路が接続されている。入力信ｊｉ３Ｖｉｒ１
は、トランジスタＴｒ５のベースに入力され、このトラ
ンジスタＴｒ５のコレクタ出力は、トランジスタＴｒｌ
Ｏのベースに入力されている。したがって、入力■ｉｎ
が高いとぎはトランジスタＴｒ１０のベース電位は下が
り、入力Ｖｉｎが低いときはトランジスタＴｒ１０のベ
ース電位は上がる。

？１２ＩＩｉｉｉ＋　８１　、−　Ｂ　１間には、トラ
ンジスタＴｒ１０、抵抗Ｒ４，トランジスタＴｒ１１゜
Ｔｒ１２．抵抗Ｒ５が直列に接続されている。また、電
源＋８１．−Ｂ１間は、抵抗Ｒ１，ダイオード　Ｄｌ、
Ｄ２．抵抗Ｒ２，ダイオードＤ３゜抵抗Ｒ３ににつて分
圧されている。トランジスタＴｒ１１のベースは、ダイ
オードＤ２ど抵抗Ｒ２との間に接続されている。また、
コンデンサＣ１を介して接地されている。したがって、
１−ランジスタＴｒ１０のコレクタとトランジスタＴｒ
１１のベース間には、１氏抗Ｒ１とダイオードＤ１゜Ｄ
２の電圧が印加されている。したがって、トランジスタ
Ｔｒｉｏのベース電位が上がるとトランジスタＴｒ１０
→抵抗Ｒ４→トランジスタＴ　ｒ　１１に流れる電流は
大きくなり、１ヘランジスタＴｒｉｏのベース電位が下
がると、この電流は小さくなる。１−ランジスタＴｒ１
１のコレクタはライン２６を介して次段の電流−電流変
換回路１に接続されている。

トランジスタＴｒ１２と抵抗Ｒ５は定電流回路を構成し
、ダイオードＤ３と抵抗Ｒ３の両端の電圧で規定される
定電流を流している。したがって、ライン２６には、ト
ランジスタＴｒ１１のコレクタ電流ＩＣ１１とトランジ
スタＴｒ１２のコレクタ電流１ｃ１２の差の電流ｌｘが
流れる。

すなわら、電圧−電流変換回路２２では、入力Ｖｉｎに
応じて 次のような電流ｌｘが出力される。

■　Ｖ　ｉｎ＝　Ｏのとき Ｉｃ１１＝Ｔｅ１２となり、Ｉｘ−１ｃ１１−Ｉｃ１２
−○となる。

■　Ｖ　ｉｎ＜　Ｏのどき １ヘランジスタＴｒ５のコレクタ電位（すなわち１〜ラ
ンジスタＴｒｌＯのベース電位）が上がり、ＩＣ１１＞
Ｉｃ１２となり、その差分の電流Ｉｃ１ｌ−Ｉｃ１２が
電流Ｉ×どして、電流−電流変換回路１方向へ流出する
。

■　’、／　ｉｎ＞　Ｑのとき トランジスタＴｒ５のコレクタ電位が下がり、Ｉｃ１１
＜Ｉｃ１２と＜ｋす、その差分の電流ＩＣ１２−ＩＣ１
１が電流（Ｘとして、電流−電流変換回路１から流入す
る。

このようにして、ライン２６には入力■ｉｎに比例した
電流ＩＸが流れ、電圧〜電流変換が行なわれる。

ライン２６の出力電流■Ｘは電流−Ｔｉ電流変換回路に
入力され、前述のように ｆ　ｘ　＝　Ｉ　ｃ　１−１−１　ｃ　３ＩＣ１ＸＩ０
３＝に の関係に電流１ｃ１．Ｉｃ３の値を制御する。

カレントミラー回路１８は、差動アンプ２８の電圧が秀
しくなるように１−ランジスタＴｒ１３を制御する。差
動アンプ２８の十人力に接続されている抵抗Ｒ７には、
電流ＩＣ１が流れるから、Ｒ７・Ｉｃ１の電圧降下が生
じる。したがって、差動アンプ２８の一人力に接続され
ている抵抗Ｒ８には、その電圧降下が抵抗Ｒ７の電圧降
下としたがって、カレントミラー回路１８の電流増幅カ
レントミラー回路１８．２０も同様に、差動アンプ３０
の両人力の電圧が等しくなるようにトランジスタＴｒ１
４を制御する。差動アンプ３０の十人力に接続されてい
る抵抗Ｒ９（−Ｒ７）には、電流１ｃ３が流れるから、
Ｒ９，ＩＣ３の電圧降下が生じる。したがって、差動ア
ンプ３０の一人力に接続されている抵抗１１１０（＝Ｒ
８）には、その電圧降下が抵抗Ｒ９の電圧降下と等しく
以上のにうにして、トランジスタＴｒ１３゜Ｔｒｌ４に
はＡ−１ｃ１．Ａｌｃ３なるコレクタ電流が流れる。そ
して、その差に対応した電圧が出力ｙｏｕｔとしてトラ
ンジスタＴｒ１３゜Ｔｒｌ　４の接続点から取り出され
、負荷ＲＬに供給される。また、出力Ｖｏｌｔは、抵抗
Ｒ１１゜Ｒ１２を介してトランジスタＴｒ６のべ−スに
負帰還される。

第７図の回路によれば、電流ｒｃ１．ＩＣ２は０にはな
らないので、電流Ａ−Ｉｃ１゜△・Ｉｃ３もＯにはなら
ず、したがってトランジスタＴｒ１３．Ｔｒ１４はカッ
トオフせずへ級動作となる。

なお、第７図の回路のオープンループゲインＡｏは、ｖ
ｉｎ−Ｇｍ−Ａ−ＲＬ＝ｖｏから八〇＝Ｇｍ−Ａ−ＲＬ
＞Ｏ Ｏ 但し、Ｇｍ＝　− ｖｉｎ となる。また、負帰還をかけることにより実際のゲイン
Ｇは、 Ｏ Ｇ＝□ １　−ト　Δ　。　　β 但し、β＝□ Ｒ１１＋Ｒ１２ となり、Ａ＞Ｏより Ｉ　　　　Ｒ３ Ｇ　＝　−＝　−＋１ β　　　Ｒ４ となる。

〔発明の効果〕

以、Ｆ説明したように、この発明によれば、電圧−電流
変換器の出力電流ｒｘの方向にかかわらず第１、第３の
トランジスタには一定方向の電流が流れ、したがって、
この電流に基づいて動作する増幅段もカットオフするこ
となく、スイッチング歪を防止でき、また、実質的に少
ないアイドル電流で広い範囲にわたってＡ級増幅が行イ
≧ねれる。

したがって、効率が良く歪の少ない増幅回路が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明の一実施例を示す回路図である。 第２図は、Ａ級プッシュプル増幅器を示す回路図である
。 第３図は、第２図の回路の動作特性図である。 第４図は、この発明で用いられる電流−電流変換回路の
回路図である。 第５図は、第４図の回路の動作特性図である。 第６図は、第４図の回路を用いた電流ＪＩＩＪ幅回路で
ある。 第７図は、第１図の回路の具体回路を示す図である。 １・・・電流−電流変換回路、１８．２０・・・カレン
１へミラー回路、２２・・・電圧−電流′ｔ！Ｌ換アン
プ。 出願人　　日本楽器製造株式会社 （ばか１名） 第１図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 増幅すべき入力信号を電圧−電流変換する電圧−電流変
   換回路と、 第１のトランジスタ（ＮＰＮ）と第３のトランジスタ（
   ＰＮＰ）の両エミッタを共通接続し、自らのコレクタと
   ベースをそれぞれ共通接続した第２のトランジスタ（Ｎ
   ＰＮ）と第４のトランジスタ（ＰＮＰ）の両エミッタを
   共通接続し、前記第１、第２のトランジスタの両ベース
   を共通接続し、前記第３、第４のトランジスタの両ベー
   スを共通接続し、前記第１、第３のトランジスタの共通
   エミッタに前記電圧−電流変換器の出力電流を供給する
   と共に、前記第２、第４のトランジスタにそれぞれ定電
   流を供給するように構成されてなる電流−電流変換回路
   と、 前記第１、第３のトランジスタのコレクタ電流をそれぞ
   れ増幅した後合成して出力する出力回路と、 この出力回路の出力を前記電圧−電流変換器に負帰還す
   る回路と を具備してなる増幅回路。