JPH11186857A - 低電力出力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電源電圧により出力段のダイナミックレン
ジを確保でき、また、出力信号の歪みを抑制することが
できる低電力出力装置を提供する。 【解決手段】 前段の電圧増幅回路１００と、後段の電
流増幅回路２００と、電流増幅回路２００の出力を電圧
増幅回路１００の反転入力端子に帰還させる負帰還回路
３００により反転増幅器を構成する。電圧増幅回路１０
０は、信号源４００による入力電圧と基準電圧Ｖ_ref に
よるバイアス電圧の差分電圧を第１の抵抗Ｒ103 に出力
する。第１の抵抗Ｒ103 は、電圧増幅回路１００からの
出力電圧を電流に変換し、電流増幅回路２００におい
て、ミラー回路２０２及びミラー回路２０４のミラー比
により、電流増幅を行う。各ミラー回路２０２、２０４
の入力段と出力段の間には、抵抗Ｒ104 （第２の抵抗）
が接続され、ループゲインを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば信号処理系
より送られてきたオーディオ信号を音響出力部に出力す
るための出力段増幅器に利用される低電力出力装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば図５に示すような増幅
器が知られている。この増幅器では、入力信号源２から
の入力信号を抵抗Ｒ_A を介してトランジスタＱ_A 、Ｑ
_B 、Ｑ_C 、Ｑ_D によって構成される差動入力回路に入力
する。この差動入力回路には、基準電圧Ｖ₀ の分圧抵抗
Ｒ_B 、Ｒ_C によるバイアス電圧が供給されており、この
バイアス電圧と入力電圧との差分出力を増幅段のトラン
ジスタＱ_E に供給している。

【０００３】トランジスタＱ_E のエミッタ出力は、出力
段のトランジスタＱ_F のベースに供給され、トランジス
タＱ_F のエミッタ出力がコンデンサＣを介して負荷ＲＬ
に供給される。また、トランジスタＱ_F のエミッタに
は、基準電圧Ｖ₀ 及び抵抗Ｒ_B、Ｒ_C によるバイアス電
圧が供給されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構成の増幅器では、出力段にエミッタ出力を用い
ているために、電源電圧に余裕のある場合にしか使用で
きない。したがって、例えば携帯型の電池駆動式オーデ
ィオ装置等のように、電源電圧が最低で２．７Ｖ程度と
なり、出力レベルが−１ｄＢｍ（６００Ω）程度必要と
なるものにおいては、出力段のＮＰＮ型トランジスタＱ
_F の電圧増幅率Ｖ_F がダイナミックレンジを制限してし
まう。また、入力段の各トランジスタＱ_A 、Ｑ_B 、Ｑ
_C 、Ｑ_D と抵抗Ｒ_B で正転増幅器を構成しているため、
入力の信号が振れ、入力段の各トランジスタＱ_A 、
Ｑ_B、Ｑ_C 、Ｑ_D によるアーリ効果のため、歪みが悪化
する原因にもなっていた。

【０００５】そこで本発明の目的は、低電源電圧により
出力段のダイナミックレンジを確保でき、また、出力信
号の歪みを抑制することができる低電力出力装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、信号処理系より送られてきた入力電圧を増幅
して負荷に出力する低電力出力装置において、前記入力
電圧を入力する反転入力端子と所定の基準電圧を入力す
る非反転入力端子とを有し、前記入力電圧信号と基準電
圧との差分を増幅して出力する電圧増幅回路と、前記電
圧増幅回路の電圧出力を電流に変換する第１の抵抗と、
前記第１の抵抗の出力電流を増幅して負荷に出力する電
流増幅回路と、前記電流増幅回路の入力端子にバイアス
電流を供給するバイアス電流供給回路と、前記電流増幅
回路の電流出力を帰還抵抗を介して前記電圧増幅回路の
反転入力端子に帰還させる負帰還回路とを有することを
特徴とする。また本発明は、前記電流増幅回路が、前記
第１の抵抗の出力電流をミラー比によって増幅するミラ
ー回路を有し、前記ミラー回路の入力段と出力段の間を
第２の抵抗を介して接続したことを特徴とする。

【０００７】本発明の低電力出力装置において、入力信
号は前段の電圧増幅回路に入力され、基準電圧との差分
が電圧増幅されて第１の抵抗に供給される。第１の抵抗
では、電圧増幅回路の出力が電圧−電流変換されて、後
段の電流増幅回路に供給される。この第１の抵抗によ
り、電圧増幅回路の出力振幅を抑え、十分なダイナミッ
クレンジを確保できる。次に、電流増幅回路は、第１の
抵抗からの出力を電流増幅する。また、電流増幅回路の
入力端子にはバイアス電流供給回路によるバイアス電流
が供給されており、バイアスされた増幅電流が負荷に出
力される。

【０００８】また、電流増幅回路の出力を帰還抵抗を介
して電圧増幅回路の反転入力端子に帰還することによ
り、反転増幅器を構成し、前記電圧増幅回路に対する基
準電圧の振れをなくし、出力信号の歪みを抑制できる。
また、電流増幅回路は、例えばミラー比によって電流を
増幅するミラー回路であり、このミラー回路の入力段と
出力段の間を第２の抵抗を介して接続することによりル
ープゲインを下げ、負荷変動に対する発振をして抑制す
るとともに、負荷が軽いときでも、出力段のミラー回路
の電流をある程度流し、位相余裕をとることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による低電力出力装
置の実施の形態について説明する。図１は、本発明によ
る低電力出力装置の構成例の概要を示すブロック図であ
り、図２は、図１に示す低電力出力装置の後段の電流増
幅回路を等価回路で示す回路図である。図示のように、
本例の低電力出力装置は、前段の電圧増幅回路１００
と、後段の電流増幅回路２００と、電流増幅回路２００
の出力を電圧増幅回路１００の反転入力端子に帰還させ
る負帰還回路３００を有する反転増幅器（ＥＰＢＵＦ）
として構成されている。

【００１０】電圧増幅回路１００は、信号源（信号処理
系）４００より送られてきた入力電圧を抵抗Ｒ101 を介
して反転入力端子（−）に入力するとともに、基準電圧
Ｖ_{re f} によるバイアス電圧を非反転入力端子（＋）に入
力しており、各入力端子に供給される電圧の差分電圧を
出力端子より出力し、電流増幅回路２００に供給する。
電流増幅回路２００は、図２に示すように、抵抗Ｒ103
（第１の抵抗）を通して電圧増幅回路１００からの出力
電圧を電流に変換し、電源Ｖｃｃ側に設けたミラー回路
２０２及び接地ＧＮＤ側に設けたミラー回路２０４のミ
ラー比により、電流増幅を行うものである。

【００１１】また、電流増幅回路２００の各ミラー回路
２０２、２０４の入力段側には、基準電圧Ｖ_ref 、トラ
ンジスタＱ01、Ｑ02、Ｑ03、Ｑ04及び定電流源４１０、
４２０により、センタバイアス電流が供給されている。
また、電流増幅回路２００の各ミラー回路２０２、２０
４の入力段と出力段の間には、抵抗Ｒ104 （第２の抵
抗）が接続されている。また、電流増幅回路２００の各
ミラー回路２０２、２０４の出力段は、コンデンサＣを
介して負荷ＲＬに接続されている。さらに、電流増幅回
路２００の各ミラー回路２０２、２０４の出力段は、帰
還抵抗Ｒ102 を介して電圧増幅回路１００の反転入力端
子（−）に接続されている。

【００１２】以上のような構成の反転増幅器では、アン
プゲインＡが抵抗Ｒ101 、抵抗Ｒ102 で決定され、Ａ＝
Ｒ102 ／Ｒ101 となる。このような反転増幅器を構成し
たことにより、入力信号が振れた場合でも、抵抗Ｒ101
と抵抗Ｒ102 の経路によるイマジナリショートによっ
て、基準電圧側が振れないため、電圧増幅回路１００の
入力段を構成する差動対のトランジスタのアーリー効果
が見えず、歪みにも有利である。

【００１３】図３は、以上のような低電力出力装置のさ
らに詳細な等価回路の構成を示す回路図である。以下、
本図に基づいて、本例の詳細な動作について説明する。
まず、前段の電圧増幅回路１００の構成について説明す
る。この電圧増幅回路１００は、ＡＢ級動作を行うもの
であり、入力段は、トランジスタＱ１〜Ｑ４により構成
される。そして、入力端子ｉｎより抵抗Ｒ１（Ｒ101 ）
を介してトランジスタＱ２のベース（反転端子）に入力
される入力電圧と、入力端子ｂｉより抵抗Ｒ２を介して
トランジスタＱ１のベース（非反転端子）に入力される
バイアス電圧の差分出力をトランジスタＱ５に出力す
る。

【００１４】トランジスタＱ５に出力された差分出力
は、トランジスタＱ６、Ｑ７で構成され、抵抗Ｒ６によ
ってゲインされるミラー回路により、出力段のトランジ
スタＱ９、Ｑ１０に伝達される。トランジスタＱ９、Ｑ
１０は、プッシュプル動作を行うものであり、バイアス
電流を流すために、抵抗Ｒ４、Ｒ５及びトランジスタＱ
８により、２Ｖ_F の電圧を与えている。

【００１５】抵抗Ｒ４、Ｒ５及びトランジスタＱ８は、
トランジスタＱ９、Ｑ１０に出力される信号のクロスオ
ーバー歪みを改善する目的、及びトランジスタＱ９、Ｑ
１０のアイドリング電流を抵抗Ｒ４、Ｒ５の抵抗値によ
って絞る目的で設けたものである。そして、トランジス
タＱ９、Ｑ１０より出力された差分電圧出力は、抵抗Ｒ
８（抵抗Ｒ103 ）により電流に変換される。抵抗Ｒ８
は、電流増幅回路２００の入力段の接続点αにおいて、
センタバイアスに接続され、信号の変化分の電流が、こ
の抵抗Ｒ８に流れ、次段の電流増幅回路２００に供給さ
れる。また、この抵抗Ｒ８の抵抗値を小さくすること
で、トランジスタＱ９、Ｑ１０の出力振幅を抑え、電圧
増幅回路１００のダイナミックレンジを確保する。

【００１６】電流増幅回路２００は、トランジスタＱ１
７、Ｑ２１とトランジスタＱ２０、Ｑ２２でミラー回路
を構成し、このミラー比で電流をゲインし、出力端子ｏ
ｕｔに接続される負荷ＲＬに十分な電流を供給してい
る。また、トランジスタＱ１８、Ｑ１９（トランジスタ
Ｑ03、Ｑ04）に流れるバイアス電流は、トランジスタＱ
１１、Ｑ１２（トランジスタＱ01、Ｑ02）の掛け数を増
やし、ベース−エミッタ電圧Ｖ_BEを大きくすることによ
って絞り、トランジスタＱ１８、Ｑ１９のアイドリング
電流を減らすようにしている。

【００１７】トランジスタＱ１６は、ＰＮＰトランジス
タＱ１７、Ｑ２１によるミラー回路のベース電流Ｉ_B 保
障のための電流源で、トランジスタＱ２１が電流を流す
とき、トランジスタＱ１６の電流を増やし、トランジス
タＱ２１のベース電流Ｉ_B を十分に引けるようにしてい
る。また、ミラー回路２０２、２０４の出力段は、ＰＮ
ＰトランジスタＱ２１のコレクタとＮＰＮトランジスタ
Ｑ２２のコレクタの接続点βを出力端子ｏｕｔとした、
いわゆるコレクタつき合わせ回路を構成している。この
ようにコレクタ出力形式としたことにより、電源電圧Ｖ
ｃｃから各トランジスタＱ２１、Ｑ２２のサチレーショ
ン電圧Ｖsat1、Ｖsat2を引いた電圧まで出力可能であ
る。

【００１８】また、出力端子ｏｕｔは、帰還抵抗Ｒ７
（Ｒ102 ）を介して反転端子であるトランジスタＱ２の
ベースに接続されている。また、電流増幅回路２００の
入力段と出力段の間には、抵抗Ｒ１３（抵抗104）が設
けられている。この抵抗Ｒ１３は、負荷ＲＬの変動（オ
ープン〜１２８Ω）で発振しないように、ループゲイン
を下げ、また、負荷ＲＬの軽いときでも、ミラー回路の
出力段側の電流をある程度流し、位相余裕がとれるよう
にしたものである。

【００１９】以上のような構成により、低電圧で低イン
ピーダンスの負荷を駆動できる。また、また、このよう
な低電圧化と、上述したＡＢ級動作により、低消費電力
化を図ることができる。また、上述のように、反転増幅
器の構成をとることで、基準電圧が振れず、歪みを改善
できる。

【００２０】また、以上のような低電力出力装置は、例
えば８ｍｍビデオテープレコーダとして、ビデオ信号の
記録時には、マイク等より入力したオーディオ信号をレ
ベル制限処理やノイズ除去処理を施した後、ＦＭ変調し
てテープに記録し、ビデオ信号の再生時には、この記録
したオーディオ信号をＦＭ復調して再生し、ヘッドホン
等に出力するようにした記録再生回路（オーディオＦＭ
システム）に適用したものである。図４は、このような
オーディオＦＭシステムにおける記録系の構成を示すブ
ロック図である。

【００２１】図４において、オーディオ信号の記録時に
は、マイク（図示せず）より入力されたオーディオ信号
は、オートレベルコントローラ（ＡＬＣ）１０によって
レベル制限処理され、増幅器１２を通して音声帯域通過
フィルタ回路（ＬＰＦ）１４によって３０ＫＨｚ以上の
周波数をカットオフされた後、ＤＣ回路１６に入力され
る。ＤＣ回路１６は、入力されたオーディオ信号につい
て、素子間の特性のバラツキ等に対するオフセット補正
を行うとともに、電源電圧に対応したバイアス調整を行
うものである。

【００２２】そして、ＤＣ回路１６より出力されたオー
ディオ信号は、マトリクス回路（ＭＡＴＲＩＸ）１８、
ノイズリダクション回路（ＮＲ）２０、及び変調回路
（ＭＯＤ）２２によって構成されるＦＭ処理系を経て、
記録再生機構部（図示せず）に伝送され、８ｍｍテープ
に記録される。また、ＤＣ回路１６より出力されたオー
ディオ信号はヘッドホンアンプ（出力段増幅器）２６に
送られ、ヘッドホン（図示せず）より出力される。そし
て、このヘッドホンアンプ２６が、図１〜図３に示した
低電力出力装置により構成されている。

【００２３】一方、オーディオ信号の再生時には、記録
再生機構部によってテープより再生されたＦＭ変調オー
ディオ信号を、図示しない復調回路、ノイズリダクショ
ン回路２０、マトリクス回路１８の経路で復調し、この
復調オーディオ信号をＤＣ回路１８を通してヘッドホン
アンプ２６に出力する。

【００２４】このようなオーディオＦＭシステムでは、
ＤＣ回路１６より送られてきたオーディオ信号を、ヘッ
ドホンアップ２６における上述した低電力出力装置によ
り、出力歪み特性が良好で、かつダイナミックレンジの
確保に有効な電流出力に変換し、負荷を駆動することが
できる。したがって、このような構成のシステムによ
り、低電圧で大きいダイナミックレンジを確保でき、例
えば、電源電圧２．７Ｖで、−１ｄＢｍ（６００Ω）の
レベルの信号を出力することができる。

【００２５】なお、従来のオーディオＦＭシステムとし
て、ヘッドホンアンプを高レベル（例えば５Ｖ）の第１
の電源により駆動し、その他のほとんどの回路を低レベ
ル（例えば３Ｖ）の第２の電源によって駆動することに
より、低電力化を達成する構成のものも提供されてい
る。しかし、この構成では、ＤＣ回路において、第１の
電源と第２の電源に対応する２種類のバイアス電圧を付
与し、ヘッドホンアンプ側と信号処理系側とに信号を振
り分ける必要があり、これに伴って回路構成の複雑化を
招くという問題が生じていた。そこで、上述した本例の
低電力出力装置を用いることにより、低電圧電源による
良好な音響出力を確保することができ、したがって、音
響出力部への増幅器の経路と、他の信号処理系とを単一
電源で駆動する装置を構成することが可能となり、低消
費電力化及び回路構成の簡素化を達成できる。

【００２６】なお、以上の例は、本発明をオーディオＦ
Ｍシステムに適用した場合について説明したが、本発明
はこれに限らず、低電圧電源を用いてオーディオ信号を
音響出力部に出力するための出力段増幅器を有する各種
の低電力出力装置に広く応用し得るものである。また、
上述した低電力出力装置と同様の構成として、例えば特
開昭６３−２８５００４号公報に開示されるものが知ら
れているが、本実施例の低電力出力装置は、上述した抵
抗Ｒ８の作用により電圧増幅回路の出力振幅を抑え、十
分なダイナミックレンジを確保するとともに、抵抗Ｒ１
３の作用により、負荷の変動に対して電流増幅回路にお
ける位相余裕を得ることができるなどの点で顕著な差異
を有するものである。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の低電力出力
装置では、信号処理系より送られてきた入力電圧を前段
の電圧増幅回路にて電圧増幅し、これを第１の抵抗によ
って電流に変換して、さらに電流増幅回路にて電流増幅
し、負荷に供給するとともに、電流増幅回路の出力を電
圧増幅回路に負帰還させる構成とした。このため、低電
力で低インピーダンスの負荷を駆動し得るとともに、低
電圧でも入力のダイナミックレンジを確保でき、さらに
信号の歪みを改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による低電力出力装置の構成例の概要を
示すブロック図である。

【図２】図１に示す低電力出力装置の後段の電流増幅回
路を等価回路で示す回路図である。

【図３】図１に示す低電力出力装置のさらに詳細な等価
回路を示す回路図である。

【図４】図１に示す低電力出力装置を設けたオーディオ
ＦＭシステムにおける記録系の構成を示すブロック図で
ある。

【図５】従来の増幅器の構成例を示す回路図である。

【符号の説明】

１００……電圧増幅回路、２００……電流増幅回路、２
０２、２０４……ミラー回路、３００……負帰還回路、
４００……信号源。

フロントページの続き (72)発明者 小林 幸 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 吉澤 幸恵 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 吉原 正樹 鹿児島県国分市野口北５番１号 ソニー国 分株式会社内 (72)発明者 戸口田 和恵 鹿児島県国分市野口北５番１号 ソニー国 分株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号処理系より送られてきた入力電圧を
   増幅して負荷に出力する低電力出力装置において、 前記入力電圧を入力する反転入力端子と所定の基準電圧
   を入力する非反転入力端子とを有し、前記入力電圧信号
   と基準電圧との差分を増幅して出力する電圧増幅回路
   と、 前記電圧増幅回路の電圧出力を電流に変換する第１の抵
   抗と、 前記第１の抵抗の出力電流を増幅して負荷に出力する電
   流増幅回路と、 前記電流増幅回路の入力端子にバイアス電流を供給する
   バイアス電流供給回路と、 前記電流増幅回路の電流出力を帰還抵抗を介して前記電
   圧増幅回路の反転入力端子に帰還させる負帰還回路と、 を有することを特徴とする低電力出力装置。
2. 【請求項２】 前記電流増幅回路は、前記第１の抵抗の
   出力電流をミラー比によって増幅するミラー回路を有
   し、前記ミラー回路の入力段と出力段の間を第２の抵抗
   を介して接続したことを特徴とする請求項１記載の低電
   力出力装置。
3. 【請求項３】 前記電流増幅回路は、出力段をコレクタ
   出力形式としたことを特徴とする請求項１記載の低電力
   出力装置。
4. 【請求項４】 前記入力電圧は、信号処理系より送られ
   てきたオーディオ信号であり、前記負荷は、前記オーデ
   ィオ信号を音響出力するための音響出力部であることを
   特徴とする請求項１記載の低電力出力装置。