JP4192795B2

JP4192795B2 - 電子ボリューム

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Publication number: JP4192795B2
Application number: JP2004020978A
Authority: JP
Inventors: 利夫前島
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: JP2005217710A

Description

本発明は、オーディオ装置等において用いられる電子ボリュームに関する。

図２は従来の電子ボリュームの構成例を示す回路図である。この図において、符号１は入力信号（オーディオ信号）Ｖinが加えられる入力端子、ｒ1〜ｒnはシリーズ接続された抵抗、Ｓ1〜Ｓnは半導体スイッチ、ＯＰＡは演算増幅器、２はボリューム調整された信号Ｖoutが出力される出力端子である。

このような構成において、スイッチＳ1がオン（他のスイッチはオフ）とされると、出力端子２から、
Ｖout＝−（ｒ2＋ｒ3＋・・・＋ｒn）・Ｖin／ｒ1
なる出力信号が出力され、スイッチＳ2がオンになると、
Ｖout＝−（ｒ3＋・・・＋ｒn）・Ｖin／ｒ1＋ｒ2
なる信号が出力され、スイッチＳnがオンになると、信号０が出力される。すなわち、図２に示す電子スイッチは入力信号Ｖinを、オンとされたスイッチに対応するゲインで増幅する回路であり、入力端子１と演算増幅器ＯＰＡの入力端との間の抵抗をＲi、演算増幅器ＯＰＡの入力端と出力端子２の間の抵抗をＲoとすると、
Ｖin／Ｖout＝Ｒi／Ｒo
なる関係が理論的には成り立つ。

しかしながら、上記の電子ボリュームは、演算増幅器ＯＰＡのオープンループゲインが有限であるため、出力インピーダンスが０にはならず、このため、スイッチによって低ゲインが設定された場合に、計算値（上記の式参照）からの誤差が大きくなる問題がある。すなわち、上記の式は、実際には、演算増幅器ＯＰＡの伝達コンダクタンスをｇｍとすると、
Ｖin／Ｖout＝（１＋ｇｍ・Ｒｉ）／（１−ｇｍ・Ｒｏ）
となり、ｇｍ・Ｒo、ｇｍ・Ｒiが「１」に近づくと、理論式からの誤差が大きくなる。

一方、特許文献１には、２系統のシリーズ抵抗ブロックと、２系統のスイッチブロックと、３個の演算増幅器とを用いた電子ボリュームが記載されている。そして、この電子ボリュームによれば、信号の歪みおよび雑音を減少させることができる効果がある。
しかしながら、この電子ボリュームは、シリーズ抵抗ブロックの一端が接地されているため、図２の回路と同様に、演算増幅器の出力インピーダンスの影響を受け、オンとされたスイッチの位置によって設計値からの誤差が大きくなる問題がある。また、この特許文献１の電子ボリュームには±２電源を必要とする欠点もある。なお、従来の類似の回路として特許文献２の記載された回路も知られている。
特開平5-315868号公報特許第3234293号公報

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、理論値との誤差がほとんどなく、しかも１電源の回路においても利用することができる電子ボリュームを提供することにある。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、非反転入力端に基準電圧が加えられた第１の増幅器と、シリーズ接続された第１〜第ｎ（ｎ：正の整数）の抵抗と、前記第１の抵抗の一端に接続された入力端子と、前記第１〜第ｎの抵抗とそれぞれ抵抗値が等しく、かつ、シリーズ接続された第１’〜第ｎ’の抵抗であって、第１’の抵抗の一端が前記第１の増幅器の出力端に接続され、第ｎ’の抵抗の一端が前記第ｎの抵抗の一端に接続されると共に前記第１の増幅器の反転入力端に接続された第１’〜第ｎ’の抵抗と、前記第１〜第ｎの抵抗の各接続点に各一端が接続され、各他端が共通接続された第１〜第ｎのスイッチ素子と、前記第１〜第ｎのスイッチ素子とそれぞれ連動動作する第１’〜第ｎ’のスイッチ素子であって、前記第１’〜第ｎ’の抵抗の各接続点に各一端が接続され、各他端が共通接続された第１’〜第ｎ’のスイッチ素子と、前記第１〜第ｎのスイッチ素子の共通接続点の信号を増幅する第２の増幅器と、前記第１’〜第ｎ’のスイッチ素子の共通接続点の信号を増幅する第３の増幅器とを具備することを特徴とする電子ボリュームである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子ボリュームにおいて、前記第２、第３の増幅器の出力を、前記基準電圧を基準として差動増幅する第４の増幅器をさらに具備することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電子ボリュームにおいて、前記第２、第３の増幅器は同じゲインの増幅器であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載の電子ボリュームにおいて、前記第１〜第４の増幅器は演算増幅器であることを特徴とする。

この発明によれば、理論値との誤差がほとんどない電子ボリュームを構成することができる効果がある。また、１電源の回路においても利用することができる効果がある。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施の形態による電子ボリュームの構成を示す回路図である。この図において、符号１は入力信号（オーディオ信号）Ｖinが加えられる入力端子、ｒ1〜ｒnはシリーズ接続された抵抗、ｒ1’〜ｒn’もシリーズ（直列）接続された抵抗であり、各抵抗値は、
ｒ1＝ｒ1’
ｒ2＝ｒ2’
・・・・
ｒn＝ｒn’
なる関係がある。そして、抵抗ｒ1の一端が入力端子１に接続され、抵抗ｒnの一端と抵抗ｒn’の一端が接続されて、かつ、演算増幅器ＯＰＡ１の反転入力端に接続され、抵抗ｒ1’の一端が演算増幅器ＯＰＡ１の出力端に接続され、演算増幅器ＯＰＡ１の非反転入力端が基準電圧Ｖｔに接続されている。

Ｓ1〜Ｓn、ＳmおよびＳ1’〜Ｓn’、Ｓm’は半導体スイッチであり、Ｓ1とＳ1’、Ｓ2とＳ2’・・・ＳnとＳn’、ＳmとＳm’がそれぞれ同時動作するようになっている。そして、スイッチＳ1の一端が入力端子１と抵抗ｒ1の接続点に接続され、スイッチＳ2の一端が抵抗ｒ1と抵抗ｒ2の接続点に接続され、・・・、スイッチＳnの一端が抵抗ｒn-1と抵抗ｒnの接続点に接続され、スイッチＳmの一端が抵抗ｒnと抵抗ｒn’の接続点に接続されている。また、スイッチＳ1’の一端が演算増幅器ＯＰＡ１の出力端と抵抗ｒ1’の接続点に接続され、スイッチＳ2’の一端が抵抗ｒ1’と抵抗ｒ2’の接続点に接続され、・・・、スイッチＳn’の一端が抵抗ｒn-1’と抵抗ｒn’の接続点に接続され、スイッチＳm’の一端が抵抗ｒnと抵抗ｒn’の接続点に接続されている。また、スイッチＳ1〜ＳnおよびＳmの各他端が共通接続されて演算増幅器ＯＰＡ２の非反転入力端に接続され、スイッチＳ1’〜Ｓn’およびＳm’の各他端が共通接続されて演算増幅器ＯＰＡ３の非反転入力端に接続されている。

演算増幅器ＯＰＡ２、ＯＰＡ３は各々その反転入力端と出力端が接続されたゲイン１の非反転バッファ増幅器であり、その出力端はそれぞれ出力端子３，４に接続されている。演算増幅器ＯＰＡ２の出力端（Ｖｏ(+)）が抵抗Ｒ1を介して演算増幅器ＯＰＡ４の非反転入力端に接続され、演算増幅器ＯＰＡ３の出力端（Ｖｏ(-)）が抵抗Ｒ3を介して演算増幅器ＯＰＡ４の反転入力端に接続されている。演算増幅器ＯＰＡ４は差動増幅器として動作するもので、その非反転入力端が抵抗Ｒ2を介して基準電圧Ｖtに接続され、出力端が抵抗Ｒ4を介して反転入力端に接続されると共に、出力端子２に接続されている。

次に、上述した回路の動作を説明する。
まず、演算増幅器ＯＰＡ１の出力は、抵抗ｒ1〜ｒnの合成抵抗値と抵抗ｒ1’〜ｒn’の合成抵抗値が等しいことから、入力信号Ｖinを基準電圧Ｖtを基準として反転した信号となる。以下、この演算増幅器ＯＰＡ１の出力信号を／Ｖinと記述する。演算増幅器ＯＰＡ１の伝達コンダクタンスをｇｍ1とすると、
／Ｖin＝（１−ｇｍ1・ｒ’）／（１＋ｇｍ1・ｒ）×Ｖin
但し、ｒ＝ｒ1＋ｒ2＋・・・＋ｒn、
ｒ’＝ｒ1’＋ｒ2’＋・・・＋ｒn’
となる。

いま、スイッチＳ1、Ｓ1’がオンになると（他のスイッチはオフ）、演算増幅器ＯＰＡ２の非反転入力端へ信号Ｖinが加えられ、また、演算増幅器ＯＰＡ３の非反転入力端へ信号／Ｖinが加えられる。そして、これらの信号Ｖin、／Ｖinが演算増幅器ＯＰＡ２、ＯＰＡ３によってそれぞれゲイン１で増幅され、出力Ｖｏ(+)、Ｖｏ(-)となり、それぞれ出力端子３，４に与えられる。さらに、この出力Ｖｏ(+)、Ｖｏ(-)は、抵抗Ｒ1、Ｒ3を介して演算増幅器ＯＰＡ４へ加えられる。演算増幅器ＯＰＡ４は演算増幅器ＯＰＡ２、ＯＰＡ３の各出力信号を基準電圧Ｖtを基準として差動増幅する。ここで、演算増幅器ＯＰＡ４による差動増幅が行われると、その出力端から入力信号Ｖinを増幅した信号が出力され、出力信号Ｖoutとして出力端子２へ加えられる。この場合、演算増幅器ＯＰＡ４のゲインＧは抵抗Ｒ1〜Ｒ4の値によって決まり、通常、Ｒ1＝Ｒ3、Ｒ2＝Ｒ4とする。

次に、スイッチＳ2、Ｓ2’がオンになると（他のスイッチはオフ）、抵抗ｒ1とｒ2の接続点の信号、すなわち、入力信号Ｖinを抵抗ｒ1に対応して減衰した信号が演算増幅器ＯＰＡ２の非反転入力端へ入力され、また、抵抗ｒ1’とｒ2’の接続点の信号、すなわち、信号／Ｖinを抵抗ｒ1’に対応して減衰した信号が演算増幅器ＯＰＡ３の非反転入力端へ入力される。ここで、抵抗ｒ1と抵抗ｒ1’の抵抗値が等しいことから、演算増幅器ＯＰＡ２，ＯＰＡ３の出力は上記と同様に基準電圧Ｖtを基準として互いに反転した信号となり、この結果、演算増幅器ＯＰＡ４から抵抗ｒ1とｒ2の接続点の信号をゲインＧで増幅した信号が出力される。

スイッチＳ3,Ｓ3’、Ｓ4,Ｓ4’、・・・、Ｓn,Ｓn’がそれぞれオンとされた場合も同様である。また、スイッチＳm,Ｓm’がオンとされた場合は、演算増幅器ＯＰＡ２、ＯＰＡ３
へ信号電圧Ｖin／（１＋ｇｍ1・ｒ）が加えられ、Ｒ1〜Ｒ4の抵抗値をＲとし、演算増幅器ＯＰＡ４の伝達コンダクタンスをｇｍとすると、出力端子２からは、
Ｖin／（１＋ｇｍ・ｒ）・（１＋ｇｍ4・Ｒ）
が出力される。

上記実施形態によれば、抵抗ｒ1〜ｒn、ｒ1’〜ｒn’の接続点の電圧は設計通りとなり、誤差が生じることはなく、また、演算増幅器ＯＰＡ２、ＯＰＡ３の出力もゲインが１であることから誤差が生じることがない。また、差動の出力Ｖｏ(+)−Ｖｏ(-)は理想出力となり、誤差は生じない。演算増幅器ＯＰＡ４の出力は従来の１／（１＋ｇｍ4・Ｒ）にまで減衰可能となり、誤差が少ないボリュームとなる。
なお、この電子ボリュームの後段に接続される増幅器等が差動入力となっている場合には、出力端子３（Ｖo(+)）と出力端子４（Ｖｏ(-)）をそのまま接続し、演算増幅器ＯＰＡ４は省略される。
また、上記の説明では演算増幅器ＯＰＡ２、ＯＰＡ３のゲインを１としたが、等しいゲインとすれば１でなくともよい。

この発明の一実施形態による電子ボリュームの構成を示す回路図である。従来の電子ボリュームの構成例を示す回路図である。

符号の説明

１…入力端子、２、３、４…出力端子、ｒ1〜ｒn、ｒ1’〜ｒn’、Ｒ1〜Ｒ4…抵抗、Ｓ1〜Ｓn、Ｓm、Ｓ1’〜Ｓn’、Ｓm’…半導体スイッチ、ＯＰＡ１〜ＯＰＡ４…演算増幅器。

Claims

非反転入力端に基準電圧が加えられた第１の増幅器と、
シリーズ接続された第１〜第ｎ（ｎ：正の整数）の抵抗と、
前記第１の抵抗の一端に接続された入力端子と、
前記第１〜第ｎの抵抗とそれぞれ抵抗値が等しく、かつ、シリーズ接続された第１’〜第ｎ’の抵抗であって、第１’の抵抗の一端が前記第１の増幅器の出力端に接続され、第ｎ’の抵抗の一端が前記第ｎの抵抗の一端に接続されると共に前記第１の増幅器の反転入力端に接続された第１’〜第ｎ’の抵抗と、
前記第１〜第ｎの抵抗の各接続点に各一端が接続され、各他端が共通接続された第１〜第ｎのスイッチ素子と、
前記第１〜第ｎのスイッチ素子とそれぞれ連動動作する第１’〜第ｎ’のスイッチ素子であって、前記第１’〜第ｎ’の抵抗の各接続点に各一端が接続され、各他端が共通接続された第１’〜第ｎ’のスイッチ素子と、
前記第１〜第ｎのスイッチ素子の共通接続点の信号を増幅する第２の増幅器と、
前記第１’〜第ｎ’のスイッチ素子の共通接続点の信号を増幅する第３の増幅器と、
を具備することを特徴とする電子ボリューム。
前記第２、第３の増幅器の出力を、前記基準電圧を基準として差動増幅する第４の増幅器をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の電子ボリューム。
前記第２、第３の増幅器は同じゲインの増幅器であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子ボリューム。
前記第１〜第４の増幅器は演算増幅器であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載の電子ボリューム。