JP4465724B2

JP4465724B2 - 増幅回路

Info

Publication number: JP4465724B2
Application number: JP2007135693A
Authority: JP
Inventors: 義雄見須
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2027-05-22
Also published as: JP2008294561A

Description

本発明は、単電源で動作する増幅回路に関し、詳細には出力信号に含まれる変動成分を除去する増幅回路に関する。

図２（ａ）は、従来の増幅回路２００を示す概略回路図である。図２（ｂ）〜（ｅ）の波形は、入力信号が０の時の各ノードにおける波形を模式的に表している。増幅回路２００は、単電源（電源ＶＣＣ）で動作するアンプＩＣ２０１を備え、信号入力端子２０１ａから入力された入力信号を所定の利得で増幅し、出力端子２０１ｂから出力する。出力端子２０１ｂは、負荷であるスピーカーの正側入力端子に接続される正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋に接続されている。また、スピーカーの負側入力端子が接続される負側出力端子ＳＰＯＵＴ−からは、電源電圧ＶＣＣの２分１の電圧（１／２ＶＣＣ）が出力される。また、アンプＩＣ２０１は、電源電圧ＶＣＣが供給される電源入力端子２０１ｄを含む。図示しないが、アンプＩＣ２０１は、電源入力端子２０１ｄから入力された電源電圧ＶＣＣに基づいて、バイアス電圧１／２ＶＣＣを生成し、入力端子２０１ａから入力される入力信号のバイアス電圧を供給するバイアス回路が設けられている。そのため、バイアス電圧が１／２ＶＣＣである出力信号が出力端子２０１ｂ及び正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋から出力される。増幅回路２００は、正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋の出力信号と、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−から出力される出力電圧との差分値を出力信号として出力するものである。

このような増幅回路２００において、図２（ｃ）に示すように、電源電圧ＶＣＣに変動成分であるリップル成分が含まれる場合には、図２（ｄ）に示すように、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−に出力される出力電圧１／２ＶＣＣにもリップル成分が含まれることになる。一方、アンプＩＣ２０１は現在市販されているものは、電源電圧ＶＣＣにリップル成分が含まれていても出力端子２０１ｂからの出力信号からはリップル成分が除去されるように設計されるのが通常である。そのため、正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋から出力される出力信号には、図２（ｂ）に示すようにリップル成分が含まれない。増幅回路２００の出力波形は、正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋の出力信号と、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−の出力信号との差分値であるので、図２（ｅ）に示すようにリップル成分が含まれてしまう。

下記特許文献１は、入力段を差動増幅器としたオーディオパワー増幅器において、差動増幅器の入力端子の一方に電源ラインに重畳するリップル分を抵抗とコンデンサとを介して加えることによってリップルがオーディオパワー増幅器出力端に現れないようにした増幅器を記載する。しかしながら、特許文献１の増幅器は、負側出力端子から電源電圧ＶＣＣの２分の１の電圧１／２ＶＣＣを出力し、その１／２ＶＣＣに含まれるリップル成分に起因して、増幅回路の出力信号に含まれるリップル成分を除去するものではない。

実開昭５６−１５２４１５号特許第３３９４１１６号特開２００５−２７８０３９号特開平２−１２５５０７号特開平３−１３２２０６号

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、単電源で動作し、正側出力端子に入力信号にバイアス電圧を加え増幅した信号が出力され、負側出力端子に１／２ＶＣＣが出力されるような増幅回路において、負側出力端子に出力される１／２ＶＣＣに含まれるリップル成分に起因して、増幅回路の出力信号に含まれるリップル成分を除去する増幅回路を提供することにある。

本発明の好ましい実施形態による増幅回路は、電源と接地電位とが接続されて、単電源で動作する増幅回路であって、入力信号が入力される信号入力端子と、第１極性出力端子と、該電源と該接地電位との間に接続され、変動成分を含む該電源電圧の２分の１の電圧を出力する第２極性出力端子と、該信号入力端子に入力される入力信号を増幅し、該第１極性出力端子から該電源電圧の２分の１の電圧をバイアス電圧とする出力信号を出力する増幅手段とを備える。該第１極性出力端子の出力信号と、該第２極性出力端子の出力電圧との差分値が該増幅回路の出力信号となる。該増幅回路は、該電源電圧から変動成分のみを抽出して、該入力信号に混入させて、該第１極性出力端子の出力信号に変動成分を混入させることにより、該第２極性出力端子の出力電圧に含まれる変動成分を該第１極性出力端子の出力信号に混入させた変動成分によって相殺し、該増幅回路の出力信号から変動成分を除去する除去手段とをさらに備える。

好ましい実施形態においては、前記除去手段が、前記電源と前記信号入力端子との間に接続された抵抗及びコンデンサを含む。

本発明の増幅回路によると、除去手段によって、電源電圧から変動成分のみを抽出して、入力信号に混入させて、第１極性出力端子（例えば、正側出力端子）の出力信号に変動成分を混入させる。第２極性出力端子（例えば、負側出力端子）の出力電圧に含まれる変動成分を、第１極性出力端子の出力信号に混入させた変動成分によって相殺することができるので、増幅回路の出力信号から変動成分を除去することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。図１（ａ）は、本発明の好ましい実施形態による増幅回路１００を示す概略回路図である。図１（ｂ）〜（ｅ）は各ノードにおける波形を模式的に示す図である。本例では、複数チャンネル（例えば、左チャンネル及び右チャンネル）の増幅回路において、１チャンネル分の増幅回路のみに着目して説明するが、他のチャンネルについても同様である。

増幅回路１００は、単電源（片電源ともいう）ＶＣＣで動作する増幅手段を備える。増幅手段は、本例では、アンプＩＣ１０１が採用される。アンプＩＣ１０１は、差動増幅器１０２と、信号入力端子１０１ａと、信号出力端子１０１ｂと、負帰還端子１０１ｃと、電源入力端子１０１ｄと、接地端子１０１ｅとを含む。

差動増幅器１０２の非反転入力端子は信号入力端子１０１ａに接続されている。差動増幅器１０２の反転入力端子は、負帰還端子１０１ｃに接続され、かつ、抵抗Ｒ１を介して、差動増幅器１０２の出力端子に接続されており、負帰還経路を形成する。差動増幅器１０２の出力端子は、信号出力端子１０１ｂに接続されている。信号入力端子１０１ａには、入力信号（音声信号）が供給される。信号出力端子１０１ｂは、負荷であるスピーカーの正側入力端子が接続される正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋に接続されている。

差動増幅器１０２は、電源入力端子１０１ｄから供給された電源電圧ＶＣＣに基づいて動作し、信号入力端子１０１ａから入力された入力信号（音声信号）を所定の利得で増幅して、信号出力端子１０１ｂから出力する。なお、本例のアンプＩＣとしては、電源電圧ＶＣＣにリップル成分が含まれていても、信号出力端子１０１ｂから出力される出力信号にはリップル成分が含まれないように設計されたものが市販されている。

図示しないが、アンプＩＣ１０１は、電源入力端子１０１ｄから供給された電源電圧ＶＣＣに基づいて入力信号のバイアス電圧１／２ＶＣＣを生成するバイアス生成回路、及び、信号入力端子１０１ａから入力された入力信号にバイアス電圧を与える電圧変換回路を有している。信号入力端子１０１ａから入力される入力信号は０Ｖを基準電圧とする交流信号であるが、バイアス生成回路及び電圧変換回路の機能によってバイアス電圧１／２ＶＣＣの入力信号とされて、差動増幅器１０２の非反転入力端子に供給される。その結果、差動増幅器１０２からは、バイアス電圧が１／２ＶＣＣであり、所定の利得で増幅された信号が出力される。

電源ＶＣＣと接地電位との間には、並列接続された抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ５と、並列接続された抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ６とが直列接続されており、その接続点に、スピーカーの負側入力端子が接続される負側出力端子ＳＰＯＵＴ−が接続されている。抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６とは同じ抵抗値のものが使用され、コンデンサＣ５とコンデンサＣ６とは同じ容量のものが使用されることにより、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−からは、電源電圧ＶＣＣの１／２の電圧である１／２ＶＣＣが出力される。

増幅回路１００全体の出力信号としては、正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋の出力信号と、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−の出力電圧の差分値（正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋の出力信号から、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−の出力電圧を減算した信号）となるので、基準電圧が０Ｖであって（すなわち、グランド基準で、直流成分を含まない）、入力信号がアンプＩＣの利得で増幅された交流信号となる。

ここで、図１（ｃ）に示すように、電源電圧ＶＣＣにリップル成分が含まれるとき、正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋からはリップル成分を含まない出力信号が出力されるが、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−には１／２ＶＣＣが出力されるので、図１（ｄ）に示すように、リップル成分を含んでいる。その結果、増幅回路１００全体の出力信号としては、リップル成分を含んだ出力信号となる。

本実施形態においては、このようなリップル成分を除去するために、増幅回路１００がリップル除去手段を備えている。リップル除去手段は、正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋から出力される出力信号にも意図的にリップル成分を含ませることによって、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−に出力される電圧に含まれるリップル成分を相殺し、増幅回路１００の出力信号としてリップル成分を含まない信号とするものである。

リップル除去手段は、電源電圧ＶＣＣに含まれるリップル成分のみを抽出して、抽出したリップル成分を入力信号に混入させる。リップル除去手段は、電源ＶＣＣからの電源ラインが信号入力端子１０１ａに接続されており（すなわち、信号入力ラインに対して電源ラインがワイヤードＯＲ接続されており）、電源ラインには直列に抵抗Ｒ７及びコンデンサＣ７が設けられている。抵抗Ｒ７及びコンデンサＣ７は、電源電圧ＶＣＣに対して高域通過フィルタとして機能する。また、コンデンサＣ７は、アンプＩＣ２０１内部で生成されるバイアス電圧に影響を与えないように直流成分をカットする役割を有する。

従って、電源電圧ＶＣＣはコンデンサＣ７によって直流成分が除去されて、交流成分（高周波成分）であるリップル成分のみが入力信号に混入され、信号入力端子１０１ａに供給される。その結果、図１（ｂ）に示すように、差動増幅器１０２（正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋）の出力信号にもリップ成分が混入されることになる。正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋の出力信号に混入されたリップル成分は、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−の出力電圧に含まれるリップル成分によって相殺されるので、増幅回路１００の出力信号としては、図１（ｅ）に示すように、リップル成分を含まないものにすることができる。

増幅回路１００の出力信号からリップル成分を除去するためには、正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋の出力信号に混入されるリップル成分（図１（ｂ））と、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−の出力電圧に含まれるリップル成分（図１（ｄ））とを概略同じ（振幅、周波数、位相などを同一）にする必要がある。これを実現するためには、抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ３との抵抗値の比、及び、コンデンサＣ７とコンデンサＣ３との容量の比を適切な値に調整して、入力信号に混入するリップル成分の電圧値（すなわち、増幅回路１００の出力信号に対するリップル除去率）を調整することによって実現することができる。

なお、リップル除去手段において、信号入力端子１０１ａに接続される電源ラインを電源ＶＣＣから直接引き出すのではなく、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−から引き出して、１／２ＶＣＣに含まれるリップル成分を抽出して、入力信号に混入することも考えられる。しかしながら、本例のように、電源ＶＣＣから電源ラインを引き出して、電源電圧ＶＣＣからリップル成分を抽出して入力信号に混入することにより、以下の効果が得られる。

電源ＶＣＣに含まれるリップル成分の方が１／２ＶＣＣに含まれるリップル成分よりも大きいので、正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋の出力信号に混入させるリップル成分の振幅値の調整範囲を、アンプＩＣ１０１の利得や、抵抗、コンデンサの値を調整することにより、大きく取ることができる。すなわち、１／２ＶＣＣから抽出したリップル成分を正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋の出力信号に混入させる場合は、混入させるリップル成分の振幅の調整範囲が限られ、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−の出力電圧に含まれるリップル成分と等しくできない可能性がある。しかし、本例では、リップル成分の振幅の調整範囲が広いので、各値を適切な値に調整することで、負側出力端子ＳＰＯＵＴ−の出力電圧に含まれるリップル成分と略同じリップル成分を正側出力端子ＳＰＯＵＴ＋の出力信号に混入させ、増幅回路１００の出力信号からリップル成分の概略全てを除去することができる。

また、電源電圧ＶＣＣを２７Ｖ、抵抗Ｒ７を２２０ＫΩ、コンデンサＣ７を３３４ｐＦとした場合に、リップル成分を入力信号に混入することによる入力信号のオフセット電圧は０．８Ｖとなり、きわめて低い値となる。従って、電源ＶＣＣをオフ状態からオン動作させた場合に、入力信号のオフセット電圧は０Ｖから０．８Ｖに即座に達することができ、その結果、電源ラインを入力信号に接続しているにも関わらず、差動増幅器１０２の出力信号にポップノイズが混入することを防止できるという副次的な効果が得られる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。本例では、１つのチャンネル（左チャンネル又は右チャンネル）の増幅回路についてのみ説明したが、実際の増幅回路では左チャンネル及び右チャンネルについて共に上記のような回路構成が実現され得る。また、増幅手段としてアンプＩＣを使用したが、トランジスタ、抵抗及びコンデンサ等の電子部品を組み合わせて増幅手段を構成してもよい。

本発明は、例えばオーディオ用のパワーアンプとして特に好適に採用され得る。

（ａ）は、本発明の好ましい実施形態による増幅回路を示す概略回路図であり、（ｂ）〜（ｅ）は各点における波形を模式的に示す図である。（ａ）は、従来の増幅回路を示す概略回路図であり、（ｂ）〜（ｅ）は各点における波形を模式的に示す図である。

符号の説明

１００増幅回路
１０１アンプＩＣ
１０１ａ信号入力端子
１０１ｂ信号出力端子
１０１ｃ負帰還端子
１０１ｄ電源入力端子
１０１ｅ接地端子
１０２差動増幅器
ＳＰＯＵＴ＋正側出力端子
ＳＰＯＵＴ− 負側出力端子

Claims

電源と接地電位とが接続されて、単電源で動作する増幅回路であって、
入力信号が入力される信号入力端子と、
第１極性出力端子と、
該電源と該接地電位との間に接続され、変動成分を含む該電源電圧の２分の１の電圧を出力する第２極性出力端子と、
該信号入力端子に入力される入力信号を増幅し、該第１極性出力端子から該電源電圧の２分の１の電圧をバイアス電圧とする出力信号を出力する増幅手段とを備え、
該第１極性出力端子の出力信号と、該第２極性出力端子の出力電圧との差分値が該増幅回路の出力信号となり、
該電源電圧から変動成分のみを抽出して、該入力信号に混入させて、該第１極性出力端子の出力信号に変動成分を混入させることにより、該第２極性出力端子の出力電圧に含まれる変動成分を該第１極性出力端子の出力信号に混入させた変動成分によって相殺し、該増幅回路の出力信号から変動成分を除去する除去手段とをさらに備える、増幅回路。
前記除去手段が、前記電源と前記信号入力端子との間に接続された抵抗及びコンデンサを含む、請求項１に記載の増幅回路。