(57)【要約】【課題】  自励式Ｄ級増幅器において、出力側から入力側への負帰還量を増加させ、歪み特性の改善を図ることを目的とする。【解決手段】  入力信号に第２帰還回路からの帰還信号を帰還させた信号を増幅する前処理回路と、前処理回路の信号を積分する積分回路と、前記積分信号の電圧と所定の基準電圧とを比較してパルス幅変調信号を出力する比較器と、そのパルス幅変調信号を電力増幅するスイッチング回路と、電力増幅されたパルス幅変調信号から、増幅された出力信号を生成するローパスフィルタと、前記スイッチング回路の出力を前記積分回路の入力に帰還する第１帰還回路と、前記ローパスフィルタの出力を前記前処理回路の入力に帰還する第２帰還回路とを備える自励式Ｄ級増幅器。【選択図】  図１
2018056854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に第２帰還回路からの帰還信号を帰還させた信号を増幅する前処理回路と、
前記前処理回路で増幅された信号を積分し、その結果を積分信号として出力する積分回路と、
前記積分信号の電圧と所定の基準電圧とを比較して、パルス幅変調信号を出力する比較器と、
前記比較器から出力されるパルス幅変調信号を電力増幅するスイッチング回路と、
電力増幅されたパルス幅変調信号から、増幅された出力信号を生成するローパスフィルタと、
前記スイッチング回路の出力を前記積分回路の入力に帰還する第１帰還回路と、
前記ローパスフィルタの出力を前記前処理回路の入力に帰還する第２帰還回路と
を備えることを特徴とする自励式Ｄ級増幅器。
【請求項２】
入力信号に第２帰還回路からの帰還信号を帰還させた信号を積分する前処理回路と、
前記前処理回路で積分された信号をさらに積分し、その結果を積分信号として出力する積分回路と、
前記積分信号の電圧と所定の基準電圧とを比較して、パルス幅変調信号を出力する比較器と、
前記比較器から出力されるパルス幅変調信号を電力増幅するスイッチング回路と、
電力増幅されたパルス幅変調信号から、増幅された出力信号を生成するローパスフィルタと、
前記スイッチング回路の出力を前記積分回路の入力に帰還する第１帰還回路と、
前記ローパスフィルタの出力を前記前処理回路の入力に帰還する第２帰還回路と
を備えることを特徴とする自励式Ｄ級増幅器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の自励式Ｄ級増幅器において、
前記第２帰還回路は、微分回路であることを特徴とする自励式Ｄ級増幅器。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１つに記載の自励式Ｄ級増幅器において、
前記第２帰還回路は、前記ローパスフィルタの後段に設けられたスナバ回路であることを特徴とする自励式Ｄ級増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自励式のＤ級増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、オーディオ信号等を電力増幅する増幅器の１つとして、自励式のＤ級増幅器が知られている。
【０００３】
下記特許文献１の図１には、入力したオーディオ信号を積分する積分器と、該積分器の出力と所定の基準値とを比較し、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力する比較器と、該比較器からのＰＷＭ信号を電力増幅して出力する駆動回路およびスイッチ回路と、該スイッチ回路から出力されるＰＷＭ信号からキャリア成分を除去して、電力増幅されたオーディオ信号を復調するローパスフィルタ（ＬＰＦ）と、スイッチ回路の出力を積分器の反転入力に帰還する第１の帰還回路と、ＬＰＦ出力を微分回路で微分して前記積分器の反転入力に帰還する第２の帰還回路とを備えた自励式Ｄ級増幅器が開示されている。積分器からスイッチ回路に至り、第１の帰還回路で積分器の反転入力に帰還するループ回路は、当該ループ回路の位相遅れが１８０度となる周波数で自励発振する。この自励式Ｄ級増幅器では、ＬＰＦ出力を微分回路で微分して前記積分器の反転入力に負帰還をかけており、これにより増幅器のオーディオ帯域における歪み特性が改善されるとともに、増幅器のゲインが決まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２３９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の回路では、微分回路を介して積分器の入力側に負帰還をかけているが、微分回路を介しているため、特に低い周波数帯域での負帰還量が少なくなるという問題があった。オーディオ信号の増幅器としては、歪み特性をさらに改善するため、低い周波数帯域（オーディオ帯域）での負帰還量をさらに増加させたいという要求がある。
【０００６】
本発明の目的は、自励式Ｄ級増幅器において、出力側から入力側への負帰還量を増加させ、歪み特性の改善を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に係る自励式Ｄ級増幅器は、入力信号に第２帰還回路からの帰還信号を帰還させた信号を増幅する前処理回路と、前記前処理回路で増幅された信号を積分し、その結果を積分信号として出力する積分回路と、前記積分信号の電圧と所定の基準電圧とを比較して、パルス幅変調信号を出力する比較器と、前記比較器から出力されるパルス幅変調信号を電力増幅するスイッチング回路と、電力増幅されたパルス幅変調信号から、増幅された出力信号を生成するローパスフィルタと、前記スイッチング回路の出力を前記積分回路の入力に帰還する第１帰還回路と、前記ローパスフィルタの出力を前記前処理回路の入力に帰還する第２帰還回路とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る自励式Ｄ級増幅器は、入力信号に第２帰還回路からの帰還信号を帰還させた信号を積分する前処理回路と、前記前処理回路で積分された信号をさらに積分し、その結果を積分信号として出力する積分回路と、前記積分信号の電圧と所定の基準電圧とを比較して、パルス幅変調信号を出力する比較器と、前記比較器から出力されるパルス幅変調信号を電力増幅するスイッチング回路と、電力増幅されたパルス幅変調信号から、増幅された出力信号を生成するローパスフィルタと、前記スイッチング回路の出力を前記積分回路の入力に帰還する第１帰還回路と、前記ローパスフィルタの出力を前記前処理回路の入力に帰還する第２帰還回路とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の自励式Ｄ級増幅器において、前記第２帰還回路は、微分回路であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れか１つに記載の自励式Ｄ級増幅器において、前記第２帰還回路は、前記ローパスフィルタの後段に設けられたスナバ回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、自励式Ｄ級増幅器において、出力側から入力側への負帰還量を増加させ、歪み特性の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の自励式Ｄ級増幅器の回路図
【図２】変形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態である自励式Ｄ級増幅器１０の回路図を示す。１は増幅器の入力、２は増幅器１０の出力である。増幅器１０は、前処理回路１２、積分回路１４、比較器１６、スイッチング回路１７、ＬＰＦ１８、第１帰還回路２１、および第２帰還回路２２を備える。
【００１５】
前処理回路１２は、オペアンプ１２１とβ回路１２２からなる。β回路１２２は、オペアンプ１２１の反転入力端と出力端との間に接続された抵抗器１２３と、オペアンプ１２１の反転入力端と接地との間に接続された抵抗器１２４からなる。従って、前処理回路１２全体としては非反転増幅回路を構成している。非反転増幅回路である前処理回路１２は、入力１のオーディオ信号に第２帰還回路２２による帰還をかけたオーディオ信号を増幅し、増幅されたオーディオ信号を積分回路１４に出力する。積分回路１４は、抵抗器１４１とオペアンプ１４２とコンデンサ１４３とを備える。積分回路１４は、前処理回路１２からの信号を積分し、その結果の積分信号を比較器１６に出力する。積分回路１４は、反転積分回路になっており、入力した信号と逆相の積分信号を出力する。
【００１６】
比較器１６は、その積分信号を基準電圧（比較器１６の接地電圧）と比較することで、入力１のオーディオ信号をＰＷＭ変調したＰＷＭ信号を生成し出力する。スイッチング回路１７は、スイッチ駆動回路１７１とスイッチ回路１７２とからなり、比較器１６からのＰＷＭ信号を電力増幅して出力する。ＬＰＦ１８は、インダクタ１８１とコンデンサ１８２とからなり、電力増幅されたＰＷＭ信号からキャリア成分（自励発振の周波数成分）を除去し、電力増幅されたオーディオ信号を復調して、増幅器１０の出力２から出力する。
【００１７】
第１帰還回路２１は、スイッチング回路１７の出力信号を、積分回路１４のオペアンプ１４２の反転入力に帰還する。この帰還により、増幅器１０は、自励式Ｄ級増幅器として自励発振する。この自励発振のためのループ回路（積分回路１４からスイッチング回路１７に至り第１帰還回路２１により積分回路１４に帰還するループ回路）中に積分回路１４を設けているので、ある程度のオーディオ帯域での帰還量を増やせる効果が見込める。
【００１８】
第２帰還回路２２は、コンデンサ２２１と抵抗器２２２からなる微分回路である。第２帰還回路２２は、出力２のオーディオ信号を、前処理回路１２に入力するオーディオ信号に帰還する。この帰還により、増幅器１０のオーディオ帯域における歪み特性が改善される。本実施形態では、ＬＰＦ１８の出力を第２帰還回路２２により帰還し、さらに前処理回路１２により増幅しているので、前処理回路１２が無い場合よりさらに帰還量を増やして歪み特性を改善することができる。特に、非反転増幅回路である前処理回路１２は、オーディオ帯域（低い周波数帯域）で高いゲインを示す周波数特性を持つ。従って、前処理回路１２があることで、従来のものよりも、オーディオ帯域での負帰還量を増加させ歪み特性をさらに改善することができる。
【００１９】
図２（ａ）は、図１の前処理回路１２の変形例であり、前処理回路１２として非反転積分回路を適用した変形例を示す。図１の前処理回路１２の部分を図２（ａ）に置き換えるものとし、図１の他の構成は同じとする。図２（ａ）の前処理回路１２は、オペアンプ１２１、コンデンサ１２５と抵抗器１２６からなるβ回路１２２、抵抗器１２７、およびコンデンサ１２８を備え、第２帰還回路２２による帰還をかけたオーディオ信号を積分して、その結果の積分信号を積分回路１４に出力する。以後の信号処理は、図１と同様である。
【００２０】
図２（ａ）の変形例によれば、入力１のオーディオ信号に第２帰還回路２２による負帰還をかけたオーディオ信号を積分し、その結果の積分信号を積分回路１４でさらに積分している。結果として、帰還量を増やして歪み特性を改善することができる。特に、非反転積分回路である前処理回路１２は、オーディオ帯域（低い周波数帯域）で高いゲインを示す周波数特性を持つ。従って、前処理回路１２があることで、従来のものよりも、オーディオ帯域での負帰還量を増加させ歪み特性をさらに改善することができる。
【００２１】
図２（ｂ）は、第２帰還回路２２の変形例を示す。この変形例は、図１のＬＰＦ１８の後段に、コンデンサ１９と抵抗器２０からなるスナバ回路（あるいはダンパー回路）と呼ばれる回路を設けたものであり、その他の構成は図１と同じである。スナバ回路は、増幅器１０が無負荷または軽負荷となったときにＬＰＦ１８の共振周波数で生じる出力のピークを抑えるためのものである。このような回路が設けられている場合、図２（ｂ）に示すように、コンデンサ１９と抵抗器２０の接続位置から帰還信号を取り出して、入力１側に帰還するように構成してもよい。この場合、コンデンサ１９と抵抗器２０が図１の第２帰還回路２２（微分回路）の役割を果たすので、第２帰還回路２２は無くてもよい。
【００２２】
上記実施形態によれば、ＬＰＦ１８の前段から大量に負帰還をかけることができるので、結果として低歪みが実現可能である。１次タイプが設計しやすいが、スタガ比を確保すれば２次以上の積分タイプも可能である。また、原理的に感度が高くなるポイントが発生しないため、ノイズ耐性が優れている。高速、広帯域タイプを使えば高い周波数（５ｋＨｚ〜）でも低歪みを実現できる。
【００２３】
なお、上記実施形態における具体的な回路構成は、説明したものに限ることなく、適宜改変して実施可能である。例えば、積分回路２２や第１帰還回路２７や第２帰還回路２８などの構成は、図に示したものに限られるものではない。第１帰還回路２７及び第２帰還回路２８は微分回路でも良い。
【符号の説明】
【００２４】
１…入力、２…出力、１２…前処理回路，１４…積分回路、１６…比較器、１７…スイッチング回路、１８…ＬＰＦ、２１…第１帰還回路、２２…第２帰還回路。
【図１】
2018056854.tif 000003
【図２】
2018056854.tif 000004