(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の入力信号に応じた信号をそれぞれが出力し、互いに相補的な電気的特性を有する第１および第２電流駆動源と、
前記第１電流駆動源から信号が与えられる第１擬似三極管特性増幅部と、
前記第２電流駆動源から信号が与えられ、前記第１擬似三極管特性増幅部の電気的特性に対し相補的な電気的特性を有する第２擬似三極管特性増幅部と、を備え、
前記第１および第２擬似三極管特性増幅部のそれぞれは、
第１電極、第２電極、および制御電極を備え、前記制御電極に与えられた信号に応じて前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流が変化する半導体素子と、
与えられた信号を前記制御電極に導くための入力端子と、
前記第１電極から引き出された経路に設けられ、接地導体との間に音響負荷が接続される音響負荷端子と、
前記第２電極と電圧基準端子との間に設けられる第２電極側抵抗器と、
前記第１電極と前記入力端子との間に設けられる入力側抵抗器と、
を備え、
前記第１擬似三極管特性増幅部における前記電圧基準端子、および前記第２擬似三極管特性増幅部における前記電圧基準端子には、互いに極性の異なる直流電圧が接地導体との間に印加され、
前記第１擬似三極管特性増幅部における前記音響負荷端子と前記第２擬似三極管特性増幅部における前記音響負荷端子は共通に接続され、前記第１および第２擬似三極管特性増幅部に対して共通の音響負荷が接続され、
前記第１電流駆動源は、
前記第１擬似三極管特性増幅部における前記入力端子の入力インピーダンスよりも大きい信号源インピーダンスを以て、前記入力信号に応じて変化する電流を当該入力端子に流す、電流駆動用半導体素子を備え、
前記第２電流駆動源は、
前記第２擬似三極管特性増幅部における前記入力端子の入力インピーダンスよりも大きい信号源インピーダンスを以て、前記入力信号に応じて変化する電流を当該入力端子に流す、電流駆動用半導体素子を備える、
ことを特徴とする音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置。
【請求項２】
請求項１に記載の音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置において、
前記第２擬似三極管特性増幅部における前記入力端子に接続されたカレントミラー回路と、
前記第２擬似三極管特性増幅部における前記第２電極および前記第２電極側抵抗器の接続経路と、前記カレントミラー回路とに接続され、当該接続経路の電位と基準電位とに応じた電流を前記カレントミラー回路に流すバイアス安定化回路と、
を備え、
前記カレントミラー回路は、
前記バイアス安定化回路から流れる電流に応じた電流を前記第２擬似三極管特性増幅部における前記入力端子から前記カレントミラー回路に至る経路に流すことを特徴とする音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置において、
前記第１擬似三極管特性増幅部における前記入力端子および前記音響負荷端子に接続されたドリフト安定化回路を備え、
前記ドリフト安定化回路は、
前記音響負荷端子の電位と接地電位とに応じた電流を前記第１擬似三極管特性増幅部における前記入力端子から前記ドリフト安定化回路に至る経路に流すことを特徴とする音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置において、
前記第１および第２擬似三極管特性増幅部のそれぞれは、
前記入力端子の電圧と前記第２電極の電圧との関係を一定に保持すると共に、前記入力端子の電圧に応じた電圧を前記制御電極に出力する電圧保持回路を備え、
前記電圧保持回路は、
前記入力端子に接続される第１端子、前記第２電極に接続される第２端子、および前記制御電極に接続される第３端子を備え、前記第１および第２端子を差動入力端子対として有し、前記第３端子を出力端子として有する差動増幅回路であることを特徴とする擬似三極管特性プッシュプル増幅装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置において、
前記第１および第２擬似三極管特性増幅部のそれぞれは、
前記入力端子と前記電圧基準端子との間に設けられる副入力側抵抗器を備えることを特徴とする音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置。
【請求項６】
第１電極、第２電極、および制御電極を備え、前記制御電極に与えられた信号に応じて前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流が変化する半導体素子と、
電流駆動源から与えられた信号を前記制御電極に導くための入力端子と、
前記第１電極から引き出された経路に設けられ、一端が接地導体に接続された直流電圧源の他端との間に音響負荷が接続される音響負荷端子と、
前記第２電極と接地導体との間に設けられる第２電極側抵抗器と、
前記第１電極と前記入力端子との間に設けられる入力側抵抗器と、
前記入力端子の電圧と前記第２電極の電圧との関係を一定に保持すると共に、前記入力端子の電圧に応じた電圧を前記制御電極に出力する電圧保持回路と、
を備え、
前記電流駆動源は、
前記入力端子における入力インピーダンスより大きい信号源インピーダンスを以て、前記入力端子に音響信号としての電流を流し、
前記音響負荷は、
前記音響負荷端子と前記直流電圧源との間に一次側巻線が接続され、二次側巻線にスピーカが接続される整合トランスを備え、
前記電圧保持回路は、
前記入力端子に接続される第１端子、前記第２電極に接続される第２端子、および前記制御電極に接続される第３端子を備え、前記第１および第２端子を差動入力端子対として有し、前記第３端子を出力端子として有する差動増幅回路であり、
前記音響負荷端子に流れる電流と、前記音響負荷端子および接地導体の間の電圧との関係を示す出力特性直線は、前記音響信号としての電流の変化に対し一定の割合で平行移動し、
前記音響負荷の特性に基づき前記出力特性直線上に定まる駆動点に応じた電圧および電流が、前記音響負荷に与えられることを特徴とする音響用擬似三極管特性増幅装置。  
【請求項７】
請求項６に記載の音響用擬似三極管特性増幅装置において、
前記入力端子と前記電圧基準端子との間に設けられる副入力側抵抗器を備えることを特徴とする音響用擬似三極管特性増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響用増幅装置に関し、半導体素子を用いた音響用増幅装置の特性改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
チューナ、ＣＤプレーヤ、携帯メディアプレーヤ等の音源機器から出力された音響信号を増幅しスピーカを駆動するオーディオアンプが広く用いられている。従来においては、自然な音を発するアンプとして三極管を用いたアンプが親しまれていた。しかし、三極管等の真空管には寿命が短いという問題があり、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等の半導体素子を用いたオーディオアンプが真空管オーディオアンプに取って代わった。半導体素子を用いたオーディオアンプには、バイアス電圧の安定化、出力信号に含まれる歪み成分の低減等を目的として、最終段回路と初段回路との間に負帰還経路が設けられることが多い。
【０００３】
なお、以下の特許文献１には、最終段回路から初段回路に負帰還経路が設けられたオーディオ用パワーアンプが記載されている。また、特許文献２には、三極管領域で動作するＭＯＳＦＥＴを増幅装置が記載されている。ここで三極管領域とは、ドレイン電流とドレイン・ソース間電圧との関係が、三極管におけるプレート電流とプレート・カソード間電圧との関係に近似した領域をいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７６０３７号公報
【特許文献２】特開２０００−３４９５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負帰還経路が設けられたオーディオアンプでは、負荷が線形特性を有する抵抗器であるとみなせる場合には、負帰還経路による特性改善効果がある。しかし、通常、負荷は非線形特性を有するスピーカである。このような場合、スピーカを駆動する出力信号の特性改善に負帰還経路が必ずしも寄与せず、不自然な音がスピーカから発せられることがある。
【０００６】
本発明は、半導体素子を用いた音響用増幅装置において、その特性を三極管アンプの特性に近似させると共に、負荷に供給される出力信号の歪み成分を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、共通の入力信号に応じた信号をそれぞれが出力し、互いに相補的な電気的特性を有する第１および第２電流駆動源と、前記第１電流駆動源から信号が与えられる第１擬似三極管特性増幅部と、前記第２電流駆動源から信号が与えられ、前記第１擬似三極管特性増幅部の電気的特性に対し相補的な電気的特性を有する第２擬似三極管特性増幅部と、を備え、前記第１および第２擬似三極管特性増幅部のそれぞれは、第１電極、第２電極、および制御電極を備え、前記制御電極に与えられた信号に応じて前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流が変化する半導体素子と、与えられた信号を前記制御電極に導くための入力端子と、前記第１電極から引き出された経路に設けられ、接地導体との間に音響負荷が接続される音響負荷端子と、前記第２電極と電圧基準端子との間に設けられる第２電極側抵抗器と、前記第１電極と前記入力端子との間に設けられる入力側抵抗器と、を備え、前記第１擬似三極管特性増幅部における前記電圧基準端子、および前記第２擬似三極管特性増幅部における前記電圧基準端子には、互いに極性の異なる直流電圧が接地導体との間に印加され、前記第１擬似三極管特性増幅部における前記音響負荷端子と前記第２擬似三極管特性増幅部における前記音響負荷端子は共通に接続され、前記第１および第２擬似三極管特性増幅部に対して共通の音響負荷が接続され、前記第１電流駆動源は、前記第１擬似三極管特性増幅部における前記入力端子の入力インピーダンスよりも大きい信号源インピーダンスを以て、前記入力信号に応じて変化する電流を当該入力端子に流す、電流駆動用半導体素子を備え、前記第２電流駆動源は、前記第２擬似三極管特性増幅部における前記入力端子の入力インピーダンスよりも大きい信号源インピーダンスを以て、前記入力信号に応じて変化する電流を当該入力端子に流す、電流駆動用半導体素子を備える、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、半導体素子として、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等を用いることができる。バイポーラトランジスタを用いた場合、第１電極、第２電極および制御電極は、それぞれ、コレクタ電極、エミッタ電極およびベース電極である。また、ＦＥＴを用いた場合、第１電極、第２電極および制御電極は、それぞれ、ドレイン電極、ソース電極およびゲート電極である。また、半導体素子として、第１電極、第２電極、および制御電極を備え、前記制御電極に与えられた信号に応じて前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流が変化するレギュレータ素子を用いてもよい。
【０００９】
本発明に係る音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置は、望ましくは、前記第２擬似三極管特性増幅部における前記入力端子に接続されたカレントミラー回路と、前記第２擬似三極管特性増幅部における前記第２電極および前記第２電極側抵抗器の接続経路と、前記カレントミラー回路とに接続され、当該接続経路の電位と基準電位とに応じた電流を前記カレントミラー回路に流すバイアス安定化回路と、を備え、前記カレントミラー回路は、前記バイアス安定化回路から流れる電流に応じた電流を前記第２擬似三極管特性増幅部における前記入力端子から前記カレントミラー回路に至る経路に流す。
【００１０】
本発明に係る音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置は、望ましくは、前記第１擬似三極管特性増幅部における前記入力端子および前記音響負荷端子に接続されたドリフト安定化回路を備え、前記ドリフト安定化回路は、前記音響負荷端子の電位と接地電位とに応じた電流を前記第１擬似三極管特性増幅部における前記入力端子から前記ドリフト安定化回路に至る経路に流す。
【００１１】
本発明に係る音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置は、望ましくは、前記第１および第２擬似三極管特性増幅部のそれぞれは、前記入力端子の電圧と前記第２電極の電圧との関係を一定に保持すると共に、前記入力端子の電圧に応じた電圧を前記制御電極に出力する電圧保持回路を備え、前記電圧保持回路は、前記入力端子に接続される第１端子、前記第２電極に接続される第２端子、および前記制御電極に接続される第３端子を備え、前記第１および第２端子を差動入力端子対として有し、前記第３端子を出力端子として有する差動増幅回路である。
【００１２】
本発明に係る音響用擬似三極管特性プッシュプル増幅装置は、望ましくは、前記第１および第２擬似三極管特性増幅部のそれぞれは、前記入力端子と前記電圧基準端子との間に設けられる副入力側抵抗器を備える。
【００１３】
本発明は、第１電極、第２電極、および制御電極を備え、前記制御電極に与えられた信号に応じて前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流が変化する半導体素子と、電流駆動源から与えられた信号を前記制御電極に導くための入力端子と、前記第１電極から引き出された経路に設けられ、一端が接地導体に接続された直流電圧源の他端との間に音響負荷が接続される音響負荷端子と、前記第２電極と接地導体との間に設けられる第２電極側抵抗器と、前記第１電極と前記入力端子との間に設けられる入力側抵抗器と、前記入力端子の電圧と前記第２電極の電圧との関係を一定に保持すると共に、前記入力端子の電圧に応じた電圧を前記制御電極に出力する電圧保持回路と、を備え、前記電流駆動源は、前記入力端子における入力インピーダンスより大きい信号源インピーダンスを以て、前記入力端子に音響信号としての電流を流し、前記音響負荷は、前記音響負荷端子と前記直流電圧源との間に一次側巻線が接続され、二次側巻線にスピーカが接続される整合トランスを備え、前記電圧保持回路は、前記入力端子に接続される第１端子、前記第２電極に接続される第２端子、および前記制御電極に接続される第３端子を備え、前記第１および第２端子を差動入力端子対として有し、前記第３端子を出力端子として有する差動増幅回路であり、前記音響負荷端子に流れる電流と、前記音響負荷端子および接地導体の間の電圧との関係を示す出力特性直線は、前記音響信号としての電流の変化に対し一定の割合で平行移動し、前記音響負荷の特性に基づき前記出力特性直線上に定まる駆動点に応じた電圧および電流が、前記音響負荷に与えられることを特徴とする。  
【００１４】
また、本発明に係る音響用擬似三極管特性増幅装置は、望ましくは、前記入力端子と前記電圧基準端子との間に設けられる副入力側抵抗器を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体素子を用いた音響用増幅装置において、その特性を三極管アンプの特性に近似させると共に、負荷に供給される出力信号の歪み成分を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る擬似三極管特性リニアアンプの構成を示す図である。
【図２】擬似三極管回路の構成を示す図である。
【図３】負荷端子電流と負荷端子電圧との関係を示す図である。
【図４】擬似三極管特性リニアアンプの負荷特性を示す図である。
【図５】擬似三極管特性リニアアンプの具体的な構成例を示す図である。
【図６】レギュレータ素子を用いた擬似三極管特性リニアアンプの構成を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る擬似三極管特性・ＯＴＬプッシュプルリニアアンプの構成を示す図である。
【図８】レギュレータ素子を用いた擬似三極管特性・ＯＴＬプッシュプルリニアアンプの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に本発明の第１実施形態に係る擬似三極管特性リニアアンプの構成を示す。擬似三極管特性リニアアンプは、半導体素子を用いつつもその特性を三極管アンプの特性に近似させると共に、出力信号の歪みを低減したものである。半導体素子としては、３つの電極、すなわち、第１電極、第２電極、および制御電極を備え、制御電極に与えられた信号に応じて第１電極と第２電極との間を流れる電流が変化するものを用いる。ここでは、半導体素子としてバイポーラトランジスタを用いる回路構成について説明する。なお、以下の説明では、バイポーラトランジスタを単にトランジスタと称する。
【００１８】
擬似三極管特性リニアアンプの入力端子Ｔ１は、差動増幅回路１２の正相端子に接続されている。また、差動増幅回路１２の逆相端子はトランジスタ１０のエミッタ電極に接続され、差動増幅回路１２の出力端子はトランジスタ１０のベース電極に接続されている。トランジスタ１０のコレクタ電極と入力端子Ｔ１との間には、入力側抵抗器Ｒ２が接続され、入力端子Ｔ１と接地導体との間には副入力側抵抗器Ｒ３が接続されている。トランジスタ１０のエミッタ電極と接地導体との間には出力側抵抗器Ｒ１が接続されている。そして、トランジスタ１０のコレクタ電極には、負荷端子ＴＬが接続されている。また、差動増幅回路１２の代わりに、入力端子Ｔ１とエミッタ電極との間の電圧を一定に維持し、入力端子Ｔ１の電圧に応じた電圧をベース電極に出力する一般的な回路（電圧保持回路）を用いてもよい。
【００１９】
入力端子Ｔ１と接地端子ＴＧとの間には電流駆動源１６が接続される。電流駆動源１６は、擬似三極管特性リニアアンプの入力インピーダンスよりも十分大きい信号源インピーダンスを有し、擬似三極管特性リニアアンプに入力する信号電流の大きさがその入力インピーダンスに大きく依存しない信号電流源である。負荷端子ＴＬと接地端子ＴＧとの間には、直列接続された音響負荷１８および直流電圧源１４が接続される。直流電圧源１４の正極端子は音響負荷１８に接続され、負極端子は接地端子ＴＧに接続される。音響負荷１８は、スピーカ等、電気信号を音に変換する負荷である。
【００２０】
擬似三極管特性リニアアンプの動作原理について説明する。ここでは、負荷端子ＴＬにおける電圧と電流との関係について説明するため、音響負荷１８を短絡した図２に示す擬似三極管回路について解析を行う。コレクタ電極に流入する電流をＩ１、コレクタ電極から入力端子Ｔ１へ向かう方向に入力側抵抗器Ｒ２を流れる電流をＩ２、入力端子Ｔ１から電流駆動源１６に流れる電流をＩｂ、直流電圧源１４の正極端子から負荷端子ＴＬに流れる電流をＩ、負荷端子ＴＬの電圧をＥｖとすると、次の（数１）に示す回路方程式が成立する。ただし、トランジスタ１０のベース電流は、コレクタ電流よりも十分小さいものとし、差動増幅回路１２の正相端子と逆相端子との間の電圧は等しいものとする。
【数１】
0004714299.tif 000002
【００２１】
この回路方程式を解くことにより、直流電圧源１４の正極端子から負荷端子ＴＬに流れる負荷端子電流Ｉと、入力端子Ｔ１から電流駆動源１６に流れる駆動源電流Ｉｂとの関係を示す式として、次の（数２）に示す式が得られる。
【数２】
0004714299.tif 000003
【００２２】
ここで、駆動源電流Ｉｂをパラメータとした場合における、負荷端子電流Ｉと負荷端子電圧Ｅｖとの関係を図３に示す。図３の横軸は負荷端子電圧Ｅｖを示し縦軸は負荷端子電流Ｉを示す。駆動源電流Ｉｂが一定の場合、負荷端子電流Ｉは負荷端子電圧Ｅｖの変化に対して直線的に変化する。この出力特性直線は、横軸上の点（Ｖ０，０）を通り、（数２）の右辺第１項のＥｖに乗ぜられている係数（Ｒ１＋Ｒ３）／Ｒ１／（Ｒ２＋Ｒ３）を傾きとする直線である。ここで、Ｖ０＝Ｒ３（Ｒ２−Ｒ１）Ｉｂ／（Ｒ１＋Ｒ３）である。
【００２３】
パラメータである駆動源電流Ｉｂが変化すると、出力特性直線は横軸方向に平行移動する。この移動量は、（数２）の右辺第２項に基づいて定まる。すなわち、駆動源電流ＩｂがΔだけ変化すると、出力特性直線の切片は、−Ｒ３（Ｒ２−Ｒ１）Δ／Ｒ１／（Ｒ２＋Ｒ３）だけ変化し、出力特性直線はＲ３（Ｒ２−Ｒ１）Δ／（Ｒ１＋Ｒ３）だけ横軸方向に平行移動する。
【００２４】
このように、負荷端子電流Ｉが、負荷端子電圧Ｅｖの変化に対して直線的に変化し、駆動源電流Ｉｂの変化に対し一定の割合で出力特性直線が平行移動するのは、差動増幅回路１２によってトランジスタ１０のベース電極とエミッタ電極との間の電圧を一定値に維持していることによるものである。
【００２５】
駆動源電流Ｉｂを三極管のグリッド電圧に対応させた場合、負荷端子電流Ｉと負荷端子電圧Ｅｖとの関係は、三極管におけるプレート電流とプレート電圧との関係を直線化したものに近似している。したがって、図２に示す擬似三極管回路を用いることにより、その特性を三極管アンプの特性に近似させたアンプを構成することができる。
【００２６】
図１の擬似三極管特性リニアアンプの動作について説明する。図４に擬似三極管特性リニアアンプの負荷特性を示す。横軸は、負荷端子電圧Ｅｖを示し縦軸は負荷端子電流Ｉを示す。この特性は出力特性直線と負荷線２２との交点を駆動点２０とし、駆動点２０によって音響負荷１８の状態を表すものである。駆動点２０の電圧座標値と電源電圧Ｅとの差は、音響負荷１８に印加されている電圧値を示し、駆動点２０の電圧座標値は、トランジスタ１０のコレクタ電極と接地導体との間の電圧値を示す。また、駆動点２０の電流座標値は音響負荷１８に流れる電流を示す。仮に音響負荷１８が抵抗値ＲＬの抵抗器であるものとすると、負荷線２２は、横軸上の点（Ｅ，０）を通り、傾きが−ＲＬの直線となる。
【００２７】
駆動源電流Ｉｂが変化すると出力特性直線は横軸方向に平行移動し、駆動点２０は、負荷線２２上を移動する。したがって、駆動源電流Ｉｂの変化に応じて音響負荷１８に印加される電圧および音響負荷１８に流れる電流が変化する。これによって、駆動源電流Ｉｂが増幅された結果としての電圧および電流が音響負荷１８に与えられる。
【００２８】
例えば、駆動源電流Ｉｂが、バイアス電流Ｉｂｘと信号電流Ｉｂｓとからなり、Ｉｂ＝Ｉｂｘ＋Ｉｂｓと表される場合、駆動点２０は、Ｉｂ＝Ｉｂｘのときの出力特性直線と負荷線２２との交点を中心点として、信号電流Ｉｂｓに応じて負荷線２２上を移動する。図４の波形Ｓ１は、Ｉｂ＝Ｉｂｘのときの出力特性直線を時間軸として信号電流Ｉｂｓの波形を示したものである。音響負荷１８に流れる信号電流の時間波形は、図４の左側の波形Ｓ２に示すように、信号電流Ｉｂｓに応じて負荷線２２上を移動する駆動点２０の軌跡を縦軸に投影して得られる波形となる。
【００２９】
本実施形態に係る擬似三極管特性リニアアンプによれば、負荷端子電流Ｉと負荷端子電圧Ｅｖとの関係を、三極管のプレート電流とプレート電圧との関係に近似させることができる。これによって、三極管アンプと同様の音響特性を有するアンプを半導体素子を用いて構成することができる。さらに、本実施形態に係る擬似三極管特性リニアアンプによれば、負荷端子電流Ｉと負荷端子電圧Ｅｖとの関係が直線化され、駆動源電流Ｉｂの変化に対し一定の割合で出力特性直線が平行移動する。そのため、音響負荷１８に供給される出力信号の歪みを低減することができる。
【００３０】
図５に擬似三極管特性リニアアンプの具体的な構成例を示す。このアンプは、整合トランス２４およびスピーカ２６を音響負荷１８としたシングルアンプである。トランジスタ１０のバイアス電圧およびバイアス電流は、擬似三極管特性リニアアンプがＡ級で動作すするよう定められる。負荷端子ＴＬからアンプ側を見た出力インピーダンスは、スピーカ２６のインピーダンスよりも大きい。そこで、出力インピーダンスとスピーカ２６のインピーダンスとを整合をさせるため、本具体例では整合トランス２４が用いられている。整合トランス２４の一次側巻線は、負荷端子ＴＬと直流電圧源１４の正極端子との間に接続されている。スピーカ２６は整合トランス２４の二次側巻線の両端に接続されている。
【００３１】
なお、本実施形態に係る擬似三極管特性リニアアンプにおいては、副入力側抵抗器Ｒ３を取り外しこの部分を開放した構成としてもよい。この場合、負荷端子電流Ｉと駆動源電流Ｉｂとの関係は、次の（数３）のようになる。（数３）は、（数２）においてＲ３を無限大にすることで得られる式である。
【数３】
0004714299.tif 000004
【００３２】
また、スピーカ２６から発せられる音の質は、出力特性直線の傾き、駆動源電流Ｉｂの変化に対する出力特性直線の平行移動量等に依存する。（数２）から明らかなようにこれらの値は、出力側抵抗器Ｒ１、入力側抵抗器Ｒ２および副入力側抵抗器Ｒ３の各抵抗値を変化させることで調整することができる。したがって、出力側抵抗器Ｒ１、入力側抵抗器Ｒ２および副入力側抵抗器Ｒ３の抵抗値は、スピーカ２６から発せられる音が最適になるよう調整することが好ましい。
【００３３】
半導体素子としては、トランジスタの代わりにＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いてもよい。この場合、トランジスタのベース電極、コレクタ電極およびエミッタ電極が接続される箇所には、それぞれ、ＦＥＴのゲート電極、ドレイン電極およびソース電極が接続される。
【００３４】
本実施形態に係る擬似三極管特性リニアアンプにおいては、図６に示すようにレギュレータ素子ＩＣ１０が用いられてもよい。レギュレータ素子ＩＣ１０としては、例えば、ナショナルセミコンダクタ社によって提供されている「ＬＭ３１７」が用いられる。ＩＮ端子、ＯＵＴ端子およびＡＪ端子は、それぞれ、第１電極、第２電極、および制御電極に対応する。ＩＮ端子は負荷端子ＴＬに接続され、ＯＵＴ端子は出力側抵抗器Ｒ１の一端に接続されている。また、ＡＪ端子は、入力側抵抗器Ｒ２および副入力側抵抗器Ｒ３の接続点に接続されている。レギュレータ素子ＩＣ１０のＩＮ端子の電圧と、ＩＮ端子から流入してＯＵＴ端子から流出する電流とは線形の関係にあるため、図１に示すような差動増幅回路１４を設けなくても、負荷に供給される出力信号の歪み成分を低減する効果が得られる。
【００３５】
このような構成によっても、負荷端子電流Ｉと負荷端子電圧Ｅｖとの関係は、三極管のプレート電流とプレート電圧との関係に近似する。さらに、負荷端子電流Ｉと負荷端子電圧Ｅｖとの関係が直線化され、駆動源電流Ｉｂの変化に対し一定の割合で出力特性直線が平行移動する。これによって、音響特性を三極管アンプの特性に近似させると共に、出力信号の歪みを低減させることができる。
【００３６】
図７に、本発明の第２実施形態に係る擬似三極管特性・ＯＴＬプッシュプルリニアアンプの構成を示す。このアンプは、ドライブ部２８および電力増幅部３０のそれぞれについて、相補的な特性を有する一対の回路を用い、ＯＴＬ（Output Transformer Less）プッシュプル回路を構成したものである。ドライブ部２８には、電源電圧として直流正電圧＋ＶＢおよび直流負電圧−ＶＢが印加され、電力増幅部３０には、電源電圧として直流正電圧＋ＶＡおよび直流負電圧−ＶＡが印加されている。
【００３７】
ドライブ部２８は、電力増幅部３０に対する電流駆動源として機能する。ドライブ部２８のうち、直流正電圧＋ＶＢによって動作する正電源ドライブ部２８Ｐの回路構成について説明する。入力端子Ｔ２には抵抗器Ｒａの一端が接続されている。抵抗器Ｒａの他端は差動増幅回路３４の正相端子に接続されている。正電源端子＋ＶＢと差動増幅回路３４の正相端子との間には、抵抗器Ｒｂが接続されている。差動増幅回路３４の逆相端子は、ＮＰＮ型トランジスタ３６のエミッタ電極に接続され、差動増幅回路３４の出力端子は、ＮＰＮ型トランジスタ３６のベース電極に接続されている。ＮＰＮ型トランジスタ３６のエミッタ電極と接地導体との間には抵抗器Ｒｃが接続され、正電源端子＋ＶＢとＮＰＮ型トランジスタ３６のコレクタ電極との間には直流定電流源３８が接続されている。ＮＰＮトランジスタ３６のコレクタ電極は、電力増幅部３０の正側入力端子Ｔ３に接続されている。
【００３８】
直流定電流源３８は、ＮＰＮトランジスタ３６および電力増幅部３０にバイアス電流を供給する。直流定電流源３８は、ＮＰＮトランジスタ３６のコレクタ電極に流れる電流の信号成分に対しては十分大きいインピーダンスを有し、ＮＰＮトランジスタ３６のコレクタ電流に含まれる信号成分は電力増幅部３０の正側入力端子Ｔ３に流れる。
【００３９】
ドライブ部２８のうち、直流負電圧−ＶＢによって動作する負電源ドライブ部２８Ｎは、接地導体を正電源ドライブ部２８Ｐと共通とし、バイアス電圧およびバイアス電流の極性を正電源ドライブ部２８Ｐのバイアス電圧および電流の極性に対し逆にしたものである。正電源ドライブ部２８ＰにＮＰＮ型トランジスタ３６を用いるのに対し、負電源ドライブ部２８ＮにはＰＮＰ型トランジスタ３６Ｎを用いる。負電源ドライブ部２８Ｎに含まれるデバイスについては、正電源ドライブ部２８Ｐに含まれる相補的な関係にあるデバイスに付された符号の末尾に「Ｎ」を付する。
【００４０】
入力端子Ｔ２には抵抗器ＲａＮの一端が接続されている。抵抗器ＲａＮの他端は差動増幅回路３４Ｎの正相端子に接続されている。負電源端子−ＶＢと差動増幅回路３４Ｎの正相端子との間には、抵抗器ＲｂＮが接続されている。差動増幅回路３４Ｎの逆相端子は、ＰＮＰ型トランジスタ３６Ｎのエミッタ電極に接続され、差動増幅回路３４Ｎの出力端子は、ＰＮＰ型トランジスタ３６Ｎのベース電極に接続されている。ＰＮＰ型トランジスタ３６Ｎのエミッタ電極と接地導体との間には抵抗器ＲｃＮが接続され、負電源端子−ＶＢとＰＮＰ型トランジスタ３６Ｎのコレクタ電極との間には直流定電流源３８Ｎが接続されている。ＰＮＰ型トランジスタ３６Ｎのコレクタ電極は、電力増幅部３０の負側入力端子Ｔ３Ｎに接続されている。
【００４１】
直流定電流源３８Ｎは、ＰＮＰトランジスタ３６Ｎおよび電力増幅部３０にバイアス電流を供給する。直流定電流源３８Ｎは、ＰＮＰトランジスタ３６Ｎのコレクタ電極に流れる電流の信号成分に対しては十分大きいインピーダンスを有し、ＰＮＰトランジスタ３６Ｎのコレクタ電流に含まれる信号成分は電力増幅部３０の負側入力端子Ｔ３Ｎに流れる。
【００４２】
入力端子Ｔ２と接地導体との間には信号源３２が接続される。この信号源３２は、チューナ、ＣＤプレーヤ、携帯メディアプレーヤ等の音源機器に相当する。正電源ドライブ部２８Ｐの差動増幅回路３４は、抵抗器Ｒａを介して入力された信号を増幅し、ＮＰＮトランジスタ３６のベース電極に出力する。電力増幅部３０の正側入力端子Ｔ３とＮＰＮトランジスタ３６のコレクタ電極とを結ぶ経路には、ベース電極に与えられた信号に応じた電流が流れる。これによって、電力増幅部３０の正側入力端子Ｔ３には、信号源３２から出力された信号に応じた電流が流れる。
【００４３】
同様に、負電源ドライブ部２８Ｎの差動増幅回路３４Ｎは、抵抗器ＲａＮを介して入力された信号を増幅し、ＰＮＰトランジスタ３６Ｎのベース電極に出力する。電力増幅部３０の負側入力端子Ｔ３ＮとＰＮＰトランジスタ３６Ｎのコレクタ電極とを結ぶ経路には、ベース電極に与えられた信号に応じた電流が流れる。これによって、電力増幅部３０の負側入力端子Ｔ３Ｎには、信号源３２から出力された信号に応じた電流が流れる。
【００４４】
このように、ドライブ部２８は、信号源３２から出力された信号を増幅し、増幅後の信号に応じた電流を電力増幅部３０の正側入力端子Ｔ３および負側入力端子Ｔ３Ｎに流す。これによって、ドライブ部２８は、電力増幅部３０に対する電流駆動源として機能する。
【００４５】
また、正電源ドライブ部２８Ｐおよび負電源ドライブ部２８Ｎは、それぞれ、差動増幅回路３４および３４Ｎを備える。これによって、図１に示した差動増幅回路と同様の動作により、ドライブ部２８が電力増幅部３０の各入力端子に流す電流の歪みが低減される。
【００４６】
次に電力増幅部３０について説明する。電力増幅部３０は、直流正電圧＋ＶＡによって動作する正電源・増幅部３０Ｐと、直流負電圧−ＶＢによって動作する負電源・増幅部３０Ｎとを備える。
【００４７】
正電源・増幅部３０Ｐの回路構成について説明する。正側入力端子Ｔ３は差動増幅回路４０の正相端子に接続されている。また、差動増幅回路４０の逆相端子はＰチャネルＦＥＴ４２のソース電極Ｓに接続され、差動増幅回路４０の出力端子はＰチャネルＦＥＴ４２のゲート電極に接続されている。ＰチャネルＦＥＴ４２のドレイン電極Ｄと正側入力端子Ｔ３との間には、入力側抵抗器Ｒｄが接続され、正側入力端子Ｔ３と正電源端子＋ＶＡとの間には副入力側抵抗器Ｒｅが接続されている。また、ＰチャネルＦＥＴ４２のソース電極Ｓと正電源端子＋ＶＡとの間には、出力側抵抗器Ｒｆが接続されている。そして、ＰチャネルＦＥＴ４２のドレイン電極Ｄには負荷端子ＴＬが接続されている。なお、差動増幅回路４０の代わりに、正側入力端子Ｔ３とソース電極Ｓとの間の電圧を一定に維持し、正側入力端子Ｔ３の電圧に基づく電圧をゲート電極に出力する一般的な回路を用いてもよい。負荷端子ＴＬと接地導体との間には音響負荷としてスピーカ２６が接続される。
【００４８】
負電源・増幅部３０Ｎは、接地導体を正電源・増幅部３０Ｐと共通とし、バイアス電圧およびバイアス電流の極性を正電源ドライブ部２８Ｐのバイアス電圧および電流の極性に対し逆にしたものである。正電源・増幅部３０ＰにＰチャネルＦＥＴ４２を用いるのに対し、負電源・増幅部３０ＮにはＮチャネルＦＥＴ４２Ｎを用いる。負電源・増幅部３０Ｎに含まれるデバイスについては、正電源・増幅部３０Ｐに含まれる相補的な関係にあるデバイスに付された符号の末尾に「Ｎ」を付する。
【００４９】
負側入力端子Ｔ３Ｎは差動増幅回路４０Ｎの正相端子に接続されている。また、差動増幅回路４０Ｎの逆相端子はＮチャネルＦＥＴ４２Ｎのソース電極Ｓに接続され、差動増幅回路４０Ｎの出力端子はＮチャネルＦＥＴ４２Ｎのゲート電極に接続されている。ＮチャネルＦＥＴ４２Ｎのドレイン電極Ｄと負側入力端子Ｔ３Ｎとの間には、入力側抵抗器ＲｄＮが接続され、負側入力端子Ｔ３Ｎと負電源端子−ＶＡとの間には副入力側抵抗器ＲｅＮが接続されている。また、ＮチャネルＦＥＴ４２Ｎのソース電極Ｓと負電源端子−ＶＡとの間には、出力側抵抗器ＲｆＮが接続されている。そして、ＮチャネルＦＥＴ４２Ｎのドレイン電極Ｄには、負荷端子ＴＬが接続されている。
【００５０】
負電源・増幅部３０Ｎの回路構成は、図１の擬似三極管特性リニアアンプについて、トランジスタ１０をＦＥＴに置き換えた回路構成と同一である。ただし、図１の回路構成における直流電圧源１４の正極端子に該当する箇所は、図７の回路構成においては接地導体となる。そして、正電源・増幅部３０Ｐは、負電源・増幅部３０Ｎに対し相補的な構成を有する。したがって、正電源・増幅部３０Ｐおよび負電源・増幅部３０Ｎは、図１の擬似三極管特性リニアアンプと同様の原理に基づいて、ドライブ部２８から与えられた信号を増幅し、スピーカ２６を駆動する。
【００５１】
正電源・増幅部３０Ｐおよび負電源・増幅部３０Ｎが備えるＦＥＴについては、Ａ級、ＡＢ級またはＢ級で動作するようバイアス電圧およびバイアス電流が定められている。バイアス電流は、ドライブ部２８が備える直流定電流源３８および３８Ｎに流れる電流を変化させることで調整される。
【００５２】
正電源・増幅部３０ＰのＰチャネルＦＥＴ４２は、正電源端子＋ＶＡから自らのソース電極Ｓおよびドレイン電極Ｄを通ってスピーカ２６に至る経路に、正電源ドライブ部２８Ｐによって正側入力端子Ｔ３に流された電流の変化に応じた電流を流す。同様に、負電源・増幅部３０ＮのＮチャネルＦＥＴ４２Ｎは、スピーカ２６から自らのドレイン電極Ｄおよびソース電極Ｓを通って負電源端子−ＶＡに至る経路に、負電源ドライブ部２８Ｎによって負側入力端子Ｔ３Ｎに流された電流の変化に応じた電流を流す。したがって、正電源・増幅部３０Ｐによってスピーカ２６に流される電流と、負電源・増幅部３０Ｎによってスピーカ２６に流される電流とがスピーカ２６によって合成される。これによって、信号源３２から出力され、ドライブ部２８および電力増幅部３０で増幅された信号によって、スピーカ２６が駆動される。
【００５３】
なお、正および負の直流電源を用いるＯＴＬプッシュプル回路では、半導体素子の温度変化により負荷端子ＴＬの直流電位が０とならず、ゆらぐことがある。このような現象は一般にドリフトと呼ばれる。そこで、本実施形態に係る擬似三極管特性・ＯＴＬプッシュプルリニアアンプはドリフト安定化回路４４を備える。
【００５４】
ドリフト安定化回路４４は、正電源端子＋ＶＢ、負電源端子−ＶＢ、接地導体、負荷端子ＴＬおよび正側入力端子Ｔ３に接続されている。ドリフト安定化回路４４は、負荷端子ＴＬの電位が接地導体の電位よりも高いときは、正側入力端子Ｔ３からドリフト安定化回路４４に流入する電流Ｉαを減少させ、負荷端子ＴＬの電位が接地導体の電位よりも低いときは、正側入力端子Ｔ３からドリフト安定化回路４４に流入する電流Ｉαを増加させる。これによって、入力側抵抗器Ｒｄおよび副入力側抵抗器Ｒｅに流れる電流、および、これらの抵抗器に生じる電圧降下が調整され、負荷端子ＴＬの直流電位が０に維持される。ドリフト安定化回路４４は、トランジスタ、ＦＥＴ等を用いたアナログ回路によって構成することができる。
【００５５】
また、一般にオーディオアンプの最終段に用いられる半導体素子は、温度変化によってバイアス状態が変化することがある。そこで、本実施形態に係る擬似三極管特性・ＯＴＬプッシュプルリニアアンプは、バイアス安定化回路４６およびカレントミラー回路５０を備える。
【００５６】
バイアス安定化回路４６は、負電源・増幅部３０ＮのＰチャネルＦＥＴ４２のソース電極Ｓ、負電源端子−ＶＢ、カレントミラー回路５０、および接地導体に接続されている。バイアス安定化回路４６には、負極端子が負電源端子−ＶＡに接続された定電圧源４８の正極端子が接続されている。この定電圧源４８には、ツェナーダイオードを用いることができる。バイアス安定化回路４６は、ＰチャネルＦＥＴ４２のソース電極Ｓの電位が定電圧源４８の電位よりも高いときは、カレントミラー回路５０に流す電流Ｉβを増加させ、ソース電極Ｓの電位が定電圧源４８の電位よりも低いときは、カレントミラー回路５０に流す電流Ｉβを減少させる。バイアス安定化回路４６は、トランジスタ、ＦＥＴ等を用いたアナログ回路によって構成することができる。
【００５７】
カレントミラー回路５０は、バイアス安定化回路４６、負電源端子−ＶＢ、および負側入力端子Ｔ３Ｎに接続される。カレントミラー回路５０は、バイアス安定化回路４６から流入し負電源端子−ＶＢに流出する電流Ｉβと同一値の電流Ｉγを、負側入力端子Ｔ３Ｎから取り込み負電源端子−ＶＢに流す。
【００５８】
このような構成によれば、負電源・増幅部３０ＮのＰチャネルＦＥＴ４２のソース電極Ｓの電圧に応じて入力側抵抗器ＲｄＮおよび副入力側抵抗器ＲｅＮに流れる電流、およびこれらの抵抗器に生じる電圧降下が調整され、負側入力端子Ｔ３Ｎの電圧が一定に維持される。また、負電源・増幅部３０ＮのＰチャネルＦＥＴ４２のソース電極Ｓのバイアス電圧は、負側入力端子Ｔ３Ｎのバイアス電圧と同一であるため、ソース電極Ｓのバイアスも同様に一定に維持される。
【００５９】
本実施形態に係る擬似三極管特性・ＯＴＬプッシュプルリニアアンプにおける正電源・増幅部３０Ｐおよび負電源・増幅部３０Ｎは、第１実施形態に係る擬似三極管特性リニアアンプと同様の構成を有する。したがって、三極管アンプと同様の音響特性を有するアンプを半導体素子を用いて構成することができと共に、音響負荷に供給される出力信号の歪みを低減することができる。また、ドリフト安定化回路４４およびバイアス安定化回路４６を用いることで、動作を安定化させることができる。
【００６０】
なお、本実施形態に係る擬似三極管特性・ＯＴＬプッシュプルリニアアンプにおいては、図８に示すようにレギュレータ素子ＩＣ４２およびＩＣ４２Ｎが用いられてもよい。レギュレータ素子ＩＣ４２Ｎはレギュレータ素子ＩＣ４２に対し相補的な特性を有する。例えば、レギュレータ素子ＩＣ４２および４２Ｎとしては、それぞれ、ナショナルセミコンダクタ社から提供されている「ＬＭ３３７」および「ＬＭ３１７」が用いられる。レギュレータ素子ＩＣ４２のＩＮ端子は負荷端子ＴＬに接続され、ＯＵＴ端子は出力側抵抗器Ｒｆの一端に接続されている。また、ＡＪ端子は、入力側抵抗器Ｒｄおよび副入力側抵抗器Ｒｅの接続点に接続されている。同様に、レギュレータ素子ＩＣ４２ＮのＩＮ端子は負荷端子ＴＬに接続され、ＯＵＴ端子は出力側抵抗器ＲｆＮの一端に接続されている。また、ＡＪ端子は、入力側抵抗器ＲｄＮおよび副入力側抵抗器ＲｅＮの接続点に接続されている。このような構成によれば、図６に示す回路と同様の原理により、音響特性を三極管アンプの特性に近似させると共に、出力信号の歪みを低減させることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０  トランジスタ、１２，３４，３４Ｎ，４０，４０Ｎ  差動増幅回路、１４  直流電圧源、１６  電流駆動源、１８  音響負荷、２０  駆動点、２２  負荷線、２４  整合トランス、２６  スピーカ、２８  ドライブ部、２８Ｐ  正電源ドライブ部、２８Ｎ  負電源ドライブ部、３０  電力増幅部、３０Ｐ  正電源・増幅部、３０Ｎ  負電源・増幅部、３２  信号源、３６  ＮＰＮ型トランジスタ、３６Ｎ  ＰＮＰ型トランジスタ、３８，３８Ｎ  直流定電流源、４２  ＰチャネルＦＥＴ、４２Ｎ  ＮチャネルＦＥＴ、４４  ドリフト安定化回路、４６  バイアス安定化回路、４８  定電圧源、５０  カレントミラー回路、ＩＣ１０，ＩＣ４２，ＩＣ４２Ｎ  レギュレータ素子、Ｔ１，Ｔ２  入力端子、Ｔ３  正側入力端子、Ｔ３Ｎ  負側入力端子、ＴＬ  負荷端子、ＴＧ  接地端子、＋ＶＡ，＋ＶＢ  正電源端子、−ＶＡ，−ＶＢ  負電源端子。
【要約】
【課題】半導体素子を用いた音響用増幅装置において、その特性を三極管アンプの特性に近似させると共に、負荷に供給される出力信号の歪み成分を低減することを目的とする。
【解決手段】入力端子Ｔ１は、差動増幅回路１２の正相端子に接続されている。差動増幅回路１２の逆相端子はトランジスタ１０のエミッタ電極に接続され、出力端子はトランジスタ１０のベース電極に接続されている。トランジスタ１０のコレクタ電極と入力端子Ｔ１との間には、入力側抵抗器Ｒ２が接続され、入力端子Ｔ１と接地導体との間には副入力側抵抗器Ｒ３が接続されている。トランジスタ１０のエミッタ電極と接地導体との間には出力側抵抗器Ｒ１が接続されている。そして、トランジスタ１０のコレクタ電極には、負荷端子ＴＬが接続されている。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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