(57)【要約】      （修正有）【課題】真空管を増幅素子として使う場合、従来のシングルエンド増幅では取り出せる最大出力が小さく、プッシュプル増幅では奇数次歪やゼロクロス歪を起こし易く、常に動作上のバランス保守に留意する必要があった。複数素子の回路構成になる真空管ＳＥＰＰ増幅、或は半導体素子によるコンプリメンタリ・プッシュプル増幅では、素子のペア性と動作上のバランス保守に最大限の配慮が求められ、レギュレーション性能に極めて優れる大規模正負両電源を必要とした。【解決手段】同インダクタンス容量の二巻線を等価的に単一巻線と考え、そのホット側巻線とコールド側巻線を、単電極真空管、或はコンプリメンタリ・シングルペア半導体素子のみにて逆位相にスイングする。【効果】従来回路を凌駕する大出力を取り出し、諸特性の改善を図るとともに動作上の安定性や信頼性をも確保できる。【選択図】図１
2007295502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空管を増幅素子とする場合、単電極のみで、従来から使われてきた単電極型シングルエンド増幅回路（図７）及び二電極型プッシュプル増幅回路（図６）の最大出力を超える大出力を可能にする増幅回路。
【請求項２】
半導体を増幅素子とする場合、Ｎｃｈ／Ｐｃｈコンプリメンタリ・シングルペア及び単一電源電圧のみで、通常使われる複数パラレル構成の正負両電源ＯＴＬ（Ｏｕｔｐｕｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ  Ｌｅｓｓ）増幅回路（図８）同等以上の出力を取り出す事を可能にする増幅回路。
【請求項３】
一つの共通コアにホット（プレート）用巻線及びコールド（カソード）用巻線を同インダクタンス容量でスプリット構造に持つ負荷インダクタを、単電極真空管のプレート電極とホット用巻線のホット端子を、同カソード電極とコールド用巻線のコールド端子をそれぞれ接続する回路（図１）を構成する事で、低インピーダンスの位相差１８０°の二信号を取り出す事を可能にし、更に出力トランスを接続する事でＢＴＬ（Ｂｒｉｄｇｅ  Ｔｒｉｅｄ  Ｌｏａｄ）増幅（図１０）作用を実現する増幅回路（図３、図４）。
【請求項４】
一つの共通コアにホット（プレート）用巻線及びコールド（カソード）用巻線を同インダクタンス容量でスプリット構造に持ち、且つ二次側巻線を備える負荷トランスを用い、単電極真空管のプレート電極とホット用巻線のホット端子を、同カソード電極とコールド用巻線のコールド端子を接続する回路を構成する事で、負荷トランスの二次側出力にＢＴＬ（Ｂｒｉｄｇｅ  Ｔｉｅｄ  Ｌｏａｄ）増幅（図１０）作用を実現する増幅回路（図２）。
【請求項５】
一つの共通コアにホット（Ｎｃｈ）用巻線及びコールド（Ｐｃｈ）用巻線を同インダクタンス容量でスプリット構造に持ち、且つ二次側巻線を備える負荷トランスを用い、半導体Ｎｃｈトランジスタ素子のドレイン電極とホット用巻線のホット端子を、同素子のソース電極を接地、同Ｐｃｈトランジスタ素子のドレイン電極とコールド用巻線のコールド端子を、同素子のソース電極を＋Ｂ電源電圧に接続する回路（図５）を構成する事で、一般に使われる複数パラレル構成の正負両電源電圧ＯＴＬ（Ｏｕｔｐｕｔ  Ｔｒａｓｆｏｒｍｅｒ−Ｌｅｓｓ）増幅回路（図８）同等以上の大出力を取り出し、尚且つ優れた保守性・信頼性及び音質性能をも実現する増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、主に音声信号増幅を司るあらゆる装置の性能改良に関する。勿論、本発明回路によって有効性のある信号増幅装置、或はインダクタ型駆動装置など他の技術分野においても摘要可能である。
【背景技術】
【０００２】  真空管を増幅素子として使う音声信号増幅回路の場合、トランスを負荷として、単電極真空管によるシングルエンド増幅（図７）、或は二電極真空管によるプッシュプル増幅（図６）、更には複数電極によるＳＥＰＰ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｎｄｅｄ  Ｐｕｓｈ  Ｐｕｌｌ）増幅のＯＴＬ（Ｏｕｔｐｕｔ  Ｔｒａｓｆｏｍｅｒ  Ｌｅｓｓ）出力（図９）、などが多用されてきた。【０００３】  単電極真空管による従来回路のシングルエンド増幅（図７）の場合、音質性能にはある程度優れているものの、負荷トランス１５のコアに生じる直流磁化を遅らせる為のエア・ギャップや、一次側巻線の片側端子のみスイングする動作によって、一般オーディオ真空管では数Ｗから十数Ｗ程度に留まり、更には真空管自身がもつ非直線性から歪率特性に劣るものが殆ど。また、負荷トランスの性能や真空管そのものの動作・性能によっては必ずしも優れた音質性能にならない。【０００４】  二電極真空管によるプッシュプル増幅（図６）や複数電極による真空管ＳＥＰＰ増幅回路（図９）の場合、ある程度大きな出力を取り出せるものの、特性が揃った真空管が複数ペア必要となり、動作上のバランス保守に留意する必要がある。また、トランス負荷の場合、回路構成及び巻線構造から負荷トランス１４のコアの直流磁化は打ち消し合う作用で防げるが、同トランスの二次側に出力される電力はあくまでホット側スイングとコールド側スイングの差分のみとなる。これは同トランス内部で生じる打ち消し作用、言わば強度な減算誘導作用に起因する為であり、当然音質性能を劣化させてしまう大きな要因となる。Ａ級プッシュプル動作の場合は特にこの影響を顕著に受け、単電極真空管によるシングルエンド増幅の２倍程度の出力のみ取り出せるに留まる。【０００５】  Ｂ級プッシュプル動作ではホット側がスイング中はコールド側がカットオフ状態になる、或はその逆の状態になる為、減算誘導作用の影響は殆ど無くなり、ある程度大きな出力を取り出せる。が、その反面、＋Ｂ高圧電源部のレギュレーション性能に大きく影響され、二電極の動的結合部にゼロクロス歪、或は奇数次歪が現れ易い。よって優れた音質性能を取り出す事は容易に実現できない。【０００６】  半導体を増幅素子に使う音声信号増幅回路の場合、一般的にＮｃｈ素子８とＰｃｈ素子９を組み合わせたコンプリメンタリ・プッシュプル回路（図８）を構成する。この両素子の中点をゼロ電位出力として直接スピーカーをドライブする為に、大電力素子の複数並列接続とレギュレーション性能に優れる大規模正負両電源が求められる。
また両素子の温度変化による電圧ドリフトを抑える為、或は両素子のゼロクロス歪を抑える為にも各コンプリメンタリ素子には優れたペア性が求められる。更には半導体素子の故障などによって引き起こされる過電流事故からスピーカーを保護する為の保護回路も必要不可欠となる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  従来の単電極真空管によるシングルエンド増幅（図７）の場合に、一般オーディオ用の真空管素子では近年大勢を占める低能率スピーカーを十分に鳴らしきる為の出力を取り出す事が難しい。仮に感度１００ｄＢのスピーカーを出力５Ｗの電力で鳴らす事を基準にした場合、近年の製品に多い感度９０ｄＢ以下では１０倍の５０Ｗもの出力を必要としてしまう計算になる。この出力値を実現する増幅装置は、単電極真空管によるシングルエンド増幅ではもはや一般的とは言いがたい大規模真空管を求めなければならない。またこの増幅形態では必ず真空管そのものがもつ非直線性の影響から優れた歪率特性にできずらい。
【０００８】  二電極真空管及びトランス負荷によるプッシュプル増幅（図６）の場合に、Ａ級増幅では負荷トランス１４内部で生じる減算誘導作用に起因する出力低下が起こってしまう為に低効率の増幅になる。またＢ級増幅では完全同一動作特性とはなり得ない二素子を逆位相スイングする為に奇数次歪やゼロクロス歪を起こし易く、Ａ級増幅のような減算誘導作用は無くなる代わりに＋Ｂ高圧電源に優れたレギュレーション性能を求める。更に、この増幅形態では常に動作上のバランス保守に留意する必要があり、バランスが崩れる事で歪率特性悪化や音質性能劣化を招いてしまう。
【０００９】  特に複数素子の回路構成になる真空管ＳＥＰＰ増幅（図９）、或は半導体素子によるコンプリメンタリ・プッシュプル増幅（図８）の場合は、コンプリメンタリ両素子の中点をゼロ電位出力として直接スピーカーをドライブする為、素子のペア性と動作上のバランス保守に最大限の配慮が求められる。同バランスが崩れる事で増幅素子の異常な発熱やスピーカーの破壊という事故を起こしかねない。またレギュレーション性能に極めて優れる大規模正負両電源を必要とする。
【００１０】  本発明はこれら従来回路が持つ諸問題を解決する、まったく新しい増幅動作原理を提案するものである。
【課題を解決する為の手段】
【００１１】  同インダクタンス容量の二巻線を等価的に単一巻線と考え、そのホット側巻線とコールド側巻線を逆位相にスイングする事で損失の少ない極めて良質な大出力を取り出せる作用を、真空管増幅回路と半導体増幅回路に摘要する。
【００１２】  真空管素子を使う場合、一つの共通コアにホット用巻線及びコールド用巻線を同インダクタンス容量でスプリット構造に持つ負荷インダクタ２にて、或は同インダクタに二次側巻線を備えた負荷トランス３にて、単電極真空管１のプレート電極とホット用巻線のホット端子を、同カソード電極とコールド用巻線のコールド端子を接続する回路（図１、図２）を構成する。
【００１３】  半導体素子を使う場合、一つの共通コアにホット用巻線及びコールド用巻線を同インダクタンス容量でスプリット構造に持つ負荷トランス１６にて、コンプリメンタリＮｃｈ素子８のドレイン電極とホット用巻線のホット端子を、同Ｐｃｈ素子９のドレイン電極とコールド用巻線のコールド端子を接続する回路（図５）を構成する。
【発明の効果】
【００１４】  真空管を増幅素子とする場合、単電極真空管のみで従来の二電極型プッシュプル増幅（図６）同等以上の出力を取り出す事を可能にする。何故なら、単電極真空管１のプレート電極が負荷インダクタ２のホット用巻線のホット端子を、同カソード電極が同インダクタ２のコールド用巻線のコールド端子を、それぞれ逆位相にスイングし、その出力信号にて出力トランスをドライブする（図３、図４）、或は負荷トランス３にて同様にスイングし誘導合成する（図２）事で、ＢＴＬ（Ｂｒｉｄｇｅ  Ｔｉｅｄ  Ｌｏａｄ）出力作用（図１０）を実現できるからである。
【００１５】  この時、負荷インダクタ或は負荷トランスの１次側巻線にＤＣアイドル電流が同一方向に流れ、誘導電力も同位相に生じる為、ホット側スイングとコールド側スイングが加算合成的に作用して出力インピーダンスを低下させ、プレート側スイング及びカソード側スイングそれぞれの非直線性が相殺し合うように平均化されて歪率が大幅に改善される。よって音質性能にも多大な改善効果がもたらされる。また従来の真空管プッシュプル増幅（図６）のように二電極間の特性のバラつきや動作上のバランス保守に留意する必要性が無く、顕著な劣化に至るまでの経時変化についても同様。
【００１６】  半導体を増幅素子とする場合、Ｎｃｈ／Ｐｃｈコンプリメンタリ・シングルペア及び単一電源電圧のみで、通常使われる複数パラレル構成の正負両電源ＯＴＬ（Ｏｕｔｐｕｔ  Ｔｒａｓｆｏｒｍｅｒ  Ｌｅｓｓ）増幅回路（図８）同等以上の出力を取り出す事を可能にする。何故なら、Ｎｃｈ／Ｐｃｈコンプリメンタリ増幅素子をＢ級増幅に近い動作とする時、Ｎｃｈ素子８のドレイン電極が負荷トランス１６の一次側ホット用巻線のホット端子を、Ｐｃｈ素子９のドレイン電極が同トランスの同コールド用巻線のコールド端子を、それぞれ逆位相にスイングし、誘導合成された出力信号を取り出せるからである（図５）。
【００１７】  この時、ホット側がスイング中はコールド側がカット・オフ、或はその逆の状態になる為、及び負荷トランスの１次側巻線にＤＣアイドル電流が同一方向に流れ、誘導電力も同位相に生じる事から、ホット側スイングとコールド側スイングが加算合成的に作用して、負荷トランス内部に減算誘導作用はまったく起こらない。またコンプリメンタリ二素子間のアイドル電流に多少差異が生じたとしても、信号が磁気的に合成される事でゼロクロス歪が現れたり歪率が悪化する事はない。よって従来の複数パラレル構成（図８）のように各コンプリメンタリ素子への優れたペア性や動作上のバランス保守に最大限の配慮を求めたり、大規模正負両電源を求める必要性は無くなる。更にはコンプリメンタリ二素子の電圧ドリフトに対する配慮や過電流事故からスピーカーを護る保護回路の必要性も皆無となる。
【発明の実施形態】
【００１８】  本発明に共通する課題は、負荷インダクタ或は負荷トランスに専用の構成を求める事にある。つまり、負荷インダクタも負荷トランスも同等インダクタンス容量の二巻線を必要とし、負荷トランスには更に二次側巻線を必要とする。更に負荷トランスの場合は一次側巻線に流れるＤＣアイドル電流によるコアの直流磁化が生じてしまうため、コアにはシングルエンド増幅用トランス同様にエア・ギャップを設ける必要がある。が、これらは一般的に用いられるトランス製造技術の範囲内であり、他に特殊な構造や素材・技術を求めるものではない。
【００１９】  真空管を増幅素子に使う場合、ホット側スイングとコールド側スイングを負荷トランス３にて誘導合成して出力を取り出す増幅回路（図２）と、共通コアにある２つの同容量インダクタ２を負荷として取り出した信号出力をコンデンサー結合にて出力トランス６をドライブする増幅回路（図３、図４）が考えられる。両回路とも単電極真空管のみを増幅素子として使い、出力或は負荷トランスのホット／コールド両スイングによるＢＴＬ動作（図１０）をさせる処に本発明の最大の特長がある。また本発明回路は出力段に限らずあらゆる音声信号増幅段に使用可能である。
【００２０】  半導体を増幅素子に使う場合、ホット側スイングとコールド側スイングを負荷トランス１６にて誘導合成して取り出す増幅回路（図５）が考えられる。半導体素子を真空管に置き換えて考える事も可能であるが、その際はＡ級増幅にすべき事、及び片側反転位相の入力信号を用意する事が求められる。
【実施形態の効果】
【００２１】  真空管を増幅素子に使う場合、単電極真空管のみで従来のシングルエンド増幅（図７）の十数倍、二電極型プッシュプル増幅（図６）の数倍もの出力を取り出す事が可能になる。しかもＡ級増幅である為もあって従来回路より出力インピーダンスが低く、諸特性に優れ、遥かに優れる音質性能が期待できる。
【００２２】  仮に最大スイング電圧幅が２００Ｖ、負荷インピーダンス２ｋΩ（×２）：８Ωであるとした場合、（（２００Ｖ÷√２）×２）×０．０６（昇圧比）≒１７Ｖｒｍｓ（３６Ｗ）の最大出力を取り出せる。この値は従来のシングルエンド増幅回路（図７）の十数倍にもなる。また二電極型プッシュプル増幅回路（図６）の数倍にもなり、これと同等出力を同増幅回路（図６）にて得るには約４００Ｖもの最大スイング電圧幅と大規模高圧電源が必要になる。更に、本発明回路（図１〜図４）の動作はすべてＡ級増幅である為、Ｂ電圧×アイドル電流のＤＣ電力を安定的に供給するレギュレーション性能の単一電源があればよい。
【００２３】  半導体を増幅素子に使う場合、Ｎｃｈ／Ｐｃｈコンプリメンタリ・シングルペア及び単一電源電圧のみで、通常使われる複数パラレル構成の正負両電源ＯＴＬ（Ｏｕｔｐｕｔ  Ｔｒａｓｆｏｍｅｒ  Ｌｅｓｓ）増幅回路（図８）同等以上の出力を取り出す事が可能となる。更には、従来回路のように各コンプリメンタリ素子への優れたペア性や電圧ドリフトに対するバランス保守に最大限の配慮、及び大規模正負両電源を必要とせず、過電流事故からスピーカーを護る保護回路の必要性も無くなる。
【００２４】  仮に最大スイング電圧幅が１００Ｖ、負荷インピーダンス３０Ω（×２）：８Ωであるとした場合、（（１００Ｖ÷√２）×２）×０．５（昇圧比）≒７１Ｖｒｍｓ（６２８Ｗ）の最大出力を取り出せる。この場合、電源には最大出力時に必要な電流約３．３Ａを余裕をもって供給するレギュレーション性能の単一電源があればよい。これと同等出力を従来増幅回路（図８）にて得るには、最低でもＮｃｈ／Ｐｃｈコンプリメンタリ素子を５組以上、及び７００〜８００ＶＡ級の大規模正負両電源が求められる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】  共通コアにある２つの同容量インダクタを負荷として単電極真空管をスイングさせる、本発明の基本増幅回路。
【図２】  共通コアに２つの同容量インダクタをもつ負荷トランスを単電極真空管にてスイングさせる増幅回路。
【図３】  共通コアに２つの同容量インダクタを負荷として単電極真空管にてスイングさせ、そのホット／コールド両信号出力をコンデンサー結合にて取り出し、出力トランスをドライブする増幅回路。
【図４】  共通コアに２つの同容量インダクタを負荷として単電極真空管にてスイングさせ、そのホット／コールド両信号出力にて出力トランスを直接ドライブする増幅回路。
【図５】  共通コアに２つの同容量インダクタをもつ負荷トランスをＮｃｈ／Ｐｃｈコンプリメシタリ半導体素子シングルペア及び単一電源電圧のみでスイングする増幅回路。
【図６】  従来の二電極型真空管プッシュプル増幅回路
【図７】  従来の単電極型真空管シングルエンド増幅回路
【図８】  従来の半導体コンプリメンタリ・プッシュプル複数パラレル構成の正負両電源ＯＴＬ（Ｏｕｔｐｕｔ  Ｔｒａｓｆｏｒｍｅｒ  Ｌｅｓｓ）増幅回路
【図９】  真空管ＳＥＰＰ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ  Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）構成の正負両電源ＯＴＬ増幅回路
【図１０】  （ａ）ＢＴＬ（Ｂｒｉｄｇｅ  Ｔｉｅｄ  Ｌｏａｄ）増幅動作概要  （ｂ）トランスによるＢＴＬ増幅動作概要
【符号の説明】
【００２６】１          真空管素子
２          負荷インダクタ
３          真空管用負荷トランス
４          ホット側巻線
５          コールド側巻線
６          出力トランス
７          二次側巻線
８          Ｎｃｈ半導体素子
９          Ｐｃｈ半導体素子
１０        信号源（入力信号）
１１        結合コンデンサー
１２        有効信号波形及び位相
１３        従来型真空管用プッシュプル負荷トランス
１４        従来型真空管用シングルエンド負荷トランス
１５        半導体用負荷トランス
＋Ｂ／−Ｂ  電源電圧
＋Ｃ／−Ｃ  バイアス電圧
【図１】
2007295502.tif 000003
【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】
2007295502.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007295502.tif 000011
【図１０】
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