(57)【要約】【課題】高い信号利得を得る一方で、出力インピーダンスを低く保時する１段バランス電圧アンプを提供する。【解決手段】バランス電圧アンプは、３対の３極真空管を含み、２系統の入力信号（＋入力、−入力）を増幅するとともに２系統の出力信号（＋出力、−出力）を生成するように構成される、１段を有するように開示される。バランス電圧アンプは、高電圧利得、広帯域幅、および低出力インピーダンスを提供する。局部フィードバックは、出力と第２対の３極真空管との間に与えられる。全体フィードバックは、出力と第１対の３極真空管との間に与えられる。局部または全体フィードバックが使用される場合、さらに帯域幅が広くなり、出力インピーダンスが低くなり、全体のバランスが改善される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１対、第２対、および第３対の３極真空管を含み、２系統の入力信号を増幅するとともに２系統の出力信号を生成する、１段を有することを特徴とする、バランス電圧アンプ。
【請求項２】
前記入力信号は、前記第１対の３極真空管のグリッドに供給され、
前記各３極真空管のグリッド抵抗は接地され、所望のＤＣバイアスが保持されることを特徴とする、請求項１に記載のバランスアンプ。
【請求項３】
前記第１対の３極真空管のプレートから得られる出力は、前記第２対の３極真空管のカソードに供給され、
さらに、前記第２対の３極真空管のグリッドにおいて、所定のＤＣバイアス電圧を設定する複数の抵抗を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のバランスアンプ。
【請求項４】
さらに、前記第２対の３極真空管のグリッドを接地するバイパスコンデンサを有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のバランスアンプ。
【請求項５】
前記第２対の３極真空管のプレートから得られる出力は、２個の直列抵抗を介して、前記第３対の３極真空管のカソードに供給されることを特徴とする、請求項２または３に記載のバランスアンプ。
【請求項６】
前記第３対の３極真空管のそれぞれは、カソードから直列に第１抵抗により生成される電位に基づいて自己バイアスされ、前記第３対の３極真空管のそれぞれのグリッドに供給されることを特徴とする、請求項５に記載のバランスアンプ。
【請求項７】
さらに、前記第１抵抗と直列に第２抵抗を有することを特徴とする、請求項６に記載のバランスアンプ。
【請求項８】
前記出力は、前記第３対の３極真空管のカソードから、複数の結合コンデンサを介して得られることを特徴とする、請求項７に記載のバランスアンプ。
【請求項９】
さらに、前記第１対の３極真空管のカソード間に接続される、２個の固定抵抗および１個の可変抵抗を有し、
前記２個の固定抵抗および１個の可変抵抗は、可変抵抗が中間に位置する状態で接続されることを特徴とする、請求項８に記載のバランスアンプ。
【請求項１０】
前記２個の固定抵抗は、電圧利得を設定するために与えられることを特徴とする、請求項９に記載のバランスアンプ。
【請求項１１】
前記可変抵抗は、小さい値であり、アンプのバランスを微調整するために与えられることを特徴とする、請求項９または１０に記載のバランスアンプ。
【請求項１２】
さらに、前記可変抵抗の中間タップから負電源に接続される抵抗または定電流源を有することを特徴とする、請求項９ないし１１のいずれかに記載のバランスアンプ。
【請求項１３】
前記定電流源は、接合ゲート電界効果トランジスタ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、３極真空管、および５極真空管を、補完的に備えるツェナーダイオードおよび１個以上の抵抗とともに、含むことを特徴とする、請求項１２に記載のバランスアンプ。
【請求項１４】
さらに、前記第３対の３極真空管の出力と前記第２対の３極真空管のグリッドとの間に与えられる局部フィードバックを有することを特徴とする、請求項１に記載のバランスアンプ。
【請求項１５】
前記局部フィードバックは、ＲＣ回路網により与えられることを特徴とする、請求項１４に記載のバランスアンプ。
【請求項１６】
さらに、第３対の３極真空管の出力と前記第１対の３極真空管の交差したカソードとの間に与えられる全体フィードバックを有することを特徴とする、請求項１に記載のバランスアンプ。
【請求項１７】
前記全体フィードバックは、ＲＣ回路網により与えられることを特徴とする、請求項１６に記載のバランスアンプ。
【請求項１８】
明細書で詳述した内容を有し、添付図面の図１ないし図３に関することを特徴とする、バランスアンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バランス電圧アンプに関し、特に３対の真空管を含む１段バランス電圧アンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
バランスアンプは、２系統の入力（＋入力、−入力）および２系統の出力（＋出力、−出力）を有する。差動出力は、信号利得（または電圧利得）と呼ばれる比例定数分だけ、差動入力に比例する。加えて、バランスアンプは、同相雑音および歪みを相殺するのに役立つ。その結果、アンプの雑音および歪みは、シングルエンド入力またはシングルエンド出力アンプよりも低減される。この優位性を受けて、バランスアンプは通信エレクトロニクス分野で幅広く使用されて来た。
【０００３】
過去数１０年間において、バランスアンプは、さらに、最高級のソリッドステート半導体オーディオパワーアンプおよび低レベルラインアンプに使用されているのを見出すことができる。前者では、バランスパワーアンプが使用される一方、後者では、バランス電圧アンプが使用される。バランスパワーアンプおよびバランス電圧アンプを実装するため、真空管デバイスを同様に用いることが可能である。現在、２つの一般的な真空管バランス電圧アンプがあり、その回路構成が図４および図５に示される。
【０００４】
図４に示す回路構成は、通常「ロングテール対」、または単に差動アンプと呼ばれる。このような構成の３極真空管が「カスコード」構成の２個の３極真空管で置き換えられる場合、図５に示すようにカスコード差動アンプが形成される。３極真空管対Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ；Ｖ２ａ、Ｖ２ｂおよび抵抗対Ｒ９、Ｒ１０；Ｒ１１、Ｒ１２；Ｒ１７、Ｒ１８が入念に合わせ込まれる場合、バランス電圧アンプを形成することが可能となる。図５におけるバランス電圧アンプは、図４におけるバランス電圧アンプよりも、高い信号利得および広い帯域幅を有する。一般に、低出力インピーダンスは、電圧増幅に求められるさらにもう一つの望ましい機能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
概略を言えば、抵抗Ｒ１７、Ｒ１８は、図４のバランス電圧アンプの信号利得および出力インピーダンスを設定し、抵抗Ｒ９、Ｒ１０は、図５のバランス電圧アンプに対して同等な機能を有する。高抵抗値が与えられる場合、結果的に、高信号利得（望ましい）および高出力インピーダンス（望ましくない）となる。それゆえ、高い信号利得の達成と低出力インピーダンスの達成との間には、常にトレードオフがある。
【０００６】
類似の仕様を表す高信号利得、広帯域幅、および低出力インピーダンスを備えたバランス電圧アンプが、多数の従来例のバランス電圧アンプを従属接続することにより、容易に形成される。しかしながら、ある程度の位相シフトがアンプに付随して常に存在するので、多数のアンプを従属接続することにより累積された位相シフトは、アンプ全体の位相マージンを減少させる。それゆえ、全体的なフィードバックが与えられる場合、多段アンプの不安定性に関して常に懸念がある。
【０００７】
このように、前述の欠点が軽減された１段バランス電圧アンプを提供すること、または少なくとも役立つ代替案を一般に提供することが、本発明の目的である。
【０００８】
特に、高い信号利得を得る一方で、出力インピーダンスを低く保時するという目標に合致する１段バランス電圧アンプを提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、少なくとも第１対、第２対、および第３対の３極真空管を含み、２系統の入力信号を増幅するとともに２系統の出力信号を生成する、１段を有するバランス電圧アンプが提供される。
【００１０】
好ましくは、前記入力信号は、前記第１対の３極真空管のグリッドに供給され、前記各３極真空管のグリッド抵抗は接地され、所望のＤＣバイアスが保持されている。
【００１１】
有利なことには、前記第１対の３極真空管のプレートから得られる出力は、前記第２対の３極真空管のカソードに供給され、アンプは、さらに、前記第２対の３極真空管のグリッドにおいて、所定のＤＣバイアス電圧を設定する複数の抵抗を有している。
【００１２】
好都合なことには、アンプは、さらに、前記第２対の３極真空管のグリッドを接地するバイパスコンデンサを有している。
【００１３】
前記第２対の３極真空管のプレートから得られる出力は、有利なことには、２個の直列抵抗を介して、前記第３対の３極真空管のカソードに供給されている。
【００１４】
前記第３対の３極真空管のそれぞれは、好ましくは、カソードから直列に第１抵抗により生成される電位に基づいて自己バイアスされ、前記第３対の３極真空管のそれぞれのグリッドに供給されている。
【００１５】
アンプは、さらに、前記第１抵抗と直列に第２抵抗を適切に有している。
【００１６】
有利なことには、前記出力は、前記第３対の３極真空管のカソードから、複数の結合コンデンサを介して得られている。
【００１７】
好ましくは、アンプは、さらに、前記第１対の３極真空管のカソード間に接続される、２個の固定抵抗および１個の可変抵抗を有し、前記２個の固定抵抗および１個の可変抵抗は、可変抵抗が中間に位置する状態で接続されている。
【００１８】
適切なことには、前記２個の固定抵抗は、電圧利得を設定するために与えられている。
【００１９】
前記可変抵抗は、有利なことには、小さい値であり、アンプのバランスを微調整するために与えられている。
【００２０】
アンプは、さらに、前記可変抵抗の中間タップから負電源に適切に接続される抵抗または定電流源を有している。
【００２１】
前記定電流源は、好都合なことには、接合ゲート電界効果トランジスタ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、３極真空管、および５極真空管を、補完的に備えるツェナーダイオードおよび１個以上の抵抗とともに、含んでいる。
【００２２】
アンプは、さらに、前記第３対の３極真空管の出力と前記第２対の３極真空管のグリッドとの間に与えられる局部フィードバックを有している。
【００２３】
有利なことには、前記局部フィードバックは、ＲＣ回路網により与えられている。
【００２４】
適切なことには、アンプは、さらに、第３対の３極真空管の出力と前記第１対の３極真空管の交差したカソードとの間に与えられる全体フィードバックを有している。
【００２５】
前記全体フィードバックは、好都合なことには、ＲＣ回路網により与えられている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、高い信号利得および低出力インピーダンスを備えた新たなバランス電圧アンプが、１段内に閉じ込められた３対の３極真空管により形成されることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施の形態は、付属する図面を参照しながら、単に例として、以下に説明される。
【００２８】
図１に示すように、本発明に従うバランス電圧アンプの第１の実施形態は、３対の真空管Ｖ１０１ａ、Ｖ１０１ｂ；Ｖ１０２ａ、Ｖ１０２ｂ；Ｖ１０３ａ、Ｖ１０３ｂを含む１段アンプの形態を成していることがわかる。真空管Ｖ１０１ａ、Ｖ１０１ｂ；Ｖ１０２ａ、Ｖ１０２ｂ；Ｖ１０３ａ、Ｖ１０３ｂは、１２ＡＴ７、１２ＡＵ７、１２ＡＸ７、６ＤＪ８、６ＳＮ７、６ＳＬ７、６Ｈ３０Ｐ、および同類のような、広く使用される小信号用３極真空管のいずれかである。しかしながら、低出力インピーダンスが主として求められる機能の場合、６ＤＪ８および６Ｈ３０Ｐのような低プレートインピーダンスを備えた真空管が使用されるべきである。
【００２９】
入力信号（＋入力、−入力）は、第１対の３極真空管Ｖ１０１ａ、Ｖ１０１ｂに供給される。次に、これらの３極真空管Ｖ１０１ａ、Ｖ１０１ｂの出力は、第２対の３極真空管Ｖ１０２ａ、Ｖ１０２ｂのカソードに供給される。抵抗Ｒ１０３、Ｒ１０４、Ｒ１０５、Ｒ１０６により形成される抵抗回路網は、第２対の３極真空管Ｖ１０２ａ、Ｖ１０２ｂのグリッドにおいて正確なＤＣバイアス電圧を設定する。第２対の３極真空管Ｖ１０２ａ、Ｖ１０２ｂの出力は、プレートから得られ、抵抗Ｒ１０７、Ｒ１０８、Ｒ１０９、Ｒ１１０を介して、第３対の３極真空管Ｖ１０３ａ、Ｖ１０３ｂのカソードに供給される。抵抗Ｒ１０９、Ｒ１１０の目的は、全バランス電圧アンプのＤＣバイアス安定性を改善することである。
【００３０】
注目すべきは、バイパスコンデンサが３極真空管Ｖ１０２ａ、Ｖ１０２ｂのグリッドからグランドに接続されることにより、電源から生成されるとともに３極真空管により増幅される恐れがある雑音を除去することである。しかしながら、電圧源＋ＶＳ１０１および−ＶＳ１０２が適切に安定化され、フィルタがかけられるならば、バイパスコンデンサを省略することが可能である。
【００３１】
第３対の３極真空管Ｖ１０３ａ、Ｖ１０３ｂは、カソード抵抗Ｒ１０７、Ｒ１０８により生成されるとともに３極真空管Ｖ１０３ａ、Ｖ１０３ｂのグリッドに供給される電位により、自己バイアスされる。出力は、３極真空管Ｖ１０３ａ、Ｖ１０３ｂのカソードから、結合コンデンサＣ１０１、Ｃ１０２を介してそれぞれ得られる。３極真空管のカソードにおける出力インピーダンスが低いので、バランス電圧アンプ全体の出力インピーダンスは低く保持される。抵抗Ｒ１１１、Ｒ１１２は、全体の信号利得を設定する。小さい値の可変抵抗ＶＲ１は、全体のバランスを微調整するため、任意で使用される。当然のことながら、このような可変抵抗は本質的な機能ではない。
【００３２】
定電流源ＣＳ１は、接合ゲート電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ：ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｇａｔｅ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ：ｂｉｐｏｌａｒ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、または金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のようなソリッドステート半導体デバイスを、ツェナーダイオードおよび抵抗のような補完的に備える部品とともに用いることで、容易に実装することが可能である。いくつかの実用的な状況では、単なる抵抗がこの電流源を置き換えることができる。しかしながら、定電流源は、一般的に、バランス電圧アンプ全体の同相信号除去比（ＣＭＲＲ：ｃｏｍｍｏｎ−ｍｏｄｅ−ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ−ｒａｔｉｏ）を改善する。
【００３３】
ある局部フィードバックが用いられる場合、帯域幅は広くなり、出力インピーダンスはさらに低くなる。図２は、本発明の第２の実施形態に従うこのような構成を明らかにする。この回路構成は、３対の３極真空管Ｖ２０１ａ、Ｖ２０１ｂ；Ｖ２０２ａ、Ｖ２０２ｂ；Ｖ２０３ａ、Ｖ２０３ｂを同様に有することが分かる。第３対の３極真空管Ｖ２０３ａ、Ｖ２０３ｂの出力は、第２対の３極真空管Ｖ２０２ａ、Ｖ２０２ｂのゲートに、ＲＣ回路網Ｃ２０３、Ｒ２１３；Ｃ２０４、Ｒ２１４を介して供給される。
【００３４】
図３は、さらに、本発明の第３の実施形態に従うバランス電圧アンプの回路構成を示す。図３では、全体フィードバックがアンプに与えられる。この回路構成は、同様に３対の３極真空管Ｖ３０１ａ、Ｖ３０１ｂ；Ｖ３０２ａ、Ｖ３０２ｂ；Ｖ３０３ａ、Ｖ３０３ｂを有する。第３対の３極真空管Ｖ３０３ａ、Ｖ３０３ｂの出力は、第１対の３極真空管Ｖ３０１ａ、Ｖ３０１ｂの交差したカソードに、ＲＣ回路網Ｃ３０５、Ｒ３１５；Ｃ３０６、Ｒ３１６を介して供給されることが分かる。全体フィードバックを用いることで、全体帯域幅を広くし出力インピーダンスを低くするだけでなく、真空管Ｖ３０１ａ、Ｖ３０１ｂ；Ｖ３０２ａ、Ｖ３０２ｂ；Ｖ３０３ａ、Ｖ３０３ｂの経年変化による特性変化の感度を低減する。全体のバランスを、さらに改善することが可能となる。
【００３５】
本発明により、図１ないし図３に示すように、高い信号利得および低出力インピーダンスを備えた新たなバランス電圧アンプを、１段内に閉じ込められた３対の３極真空管により形成することが可能となる。
【００３６】
当然のことながら、上述の説明は、単に本発明を実施することが可能な例を示しているにすぎず、本発明の精神から逸脱することなく、種々の修正および／または代替は可能である。
【００３７】
さらに当然のことながら、本発明のいくらかの機能は、明確化のため個別の実施の形態との関連で説明されたが、単一の実施の形態の組合せで与えられることも可能である。反対に、簡潔にするために、単一の実施の形態との関連で説明された本発明の種々の機能は、個別にまたはいずれか適切な副次的組合せで与えられるも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、１段バランス電圧アンプに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に従う１段バランス電圧アンプの回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に従い、局部フィードバックが出力と第２対の真空管との間に与えられる１段バランス電圧アンプの回路図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に従い、さらに図１に示す構成の修正された構成であり、全体フィードバックが出力と第１対の真空管との間に与えられる１段バランス電圧アンプの回路図である。
【図４】従来例のバランスアンプ、すなわち差動アンプの回路図である。
【図５】改善された従来例のバランス電圧アンプ、すなわちカスコード差動アンプの回路図である。
【符号の説明】
【００４０】
Ｖ１０１ａ、Ｖ１０１ｂ；Ｖ１０２ａ、Ｖ１０２ｂ；Ｖ１０３ａ、Ｖ１０３ｂ  ３真空管
Ｒ１０３、Ｒ１０４、Ｒ１０５、Ｒ１０６  抵抗回路網
Ｒ１０７、Ｒ１０８、Ｒ１０９、Ｒ１１０、Ｒ１１１、Ｒ１１２  抵抗
Ｃ１０１、Ｃ１０２  結合コンデンサ
ＶＲ１  可変抵抗
＋ＶＳ１０１、−ＶＳ１０２  電圧源
ＣＳ１  定電流源
Ｖ２０１ａ、Ｖ２０１ｂ；Ｖ２０２ａ、Ｖ２０２ｂ；Ｖ２０３ａ、Ｖ２０３ｂ  ３極真空管
Ｃ２０３、Ｒ２１３；Ｃ２０４、Ｒ２１４  ＲＣ回路網
Ｖ３０１ａ、Ｖ３０１ｂ；Ｖ３０２ａ、Ｖ３０２ｂ；Ｖ３０３ａ、Ｖ３０３ｂ  ３極真空管
Ｃ３０５、Ｒ３１５；Ｃ３０６、Ｒ３１６  ＲＣ回路網
【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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