(57)【要約】【課題】同じ導電型のトランジスタを使用して、出力トランスなしにスピーカの２端子のボイスコイルを直結できるプッシュプル増幅回路で構成されたオーディオ電力増幅回路を提供する。また、オーディオ電力増幅回路の出力の周波数特性の範囲を高域に延ばす。【解決手段】ソース接地型プッシュプル回路として接続された一対の同じ導電型の静電誘導トランジスタと、両端とセンタータップを有し、両端がそれぞれ前記静電誘導トランジスタのそれぞれのドレインに接続され、センタータップが動作電源のドレイン側電圧ラインに接続されたチョークコイルと、前記一対の静電誘導トランジスタの両ドレイン間にボイスコイルが接続されたスピーカと、前記静電誘導トランジスタの各ゲートに動作用のゲートバイアスを与えるゲートバイアス手段と、前記静電誘導トランジスタの各ゲートにプッシュプル動作のための互いに位相反転した入力を供給する手段とを備えてなる。【選択図】図１
2007208428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース接地型プッシュプル回路として接続された一対の同じ導電型の静電誘導トランジスタと、
両端とセンタータップを有し、両端がそれぞれ前記静電誘導トランジスタのそれぞれのドレインに接続され、センタータップが動作電源のドレイン側電圧ラインに接続されたチョークコイルと、
前記一対の静電誘導トランジスタの両ドレイン間にボイスコイルが接続されたスピーカと、
前記静電誘導トランジスタの各ゲートにそれぞれ動作用のゲートバイアスを与えるゲートバイアス手段と、
前記静電誘導トランジスタの各ゲートにそれぞれプッシュプル動作のための互いに位相反転した入力を供給する手段と
を備えてなる静電誘導トランジスタによるオーディオ電力増幅回路。
【請求項２】
請求項１に記載のオーディオ電力増幅回路において、
前記静電誘導トランジスタがＮチャネル型である
ことを特徴とする回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載のオーディオ電力増幅回路であって、さらに、
前記チョークコイルの両端側のそれぞれに前記オーディオ電力増幅回路の周波数特性の高域に属する共振周波数を有する並列共振回路を直列に接続してなる
ことを特徴とする回路。
【請求項４】
請求項１または２または３に記載のオーディオ電力増幅回路において、
前記チョークコイルは、前記センタータップから両方の側となる各側部分を、複数の巻線区間に分割して構成するとともに、前記両方の側で対応する巻線区間同士を並行させて巻線し、前記各側部分ごとに前記分割された複数の巻線区間を合わせて結線して、前記チョークコイルの各側部分として使用する
ことを特徴とする回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、オーディオ電力増幅回路に関し、特に、電力増幅段に静電誘導トランジスタを用いて、かつ、プッシュプル増幅段の静電誘導トランジスタにスピーカのボイスコイルを直結できるように工夫したオーディオ電力増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオ増幅器の電力増幅段にトランジスタを使用したプッシュプル増幅回路は、種々のものが知られており、使用するトランジスタとしても、バイポーラトランジスタ（ＢＰＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）のいずれもが挙げられる。また、トランジスタは、真空管の場合と違って、導電型が２種類（「ＮＰＮとＰＮＰ」または「ＮチャネルとＰチャネル」、以下、「Ｎ型とＰ型」と総称する）あるので、プッシュプル増幅回路としては、同じ導電型（Ｎ型同士またはＰ型同士）のトランジスタを対として使用する回路に加えて、異なる導電型（Ｎ型およびＰ型）のトランジスタを対として使用する相補型が存在する。それぞれの形式の増幅回路は、それぞれの特徴を有しており、出力インピーダンスが高い回路、出力インピーダンスが低い回路、出力トランスが必要な回路、出力トランスが不要でスピーカが直結できる回路など、必要に応じて種々設計される。
【０００３】
しかしながら、同じ導電型のトランジスタを使用して、出力トランスなしにスピーカの２端子のボイスコイルを直結できる格好なプッシュプル増幅回路は、存在しなかった。特に、トランジスタによるプッシュプル増幅回路の場合、相補型のトランジスタを使用すると、直結型の構成を採ることが容易ではあるが、トランジスタとして、相補型で特性の揃った対を見つけることは、非常にむずかしい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、同じ導電型のトランジスタを使用して、出力トランスなしにスピーカの２端子のボイスコイルを直結できるプッシュプル増幅回路で構成されたオーディオ電力増幅回路を提供することを目的とする。
【０００５】
さらに、この発明は、上記のオーディオ電力増幅回路において、出力の周波数特性の範囲を高域に延ばすことも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、この発明のオーディオ電力増幅回路は、トランジスタとして、３極真空管の電圧電流特性に類似の電圧電流特性を有し出力インピーダンスが低いＳＩＴの同じ導電型の対のものを、ソース接地型プッシュプル回路接続で使用して、両ＳＩＴに対しては、各そのドレインにチョークコイルを介してドレイン側直流電圧を給電し、スピーカのボイスコイルに対しては、両ドレイン間に現れる交流出力を供給する構成を採る。
【０００７】
より具体的には、この発明によるオーディオ電力増幅回路は、ソース接地型プッシュプル回路として接続された一対の同じ導電型の静電誘導トランジスタと、両端とセンタータップを有し、両端がそれぞれ前記静電誘導トランジスタのそれぞれのドレインに接続され、センタータップが動作電源のドレイン側電圧ラインに接続されたチョークコイルと、前記一対の静電誘導トランジスタの両ドレイン間にボイスコイルが接続されたスピーカと、前記静電誘導トランジスタの各ゲートにそれぞれ動作用のゲートバイアスを与えるゲートバイアス手段と、前記静電誘導トランジスタの各ゲートにそれぞれプッシュプル動作のための互いに位相反転した入力を供給する手段とを備えてなる。
【０００８】
また、この発明によるオーディオ電力増幅回路は、静電誘導トランジスタとしてＮチャネル型の静電誘導トランジスタを使用するのが好ましい。
【０００９】
さらに、この発明は、上記の構成において、チョークコイルに内在する漂遊容量による高域での周波数特性の低下を補うために、周波数特性の低下が見込まれる周波数帯域に共振周波数を設定した並列共振回路をチョークコイルに直列に接続した構成を採る。
【００１０】
そのための構成として、より具体的には、この発明によるオーディオ電力増幅回路は、前記チョークコイルの両端側のそれぞれに前記オーディオ電力増幅回路の周波数特性の高域に属する共振周波数を有する並列共振回路を直列に接続して構成する。
【００１１】
また、前記チョークコイルは、前記センタータップから両方の側となる各側部分を、複数の巻線区間に分割して構成するとともに、前記両方の側で対応する巻線区間同士を並行させて巻線し、前記各側部分ごとに前記分割された複数の巻線区間を合わせて結線して、前記チョークコイルの各側部分として使用する構成とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、同じ導電型のトランジスタを使用して、出力トランスなしにスピーカの２端子のボイスコイルを直結できるプッシュプル増幅回路でオーディオ電力増幅回路を構成することができる。
【００１３】
また、この発明によれば、オーディオ電力増幅回路において、出力の周波数特性の範囲を高域に延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、この発明によるオーディオ電力増幅回路の一実施形態の構成を原理的に示す回路図であり、以下にこの構成を詳細に説明する。
【００１５】
図１に示す実施態様では、主要能動素子として一対の静電誘導トランジスタＳＩＴ１およびＳＩＴ２がソース接地型のプッシュプル増幅回路の形に接続されており、それぞれのＳＩＴのソースは、それぞれ低い抵抗値のソース直列抵抗Ｒｓ１およびＲｓ２を介して、さらに共通の同じく低い抵抗値のソース直列抵抗Ｒｓ０を介して動作電源ＶＤＤのソース側電圧ライン（負側）に接続されている。他方、それぞれのＳＩＴのドレインは、同一コアに巻回されて中点タップを有するチョークコイルＣＨＫの両端のそれぞれに接続されており、当該チョークコイルＣＨＫの中点タップは、動作電源ＶＤＤのドレイン側電圧ライン（正側）に接続されていて、動作電源ＶＤＤのドレイン側直流電圧がチョークコイルＣＨＫの各片側部分を介してＳＩＴ１およびＳＩＴ２の各ドレインにそれぞれ供給されている。さらに、チョークコイルＣＨＫの両端は、それぞれ出力端ＯＵＴ１およびＯＵＴ２としてスピーカＳＰのボイスコイルＶＣの両端に接続されていて、プッシュプル回路の交流出力をボイスコイルＶＣに供給している。この場合、チョークコイルのインダクタンスは、ＳＩＴの内部抵抗やボイスコイルＶＣの抵抗に比べて、交流的に十分に大きな値とし、音声信号出力が十分にボイスコイルＶＣの方に供給されるようにする。例えば、１００ｍＨ（ミリヘンリー）もあれば、３０Ｈｚの交流信号に対して２０Ω（オーム）近いインピーダンスを呈する。
【００１６】
ＳＩＴ１およびＳＩＴ２の各ゲートは、プッシュプル増幅回路のための一対の位相反転入力端ＩＮ１およびＩＮ２のそれぞれに接続され、ＳＩＴ１およびＳＩＴ２をプッシュプル駆動している。また、ＳＩＴ１およびＳＩＴ２の各ゲートは、それぞれゲートバイアス供給回路ＧＢ１およびＧＢ２を介して、動作中心を設定するためのゲートバイアス電源ＶＧＧのゲート側電圧ライン（負側）に接続されているとともに、それぞれゲートバイアス調節回路Ｒｇ１およびＲｇ２を介して、各ＳＩＴのソースに接続されている。ゲートバイアス電源ＶＧＧのソース側電圧ライン（正側）は、上記の動作電源ＶＤＤのソース側電圧ライン（負側）に接続されていて、ゲートバイアス供給回路ＧＢ１およびＧＢ２のそれぞれからＳＩＴ１およびＳＩＴ２のそれぞれのゲートに供給されるゲートバイアスが、ソース電位に対して負電圧となるようになっている。
【００１７】
図２は、図１のプッシュプル増幅回路の各素子の具体的数値例を記入するとともに、ゲートバイアス回路の部分および位相反転回路（phase splitter）の部分の具体的回路構成例を記入した回路図である。
【００１８】
図２において、図中左上端付近に描かれた入力端子ＩＮと接地端子ＧＮＤとの間に供給されたオーディオ入力信号は、一対のＭＯＳ−ＦＥＴによる位相反転回路を介して各位相反転入力端ＩＮ１およびＩＮ２にそれぞれ伝達され、ＳＩＴ１およびＳＩＴ２のプッシュプル増幅回路を駆動する。なお、一対の静電誘導トランジスタＳＩＴ１およびＳＩＴ２は、同じ品種（型番）のＳＩＴで極力特性の揃った対を選定して使用するのがよく、また、導電型としては、内部抵抗の大きさや特性の面から、Ｎチャネル型が好ましく、例えば、その出力電圧電流特性は、図３に示すような特性を呈するものが選定される。
【００１９】
図４は、図１に示したプッシュプル増幅回路を部分的に改良して、高域の周波数特性をさらに高域に延ばしたプッシュプル増幅回路を示す回路図であり、チョークコイルＣＨＫの両側に、それぞれ２個の並列共振回路ＰＲ１１とＰＲ１２およびＰＲ２１とＰＲ２２を直列に追加して設けてある。並列共振回路ＰＲ１１およびＰＲ２１は、例えば、共振周波数を２０ＭＨｚに設定し、並列共振回路ＰＲ１２およびＰＲ２２は、例えば、共振周波数を５０ＭＨｚに設定する。そうすることにより、チョークコイルＣＨＫの巻線間の漂遊容量による高周波域でのチョークコイルＣＨＫのインピーダンスの低下を補正し、ボイスコイルＶＣの方に供給される信号の周波数域を高周波の方に延ばしている。実験測定では、これらの並列共振回路ＰＲ１１、ＰＲ１２、ＰＲ２１、ＰＲ２２がない場合に、実用周波数帯域幅が５Ｈｚ〜１０ＭＨｚ程度であったところが、並列共振回路ＰＲ１１、ＰＲ１２、ＰＲ２１、ＰＲ２２を挿入したことにより、実用周波数帯域幅は、５Ｈｚ〜１００ＭＨｚ程度に延びたことが観測された。
【００２０】
次に、図５〜図７を参照して、この発明で使用するチョークコイルＣＨＫの製作について説明する。チョークコイルＣＨＫは、所望のインダクタンスが得られること、所望の直流電流量を許容すること、巻線間の漂遊容量が小さいこと、プッシュプルの両側について特性が等しくバランスしていることが重要である。そのために、この発明では、その製作に工夫を凝らしている。
【００２１】
図５は、チョークコイルＣＨＫの外観の概略を示す平面図である。図示のように、コアは、磁性体板を積層巻きしたものを２つのＵ字形に切り離し、巻線した２本のボビンに通して突き合わせた所謂カットコアである。各ボビンに巻回した巻線は、便宜上、図では「コイル１」、「コイル２」と呼ぶ。各コイルは、それぞれ２本ずつ８組の巻線を施したもので、図では、巻線に１番から１６番までの番号を付し、巻始め端を通常の数字で、巻終わり端を「’」付の数字で示している。また、各巻線は、それぞれの巻方向（極性）が重要で、図６〜７では、同極性側に黒丸「・」を付してあり、図５では、巻線「１」と「２」を例として、それらを巻き始める向きが注記してある。さらに、巻線「１」と「２」、巻線「３」と「４」、…、巻線「１５」と「１６」といった具合に、２本ずつを並べて平行に巻いてあり、各対において巻線の構造上の特性を完全に一致させている。また、図６からも分かるように、巻線「１」と「２」を巻き始める向きと巻線「３」と「４」を巻き始める向きとは、互いに逆向きであり、同じ巻方向として使用するに際して巻始めと巻終わりの立場による影響が平均化されるように工夫してある。巻き上がった巻線は、図７に示すように結線して、同一コア上に巻回された２個のチョークコイル「Ａ−Ａ’」および「Ｂ−Ｂ’」として使用する。プッシュプル回路への接続は、「Ａ」端をＳＩＴ１のドレインに、「Ａ’」端および「Ｂ」端を合わせてセンタータップとして電源ＶＤＤのドレイン側電圧ラインに、「Ｂ’」端をＳＩＴ２のドレインにそれぞれ接続する。
【００２２】
以上、この発明を、好適な実施態様について説明したが、当業者であれば、ここに説明した技術的思想における各断片的なアイデアを適宜組み合わせて採用することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明によるオーディオ電力増幅回路の一実施形態の構成を原理的に示す回路図である。
【図２】図１のプッシュプル増幅回路を含む具体的回路構成を各素子の具体的数値例とともに示す回路図である。
【図３】この発明で使用するＳＩＴの出力電圧電流特性の例を示すグラフである。
【図４】図１に示したプッシュプル増幅回路を改良した実施態様の構成を原理的に示す回路図である。
【図５】この発明で使用するチョークコイルの外観の概略を示す平面図である。
【図６】この発明で使用するチョークコイルの巻線の要領を示す図である。
【図７】この発明で使用するチョークコイルの巻線の結線状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
ＳＩＴ１、ＳＩＴ２  …  静電誘導トランジスタ
ＣＨＫ  …  チョークコイル
ＶＣ  …  ボイスコイル
ＧＢ１、ＧＢ２  …  ゲートバイアス回路
ＩＮ１、ＩＮ２  …  位相反転入力端
ＰＲ１１、ＰＲ１２、ＰＲ２１、ＰＲ２２  …  並列共振回路
【図１】
2007208428.tif 000003
【図２】
2007208428.tif 000004
【図３】
2007208428.tif 000005
【図４】
2007208428.tif 000006
【図５】
2007208428.tif 000007
【図６】
2007208428.tif 000008
【図７】
2007208428.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月17日(2007.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
人間のよりよい音への欲求は高忠実度な原音再生へと向かい、録音技術の進歩、とりわけパルス技術を応用した記録方式の進歩や電気音響変換器の改良による歪の低下は近年著しく、また、回路方式などの周辺技術の発達も相俟って、オーディオ増幅器としての物理特性は極めて優れたものになりつつある。
オーディオ増幅器に用いられる増幅素子は小型軽量化の要求もあり、真空管よりトランジスタが多用され、使用するトランジスタとしても、バイポーラトランジスタ（ＢＰＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）のいずれも利用例が挙げられる。
これらの内、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）は３極真空管の出力特性と相似の不飽和特性を示し、伝導度変調が可能で、負帰還抵抗が著しく低いという特長を有している。
オーディオ増幅器の電力増幅段にトランジスタを使用したプッシュプル増幅回路は、種々のものが知られている。また、プッシュプル増幅回路に用いられるトランジスタは、真空管の場合と違って、導電型が２種類（「ＮＰＮとＰＮＰ」または「ＮチャネルとＰチャネル」、以下、「Ｎ型とＰ型」と総称する。）あるので、同じ導電型（Ｎ型同士またはＰ型同士）のトランジスタを対として使用する回路に加えて、異なる導電型（Ｎ型およびＰ型）のトランジスタを対として使用する相補型が存在する。それぞれの形式の増幅回路は、それぞれの特徴を有しており、出力インピーダンスが高い回路、出力インピーダンスが低い回路、出力トランスが必要な回路、出力トランスが不要でスピーカを直結できる回路など、必要に応じて種々設計される。
オーディオ増幅器には素子および回路の違いによる音質の差があり、特に３極真空管を用いたオーディオ増幅器の魅力は、その特性から得られる音質は未だ評価に値する。一方、トランジスタを用いたオーディオ増幅器で３極真空管特性を実現するには前述した特長を有するＳＩＴの利用が相応しい。
また、ＳＩＴは大電力化の要求に応え、大電流領域でも負の温度特性を有し熱暴走を起こさない特長も有するので、オーディオ増幅器の出力段増幅素子として大出力を得るのに相応しい。さらに、ＳＩＴは、電力増幅度の大きい電圧増幅素子であり、高耐圧であり、かつ、高入力インピーダンス、低出力インピーダンス、キャリアの蓄積が無くスイッチング速度が速い、直列抵抗が少なく低雑音となり、温度によるパラメータの変動が少ないなど利点が多い。
ＳＩＴの高入力インピーダンス特性は、駆動電力がＢＰＴに比べ著しく少なくて済み、伝達特性の直線性が良いことと相まって、歪も著しく低い利点をもたらす。また、ＳＩＴは低出力インピーダンスを低いものとすることができ、ことによりスピーカの入力インピーダンスとマッチングを採ることが容易となり、スピーカを直結しダイレクトドライブすることが可能となる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
しかしながら、同じ導電型のトランジスタを使用して出力トランスなしにスピーカの２端子のボイスコイルを直結できる格好なプッシュプル増幅回路は、存在しなかった。特に、トランジスタによるプッシュプル増幅回路の場合、相補型のトランジスタを使用すると、直結型の構成を採ることが容易ではあるが、トランジスタとして、相補型で特性の揃った対を見つけることは、非常に難しいためであった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、前記チョークコイルは、前記センタータップから両方の側となる各側部分を、複数の巻線区間に分割して構成するとともに、前記両方の側で対応する巻線区間同士を並列させて巻線し、前記各側部分ごとに前記分割された複数の巻線区間を合わせて結線して、前記チョークコイルの各側部分として使用する構成とするのが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この発明によれば、同じ導電型の静電誘導トランジスタを使用して、出力トランスなしにスピーカの２端子のボイスコイルを直結できるプッシュプル増幅回路でオーディオ電力増幅回路を構成することができる。