電力増幅器のバイアス回路
【課題】 アイドリング電流を精度良く一定に保つ。
【解決手段】 各々ダーリントン接続したパワートランジスタＱ１、Ｑ２とＱ３、Ｑ４をコンプリメンタリ接続したＳＥＰＰ回路構成の出力段１と、前記パワートランジスタＱ１、Ｑ３のベース間にバイアス電圧を印加するバイアス回路１１と、前記パワートランジスタＱ２、Ｑ４のエミッタと中点間に接続された一対の電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２と、一対の電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の両端間電圧の大きさを検出する電圧検出回路１２と、電圧検出手段１２の検出電圧の極小ピークに基づき極小ピークが一定となるようにバイアス回路１１を制御するバイアス電圧制御回路１４と、を備え、バイアス電圧から電源回路２０により電圧検出回路１２の動作電源を作成した。
【解決手段】 各々ダーリントン接続したパワートランジスタＱ１、Ｑ２とＱ３、Ｑ４をコンプリメンタリ接続したＳＥＰＰ回路構成の出力段１と、前記パワートランジスタＱ１、Ｑ３のベース間にバイアス電圧を印加するバイアス回路１１と、前記パワートランジスタＱ２、Ｑ４のエミッタと中点間に接続された一対の電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２と、一対の電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の両端間電圧の大きさを検出する電圧検出回路１２と、電圧検出手段１２の検出電圧の極小ピークに基づき極小ピークが一定となるようにバイアス回路１１を制御するバイアス電圧制御回路１４と、を備え、バイアス電圧から電源回路２０により電圧検出回路１２の動作電源を作成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力増幅器のバイアス回路に係り、とくに出力段のトランジスタを流れるアイドリング電流を一定にする自動調整機能を有する電力増幅器のバイアス回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオ用のパワーアンプでは、出力段のＳＥＰＰ回路を構成する一対のコンプリメンタリ接続されたパワートランジスタのベース間にバイアス回路からバイアス電圧を印加してＡＢクラス動作をさせ、アイドリング電流を流して出力歪の低減を図っている。出力段の一対のパワートランジスタは発熱量が大きく放熱のためヒートシンクに取り付けられるが、温度が上昇するとコレクタ電流が増大する性質を有しており、アイドリング電流が増大して熱暴走し、破壊に至る。このため、従来は、ＶBEマルチプライヤ方式のバイアス回路を構成するトラジスタとパワートランジスタを同一のヒートシンクに取り付けて熱結合し、パワートランジスタのＶBE温度特性によるアイドリング電流の変化を、バイアス回路のトランジスタのＶBE温度特性により変化するバイアス電圧により相殺し、アイドリング電流を一定とするようにしていた。
【０００３】
けれども、上記した従来方式では、バイアストランジスタをヒートシンク上のパワートランジスタの直近にビス止めしなければならず、取り付け作業負担が大きく、また、ビス止め可能なトランジスタが高価であるという欠点があった。また、パワートランジスタの温度変化に対するバイアストランジスタの温度変化の応答に時間が掛かり不安定であり、熱結合が不十分なときには熱暴走する恐れがあった。この問題を解決するため、実公平４−１８２４９号公報ではパワートランジスタを流れるアイドリング電流を直接検出し、該アイドリング電流が一定となるようにバイアス回路を制御するようにした自動調整方法が提案されている。
【０００４】
図１を参照してこの従来法を簡単に説明する。出力段１には同相で変化する一対の入力信号ｅ１、ｅ２が入力端子２、３を介して入力されており、入力端子２、３の間には外部制御で可変のバイアス電圧を発生するバイアス回路４が設けられている。出力段１は各々ダーリントン接続されたｎｐｎ型パワートランジスタＱ１、Ｑ２と、ｐｎｐ型パワートランジスタＱ３、Ｑ４が＋ＶB と−ＶB の間にシリーズに接続されており、Ｑ２のエミッタと中点の出力端子Ｏの間とＱ４のエミッタと中点の出力端子Ｏの間に各々電流検出抵抗（エミッタ抵抗）Ｒ１、Ｒ２が接続されている。Ｒ１、Ｒ２の両端電圧（Ｒ１とＲ２を合わせた電圧降下）は電圧検出回路５で検出され、そのボトムピークが極小値ホールド回路６で検出される。このボトムピークは、出力電流の瞬時値が小さいＡクラス動作期間にＱ２からＱ４へ貫流するアイドリング電流の大きさを示す。ボトムピークは比較回路７により基準電圧（アイドリング電流の規定値を決める）と比較され、ボトムピークが基準電圧より大きいときはアイドリング電流が規定値より大きくなっているのでバイアス電圧を減少させる制御信号をバイアス回路４へ出力し、ボトムピークが基準電圧より小さいときはアイドリング電流が規定値より小さくなっているのでバイアス電圧を増大させる制御信号をバイアス回路４へ出力する。これにより、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の温度変化でバイアス電流が変化しようとしても、フィードバック制御により一定化されることになる。規定値は基準電圧の大きさを可変することで所望値に設定できる。
【０００５】
ところで、Ｒ１、Ｒ２の両端の電位は、Ｂクラス動作期間に出力電流の瞬時値変化に伴い大きく同相変化し、最大で±ＶB 近くまで変化する。通常、数十Ｗの定格出力を有するパワーアンプでは±ＶB は数十Ｖある。一方、アイドリング電流は数十ｍＡ、Ｒ１、Ｒ２は０．１Ω程度であり、検出電圧は高々数ｍＶしかない。また、検出電圧は全波整流波形と類似した波形であり、周波数成分はオーディオ帯域の２倍有る。電圧検出回路５には差動増幅器（オペアンプ）が用いられるが、ＣＭＲＲ（同相成分除去比）は直流付近では大きいものの、周波数が高くなるにつれて悪化していき、数十ｋＨｚ以上ではかなり小さくなってしまう。このため、数十Ｖのコモンモード信号中の数ｍＶの電圧を正確に検出するのが難しく、アイドリング電流を精度良く一定に保つのが難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実公平４−０１８２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、アイドリング電流を精度良く一定に保つことのできる電力増幅器のバイアス回路を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一対のパワートランジスタをコンプリメンタリ接続したＳＥＰＰ回路構成の出力段と、前記一対のパワートランジスタのベース間にバイアス電圧を印加するバイアス電圧生成手段と、前記一対のパワートランジスタのエミッタと中点間に接続された一対の電流検出抵抗と、一対の電流検出抵抗の両端間電圧の大きさを検出する電圧検出手段と、電圧検出手段の検出電圧の極小ピークが一定となるようにバイアス電圧生成手段を制御するバイアス制御手段と、を備えた電力増幅器のバイアス回路において、バイアス電圧生成手段のバイアス電圧から電圧検出手段と極小ピーク検出手段の内、少なくとも前者の動作電源を作成する動作電源作成手段を備えたこと、を特徴としている。
また、前記電圧検出手段は、一対の電流検出抵抗の両端間電圧の検出を行う差動増幅器を含むこと、を特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バイアス電圧生成手段のバイアス電圧から電圧検出手段の動作電源を作成したので、電圧検出手段の電源から見た入力間の同相成分が抑圧される。このため、電流検出抵抗に生じた電圧降下の極小ピークを正確に検出して、精度良くバイアス調整を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来のＡＢクラス動作のパワーアンプの自動バイアス調整回路の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るＡＢクラス動作の自動バイアス調整回路の構成を示す回路図である（実施例１）。
【図３】図２中の自動バイアス調整回路の動作を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。
【実施例１】
【００１２】
図２を参照して本発明の第１実施例を説明する。図２は本発明に係るＡＢクラス動作のパワーアンプの自動バイアス調整回路の構成を示す回路図であり、図１と同一の構成部分には同一の符号が付してある。
１は出力段（電流増幅段）であり、各々ダーリントン接続されたｎｐｎ型パワートランジスタＱ１、Ｑ２と、ｐｎｐ型パワートランジスタＱ３、Ｑ４が＋ＶB と−ＶB の間にシリーズに接続されており、Ｑ２のエミッタと中点の出力端子Ｏの間とＱ４のエミッタと中点の出力端子Ｏの間に各々電流検出抵抗（エミッタ抵抗）Ｒ１、Ｒ２が接続されている。１０は電圧増幅段の最終段であり、一対のｎｐｎ型の差動トランジスタＱ５、Ｑ６を有し、一対の差動入力信号ｅ１１、ｅ１２が入力端子１１、１２を介してベースに入力されている。Ｑ５、Ｑ６のエミッタは共通のエミッタ抵抗Ｒ３を介して−ＶB と接続されている。Ｑ５のコレクタと＋ＶB の間には抵抗Ｒ４、ダイオ−ドＤ１、抵抗Ｒ５がシリーズに接続されており、Ｑ６のコレクタと＋ＶB の間には抵抗Ｒ６とｐｎｐ型のトランジスタＱ７がシリーズに接続されている。Ｒ４、Ｄ１、Ｒ５、Ｒ６、Ｑ７はＱ５、Ｑ６のアクティブ負荷を成す。Ｑ７のコレクタ出力とＱ６のコレクタ出力が出力段１への入力信号ｅ２１、ｅ２２となり、ベース抵抗Ｒ７、Ｒ８を介してＱ１、Ｑ３のベースに入力されている。
【００１３】
１１はＱ７のコレクタとＱ６のコレクタ間に設けられたＶBEマルチプライヤ式のバイアス回路であり、ｅ２１、ｅ２２の間に直流の可変のバイアス電圧ＶA を設定する。バイアス回路１１はＱ７のコレクタとＱ６のコレクタ間に接続されたｎｐｎ型のトランジスタＱ８、Ｑ８のコレクタ−ベース間に接続された抵抗Ｒ９、Ｑ８のベース−エミッタ間に接続された抵抗Ｒ１０を有している。後述するバイアス電圧制御回路の制御でＲ９を流れる電流が可変されることにより、バイアス電圧ＶA が減増する。
【００１４】
１２は電圧検出回路であり、出力段１のシリーズ接続されたＲ１、Ｒ２の両端間の電圧を検出する。電圧検出回路１２の内、１３は差動増幅器（オペアンプ）であり、＋端子が抵抗Ｒ１１を介してＲ１の一端側（Ｑ２とＲ１の接続点Ｐ１）と接続されるとともに抵抗Ｒ１２を介して後述する電源回路の中点ＶC と接続されており、−端子が抵抗Ｒ１３を介してＲ２の一端側（Ｑ４とＲ２の接続点Ｐ２）と接続されるとともに抵抗Ｒ１４を介して差動増幅器１３の出力端子と接続されている。差動増幅器１３の±電源端子は電源回路の±ＶOPと接続されている。Ｒ１１とＲ１３、Ｒ１２とＲ１４は各々同じ抵抗値に設定されており、差動増幅器１３の出力端子からＲ１とＲ２の電圧降下を合わせた検出対象電圧Ｅを所定の増幅率で増幅した検出電圧ＶE が出力される。＋端子とＶC 間に接続されたダイオードＤ２と、−端子と出力端子間に接続されたダイオードＤ３は検出電圧ＶE の振幅制限用である。
【００１５】
１４はバイアス電圧制御回路であり、電圧検出回路１２で検出された検出電圧ＶE の極小ピークが一定となるようにバイアス回路１１の制御を行なう。電圧検出回路１２の検出電圧ＶE は負荷電流が出力端子Ｏから負荷側へ流れる期間も負荷側から出力端子Ｏの側へ流れる期間もＶC に対し＋側に振れる全波整流波形の形をしているが、負荷電流がゼロクロスするタイミングでアイドリング電流分の極小値となる（図３参照）。バイアス電圧制御回路１４は検出電圧ＶE の極小ピークの変化を検出し、変化を打ち消す方向にバイアス回路１１を制御する。バイアス電圧制御回路１４は、電源回路の＋ＶS とＱ６のコレクタの間にシリーズ接続されたｐｎｐ型のトランジスタＱ９、コンデンサＣ１と、電源回路の±ＶS 間にシリーズに接続されて分圧電圧をバイアスとしてＱ９のベースに印加する分圧抵抗Ｒ１５、Ｒ１６と、電圧検出回路１２の出力側とＱ９のベース間に接続された入力抵抗Ｒ１７と、Ｃ１の両端間にシリーズに接続された分圧抵抗Ｒ１８、Ｒ１９と、Ｒ１９の両端間にベースとエミッタが接続されたｎｐｎ型のトランジスタＱ１０と、Ｑ１０のコレクタとバイアス回路１１のＱ８のベースの間に接続された抵抗Ｒ２０とを有している。
【００１６】
電圧検出回路１２の検出電圧ＶE が減少するとき、Ｑ９のエミッタ−コレクタ間の抵抗分が小さくなって＋ＶS からＣ１に短い時定数で充電され、検出電圧ＶE が増大するとき、Ｑ９のエミッタ−コレクタ間の抵抗分が大きくなってＣ１→Ｒ１８→Ｒ１９→Ｃ１の経路で長い時定数で放電されることにより、Ｒ１８とＲ１９の接続点Ｐ３に極小ピークを表す電圧ＶE ’が現れる（図３参照）。アイドリング電流が減少し、極小ピークが減少するとき、ＶE ’は高くなり、Ｑ１０のコレクタ−エミッタ間抵抗分が減少し、バイアス回路１１のＲ９を流れる電流を増大させてバイアス電圧ＶA を増大させ、アイドリング電流を増大させる。反対に、アイドリング電流が増大し、極小ピークが増大するとき、ＶE ’は低くなり、Ｑ１０のコレクタ−エミッタ間抵抗分が増大し、バイアス回路１１のＲ９を流れる電流を減少させてバイアス電圧ＶA を減少させ、アイドリング電流を減少させる。
【００１７】
２０は電源回路であり、バイアス電圧ＶA から電圧検出回路１２に供給する±ＶOPおよびＶC と、バイアス電圧制御回路１４に供給する±ＶS を作成する。この電源回路２０は、電圧増幅段の最終段１０のＱ７のコレクタと一端が接続された抵抗Ｒ２１、Ｑ６のコレクタと一端が接続された抵抗Ｒ２２、Ｒ２１、Ｒ２２の他端間にシリーズに接続されたコンデンサＣ２、Ｃ３を有しており、Ｃ２とＣ３の中点ＰC から中点電位ＶC 、Ｒ２１とＣ２の接続点から＋ＶOP、Ｒ２２とＣ３の接続点から−ＶOPが電圧検出回路１２に供給されている。また、Ｃ２の両端にシリーズに抵抗Ｒ２３、ダイオードＤ４が接続されており、Ｃ３の両端にシリーズに抵抗Ｒ２４、ダイオードＤ５が接続されており、Ｒ２３とＤ４の接続点から＋ＶS 、Ｒ２４とＤ５の接続点から−ＶS がバイアス電圧制御回路１４に供給されている。±ＶOPの大きさはＣ２、Ｃ３により安定化されており、±ＶS の大きさはＤ４、Ｄ５により、順方向降下電圧ＶAKに安定化されている。Ｄ６は±ＶOPの差をツェナー電圧以下に抑えるツェナーダイオードである。Ｄ４、Ｄ５とバイアス電圧制御回路１４のＱ９は直近に配置されており、Ｄ４、Ｄ５の温度上昇（温度低下）でＶAKが下がり（上がり）、±ＶS の大きさが小さくなったとき（大きくなったとき）、Ｑ９のコレクタ電流の温度上昇（温度低下）による増大（減少）でＣ１の充電電流が変わらないようにしている。
【００１８】
次に上記した実施例の動作を図３を参照して説明する。図３は電圧検出回路１２とバイアス電圧制御回路１４の動作を示す線図である。
バイアス回路１１が生成するバイアス電圧ＶA から、電源回路２０が安定化電源電圧である±ＶOPと±ＶS を作成して電圧検出回路１２とバイアス電圧制御回路１４に供給している。バイアス電圧ＶA により、出力段１のＱ２とＱ４には数十ｍＡ程度のアイドリング電流が流れてＡＢクラス動作を行う。Ｒ１、Ｒ２にはアイドリング電流と負荷電流による電圧降下が生じ、電圧検出回路１２によりＲ１、Ｒ２の両端間の電圧（Ｑ２のエミッタ電位とＱ４のエミッタ電位の差電圧）Ｅが検出されて検出電圧ＶE として出力される。信号ｅ１１、ｅ１２の変化により、ｅ２１、ｅ２２がグランドに対し同相で最大＋ＶB 近くから−ＶB 近くまで変化し、出力段１のＱ２のエミッタ電位とＱ４のエミッタ電位も同相で最大＋ＶB 近くから−ＶB 近くまで変化するが、この際、グランドに対して±ＶOPと±ＶS も追従して変化するため、電圧検出回路１２の差動増幅器１３では、電源±ＶOPから見て＋端子入力と−端子入力の同相成分が抑圧され、精度良く電圧検出を行なうことができる。
【００１９】
電圧検出回路１２の検出電圧ＶE を入力したバイアス電圧制御回路１４では、Ｐ３に極小ピークを表す電圧ＶE ’が現れ、アイドリング電流が減少し、極小ピークが減少するとき、ＶE ’が高くなり、Ｑ１０のコレクタ−エミッタ間抵抗分が減少し、バイアス回路１１のＲ９を流れる電流を増大させてバイアス電圧ＶA を増大させ、アイドリング電流を増大させる。反対に、アイドリング電流が増大し、極小ピークが増大するとき、ＶE ’が低くなり、Ｑ１０のコレクタ−エミッタ間抵抗分が増大し、バイアス回路１１のＲ９を流れる電流を減少させてバイアス電圧ＶA を減少させ、アイドリング電流を減少させる。このように、極小ピークが一定となるようにフィードバック制御が掛かることで、Ｑ１乃至Ｑ４の発熱による温度変化に関らず、アイドリング電流が一定化される。図２に示した回路定数の数値例の場合、ＶBE＝ＶAK＝０．６Ｖとして、アイドリング電流は約３３ｍＡで一定化される。
【００２０】
この実施例によれば、バイアス電圧から電圧検出回路１２の安定化動作電源を作成したので、電圧検出回路１２の電源から見た入力間の同相成分を抑圧することができ、電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２が小さく、Ｒ１、Ｒ２での電圧降下の極小ピークが小さくても正確に検出して、精度良くバイアス調整を行なうことができる。
また、電源回路２０のダイオードＤ４、Ｄ５とバイアス電圧制御回路１４のコンデンサＣ１の充電用のトランジスタＱ９を直近に配置して熱結合したことにより、温度変化による±ＶS の変動をＱ９のＶBEの温度特性で打ち消し、制御誤差を小さくすることができる。
【００２１】
なお、上記した実施例のバイアス電圧制御回路では、Ｒ１９の両端間にアイドリング電流が増減し、検出電圧ＶE の極小ピークが増減するとき、反比例して減増する電圧を生じさせて制御に用いたが、バイアス電圧制御手段を検出電圧ＶE の極小ピークをホールドするホールド回路と、ホールド回路の出力に基づきバイアス回路を極小ピークが一定となるように制御する制御回路とにより構成するようにしても良い。
また、図２に示した回路定数の数値も一例であり、本発明は何らこれに何ら限定されるものでない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、車載用、家庭用、業務用のオーディオパワーアンプ、オーディオ用途以外の各種アンプに適用できる。
【符号の説明】
【００２３】
１ 出力段
１１ バイアス回路
１２ 電圧検出回路
１３ 差動増幅器
１４ バイアス電圧制御回路
２０ 電源回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力増幅器のバイアス回路に係り、とくに出力段のトランジスタを流れるアイドリング電流を一定にする自動調整機能を有する電力増幅器のバイアス回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオ用のパワーアンプでは、出力段のＳＥＰＰ回路を構成する一対のコンプリメンタリ接続されたパワートランジスタのベース間にバイアス回路からバイアス電圧を印加してＡＢクラス動作をさせ、アイドリング電流を流して出力歪の低減を図っている。出力段の一対のパワートランジスタは発熱量が大きく放熱のためヒートシンクに取り付けられるが、温度が上昇するとコレクタ電流が増大する性質を有しており、アイドリング電流が増大して熱暴走し、破壊に至る。このため、従来は、ＶBEマルチプライヤ方式のバイアス回路を構成するトラジスタとパワートランジスタを同一のヒートシンクに取り付けて熱結合し、パワートランジスタのＶBE温度特性によるアイドリング電流の変化を、バイアス回路のトランジスタのＶBE温度特性により変化するバイアス電圧により相殺し、アイドリング電流を一定とするようにしていた。
【０００３】
けれども、上記した従来方式では、バイアストランジスタをヒートシンク上のパワートランジスタの直近にビス止めしなければならず、取り付け作業負担が大きく、また、ビス止め可能なトランジスタが高価であるという欠点があった。また、パワートランジスタの温度変化に対するバイアストランジスタの温度変化の応答に時間が掛かり不安定であり、熱結合が不十分なときには熱暴走する恐れがあった。この問題を解決するため、実公平４−１８２４９号公報ではパワートランジスタを流れるアイドリング電流を直接検出し、該アイドリング電流が一定となるようにバイアス回路を制御するようにした自動調整方法が提案されている。
【０００４】
図１を参照してこの従来法を簡単に説明する。出力段１には同相で変化する一対の入力信号ｅ１、ｅ２が入力端子２、３を介して入力されており、入力端子２、３の間には外部制御で可変のバイアス電圧を発生するバイアス回路４が設けられている。出力段１は各々ダーリントン接続されたｎｐｎ型パワートランジスタＱ１、Ｑ２と、ｐｎｐ型パワートランジスタＱ３、Ｑ４が＋ＶB と−ＶB の間にシリーズに接続されており、Ｑ２のエミッタと中点の出力端子Ｏの間とＱ４のエミッタと中点の出力端子Ｏの間に各々電流検出抵抗（エミッタ抵抗）Ｒ１、Ｒ２が接続されている。Ｒ１、Ｒ２の両端電圧（Ｒ１とＲ２を合わせた電圧降下）は電圧検出回路５で検出され、そのボトムピークが極小値ホールド回路６で検出される。このボトムピークは、出力電流の瞬時値が小さいＡクラス動作期間にＱ２からＱ４へ貫流するアイドリング電流の大きさを示す。ボトムピークは比較回路７により基準電圧（アイドリング電流の規定値を決める）と比較され、ボトムピークが基準電圧より大きいときはアイドリング電流が規定値より大きくなっているのでバイアス電圧を減少させる制御信号をバイアス回路４へ出力し、ボトムピークが基準電圧より小さいときはアイドリング電流が規定値より小さくなっているのでバイアス電圧を増大させる制御信号をバイアス回路４へ出力する。これにより、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の温度変化でバイアス電流が変化しようとしても、フィードバック制御により一定化されることになる。規定値は基準電圧の大きさを可変することで所望値に設定できる。
【０００５】
ところで、Ｒ１、Ｒ２の両端の電位は、Ｂクラス動作期間に出力電流の瞬時値変化に伴い大きく同相変化し、最大で±ＶB 近くまで変化する。通常、数十Ｗの定格出力を有するパワーアンプでは±ＶB は数十Ｖある。一方、アイドリング電流は数十ｍＡ、Ｒ１、Ｒ２は０．１Ω程度であり、検出電圧は高々数ｍＶしかない。また、検出電圧は全波整流波形と類似した波形であり、周波数成分はオーディオ帯域の２倍有る。電圧検出回路５には差動増幅器（オペアンプ）が用いられるが、ＣＭＲＲ（同相成分除去比）は直流付近では大きいものの、周波数が高くなるにつれて悪化していき、数十ｋＨｚ以上ではかなり小さくなってしまう。このため、数十Ｖのコモンモード信号中の数ｍＶの電圧を正確に検出するのが難しく、アイドリング電流を精度良く一定に保つのが難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実公平４−０１８２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、アイドリング電流を精度良く一定に保つことのできる電力増幅器のバイアス回路を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一対のパワートランジスタをコンプリメンタリ接続したＳＥＰＰ回路構成の出力段と、前記一対のパワートランジスタのベース間にバイアス電圧を印加するバイアス電圧生成手段と、前記一対のパワートランジスタのエミッタと中点間に接続された一対の電流検出抵抗と、一対の電流検出抵抗の両端間電圧の大きさを検出する電圧検出手段と、電圧検出手段の検出電圧の極小ピークが一定となるようにバイアス電圧生成手段を制御するバイアス制御手段と、を備えた電力増幅器のバイアス回路において、バイアス電圧生成手段のバイアス電圧から電圧検出手段と極小ピーク検出手段の内、少なくとも前者の動作電源を作成する動作電源作成手段を備えたこと、を特徴としている。
また、前記電圧検出手段は、一対の電流検出抵抗の両端間電圧の検出を行う差動増幅器を含むこと、を特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バイアス電圧生成手段のバイアス電圧から電圧検出手段の動作電源を作成したので、電圧検出手段の電源から見た入力間の同相成分が抑圧される。このため、電流検出抵抗に生じた電圧降下の極小ピークを正確に検出して、精度良くバイアス調整を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来のＡＢクラス動作のパワーアンプの自動バイアス調整回路の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るＡＢクラス動作の自動バイアス調整回路の構成を示す回路図である（実施例１）。
【図３】図２中の自動バイアス調整回路の動作を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。
【実施例１】
【００１２】
図２を参照して本発明の第１実施例を説明する。図２は本発明に係るＡＢクラス動作のパワーアンプの自動バイアス調整回路の構成を示す回路図であり、図１と同一の構成部分には同一の符号が付してある。
１は出力段（電流増幅段）であり、各々ダーリントン接続されたｎｐｎ型パワートランジスタＱ１、Ｑ２と、ｐｎｐ型パワートランジスタＱ３、Ｑ４が＋ＶB と−ＶB の間にシリーズに接続されており、Ｑ２のエミッタと中点の出力端子Ｏの間とＱ４のエミッタと中点の出力端子Ｏの間に各々電流検出抵抗（エミッタ抵抗）Ｒ１、Ｒ２が接続されている。１０は電圧増幅段の最終段であり、一対のｎｐｎ型の差動トランジスタＱ５、Ｑ６を有し、一対の差動入力信号ｅ１１、ｅ１２が入力端子１１、１２を介してベースに入力されている。Ｑ５、Ｑ６のエミッタは共通のエミッタ抵抗Ｒ３を介して−ＶB と接続されている。Ｑ５のコレクタと＋ＶB の間には抵抗Ｒ４、ダイオ−ドＤ１、抵抗Ｒ５がシリーズに接続されており、Ｑ６のコレクタと＋ＶB の間には抵抗Ｒ６とｐｎｐ型のトランジスタＱ７がシリーズに接続されている。Ｒ４、Ｄ１、Ｒ５、Ｒ６、Ｑ７はＱ５、Ｑ６のアクティブ負荷を成す。Ｑ７のコレクタ出力とＱ６のコレクタ出力が出力段１への入力信号ｅ２１、ｅ２２となり、ベース抵抗Ｒ７、Ｒ８を介してＱ１、Ｑ３のベースに入力されている。
【００１３】
１１はＱ７のコレクタとＱ６のコレクタ間に設けられたＶBEマルチプライヤ式のバイアス回路であり、ｅ２１、ｅ２２の間に直流の可変のバイアス電圧ＶA を設定する。バイアス回路１１はＱ７のコレクタとＱ６のコレクタ間に接続されたｎｐｎ型のトランジスタＱ８、Ｑ８のコレクタ−ベース間に接続された抵抗Ｒ９、Ｑ８のベース−エミッタ間に接続された抵抗Ｒ１０を有している。後述するバイアス電圧制御回路の制御でＲ９を流れる電流が可変されることにより、バイアス電圧ＶA が減増する。
【００１４】
１２は電圧検出回路であり、出力段１のシリーズ接続されたＲ１、Ｒ２の両端間の電圧を検出する。電圧検出回路１２の内、１３は差動増幅器（オペアンプ）であり、＋端子が抵抗Ｒ１１を介してＲ１の一端側（Ｑ２とＲ１の接続点Ｐ１）と接続されるとともに抵抗Ｒ１２を介して後述する電源回路の中点ＶC と接続されており、−端子が抵抗Ｒ１３を介してＲ２の一端側（Ｑ４とＲ２の接続点Ｐ２）と接続されるとともに抵抗Ｒ１４を介して差動増幅器１３の出力端子と接続されている。差動増幅器１３の±電源端子は電源回路の±ＶOPと接続されている。Ｒ１１とＲ１３、Ｒ１２とＲ１４は各々同じ抵抗値に設定されており、差動増幅器１３の出力端子からＲ１とＲ２の電圧降下を合わせた検出対象電圧Ｅを所定の増幅率で増幅した検出電圧ＶE が出力される。＋端子とＶC 間に接続されたダイオードＤ２と、−端子と出力端子間に接続されたダイオードＤ３は検出電圧ＶE の振幅制限用である。
【００１５】
１４はバイアス電圧制御回路であり、電圧検出回路１２で検出された検出電圧ＶE の極小ピークが一定となるようにバイアス回路１１の制御を行なう。電圧検出回路１２の検出電圧ＶE は負荷電流が出力端子Ｏから負荷側へ流れる期間も負荷側から出力端子Ｏの側へ流れる期間もＶC に対し＋側に振れる全波整流波形の形をしているが、負荷電流がゼロクロスするタイミングでアイドリング電流分の極小値となる（図３参照）。バイアス電圧制御回路１４は検出電圧ＶE の極小ピークの変化を検出し、変化を打ち消す方向にバイアス回路１１を制御する。バイアス電圧制御回路１４は、電源回路の＋ＶS とＱ６のコレクタの間にシリーズ接続されたｐｎｐ型のトランジスタＱ９、コンデンサＣ１と、電源回路の±ＶS 間にシリーズに接続されて分圧電圧をバイアスとしてＱ９のベースに印加する分圧抵抗Ｒ１５、Ｒ１６と、電圧検出回路１２の出力側とＱ９のベース間に接続された入力抵抗Ｒ１７と、Ｃ１の両端間にシリーズに接続された分圧抵抗Ｒ１８、Ｒ１９と、Ｒ１９の両端間にベースとエミッタが接続されたｎｐｎ型のトランジスタＱ１０と、Ｑ１０のコレクタとバイアス回路１１のＱ８のベースの間に接続された抵抗Ｒ２０とを有している。
【００１６】
電圧検出回路１２の検出電圧ＶE が減少するとき、Ｑ９のエミッタ−コレクタ間の抵抗分が小さくなって＋ＶS からＣ１に短い時定数で充電され、検出電圧ＶE が増大するとき、Ｑ９のエミッタ−コレクタ間の抵抗分が大きくなってＣ１→Ｒ１８→Ｒ１９→Ｃ１の経路で長い時定数で放電されることにより、Ｒ１８とＲ１９の接続点Ｐ３に極小ピークを表す電圧ＶE ’が現れる（図３参照）。アイドリング電流が減少し、極小ピークが減少するとき、ＶE ’は高くなり、Ｑ１０のコレクタ−エミッタ間抵抗分が減少し、バイアス回路１１のＲ９を流れる電流を増大させてバイアス電圧ＶA を増大させ、アイドリング電流を増大させる。反対に、アイドリング電流が増大し、極小ピークが増大するとき、ＶE ’は低くなり、Ｑ１０のコレクタ−エミッタ間抵抗分が増大し、バイアス回路１１のＲ９を流れる電流を減少させてバイアス電圧ＶA を減少させ、アイドリング電流を減少させる。
【００１７】
２０は電源回路であり、バイアス電圧ＶA から電圧検出回路１２に供給する±ＶOPおよびＶC と、バイアス電圧制御回路１４に供給する±ＶS を作成する。この電源回路２０は、電圧増幅段の最終段１０のＱ７のコレクタと一端が接続された抵抗Ｒ２１、Ｑ６のコレクタと一端が接続された抵抗Ｒ２２、Ｒ２１、Ｒ２２の他端間にシリーズに接続されたコンデンサＣ２、Ｃ３を有しており、Ｃ２とＣ３の中点ＰC から中点電位ＶC 、Ｒ２１とＣ２の接続点から＋ＶOP、Ｒ２２とＣ３の接続点から−ＶOPが電圧検出回路１２に供給されている。また、Ｃ２の両端にシリーズに抵抗Ｒ２３、ダイオードＤ４が接続されており、Ｃ３の両端にシリーズに抵抗Ｒ２４、ダイオードＤ５が接続されており、Ｒ２３とＤ４の接続点から＋ＶS 、Ｒ２４とＤ５の接続点から−ＶS がバイアス電圧制御回路１４に供給されている。±ＶOPの大きさはＣ２、Ｃ３により安定化されており、±ＶS の大きさはＤ４、Ｄ５により、順方向降下電圧ＶAKに安定化されている。Ｄ６は±ＶOPの差をツェナー電圧以下に抑えるツェナーダイオードである。Ｄ４、Ｄ５とバイアス電圧制御回路１４のＱ９は直近に配置されており、Ｄ４、Ｄ５の温度上昇（温度低下）でＶAKが下がり（上がり）、±ＶS の大きさが小さくなったとき（大きくなったとき）、Ｑ９のコレクタ電流の温度上昇（温度低下）による増大（減少）でＣ１の充電電流が変わらないようにしている。
【００１８】
次に上記した実施例の動作を図３を参照して説明する。図３は電圧検出回路１２とバイアス電圧制御回路１４の動作を示す線図である。
バイアス回路１１が生成するバイアス電圧ＶA から、電源回路２０が安定化電源電圧である±ＶOPと±ＶS を作成して電圧検出回路１２とバイアス電圧制御回路１４に供給している。バイアス電圧ＶA により、出力段１のＱ２とＱ４には数十ｍＡ程度のアイドリング電流が流れてＡＢクラス動作を行う。Ｒ１、Ｒ２にはアイドリング電流と負荷電流による電圧降下が生じ、電圧検出回路１２によりＲ１、Ｒ２の両端間の電圧（Ｑ２のエミッタ電位とＱ４のエミッタ電位の差電圧）Ｅが検出されて検出電圧ＶE として出力される。信号ｅ１１、ｅ１２の変化により、ｅ２１、ｅ２２がグランドに対し同相で最大＋ＶB 近くから−ＶB 近くまで変化し、出力段１のＱ２のエミッタ電位とＱ４のエミッタ電位も同相で最大＋ＶB 近くから−ＶB 近くまで変化するが、この際、グランドに対して±ＶOPと±ＶS も追従して変化するため、電圧検出回路１２の差動増幅器１３では、電源±ＶOPから見て＋端子入力と−端子入力の同相成分が抑圧され、精度良く電圧検出を行なうことができる。
【００１９】
電圧検出回路１２の検出電圧ＶE を入力したバイアス電圧制御回路１４では、Ｐ３に極小ピークを表す電圧ＶE ’が現れ、アイドリング電流が減少し、極小ピークが減少するとき、ＶE ’が高くなり、Ｑ１０のコレクタ−エミッタ間抵抗分が減少し、バイアス回路１１のＲ９を流れる電流を増大させてバイアス電圧ＶA を増大させ、アイドリング電流を増大させる。反対に、アイドリング電流が増大し、極小ピークが増大するとき、ＶE ’が低くなり、Ｑ１０のコレクタ−エミッタ間抵抗分が増大し、バイアス回路１１のＲ９を流れる電流を減少させてバイアス電圧ＶA を減少させ、アイドリング電流を減少させる。このように、極小ピークが一定となるようにフィードバック制御が掛かることで、Ｑ１乃至Ｑ４の発熱による温度変化に関らず、アイドリング電流が一定化される。図２に示した回路定数の数値例の場合、ＶBE＝ＶAK＝０．６Ｖとして、アイドリング電流は約３３ｍＡで一定化される。
【００２０】
この実施例によれば、バイアス電圧から電圧検出回路１２の安定化動作電源を作成したので、電圧検出回路１２の電源から見た入力間の同相成分を抑圧することができ、電流検出抵抗Ｒ１、Ｒ２が小さく、Ｒ１、Ｒ２での電圧降下の極小ピークが小さくても正確に検出して、精度良くバイアス調整を行なうことができる。
また、電源回路２０のダイオードＤ４、Ｄ５とバイアス電圧制御回路１４のコンデンサＣ１の充電用のトランジスタＱ９を直近に配置して熱結合したことにより、温度変化による±ＶS の変動をＱ９のＶBEの温度特性で打ち消し、制御誤差を小さくすることができる。
【００２１】
なお、上記した実施例のバイアス電圧制御回路では、Ｒ１９の両端間にアイドリング電流が増減し、検出電圧ＶE の極小ピークが増減するとき、反比例して減増する電圧を生じさせて制御に用いたが、バイアス電圧制御手段を検出電圧ＶE の極小ピークをホールドするホールド回路と、ホールド回路の出力に基づきバイアス回路を極小ピークが一定となるように制御する制御回路とにより構成するようにしても良い。
また、図２に示した回路定数の数値も一例であり、本発明は何らこれに何ら限定されるものでない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、車載用、家庭用、業務用のオーディオパワーアンプ、オーディオ用途以外の各種アンプに適用できる。
【符号の説明】
【００２３】
１ 出力段
１１ バイアス回路
１２ 電圧検出回路
１３ 差動増幅器
１４ バイアス電圧制御回路
２０ 電源回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のパワートランジスタをコンプリメンタリ接続したＳＥＰＰ回路構成の出力段と、前記一対のパワートランジスタのベース間にバイアス電圧を印加するバイアス電圧生成手段と、前記一対のパワートランジスタのエミッタと中点間に接続された一対の電流検出抵抗と、一対の電流検出抵抗の両端間電圧の大きさを検出する電圧検出手段と、電圧検出手段の検出電圧の極小ピークに基づき極小ピークが一定となるようにバイアス電圧生成手段を制御するバイアス制御手段と、を備えた電力増幅器のバイアス回路において、
バイアス電圧生成手段のバイアス電圧から電圧検出手段の動作電源を作成する動作電源作成手段を備えたこと、
を特徴とする電力増幅器のバイアス回路。
【請求項２】
電圧検出手段は、
一対の電流検出抵抗の両端間電圧の検出を行う差動増幅器により構成したこと、
を特徴とする請求項１記載の電力増幅器のバイアス回路。
【請求項１】
一対のパワートランジスタをコンプリメンタリ接続したＳＥＰＰ回路構成の出力段と、前記一対のパワートランジスタのベース間にバイアス電圧を印加するバイアス電圧生成手段と、前記一対のパワートランジスタのエミッタと中点間に接続された一対の電流検出抵抗と、一対の電流検出抵抗の両端間電圧の大きさを検出する電圧検出手段と、電圧検出手段の検出電圧の極小ピークに基づき極小ピークが一定となるようにバイアス電圧生成手段を制御するバイアス制御手段と、を備えた電力増幅器のバイアス回路において、
バイアス電圧生成手段のバイアス電圧から電圧検出手段の動作電源を作成する動作電源作成手段を備えたこと、
を特徴とする電力増幅器のバイアス回路。
【請求項２】
電圧検出手段は、
一対の電流検出抵抗の両端間電圧の検出を行う差動増幅器により構成したこと、
を特徴とする請求項１記載の電力増幅器のバイアス回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２３９３７３（Ｐ２０１０−２３９３７３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８４８６５（Ｐ２００９−８４８６５）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００３５９５）株式会社ケンウッド (1,981)
【出願人】（５９５１２０５３０）株式会社ケンウッド・エンジニアリング (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００３５９５）株式会社ケンウッド (1,981)
【出願人】（５９５１２０５３０）株式会社ケンウッド・エンジニアリング (22)
【Ｆターム（参考）】
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