電圧−電流コンバータ及びこれを備えたオーディオアンプ
【課題】負荷が平衡又は不平衡にかかわらず安定した電流を負荷に供給する。
【解決手段】本願発明の電圧−電流コンバータは、平衡入力される電圧信号を電流信号に変換し、負荷Ｌが接続される一対の出力端の一方から出力するための第１の電流−電圧変換部３と、電圧信号の位相を反転した電圧信号を電流信号に変換し、一対の出力端の他方から出力するための第２の電流−電圧変換部４と、一対の出力端間の電圧に含まれる、第１の電流−電圧変換部３及び第２の電流−電圧変換部４の出力に含まれるコモンモード成分に応じた電圧成分を第１の電流−電圧変換部３及び第２の電流−電圧変換部４の各入力端側にそれぞれ帰還させる帰還部５とを備える。
【解決手段】本願発明の電圧−電流コンバータは、平衡入力される電圧信号を電流信号に変換し、負荷Ｌが接続される一対の出力端の一方から出力するための第１の電流−電圧変換部３と、電圧信号の位相を反転した電圧信号を電流信号に変換し、一対の出力端の他方から出力するための第２の電流−電圧変換部４と、一対の出力端間の電圧に含まれる、第１の電流−電圧変換部３及び第２の電流−電圧変換部４の出力に含まれるコモンモード成分に応じた電圧成分を第１の電流−電圧変換部３及び第２の電流−電圧変換部４の各入力端側にそれぞれ帰還させる帰還部５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電圧信号を電流信号に変換するための電圧−電流コンバータ、及びこれを備えたオーディオアンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、オーディオアンプにおける信号伝送においては、例えば電圧信号としてのオーディオ信号を電流の形で伝送するいわゆる電流伝送が用いられている。電流伝送は、一般に、信号経路に直列に存在する例えば接触抵抗等の非線形要素の影響、あるいは電磁誘導や静電誘導による外部ノイズの影響等を受け難いとされている。
【０００３】
そのため、オーディオアンプにおいては、信号の伝送や音量の調整等に電流伝送を用いた場合、出力電圧が負荷抵抗に比例することから、実用レベルでの高Ｓ／Ｎが実現できるとされている。電流伝送を行うためには、電圧信号を電流信号に変換するための電圧−電流コンバータ（以下、「ＶＩコンバータ」という。）が用いられる（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８６８５９号公報
【０００５】
図８は、オーディオアンプに用いられるＶＩコンバータの一例を示す回路図である。同図に示すＶＩコンバータ１００は、ＯＰアンプを用いた反転入力型のＶＩコンバータで、入出力信号のタイプを不平衡型としたものである。具体的には、ＯＰアンプ３２の負の入力端子（−）は、抵抗Ｒ12を介して出力端子に接続されるとともに、抵抗Ｒ11を介してＶＩコンバータ１００の一方の入力端子Ｎに接続され、ＯＰアンプ３２の出力端子は抵抗Ｒ14を介して出力端子Ｏに接続されている。
【０００６】
また、ＯＰアンプ３２の正の入力端子（＋）は、ＶＩコンバータ１００の一方の出力端子Ｏに接続されるとともに、抵抗Ｒ13を介してＶＩコンバータ１００の他方の入力端子Ｎ’に接続されている。ＶＩコンバータ１００の他方の入力端子Ｎ’と他方の出力端子Ｏ’とはグランドに接地され、入力端子Ｎ−Ｎ’間にオーディオ信号を出力するオーディオ信号源３１が接続され、出力端子Ｏ−Ｏ’間に負荷Ｌが接続されている。
【０００７】
このＶＩコンバータにおいては、下記に示す式１及び式２が成立する。
【数１】
【数２】
なお、ｅはオーディオ信号源３１から出力されるオーディオ信号の電圧、Ｚは負荷Ｌの負荷インピーダンス、ＶaはＯＰアンプ３２の出力端子における電圧、Ｖ0は出力端子Ｏ−Ｏ’間の電圧を示す。
【０００８】
式１及び式２より、出力電圧Ｖ0は式３で表すことができる。
【０００９】
【数３】
【００１０】
ここで、Ｒ11・Ｒ14＝Ｒ12・Ｒ13、すなわちＲ11／Ｒ12＝Ｒ13／Ｒ14が成立するように各抵抗Ｒ11〜Ｒ14の定数を設定すれば、式３は式４で表すことができる。
【００１１】
【数４】
【００１２】
負荷Ｌに流れる電流をＩ0（＝Ｖ0／Ｚ）とすれば、負荷電流Ｉ0は式４より式５で表すことができる。
【数５】
【００１３】
すなわち、図８に示すＶＩコンバータ１００では、Ｒ11・Ｒ14＝Ｒ12・Ｒ13を満足するような回路定数を選択することで、式４に示すように、出力電圧Ｖ0は入力電圧ｅ及び負荷インピーダンスＺに比例するようになる。換言すれば、式５に示すように、負荷Ｌに流れる負荷電流Ｉ0は、負荷インピーダンスＺには依存しないことになり、負荷Ｌには、入力電圧ｅに比例した負荷電流Ｉ0が流れることになる。
【００１４】
一方、オーディオアンプといったオーディオ機器における信号伝送では、伝送経路での電磁誘導や静電誘導によるノイズを低減する目的で、平衡伝送が用いられることがある。この平衡伝送では、例えば機器間を接続する信号の往復線路にツイストペアが用いられる。この場合、電磁誘導や静電誘導による外部ノイズは、結合されてコモンモードノイズとなるのであるが、コモンモード成分は、平衡増幅器又は差動増幅器等によって除去することができる。
【００１５】
特に、伝送経路が長くなるような業務用オーディオ機器においては、平衡伝送が標準的に用いられている。家庭用オーディオ機器においても、ハイエンド機器の中には平衡伝送機能を備えるものも少なくない。
【００１６】
また、従来、業務オーディオ機器においては、トランスを用いた平衡伝送も用いられている。この平衡伝送によると、例えば平衡増幅器又は差動増幅器等はトランスの１次巻線−２次巻線間で絶縁されており、伝送形態が平衡（グランドに対してフロートな状態）であっても、不平衡（信号経路の一方がグランドに接地された状態）であっても使用できるといった特長を有している。
【００１７】
したがって、上記ＶＩコンバータ１００が、平衡あるいは不平衡の何れの負荷Ｌに対しても信号電流を正確に供給することができれば、当該ＶＩコンバータ１００を業務用オーディオや家庭用ハイエンドオーディオ機器に採用することができる。また、この場合、ＶＩコンバータ１００において電流伝送の利点も生かすことができる。
【００１８】
しかしながら、図８に示したＶＩコンバータ１００は、入力及び出力とも信号基準点がグランドとなっている不平衡入出力タイプのものである。そのため、このＶＩコンバータでは、平衡伝送を用いた業務用オーディオ機器や家庭用ハイエンドオーディオ機器等には用いることができないといった問題点があった。
【００１９】
図９は、図８に示したＶＩコンバータ１００の一対の入力端子対Ｎ，Ｎ’にそれぞれ不平衡型のオーディオ信号源３１ａ，３１ｂをそれぞれ接続したものである。図９の回路構成では、ＶＩコンバータ１００の入力端子対Ｎにはオーディオ信号ｅ1が入力され、入力端子対Ｎ’にはオーディオ信号ｅ2が入力されるので、ＶＩコンバータ１００はオーディオ信号ｅ1，ｅ2の差分を電流に変換する差動型ＶＩコンバータとして動作する。
【００２０】
このＶＩコンバータ１００は差動型動作となっているが、ＶＩコンバータ１００の他方の出力端子Ｏ’は接地されているため、出力電圧Ｖ0はグランドを基準とした不平衡出力となっている。そのため、図８に示した回路構成と同様に、業務用オーディオ機器や家庭用ハイエンドオーディオ機器等には用いることができないといった問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、負荷が平衡又は不平衡にかかわらず安定した電流を負荷に供給することのできる電圧−電流コンバータ及びそれを備えるオーディオアンプを提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２３】
本願発明の第１の側面によって提供される電圧−電流コンバータは、平衡入力される電圧信号を電流信号に変換し、負荷が接続される一対の出力端の一方から出力するための第１の電流−電圧変換手段と、前記電圧信号の位相を反転した電圧信号を電流信号に変換し、前記一対の出力端の他方から出力するための、前記第１の電流−電圧変換手段とは別に設けられた第２の電流−電圧変換手段と、前記一対の出力端間の電圧に含まれる、前記第１の電流−電圧変換手段及び前記第２の電流−電圧変換手段の出力に含まれるコモンモード成分に応じた電圧成分を前記第１の電流−電圧変換手段及び前記第２の電流−電圧変換手段の各入力端側にそれぞれ帰還させる帰還手段と、を備えることを特徴としている（請求項１）。
【００２４】
この構成によれば、帰還手段が第１の電流−電圧変換手段及び第２の電流−電圧変換手段の出力に含まれるコモンモード成分を検出し、そのコモンモード成分に応じた電圧成分
を第１の電圧−電流変換手段の入力端側及び第２の電圧−電流変換手段の入力端側にそれぞれ帰還させるので、例えば第１及び第２の電圧−電流変換手段におけるわずかな回路定数のばらつきやオフセット等による電圧変動分を互いにキャンセルすることができ、負荷が平衡状態あるいは不平衡状態であっても、安定した出力電流を負荷に供給することができる。
【００２５】
本願発明の電圧−電流コンバータにおいて、前記第１の電流−電圧変換手段に平衡入力される電圧信号は、不平衡信号からなる第１の電圧信号とこの第１の電圧信号の位相を反転した不平衡信号からなる第２の電圧信号との第１の差分信号であり、前記第２の電流−電圧変換手段に平衡入力される電圧信号は、前記第１の差分信号の位相を反転した第２の差分信号であるとよい（請求項２）。
【００２６】
本願発明の電圧−電流コンバータにおいて、前記第１，第２の電流−電圧変換手段は、オペアンプを用いた電流−電圧変換回路によって構成される一方、前記帰還手段は、前記一対の出力端間の電位差の中間値が入力される積分回路と、前記積分回路から出力される信号の位相を反転する位相反転回路とによって構成され、前記位相反転回路の出力が前記第１，第２の電流−電圧変換手段を構成する２つのオペアンプの負入力端子に入力されるとよい（請求項３）。
【００２７】
本願発明の電圧−電流コンバータにおいて、前記第１，第２の電流−電圧変換手段は、オペアンプを用いた電流−電圧変換回路によって構成される一方、前記帰還手段は、前記一対の出力端間の電位差の中間値が入力される積分回路によって構成され、前記積分回路の出力が前記第１，第２の電流−電圧変換手段を構成する２つのオペアンプの正入力端子に入力されるとよい（請求項４）。
【００２８】
本願発明の第２の側面によって提供されるオーディオアンプは、本願発明の第１の側面によって提供される電圧−電流コンバータを備えたことを特徴としている（請求項５）。
【００２９】
この構成によれば、このオーディオアンプは、本願発明の第１の側面によって提供される電圧−電流コンバータを備えているので、第１の側面によって提供される電圧−電流コンバータと同様の作用効果を奏する。
【００３０】
本願発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００３２】
図１は、本願発明に係る電圧−電流コンバータ１（以下、「ＶＩコンバータ１」という。）の回路図である。このＶＩコンバータ１は、いわゆる平衡型（入力信号と出力信号がともに平衡型の信号のタイプ）を基本とするが、不平衡型負荷を接続しても使用することができるようになっている。
【００３３】
ＶＩコンバータ１は、大別して、第１の電圧−電流変換部３と、第２の電圧−電流変換部４と、積分帰還部５とによって概略構成されている。ＶＩコンバータ１の一方の入力端子Ｎには不平衡型オーディオ信号源２ａが接続され、他方の入力端子Ｎ’には不平衡型オーディオ信号源２ｂが接続されている。また、ＶＩコンバータ１の一対の出力端子ｂ，ｃはフローティング状態となっており、両出力端子ｂ，ｃに負荷インピーダンスＺを有する負荷Ｌが接続されている。
【００３４】
第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂは、入力信号としてのオーディオ信号を発生させるためのものであり、その負極側同士がグランドに接地されている。この接続構成により、ＶＩコンバータ１における入力側が平衡入力となっている。なお、図面上は、オーディオ信号発生源は、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂというように２つのオーディオ信号発生源とされているが、平衡入力できるものであれば１つのオーディオ発生源によって構成されてもよい。
【００３５】
第１の電圧−電流変換部３は、オーディオ信号としての電圧信号を電流信号に変換するためのものであり、第１ＯＰアンプ１１と、複数の抵抗Ｒ2，Ｒ4とからなる。一方、第２の電圧−電流変換部４は、第１の電圧−電流変換部３と同じく、オーディオ信号としての電圧信号を電流信号に変換するためのものである。第２の電圧−電流変換部４は、第１の電圧−電流変換部３と略同様の構成とされ、第１ＯＰアンプ１１と同様の機能を有する第２ＯＰアンプ１２と、複数の抵抗Ｒ2，Ｒ4とからなる。なお、図面上、抵抗について符号が同一で表されているものは、同一の機能及び同一の抵抗値を有するものとする。
【００３６】
第１のオーディオ信号発生源２ａには、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４がそれぞれ接続されている。より詳細には、第１のオーディオ信号発生源２ａの正極側は、抵抗Ｒ1aを介して第１の電圧−電流変換部３の第１ＯＰアンプ１１の負極入力端子（−）に接続されているとともに、抵抗Ｒ3aを介して第２の電圧−電流変換部４の第２ＯＰアンプ１２の正極入力端子（＋）にそれぞれ接続されている。
【００３７】
また、第２のオーディオ信号発生源２ｂの正極側は、抵抗Ｒ1aを介して第２の電圧−電流変換部４の第２ＯＰアンプ１２の負極入力端子（−）に接続されているとともに、抵抗Ｒ3aを介して第１の電圧−電流変換部３の第１ＯＰアンプ１１の正極入力端子（＋）に接続されている。これら第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの接続構成により、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの各出力電圧ｅ1，ｅ2の差（ｅ1−ｅ2）は、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４にそれぞれ入力されることになる。
【００３８】
第１の電圧−電流変換部３では、上述した抵抗Ｒ1aが第１ＯＰアンプ１１の負極入力端子（−）に接続されるとともに第１ＯＰアンプ１１のループ抵抗（帰還抵抗ともいう。以下同様。）である抵抗Ｒ2に接続されている。抵抗Ｒ2は、第１ＯＰアンプ１１の出力端子に接続されるとともに、第１ＯＰアンプ１１の出力抵抗である抵抗Ｒ4に接続されている。そして、抵抗Ｒ4は、第１ＯＰアンプ１１の正極入力端子（＋）にループを形成する（帰還経路を形成するともいう。以下同様。）ように接続されている。
【００３９】
この構成により、第１の電圧−電流変換部３は、正極入力端子（＋）及び負極入力端子（−）間に入力された第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧の差（ｅ1−ｅ2）を、出力抵抗Ｒ4を流れる電流に変換している。
【００４０】
また、第２の電圧−電流変換部４では、上述した抵抗Ｒ3aが第２ＯＰアンプ１２の正極入力端子（＋）に接続されるとともに第２ＯＰアンプ１２の出力抵抗である抵抗Ｒ4に接続されている。抵抗Ｒ4は、第２ＯＰアンプ１２の出力端子に接続されるとともに、第２ＯＰアンプ１２のループ抵抗である抵抗Ｒ2に接続されている。そして、抵抗Ｒ2は、第２ＯＰアンプ１２の負極入力端子（−）にループを形成するように接続されている。
【００４１】
この構成により、第２の電圧−電流変換部４は、正極入力端子（＋）及び負極入力端子（−）間に入力された第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧の差（ｅ1−ｅ2）を、出力抵抗Ｒ4を流れる電流に変換している。
【００４２】
第１の電圧−電流変換部３の出力抵抗Ｒ4と第２の電圧−電流変換部４の出力抵抗Ｒ4との間には、負荷Ｌが接続されているとともに積分帰還部５が接続されている。積分帰還部５は、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の出力コモンモード成分を第１の電圧−電流変換部３の入力側及び第２の電圧−電流変換部４の入力側にそれぞれ負帰還させるものである。積分帰還部５は、２つの入力抵抗Ｒ3bと、積分回路を構成する第３ＯＰアンプ１３及びコンデンサＣと、位相反転回路を構成する第４ＯＰアンプ１４及び複数の抵抗ｒ1，ｒ2とからなる。
【００４３】
第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の出力コモンモード成分は、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の出力端とグランドとの間に生じるコモンモード（同相）成分である。より厳密には、上記出力コモンモード成分は、負荷Ｌに対して並列接続された２つの入力抵抗Ｒ3bの中点（接続点ａ参照）とグランドとの間に生じるコモンモード成分である。
【００４４】
積分帰還部５の接続構成としては、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の各出力抵抗Ｒ4がともに入力抵抗Ｒ3bを介して接続点ａで接続されている。接続点ａは、第３ＯＰアンプ１３の負極入力端子（−）に接続されているとともに積分用のコンデンサＣに接続されている。コンデンサＣは、第３ＯＰアンプ１３の出力端子に接続されているとともに抵抗ｒ1に接続されている。第３ＯＰアンプ１３の正極入力端子（＋）は、第４ＯＰアンプ１４の正極入力端子（＋）に接続されているとともにグランドに接地されている。
【００４５】
抵抗ｒ1は、第４ＯＰアンプ１４の負極入力端子（−）に接続されているとともに、第４ＯＰアンプ１４のループ抵抗である抵抗ｒ2に接続されている。抵抗ｒ2は、第４ＯＰアンプ１４の出力端子に接続されている。第４ＯＰアンプ１４の出力端子は、第１の電圧−電流変換部３側の抵抗Ｒ1bを介して第１ＯＰアンプ１１の負極入力端子（−）に接続されているとともに、第２の電圧−電流変換部４側の抵抗Ｒ1bを介して第２ＯＰアンプ１２の負極入力端子（−）に接続されている。すなわち、積分帰還部５の出力は、第１の電圧−電流変換部３及び第２の電圧−電流変換部４にそれぞれ負帰還入力されている。
【００４６】
上記の構成によると、式６〜式１０が成立する。
【数６】
【００４７】
【数７】
【００４８】
【数８】
【００４９】
【数９】
【００５０】
【数１０】
ここで、Ｖ1は負荷Ｌの一方端ｂにおける電圧、Ｖ2は負荷Ｌの他方端ｃにおける電圧、Ｖ3は第１ＯＰアンプ１１の出力端子ｄにおける電圧、Ｖ4は第２ＯＰアンプ１２の出力端子ｅにおける電圧、Ｖ5は積分帰還部５の出力端ｇにおける電圧、Ｚは負荷Ｌの負荷インピーダンスをそれぞれ示す。
【００５１】
式６〜式１０より、出力電圧Ｖ0は式１１で表すことができる。
【数１１】
【００５２】
ここで、Ｒ1aＲ1bＲ4（Ｒ3a＋Ｒ3b）＝Ｒ3aＲ3bＲ2（Ｒ1a＋Ｒ1b）、すなわち（Ｒ1a／／Ｒ1b）／Ｒ2＝（Ｒ3a／／Ｒ3b）／Ｒ4が成立するように抵抗定数を選択すると、式１２が成立する。
【００５３】
【数１２】
【００５４】
すなわち、出力電圧Ｖ0は、負荷Ｌの負荷インピーダンスＺに比例する。この場合、負荷Ｌに流れる電流をＩ0（＝Ｖ0／Ｚ）とすれば、負荷電流Ｉ0は式１２より式１３で表すことができる。
【００５５】
【数１３】
【００５６】
ここで、Ｒ2＝ｐＲ1a，Ｒ4＝ｐＲ3aとなるような定数ｐを設定すると、式１２に基づいて式１４が成立する。
【００５７】
【数１４】
【００５８】
式１４により、負荷Ｌに流れる電流Ｉ0を再び導くと、負荷電流Ｉ0は式１５で表すことができる。
【００５９】
【数１５】
【００６０】
式１５により、図１に示すＶＩコンバータ１の変換コンダクタンスは、−１／Ｒ3aであることがわかる。すなわち、負荷電流Ｉ0は、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧の差（ｅ1−ｅ2）に比例するとともに、負荷Ｌの負荷インピーダンスＺには依存しないことがわかる。そして、負荷Ｌには、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧の差（ｅ1−ｅ2）に比例した負荷電流Ｉ0が流れることになる。
【００６１】
このように、上記構成によれば、積分帰還部５の積分回路が第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の出力コモンモード成分を検出し、位相反転回路によって位相を反転して第１の電圧−電流変換部３の入力側及び第２の電圧−電流変換部４の入力側にそれぞれ負帰還（直流サーボ帰還）させている。そのため、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４におけるわずかな回路定数のばらつきや第１又は第２ＯＰアンプ１１，１２のオフセット等による電圧変動分を互いにキャンセルすることができ、負荷Ｌが平衡（フローティング）の状態であっても、安定した出力電流（負荷電流）Ｉ0を負荷Ｌに供給することができる。
【００６２】
図２は、図１に示すＶＩコンバータ１における出力波形を示す図である。このＶＩコンバータ１では、負荷Ｌは、グランドに対してフローティング状態である平衡負荷であるため、出力電圧Ｖ1，Ｖ2がほぼ０Ｖを基準に対称に変化するように動作していることがわかる。そして、出力電圧Ｖ0（＝Ｖ1−Ｖ2）は、正確な正弦波が見られる。
【００６３】
ここで、図１に示すＶＩコンバータ１の出力コモンモード成分を算出すると、式６，１０等により、式１６が成立する。
【００６４】
【数１６】
【００６５】
すなわち、出力コモンモード成分は、直流域や超低周波数帯域では、フラットな電流出力となるが、対象となるオーディオ帯域においてほぼ「０」となる。
【００６６】
一方、図３は、図１に示すＶＩコンバータ１の比較例を示す回路図である。このＶＩコンバータ１Ａでは、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧ｅ1，ｅ2の差（ｅ1−ｅ2）が第１及び第２の電圧−電流変換部３，４に対して入力され、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４のそれぞれの出力抵抗Ｒ4に負荷Ｌが接続されている。すなわち、図３に示すＶＩコンバータ１Ａは、図１に示すＶＩコンバータ１に比べ、積分帰還部５を備えていない構成とされている。
【００６７】
この図３に示すＶＩコンバータ１Ａにおいても、負荷Ｌは、グランドに対してフローティング状態である平衡負荷であり、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧ｅ1，ｅ2の差（ｅ1−ｅ2）に比例した出力電圧Ｖ0及び負荷電流Ｉ0を得ることができる。
【００６８】
しかしながら、このＶＩコンバータ１Ａでは、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の出力コモンモード（同相）成分に対して負帰還量と正帰還量とが同じになっているため、出力コモンモード電圧が不定となる。そのため、わずかな回路定数のばらつきや第１又は第２ＯＰアンプ１１，１２のオフセット等によって、無信号時には、出力電圧Ｖ0が第１及び第２ＯＰアンプ１１，１２に供給される正負の電源電圧のいずれかに張り付いた状態となる。
【００６９】
図４は、図３に示すＶＩコンバータ１Ａにおける出力波形を示す図である。同図によると、出力電圧Ｖ0（＝Ｖ1−Ｖ2）としては正確な出力波形が得られるが、出力電圧Ｖ1，Ｖ2の出力波形はかなり歪んでいる。すなわち、図３に示すＶＩコンバータ１Ａでは、音質の劣化が生じていることがわかる。
【００７０】
図５は、図１に示すＶＩコンバータ１の使用形態の変形例を示す回路図である。この変形例に示すＶＩコンバータ１では、負荷Ｌの他方端子（出力電圧Ｖ2側）がグランドに接地され、Ｖ2＝０となることから、出力電圧Ｖ0は出力電圧Ｖ1と同電位になる。すなわち、負荷Ｌが不平衡の状態である。
【００７１】
同図によると、式１７〜式１９が成立する。
【数１７】
【００７２】
【数１８】
【００７３】
【数１９】
【００７４】
式１７〜１９により、出力電圧Ｖ0は式２０で表すことができる。
【数２０】
【００７５】
ここで、図１に示すＶＩコンバータ１における説明と同様に、Ｒ2＝ｐＲ1a，Ｒ4＝ｐＲ3aとなるような定数ｐを設定すると、式２１が成立する。
【００７６】
【数２１】
【００７７】
式２１によると、負荷Ｌが通常の抵抗負荷の場合には、図５に示すＶＩコンバータ１がハイパスフィルタ（ＨＰＦ）の特性を有することを示している。すなわち、直流域では出力電圧Ｖ0＝０であるため、負荷電流Ｉ0＝０である。
【００７８】
一方、周波数が比較的高い交流域においては、式２２，式２３に示すように、負荷Ｌが平衡状態の場合（図１のＶＩコンバータ１参照）と同じ出力特性を有する。
【数２２】
【数２３】
【００７９】
すなわち、図５に示す負荷Ｌが不平衡状態のＶＩコンバータ１では、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）の特性を有し、その減衰域では電流出力されないが、通過帯域においては負荷Ｌが平衡状態のときと同じように、安定した出力電流（負荷電流）Ｉ0を負荷Ｌに供給することができる。
【００８０】
したがって、積分帰還部５の積分用のコンデンサＣの値を適当に選ぶことにより、対象となるオーディオ帯域においては、負荷Ｌが平衡状態又は不平衡状態に関係なく、ＶＩコンバータ１が有する電流伝送の機能を発揮することができる。
【００８１】
図６は、図５に示すＶＩコンバータ１における出力波形を示す図である。同図によると、出力電位Ｖ2がグランドに接地されているため０Ｖであるが、出力電位Ｖ1の波形が出力電圧Ｖ0として出力される。
【００８２】
図７は、図１に示すＶＩコンバータ１の他の変形例を示す回路図である。図１に示すＶＩコンバータ１では、積分帰還部５の第３ＯＰアンプ１３によって出力コモンモード成分を検出し、検出された出力コモンモード成分を第４ＯＰアンプ１４によって位相反転して第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の第１及び第２ＯＰアンプ１１，１２の正極入力端子（＋）に負帰還している。
【００８３】
これに対し、図７に示すＶＩコンバータ１Ｂでは、積分帰還部５’の第３ＯＰアンプ１３によって検出されたコモンモード電圧を位相反転せずに、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の第１及び第２ＯＰアンプ１１，１２の正極入力端子（＋）に負帰還している。すなわち、図７に示すＶＩコンバータ１Ｂでは、図１に示すＶＩコンバータ１に比べ、位相反転用の第４ＯＰアンプ１４及びその周辺部品を省略することができ、回路構成を簡素化できるといった利点がある。なお、その他の構成については、図１に示すＶＩコンバータ１と略同様である。
【００８４】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、上記実施形態に示した回路構成は一例であり、同等の機能を有するものであれば、種々の回路を適用することができる。例えば図１に、本願発明に係るＶＩコンバータの回路図を示したが、本願発明はこの回路に限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本願発明に係る電圧−電流コンバータの回路図である。
【図２】図１に示す電圧−電流コンバータにおける平衡負荷時の出力波形を示す図である。
【図３】図１に示す電圧−電流コンバータの比較例を示す回路図である。
【図４】図３に示す電圧−電流コンバータにおける平衡負荷時の出力波形を示す図である。
【図５】図１に示す電圧−電流コンバータの使用形態の変形例を示す回路図である。
【図６】図５に示す電圧−電流コンバータにおける不平衡負荷時の出力波形を示す図である。
【図７】図１に示す電圧−電流コンバータの他の変形例を示す回路図である。
【図８】従来の電圧−電流コンバータの一例を示す回路図である。
【図９】従来の電圧−電流コンバータの変形例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 電圧−電流コンバータ
２ａ 第１のオーディオ信号源
２ｂ 第２のオーディオ信号源
３ 第１の電圧−電流変換部
４ 第２の電圧−電流変換部
５ 積分帰還部
１１ 第１ＯＰアンプ
１２ 第２ＯＰアンプ
１３ 第３ＯＰアンプ
１４ 第４ＯＰアンプ
ｅS オーディオ信号
Ｌ 負荷
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、電圧信号を電流信号に変換するための電圧−電流コンバータ、及びこれを備えたオーディオアンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、オーディオアンプにおける信号伝送においては、例えば電圧信号としてのオーディオ信号を電流の形で伝送するいわゆる電流伝送が用いられている。電流伝送は、一般に、信号経路に直列に存在する例えば接触抵抗等の非線形要素の影響、あるいは電磁誘導や静電誘導による外部ノイズの影響等を受け難いとされている。
【０００３】
そのため、オーディオアンプにおいては、信号の伝送や音量の調整等に電流伝送を用いた場合、出力電圧が負荷抵抗に比例することから、実用レベルでの高Ｓ／Ｎが実現できるとされている。電流伝送を行うためには、電圧信号を電流信号に変換するための電圧−電流コンバータ（以下、「ＶＩコンバータ」という。）が用いられる（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８６８５９号公報
【０００５】
図８は、オーディオアンプに用いられるＶＩコンバータの一例を示す回路図である。同図に示すＶＩコンバータ１００は、ＯＰアンプを用いた反転入力型のＶＩコンバータで、入出力信号のタイプを不平衡型としたものである。具体的には、ＯＰアンプ３２の負の入力端子（−）は、抵抗Ｒ12を介して出力端子に接続されるとともに、抵抗Ｒ11を介してＶＩコンバータ１００の一方の入力端子Ｎに接続され、ＯＰアンプ３２の出力端子は抵抗Ｒ14を介して出力端子Ｏに接続されている。
【０００６】
また、ＯＰアンプ３２の正の入力端子（＋）は、ＶＩコンバータ１００の一方の出力端子Ｏに接続されるとともに、抵抗Ｒ13を介してＶＩコンバータ１００の他方の入力端子Ｎ’に接続されている。ＶＩコンバータ１００の他方の入力端子Ｎ’と他方の出力端子Ｏ’とはグランドに接地され、入力端子Ｎ−Ｎ’間にオーディオ信号を出力するオーディオ信号源３１が接続され、出力端子Ｏ−Ｏ’間に負荷Ｌが接続されている。
【０００７】
このＶＩコンバータにおいては、下記に示す式１及び式２が成立する。
【数１】
【数２】
なお、ｅはオーディオ信号源３１から出力されるオーディオ信号の電圧、Ｚは負荷Ｌの負荷インピーダンス、ＶaはＯＰアンプ３２の出力端子における電圧、Ｖ0は出力端子Ｏ−Ｏ’間の電圧を示す。
【０００８】
式１及び式２より、出力電圧Ｖ0は式３で表すことができる。
【０００９】
【数３】
【００１０】
ここで、Ｒ11・Ｒ14＝Ｒ12・Ｒ13、すなわちＲ11／Ｒ12＝Ｒ13／Ｒ14が成立するように各抵抗Ｒ11〜Ｒ14の定数を設定すれば、式３は式４で表すことができる。
【００１１】
【数４】
【００１２】
負荷Ｌに流れる電流をＩ0（＝Ｖ0／Ｚ）とすれば、負荷電流Ｉ0は式４より式５で表すことができる。
【数５】
【００１３】
すなわち、図８に示すＶＩコンバータ１００では、Ｒ11・Ｒ14＝Ｒ12・Ｒ13を満足するような回路定数を選択することで、式４に示すように、出力電圧Ｖ0は入力電圧ｅ及び負荷インピーダンスＺに比例するようになる。換言すれば、式５に示すように、負荷Ｌに流れる負荷電流Ｉ0は、負荷インピーダンスＺには依存しないことになり、負荷Ｌには、入力電圧ｅに比例した負荷電流Ｉ0が流れることになる。
【００１４】
一方、オーディオアンプといったオーディオ機器における信号伝送では、伝送経路での電磁誘導や静電誘導によるノイズを低減する目的で、平衡伝送が用いられることがある。この平衡伝送では、例えば機器間を接続する信号の往復線路にツイストペアが用いられる。この場合、電磁誘導や静電誘導による外部ノイズは、結合されてコモンモードノイズとなるのであるが、コモンモード成分は、平衡増幅器又は差動増幅器等によって除去することができる。
【００１５】
特に、伝送経路が長くなるような業務用オーディオ機器においては、平衡伝送が標準的に用いられている。家庭用オーディオ機器においても、ハイエンド機器の中には平衡伝送機能を備えるものも少なくない。
【００１６】
また、従来、業務オーディオ機器においては、トランスを用いた平衡伝送も用いられている。この平衡伝送によると、例えば平衡増幅器又は差動増幅器等はトランスの１次巻線−２次巻線間で絶縁されており、伝送形態が平衡（グランドに対してフロートな状態）であっても、不平衡（信号経路の一方がグランドに接地された状態）であっても使用できるといった特長を有している。
【００１７】
したがって、上記ＶＩコンバータ１００が、平衡あるいは不平衡の何れの負荷Ｌに対しても信号電流を正確に供給することができれば、当該ＶＩコンバータ１００を業務用オーディオや家庭用ハイエンドオーディオ機器に採用することができる。また、この場合、ＶＩコンバータ１００において電流伝送の利点も生かすことができる。
【００１８】
しかしながら、図８に示したＶＩコンバータ１００は、入力及び出力とも信号基準点がグランドとなっている不平衡入出力タイプのものである。そのため、このＶＩコンバータでは、平衡伝送を用いた業務用オーディオ機器や家庭用ハイエンドオーディオ機器等には用いることができないといった問題点があった。
【００１９】
図９は、図８に示したＶＩコンバータ１００の一対の入力端子対Ｎ，Ｎ’にそれぞれ不平衡型のオーディオ信号源３１ａ，３１ｂをそれぞれ接続したものである。図９の回路構成では、ＶＩコンバータ１００の入力端子対Ｎにはオーディオ信号ｅ1が入力され、入力端子対Ｎ’にはオーディオ信号ｅ2が入力されるので、ＶＩコンバータ１００はオーディオ信号ｅ1，ｅ2の差分を電流に変換する差動型ＶＩコンバータとして動作する。
【００２０】
このＶＩコンバータ１００は差動型動作となっているが、ＶＩコンバータ１００の他方の出力端子Ｏ’は接地されているため、出力電圧Ｖ0はグランドを基準とした不平衡出力となっている。そのため、図８に示した回路構成と同様に、業務用オーディオ機器や家庭用ハイエンドオーディオ機器等には用いることができないといった問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、負荷が平衡又は不平衡にかかわらず安定した電流を負荷に供給することのできる電圧−電流コンバータ及びそれを備えるオーディオアンプを提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２３】
本願発明の第１の側面によって提供される電圧−電流コンバータは、平衡入力される電圧信号を電流信号に変換し、負荷が接続される一対の出力端の一方から出力するための第１の電流−電圧変換手段と、前記電圧信号の位相を反転した電圧信号を電流信号に変換し、前記一対の出力端の他方から出力するための、前記第１の電流−電圧変換手段とは別に設けられた第２の電流−電圧変換手段と、前記一対の出力端間の電圧に含まれる、前記第１の電流−電圧変換手段及び前記第２の電流−電圧変換手段の出力に含まれるコモンモード成分に応じた電圧成分を前記第１の電流−電圧変換手段及び前記第２の電流−電圧変換手段の各入力端側にそれぞれ帰還させる帰還手段と、を備えることを特徴としている（請求項１）。
【００２４】
この構成によれば、帰還手段が第１の電流−電圧変換手段及び第２の電流−電圧変換手段の出力に含まれるコモンモード成分を検出し、そのコモンモード成分に応じた電圧成分
を第１の電圧−電流変換手段の入力端側及び第２の電圧−電流変換手段の入力端側にそれぞれ帰還させるので、例えば第１及び第２の電圧−電流変換手段におけるわずかな回路定数のばらつきやオフセット等による電圧変動分を互いにキャンセルすることができ、負荷が平衡状態あるいは不平衡状態であっても、安定した出力電流を負荷に供給することができる。
【００２５】
本願発明の電圧−電流コンバータにおいて、前記第１の電流−電圧変換手段に平衡入力される電圧信号は、不平衡信号からなる第１の電圧信号とこの第１の電圧信号の位相を反転した不平衡信号からなる第２の電圧信号との第１の差分信号であり、前記第２の電流−電圧変換手段に平衡入力される電圧信号は、前記第１の差分信号の位相を反転した第２の差分信号であるとよい（請求項２）。
【００２６】
本願発明の電圧−電流コンバータにおいて、前記第１，第２の電流−電圧変換手段は、オペアンプを用いた電流−電圧変換回路によって構成される一方、前記帰還手段は、前記一対の出力端間の電位差の中間値が入力される積分回路と、前記積分回路から出力される信号の位相を反転する位相反転回路とによって構成され、前記位相反転回路の出力が前記第１，第２の電流−電圧変換手段を構成する２つのオペアンプの負入力端子に入力されるとよい（請求項３）。
【００２７】
本願発明の電圧−電流コンバータにおいて、前記第１，第２の電流−電圧変換手段は、オペアンプを用いた電流−電圧変換回路によって構成される一方、前記帰還手段は、前記一対の出力端間の電位差の中間値が入力される積分回路によって構成され、前記積分回路の出力が前記第１，第２の電流−電圧変換手段を構成する２つのオペアンプの正入力端子に入力されるとよい（請求項４）。
【００２８】
本願発明の第２の側面によって提供されるオーディオアンプは、本願発明の第１の側面によって提供される電圧−電流コンバータを備えたことを特徴としている（請求項５）。
【００２９】
この構成によれば、このオーディオアンプは、本願発明の第１の側面によって提供される電圧−電流コンバータを備えているので、第１の側面によって提供される電圧−電流コンバータと同様の作用効果を奏する。
【００３０】
本願発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００３２】
図１は、本願発明に係る電圧−電流コンバータ１（以下、「ＶＩコンバータ１」という。）の回路図である。このＶＩコンバータ１は、いわゆる平衡型（入力信号と出力信号がともに平衡型の信号のタイプ）を基本とするが、不平衡型負荷を接続しても使用することができるようになっている。
【００３３】
ＶＩコンバータ１は、大別して、第１の電圧−電流変換部３と、第２の電圧−電流変換部４と、積分帰還部５とによって概略構成されている。ＶＩコンバータ１の一方の入力端子Ｎには不平衡型オーディオ信号源２ａが接続され、他方の入力端子Ｎ’には不平衡型オーディオ信号源２ｂが接続されている。また、ＶＩコンバータ１の一対の出力端子ｂ，ｃはフローティング状態となっており、両出力端子ｂ，ｃに負荷インピーダンスＺを有する負荷Ｌが接続されている。
【００３４】
第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂは、入力信号としてのオーディオ信号を発生させるためのものであり、その負極側同士がグランドに接地されている。この接続構成により、ＶＩコンバータ１における入力側が平衡入力となっている。なお、図面上は、オーディオ信号発生源は、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂというように２つのオーディオ信号発生源とされているが、平衡入力できるものであれば１つのオーディオ発生源によって構成されてもよい。
【００３５】
第１の電圧−電流変換部３は、オーディオ信号としての電圧信号を電流信号に変換するためのものであり、第１ＯＰアンプ１１と、複数の抵抗Ｒ2，Ｒ4とからなる。一方、第２の電圧−電流変換部４は、第１の電圧−電流変換部３と同じく、オーディオ信号としての電圧信号を電流信号に変換するためのものである。第２の電圧−電流変換部４は、第１の電圧−電流変換部３と略同様の構成とされ、第１ＯＰアンプ１１と同様の機能を有する第２ＯＰアンプ１２と、複数の抵抗Ｒ2，Ｒ4とからなる。なお、図面上、抵抗について符号が同一で表されているものは、同一の機能及び同一の抵抗値を有するものとする。
【００３６】
第１のオーディオ信号発生源２ａには、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４がそれぞれ接続されている。より詳細には、第１のオーディオ信号発生源２ａの正極側は、抵抗Ｒ1aを介して第１の電圧−電流変換部３の第１ＯＰアンプ１１の負極入力端子（−）に接続されているとともに、抵抗Ｒ3aを介して第２の電圧−電流変換部４の第２ＯＰアンプ１２の正極入力端子（＋）にそれぞれ接続されている。
【００３７】
また、第２のオーディオ信号発生源２ｂの正極側は、抵抗Ｒ1aを介して第２の電圧−電流変換部４の第２ＯＰアンプ１２の負極入力端子（−）に接続されているとともに、抵抗Ｒ3aを介して第１の電圧−電流変換部３の第１ＯＰアンプ１１の正極入力端子（＋）に接続されている。これら第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの接続構成により、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの各出力電圧ｅ1，ｅ2の差（ｅ1−ｅ2）は、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４にそれぞれ入力されることになる。
【００３８】
第１の電圧−電流変換部３では、上述した抵抗Ｒ1aが第１ＯＰアンプ１１の負極入力端子（−）に接続されるとともに第１ＯＰアンプ１１のループ抵抗（帰還抵抗ともいう。以下同様。）である抵抗Ｒ2に接続されている。抵抗Ｒ2は、第１ＯＰアンプ１１の出力端子に接続されるとともに、第１ＯＰアンプ１１の出力抵抗である抵抗Ｒ4に接続されている。そして、抵抗Ｒ4は、第１ＯＰアンプ１１の正極入力端子（＋）にループを形成する（帰還経路を形成するともいう。以下同様。）ように接続されている。
【００３９】
この構成により、第１の電圧−電流変換部３は、正極入力端子（＋）及び負極入力端子（−）間に入力された第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧の差（ｅ1−ｅ2）を、出力抵抗Ｒ4を流れる電流に変換している。
【００４０】
また、第２の電圧−電流変換部４では、上述した抵抗Ｒ3aが第２ＯＰアンプ１２の正極入力端子（＋）に接続されるとともに第２ＯＰアンプ１２の出力抵抗である抵抗Ｒ4に接続されている。抵抗Ｒ4は、第２ＯＰアンプ１２の出力端子に接続されるとともに、第２ＯＰアンプ１２のループ抵抗である抵抗Ｒ2に接続されている。そして、抵抗Ｒ2は、第２ＯＰアンプ１２の負極入力端子（−）にループを形成するように接続されている。
【００４１】
この構成により、第２の電圧−電流変換部４は、正極入力端子（＋）及び負極入力端子（−）間に入力された第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧の差（ｅ1−ｅ2）を、出力抵抗Ｒ4を流れる電流に変換している。
【００４２】
第１の電圧−電流変換部３の出力抵抗Ｒ4と第２の電圧−電流変換部４の出力抵抗Ｒ4との間には、負荷Ｌが接続されているとともに積分帰還部５が接続されている。積分帰還部５は、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の出力コモンモード成分を第１の電圧−電流変換部３の入力側及び第２の電圧−電流変換部４の入力側にそれぞれ負帰還させるものである。積分帰還部５は、２つの入力抵抗Ｒ3bと、積分回路を構成する第３ＯＰアンプ１３及びコンデンサＣと、位相反転回路を構成する第４ＯＰアンプ１４及び複数の抵抗ｒ1，ｒ2とからなる。
【００４３】
第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の出力コモンモード成分は、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の出力端とグランドとの間に生じるコモンモード（同相）成分である。より厳密には、上記出力コモンモード成分は、負荷Ｌに対して並列接続された２つの入力抵抗Ｒ3bの中点（接続点ａ参照）とグランドとの間に生じるコモンモード成分である。
【００４４】
積分帰還部５の接続構成としては、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の各出力抵抗Ｒ4がともに入力抵抗Ｒ3bを介して接続点ａで接続されている。接続点ａは、第３ＯＰアンプ１３の負極入力端子（−）に接続されているとともに積分用のコンデンサＣに接続されている。コンデンサＣは、第３ＯＰアンプ１３の出力端子に接続されているとともに抵抗ｒ1に接続されている。第３ＯＰアンプ１３の正極入力端子（＋）は、第４ＯＰアンプ１４の正極入力端子（＋）に接続されているとともにグランドに接地されている。
【００４５】
抵抗ｒ1は、第４ＯＰアンプ１４の負極入力端子（−）に接続されているとともに、第４ＯＰアンプ１４のループ抵抗である抵抗ｒ2に接続されている。抵抗ｒ2は、第４ＯＰアンプ１４の出力端子に接続されている。第４ＯＰアンプ１４の出力端子は、第１の電圧−電流変換部３側の抵抗Ｒ1bを介して第１ＯＰアンプ１１の負極入力端子（−）に接続されているとともに、第２の電圧−電流変換部４側の抵抗Ｒ1bを介して第２ＯＰアンプ１２の負極入力端子（−）に接続されている。すなわち、積分帰還部５の出力は、第１の電圧−電流変換部３及び第２の電圧−電流変換部４にそれぞれ負帰還入力されている。
【００４６】
上記の構成によると、式６〜式１０が成立する。
【数６】
【００４７】
【数７】
【００４８】
【数８】
【００４９】
【数９】
【００５０】
【数１０】
ここで、Ｖ1は負荷Ｌの一方端ｂにおける電圧、Ｖ2は負荷Ｌの他方端ｃにおける電圧、Ｖ3は第１ＯＰアンプ１１の出力端子ｄにおける電圧、Ｖ4は第２ＯＰアンプ１２の出力端子ｅにおける電圧、Ｖ5は積分帰還部５の出力端ｇにおける電圧、Ｚは負荷Ｌの負荷インピーダンスをそれぞれ示す。
【００５１】
式６〜式１０より、出力電圧Ｖ0は式１１で表すことができる。
【数１１】
【００５２】
ここで、Ｒ1aＲ1bＲ4（Ｒ3a＋Ｒ3b）＝Ｒ3aＲ3bＲ2（Ｒ1a＋Ｒ1b）、すなわち（Ｒ1a／／Ｒ1b）／Ｒ2＝（Ｒ3a／／Ｒ3b）／Ｒ4が成立するように抵抗定数を選択すると、式１２が成立する。
【００５３】
【数１２】
【００５４】
すなわち、出力電圧Ｖ0は、負荷Ｌの負荷インピーダンスＺに比例する。この場合、負荷Ｌに流れる電流をＩ0（＝Ｖ0／Ｚ）とすれば、負荷電流Ｉ0は式１２より式１３で表すことができる。
【００５５】
【数１３】
【００５６】
ここで、Ｒ2＝ｐＲ1a，Ｒ4＝ｐＲ3aとなるような定数ｐを設定すると、式１２に基づいて式１４が成立する。
【００５７】
【数１４】
【００５８】
式１４により、負荷Ｌに流れる電流Ｉ0を再び導くと、負荷電流Ｉ0は式１５で表すことができる。
【００５９】
【数１５】
【００６０】
式１５により、図１に示すＶＩコンバータ１の変換コンダクタンスは、−１／Ｒ3aであることがわかる。すなわち、負荷電流Ｉ0は、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧の差（ｅ1−ｅ2）に比例するとともに、負荷Ｌの負荷インピーダンスＺには依存しないことがわかる。そして、負荷Ｌには、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧の差（ｅ1−ｅ2）に比例した負荷電流Ｉ0が流れることになる。
【００６１】
このように、上記構成によれば、積分帰還部５の積分回路が第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の出力コモンモード成分を検出し、位相反転回路によって位相を反転して第１の電圧−電流変換部３の入力側及び第２の電圧−電流変換部４の入力側にそれぞれ負帰還（直流サーボ帰還）させている。そのため、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４におけるわずかな回路定数のばらつきや第１又は第２ＯＰアンプ１１，１２のオフセット等による電圧変動分を互いにキャンセルすることができ、負荷Ｌが平衡（フローティング）の状態であっても、安定した出力電流（負荷電流）Ｉ0を負荷Ｌに供給することができる。
【００６２】
図２は、図１に示すＶＩコンバータ１における出力波形を示す図である。このＶＩコンバータ１では、負荷Ｌは、グランドに対してフローティング状態である平衡負荷であるため、出力電圧Ｖ1，Ｖ2がほぼ０Ｖを基準に対称に変化するように動作していることがわかる。そして、出力電圧Ｖ0（＝Ｖ1−Ｖ2）は、正確な正弦波が見られる。
【００６３】
ここで、図１に示すＶＩコンバータ１の出力コモンモード成分を算出すると、式６，１０等により、式１６が成立する。
【００６４】
【数１６】
【００６５】
すなわち、出力コモンモード成分は、直流域や超低周波数帯域では、フラットな電流出力となるが、対象となるオーディオ帯域においてほぼ「０」となる。
【００６６】
一方、図３は、図１に示すＶＩコンバータ１の比較例を示す回路図である。このＶＩコンバータ１Ａでは、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧ｅ1，ｅ2の差（ｅ1−ｅ2）が第１及び第２の電圧−電流変換部３，４に対して入力され、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４のそれぞれの出力抵抗Ｒ4に負荷Ｌが接続されている。すなわち、図３に示すＶＩコンバータ１Ａは、図１に示すＶＩコンバータ１に比べ、積分帰還部５を備えていない構成とされている。
【００６７】
この図３に示すＶＩコンバータ１Ａにおいても、負荷Ｌは、グランドに対してフローティング状態である平衡負荷であり、第１及び第２のオーディオ信号発生源２ａ，２ｂの出力電圧ｅ1，ｅ2の差（ｅ1−ｅ2）に比例した出力電圧Ｖ0及び負荷電流Ｉ0を得ることができる。
【００６８】
しかしながら、このＶＩコンバータ１Ａでは、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の出力コモンモード（同相）成分に対して負帰還量と正帰還量とが同じになっているため、出力コモンモード電圧が不定となる。そのため、わずかな回路定数のばらつきや第１又は第２ＯＰアンプ１１，１２のオフセット等によって、無信号時には、出力電圧Ｖ0が第１及び第２ＯＰアンプ１１，１２に供給される正負の電源電圧のいずれかに張り付いた状態となる。
【００６９】
図４は、図３に示すＶＩコンバータ１Ａにおける出力波形を示す図である。同図によると、出力電圧Ｖ0（＝Ｖ1−Ｖ2）としては正確な出力波形が得られるが、出力電圧Ｖ1，Ｖ2の出力波形はかなり歪んでいる。すなわち、図３に示すＶＩコンバータ１Ａでは、音質の劣化が生じていることがわかる。
【００７０】
図５は、図１に示すＶＩコンバータ１の使用形態の変形例を示す回路図である。この変形例に示すＶＩコンバータ１では、負荷Ｌの他方端子（出力電圧Ｖ2側）がグランドに接地され、Ｖ2＝０となることから、出力電圧Ｖ0は出力電圧Ｖ1と同電位になる。すなわち、負荷Ｌが不平衡の状態である。
【００７１】
同図によると、式１７〜式１９が成立する。
【数１７】
【００７２】
【数１８】
【００７３】
【数１９】
【００７４】
式１７〜１９により、出力電圧Ｖ0は式２０で表すことができる。
【数２０】
【００７５】
ここで、図１に示すＶＩコンバータ１における説明と同様に、Ｒ2＝ｐＲ1a，Ｒ4＝ｐＲ3aとなるような定数ｐを設定すると、式２１が成立する。
【００７６】
【数２１】
【００７７】
式２１によると、負荷Ｌが通常の抵抗負荷の場合には、図５に示すＶＩコンバータ１がハイパスフィルタ（ＨＰＦ）の特性を有することを示している。すなわち、直流域では出力電圧Ｖ0＝０であるため、負荷電流Ｉ0＝０である。
【００７８】
一方、周波数が比較的高い交流域においては、式２２，式２３に示すように、負荷Ｌが平衡状態の場合（図１のＶＩコンバータ１参照）と同じ出力特性を有する。
【数２２】
【数２３】
【００７９】
すなわち、図５に示す負荷Ｌが不平衡状態のＶＩコンバータ１では、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）の特性を有し、その減衰域では電流出力されないが、通過帯域においては負荷Ｌが平衡状態のときと同じように、安定した出力電流（負荷電流）Ｉ0を負荷Ｌに供給することができる。
【００８０】
したがって、積分帰還部５の積分用のコンデンサＣの値を適当に選ぶことにより、対象となるオーディオ帯域においては、負荷Ｌが平衡状態又は不平衡状態に関係なく、ＶＩコンバータ１が有する電流伝送の機能を発揮することができる。
【００８１】
図６は、図５に示すＶＩコンバータ１における出力波形を示す図である。同図によると、出力電位Ｖ2がグランドに接地されているため０Ｖであるが、出力電位Ｖ1の波形が出力電圧Ｖ0として出力される。
【００８２】
図７は、図１に示すＶＩコンバータ１の他の変形例を示す回路図である。図１に示すＶＩコンバータ１では、積分帰還部５の第３ＯＰアンプ１３によって出力コモンモード成分を検出し、検出された出力コモンモード成分を第４ＯＰアンプ１４によって位相反転して第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の第１及び第２ＯＰアンプ１１，１２の正極入力端子（＋）に負帰還している。
【００８３】
これに対し、図７に示すＶＩコンバータ１Ｂでは、積分帰還部５’の第３ＯＰアンプ１３によって検出されたコモンモード電圧を位相反転せずに、第１及び第２の電圧−電流変換部３，４の第１及び第２ＯＰアンプ１１，１２の正極入力端子（＋）に負帰還している。すなわち、図７に示すＶＩコンバータ１Ｂでは、図１に示すＶＩコンバータ１に比べ、位相反転用の第４ＯＰアンプ１４及びその周辺部品を省略することができ、回路構成を簡素化できるといった利点がある。なお、その他の構成については、図１に示すＶＩコンバータ１と略同様である。
【００８４】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、上記実施形態に示した回路構成は一例であり、同等の機能を有するものであれば、種々の回路を適用することができる。例えば図１に、本願発明に係るＶＩコンバータの回路図を示したが、本願発明はこの回路に限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本願発明に係る電圧−電流コンバータの回路図である。
【図２】図１に示す電圧−電流コンバータにおける平衡負荷時の出力波形を示す図である。
【図３】図１に示す電圧−電流コンバータの比較例を示す回路図である。
【図４】図３に示す電圧−電流コンバータにおける平衡負荷時の出力波形を示す図である。
【図５】図１に示す電圧−電流コンバータの使用形態の変形例を示す回路図である。
【図６】図５に示す電圧−電流コンバータにおける不平衡負荷時の出力波形を示す図である。
【図７】図１に示す電圧−電流コンバータの他の変形例を示す回路図である。
【図８】従来の電圧−電流コンバータの一例を示す回路図である。
【図９】従来の電圧−電流コンバータの変形例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００８６】
１ 電圧−電流コンバータ
２ａ 第１のオーディオ信号源
２ｂ 第２のオーディオ信号源
３ 第１の電圧−電流変換部
４ 第２の電圧−電流変換部
５ 積分帰還部
１１ 第１ＯＰアンプ
１２ 第２ＯＰアンプ
１３ 第３ＯＰアンプ
１４ 第４ＯＰアンプ
ｅS オーディオ信号
Ｌ 負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平衡入力される電圧信号を電流信号に変換し、負荷が接続される一対の出力端の一方から出力するための第１の電流−電圧変換手段と、
前記電圧信号の位相を反転した電圧信号を電流信号に変換し、前記一対の出力端の他方から出力するための、前記第１の電流−電圧変換手段とは別に設けられた第２の電流−電圧変換手段と、
前記一対の出力端間の電圧に含まれる、前記第１の電流−電圧変換手段及び前記第２の電流−電圧変換手段の出力に含まれるコモンモード成分に応じた電圧成分を前記第１の電流−電圧変換手段及び前記第２の電流−電圧変換手段の各入力端側にそれぞれ帰還させる帰還手段と、
を備えることを特徴とする、電圧−電流コンバータ。
【請求項２】
前記第１の電流−電圧変換手段に平衡入力される電圧信号は、不平衡信号からなる第１の電圧信号とこの第１の電圧信号の位相を反転した不平衡信号からなる第２の電圧信号との第１の差分信号であり、
前記第２の電流−電圧変換手段に平衡入力される電圧信号は、前記第１の差分信号の位相を反転した第２の差分信号である、請求項１に記載の電圧−電流コンバータ。
【請求項３】
前記第１，第２の電流−電圧変換手段は、オペアンプを用いた電流−電圧変換回路によって構成される一方、前記帰還手段は、前記一対の出力端間の電位差の中間値が入力される積分回路と、前記積分回路から出力される信号の位相を反転する位相反転回路とによって構成され、
前記位相反転回路の出力が前記第１，第２の電流−電圧変換手段を構成する２つのオペアンプの負入力端子に入力される、請求項２に記載の電圧−電流コンバータ。
【請求項４】
前記第１，第２の電流−電圧変換手段は、オペアンプを用いた電流−電圧変換回路によって構成される一方、前記帰還手段は、前記一対の出力端間の電位差の中間値が入力される積分回路によって構成され、
前記積分回路の出力が前記第１，第２の電流−電圧変換手段を構成する２つのオペアンプの正入力端子に入力される、請求項２に記載の電圧−電流コンバータ。
【請求項５】
請求項１ないし４に記載の電圧−電流コンバータを備えたことを特徴とする、オーディオアンプ。
【請求項１】
平衡入力される電圧信号を電流信号に変換し、負荷が接続される一対の出力端の一方から出力するための第１の電流−電圧変換手段と、
前記電圧信号の位相を反転した電圧信号を電流信号に変換し、前記一対の出力端の他方から出力するための、前記第１の電流−電圧変換手段とは別に設けられた第２の電流−電圧変換手段と、
前記一対の出力端間の電圧に含まれる、前記第１の電流−電圧変換手段及び前記第２の電流−電圧変換手段の出力に含まれるコモンモード成分に応じた電圧成分を前記第１の電流−電圧変換手段及び前記第２の電流−電圧変換手段の各入力端側にそれぞれ帰還させる帰還手段と、
を備えることを特徴とする、電圧−電流コンバータ。
【請求項２】
前記第１の電流−電圧変換手段に平衡入力される電圧信号は、不平衡信号からなる第１の電圧信号とこの第１の電圧信号の位相を反転した不平衡信号からなる第２の電圧信号との第１の差分信号であり、
前記第２の電流−電圧変換手段に平衡入力される電圧信号は、前記第１の差分信号の位相を反転した第２の差分信号である、請求項１に記載の電圧−電流コンバータ。
【請求項３】
前記第１，第２の電流−電圧変換手段は、オペアンプを用いた電流−電圧変換回路によって構成される一方、前記帰還手段は、前記一対の出力端間の電位差の中間値が入力される積分回路と、前記積分回路から出力される信号の位相を反転する位相反転回路とによって構成され、
前記位相反転回路の出力が前記第１，第２の電流−電圧変換手段を構成する２つのオペアンプの負入力端子に入力される、請求項２に記載の電圧−電流コンバータ。
【請求項４】
前記第１，第２の電流−電圧変換手段は、オペアンプを用いた電流−電圧変換回路によって構成される一方、前記帰還手段は、前記一対の出力端間の電位差の中間値が入力される積分回路によって構成され、
前記積分回路の出力が前記第１，第２の電流−電圧変換手段を構成する２つのオペアンプの正入力端子に入力される、請求項２に記載の電圧−電流コンバータ。
【請求項５】
請求項１ないし４に記載の電圧−電流コンバータを備えたことを特徴とする、オーディオアンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２２５０８６（Ｐ２００９−２２５０８６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６７０５９（Ｐ２００８−６７０５９）
【出願日】平成２０年３月１７日（２００８．３．１７）
【出願人】（００００００２７３）オンキヨー株式会社 (502)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１７日（２００８．３．１７）
【出願人】（００００００２７３）オンキヨー株式会社 (502)
【Ｆターム（参考）】
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