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    公开号:WO1982000739A1
    申请号:PCT/JP1981/000188
    申请日:1981-08-25
    公开日:1982-03-04
    发明作者:Corp Sony
    申请人:Koizumi A；Yamagishi K；
    IPC主号:H03F3-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 発明の名称 電力増幅器
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明は電力増幅器に関 し、 特に パ ル ス 幅変調信号
    [0005] ( P WM信号 ） を効率良 く 増幅する よ う に し た電力増 幅器に関する。
    [0006] 背景技術
    [0007] 従来、 信号を増幅する電力増幅器と していわ ゆる D級増幅器が知られている。 斯る D級増幅器は出 力段の ト ラ ン ジ ス タ カ ^ ス ィ ツ チ ン グ モ ー ド で動作する の で出力 ト ラ ン ジ ス タ の発熱が少な く 、 小型大出力用 の電力増幅器 と し て用いら れている。 一般にス ィ ッ チ ン グ周波数は高い程、 効率が良 く な るの で、 ス ィ ッ チ ン グ ト ラ ン ジ ス タ と し ては高速動作が可能な電界効果 型 ト ラ ン ジ ス タ カ 用いられている。
    [0008] 而しながら電力増幅用の電界効果型 ト ラ ン ジ ス タ は バ イ ボ ー ラ型 ト ラ ン ジ ス タ に比較し て高価にな る欠点 があった。 _
    [0009] —方、 パ イ ポ ー ラ型 ト ラ ン ジ ス タ は キ ャ リ ア蓄積効 杲に よ り ス ィ ツチ ング周波数を高 く 設定でき ないため 効率の よい電力増幅ができないと い う 欠点があった。 発明の開示
    [0010] 従って、 本発明の第 1 の 目的は上記欠点を除去した 電力増幅器を提供する こ と にあ る。 本発明の他の 目 的は電力増幅段にバ イ ボー ラ 型 ト ラ ン ジ ス タ を用いて、 効率の良い増幅を行な う よ う に し た電力増幅器を提供する こ と にあ る。
    [0011] 本発明の一例に依れば、 電力増幅器は入力信号の振 幅に比例 し たパ ル ス 幅変調信号発生回路 と 、 上記入力 信号の レ ベ ル に応 じて上記パ ル ス 幅変調信号を振幅変 調する振幅変調回路と 、 上記振幅変調 されたパ ル ス 幅 変調信号に よ り 駆動される 電力増幅段と を備え、- 効率 の良い電力増幅を行な う こ と ができ る。
    [0012] 図面の簡単な説明
    [0013] 第 1 図は従来の ： P WM方式の電力増幅器の一例を示
    [0014] す回路構成図、 第 2 図乃至第 4 図は第 1 図の動作説明 に供する ための特性図、 第 5 図は本発明の一実施例を 示す回路構成図、 第 6 図は第 1 図及び第 5 図の動作説 明に供する ための信号波形図、 第 7 図 及び第 8 図は第
    [0015] 5 図の動作説明に供する ための特性図であ る。
    [0016] 発明 を実施する ための最良の形態
    [0017] 本発明の説明に先立って斯の種従来の電力増幅器 と し て例えば第 1 図 に示すよ う な終段の ト ラ ン ジス タ が 飽和形エ ミ ッ タ 接地の一例について説明する。 すなわ ち第 1 図に おいて、 【1)は第 6 図 B に示すよ う な略々 正 弦波の入力信号 S 2 を発生する 入力信号源、 （2)は第 6
    [0018] 図 Aに示す よ う なク ロ ッ ク信号 S i を発生する基準信
    [0019] 号源、 （3)はク ロ ッ ク信号 S i に基づいて入力信号 S 2 を
    [0020] /
    [0021] ί Λ -i 0 、、
    [0022] ' 積分して第 6 図 C に示すよ う な鋸歯状波信号 S 3 を発 生する積分器、 （4)は鋸歯状波信号 S 3 と 基準 レ ベ ル ( 0 レ ベ ル ） を比較し て第 6 図 D に示すよ う な P WM 信号 S 4 を発生する比較器であ る。
    [0023] ま た（5) 〜 （8)は電圧増幅部を構成する ト ラ ン ジ ス タ で あって、 終段の ト ラ ン ジ ス タ （7) （8)のェ ミ ッ タ - コ レ ク タ 間 と夫 々 に並列に電荷吸収用のダ イ オ ー ド（9) ttO) が接続される。 不飽和形の場合は これらのダ イ オー ド はベ ー ス - コ レ ク タ 間に接続される。 そし て ト ラ ン ジ ス タ （7) （8) の出力信号は コ イ ル (11) 、 ί!2)及びコ ン デ ン サ (13) 114)力 ら成る フ ィ ル タ （15)を通 し てス ビー カ （16)よ り 放 音される。 tt7)、. 8)は直流電源であ る。
    [0024] と こ ろ で こ の よ う に 終 段 の ト ラ ン ジ ス タ カ ^飽和形ェ ミ ッ タ 接地の構成と された電力増幅器の場合 VCE ( ON ) が低いため高効率が期待でき るが、 その時の動作点 P が第 2 図に示すよ う に飽和領域にあ るため、 ト ラ ン ジ ス タ （7) （8) の ベ ー ス に供給される 電流がな く なって も ト ラ ン ジ ス タ （7) （8)には電荷が残 り 、 この結果コ レ ク タ電流がす ぐにオ フ にな らず、 ト ラ ン ジ ス タ （7)のエ ミ ッ タ - コ レ ク タ 路カ ら ト ラ ン ジ ス タ （8) の コ レ ク タ - ェ ミ ッ タ 路を通して電流が流れて効率を劣化させる原因 と なっている。 第 3 図は この状態を示し て り 、 ト ラ ン ジ ス タ （7) 、 （8)に夫 々 第 3 図 A B に示す よ う な或る ベー ス電流 l B 7 Ι β 8 が供給される と第 3 図 C に示 よ う な コ レ ク タ 電流 IC7 、 Ics 力 夫 々 流れ、 通常はべ ー ス電流 lB7 、 IBS 力 流れな く なる と コ レ ク タ 電流 IC7 、 Ics も略 々 同時に 流れな く な る答であるが、 上 述の如 く 電荷が残っている と このために第 3 図に斜線 で示すよ う にコ レク タ電流 IC7 、 Ics 力 ^重畳して流れ る部分が生 じ、 こ の電流は ト ラ ン ジ ス タ （7)から（8)へ と 流れて し ま い、 これが効率を劣化させるわけである。
    [0025] これは従来最適のバイ 了 ス設定を行 う 場合有効なダ ィ ナ ミ ッ ク レ ン ジ を広 く すべ く ベ ー ス電流は大出力時 の コ レク タ電流 Ic(max) を考えて設計するので、 中出 力時ではベー ス電流が多すぎて、 蓄えられている電荷 を吸い取るのに時間がかかるからである。 つま り 例え ば第 2 図に示すよ う に従来は中出力時の動作点は飽和 領域に入る直前の P'の位置にあ る も大出力時には完全 に跑和領域に入った P の位置にな り 、 この動作点 Pの ベー ス電流 IBI を最適のバ.ィ 了 ス設定と して固定し、 動作させる よ う に し ているので、 中出力時には本来べ ー ス電流 IB2 で済むも のをベー ス電流 IBI と IB2 の差 の分だけ余計ベ ー ス電流を流 こ と にな り 、 それだけ 蓄えられた電荷を吸い取るのに時間を要するからであ る o
    [0026] 第 4 図は上述の如 く 動作設定された従来の電力増幅 器の ffi力 - 損失特性を示すも ので、 第 4 図において曲 線 a は VCE(0N) に よ る損失を表わす特性、 曲線 bは ス イ ッ チ ン グ ス ピ ー ドに よ る損失を表わす特性、 曲線 c は前二者の両損失の総合を表わす特性である。
    [0027] この よ う に従来の電力増幅器の場合ベー ス 電流を固 定し、 VCE ( ON) の位置が飽和領域にある ので、 蓄えら れた電荷の吸収に時間を要し、 その間第 3 図に関連し て説明した よ う な ト ラ ン ジ ス タ （7)から（8)へ電流が流れ るので効率が劣化 し、 その時の損失も第 4 図から も わ かる よ う に きわめて大きい もの と なる。
    [0028] 本発明は斯る点に鑑みて と された もので、 損失の少 ないき わめて高効率の電力増幅器を提供する も のであ る O
    [0029] 以下本発明の一実施例を第 5 図乃至第 8 図に基づい て詳し く 説明する。
    [0030] 第 5 図は本実施例の回路構成を示すも ので、 第 5 図 において第 1 図 と 対応する部分には同一符号を付し、 その詳細説明は省.略する。 本実施例では入力信号源（1 ). から供給される入力信号 S 2 を夫々 正側及び負側に レ ベ ル シ フ ト する正 レ ベ ル.シ フ ト 回路（2 及び負レ ベ ル シ フ ト 回路 (22)を設け、 ^の ffl力側に第 6 図！： に破緑で示 すよ う な信号 S s 、 S 6 を取 り 出す よ う にする。 そし て この取 り 出 し た信号 S 5 、 S s を、 比較器（4)からの P WM 信号 S 4 に よ り その開閉を制御さ れる ス ィ ツ チ回路 23)、 (24)を介し て加算器（25)へ供給 し、 その出力側に第 6 図 E に実線で示す よ う な信号 S 7 を得る。 つま り 加 の出力側には PWM信号 S4 を正及び負に レ ベ ルシフ ト された信号 S5 、 S6 に よ り 振幅変調し て取 り 出す。
    [0031] そして この振幅変調された PWM信号 S7 を、 バッ フ 了回路 (26)を介 して ト ラ ン ジ ス タ （5 （6)のベ ー ス に選択 的に供給する よ う にする。 その他の構成は第 1 図の場 合と 同様である。
    [0032] 次に本実施例の回路動作を説明する。 いま 入力信号 源は）よ り 第 6 図 B に示すよ う な入力信号 S2 が出力さ れる と 、 こ の信号 S2 は積分器 ）で基準信号源（2)から の第 6 図 Aに示すよ う なク 口 ッ ク信号 Si に基づいて 積分され、 第 6 図 Cに示すよ う な鋸歯状波信号 S3 に 変換される。 そして この信号 S3 は比較器（4)に供給さ れて こ こ で基準レ ベル と比較され、 も っ て比較器（4)の ffi力側には第 6 図！） に示すよ う な PWM信号 S4 が発生 される。
    [0033] —方入力信号源（1)からの入力信号 S2 はレ ベ ル シ フ ト 回路 21)、 （22)に も供給され、 こ こで夫 々 正側及び負側 に レ ベ ル シ フ ト さ れ、 も って レ ベ ル シ フ ト 回路（21)、 （22) の出力側には夫 々 第 6 図 Ε に破線で示すよ う な信号 Ss 、 S6 力 ffi力され対応する ス ィ ッ チ回路 (23)、 （24)に供 給される。 スィ ツチ回路 (231、 （24)は比較器（4)の ffi力側に 得られた PWM信号 S4 に よってそのス ィ ツ チの開閉を 制御されて、 入力 される信号 Ss 、 S6 を選択的に ffi力 する。 つま り PWM信号 S4 が正の時はス ィ ツ チ回路 (23)
    [0034] -0 を閉成し て正側に レ ベ ル シ フ ト された信号 S 5 を出力 し、 P WM信号 S 4 カ 負の時は ス ィ ツ チ回路 (24)を閉成し て負側に レ ベ ル シ フ ト された信号 S 6 を出力する。 そ して こ の出力 された信号を加算器（25)へ順次供給し、 も つて加算器 (25)の出力側には第 6 図 E に実線で示すよ う な信号 S 7 が得られる。 つま り 振幅変調された P WM信 号 S 7 が得ら れる。
    [0035] そし て この信号 S 7 に よ り ト ラ ン ジ ス タ お)、 （6)が制 御され、 対応するベー ス電流が終段の ト ラ ン ジ ス タ （7) 、 (8)へ供給される。 この時 ト ラ ン ジ ス タ （7) 、 （8)が飽和動 作する た め の ベ ー ス電流 IB は、 ト ラ ン ジ ス タ お)、 (8) のコ レ ク タ 電流、 電流増幅率を Ic 、 hFE と する と、 次 式の如 く 設定される。
    [0036] IB は） つま り P WM信号 S 4 を入力信号 S 2 に よ り振幅変調 した信'号 S 7 に よって ト ラ ン ジ ス タ （7) 、 （8)のベ ー ス 電 流を変えて常に上記は）式を満足させる よ う にする。
    [0037] この と き ト ラ ン ジ ス タ （7) 、 （8)の動作点 Pi 〜 Ps は第
    [0038] 7 図に示すよ う に コ レ ク タ 電流 Ic の増減に じて常 に飽和領域に入る直前を移動する。 つま り 各出力に対 応し て必要と する最小限度のベ ー ス電流のみが ト ラ ン ジ ス タ （7) 、 （8)に供給され、 ベー ス電流が供給されな く なる とす ぐに コ レ ク タ電流が流れな く な るので、 第 1 図の如 く ト ラ ン ジ ス タ （7)、 （8)に電荷が蓄積され、 ベ ー ス電流がな く なって も コ レ ク タ電流がす ぐにオ フ にな らず、 ト ラ ン ジ ス タ （7)の エ ミ ッ タ - コ レ ク タ路カ ら ト ラ ン ジ ス タ（8)の コ レ ク タ - エ ミ ッ タ 路を第 3 図 Cに宗斗 線で示すよ う な部分の電流が実質的に流れる こ と もな 第 8 図は本実施例における 出力 - 損失特性を示すも ので、 第 8 図において曲線 a は VcE ( ON) によ る損失を 表わす特性、 曲線 b はス イ ッ チ ン グ ス ピー ドに よ る損 失を表わす特性、 曲線 c は前二者の両損失の総合特性 を表わす特性であ る。 この第 8 図 と従来回路の損失特 性を表わす第 4 図 と を比較する と、 本回路は大幅に出 力 - 損'失特性が改善されている こと がわかる。 また第
    [0039] 8 図から もわかる よ う に本回路では出力 - 損失特性が 略々 直線的に変化するため出力の全域にわたって歪率 も改善'される。
    [0040] 上述の如 く 本発明に よれば、 出力段の ト ラ ン ジ ス タ のベー ス に供給する P WM信号を更に入力信号で振幅変 調し、所定範囲でベ ー ス電流を変えて常に出力段の ト ラ ン ジ ス タ の動作点がその趋和領域に入る直前にある よ う に制御したので、 VcE( ON) に よ る損失ゃス ィ ッ チ ン グス ピ ー ドに よ る損失等が少な く 、 低歪率で高効率の 電力増幅器を得る こ とができ る。
    [0041] 0Γ -Ρ1 ,ィし '.'.':: 0
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    1. 入力信号の振幅に比例したパ ル ス 幅変調信号を発 生する手段と、 上記入力信号の レ ベ ル に応 じて上記 パ ル ス 幅変調信号を振幅変調する変調手段 と 、 上記 振幅変調されたパ ル ス 幅変調信号に よ り 駆動される 電力増幅段と を備えたこ と を特徴とする電力増幅器 <
    2. 電力増幅段'は一対のコ ン ブ リ メ ン タ リ · ブ ッ シ ュ ブル接続されたノ、'イ ボ— ラ · ト ラ ン ジ ス タ 力 ら成る こ と を特徵とする請求の範囲第 1 項記載の電力増幅
    53= o
    3. パルス幅変調手段は入力信号源、 ク ロ ッ ク信号源 及び電力増幅段の夫 々 の出力信号を積分する積分手 段と 該積分手段の出力信号を基準電圧 と 比較する比 較手段 とから成 り 、 該比較手段の出力端子に上記パ ル ス幅変調信号を出力する よ う に した こ と を特徵と する 請求の範囲第 1 項記載の電力増幅器。
    4. 振幅変調手段は入力信号が夫 々 供給される一対の レ ベ ル シ フ ト 手段と、 該レ ベ ル シ フ ト 手段の出力信 号を パ ル ス 幅変調信号に よ り 夫 々 ス ィ ツ チ ン グする —対のス ィ ツ チン グ手段 と、 該—対のス ィ ツ チ ン グ 手段の夫 々 の出力を加算する加算手段と から成る こ と を特徵 と する請求の範囲第 1 項記载の電力増幅器。
    5. 電力增幅段の一対の ト ラ ン ジ ス タ は 夫 々 エ ミ ッ タ 接地回路型式に接続された こ と を特徴とする請求の 範囲第 2 項記載の電力増幅器。
    6. —対の レ ベ ル シ フ ト 手段は入力信号の レ ベ ルを夫 夫正及び負の方向へ所定値だけレ ベ ル シ フ ト する よ う にし たこ と を特徵とする請求の範囲第 4 項記載の 電力増幅器。
    -5
    0
    一 cri
    类似技术:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1982-03-04| AK| Designated states|Designated state(s): AU US |
    1982-03-04| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): DE FR GB NL |
    1982-04-08| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1981902371 Country of ref document: EP |
    1982-09-01| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1981902371 Country of ref document: EP |
    1985-07-03| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1981902371 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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