JPH0575362A

JPH0575362A - 平衡増幅器

Info

Publication number: JPH0575362A
Application number: JP3234840A
Authority: JP
Inventors: Joji Kasai; 譲治笠井
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-03-26
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JP2501686B2

Abstract

(57)【要約】【目的】対称な出力信号を出力し、利得の変化がなく
過電流が流れることもなく不平衡出力に変換することが
できる平衡増幅器を提供することを目的とする。【構成】所定電位を第１のアンプ２０および第２のア
ンプ２２の入力に印加して、前記所定電位を第１のアン
プ２０および第２のアンプ２２の出力の基準電位として
いる。これにより、出力の基準電位をグランドから所定
電位に移動させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、平衡増幅器に関し、
特に、その出力性能の向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オーディオ機器に使用する平衡増幅器に
おいては、雑音除去などのために、出力信号がグランド
に対して対称であることが必要とされる。

【０００３】また、入力が平衡入力または不平衡入力で
あっても、負荷に応じて、平衡出力または不平衡出力の
いずれかに出力を変換できることが必要とされる。さら
に、この変換時において、信号利得や最大出力に変化が
ないことが必要とされている。この性能を有する平衡増
幅器としては、トランスが知られている。しかし、トラ
ンスには、低帯域において高歪であるという欠点があ
る。そこで、従来から、以下のような平衡増幅器が考え
られている。

【０００４】図６に、従来の平衡増幅器の回路を示す。
この回路は、アンプ２，４および抵抗Ｒ₁，Ｒ₂により構
成されている。出力ｖ₁，ｖ₂は、入力信号の差（ｅ₁−
ｅ₂）をそれぞれ増幅したものとなる。この図について
回路計算をすると、ｖ₁＝Ｒ₂・（ｅ₁−ｅ₂）／Ｒ₁ ｖ₂＝−Ｒ₂・（ｅ₁−ｅ₂）／Ｒ₁ が成立するので、ｖ₀＝ｖ₁−ｖ₂＝２Ｒ₂・（ｅ₁−ｅ₂）／Ｒ₁ ｖ₁＋ｖ₂／２＝０となる。アンプ２，４の基準電位はグランドであるの
で、出力はグランド電位に対して対称な信号になってい
る。しかし、不平衡負荷のように出力端、例えばｖ2側
が接地されている場合、接地側の出力が負荷ショート状
態となり、アンプ４に過電流が流れることになる。従っ
て、不平衡出力に変換することができないという問題が
あった。

【０００５】そこで、図７に示すような平衡増幅器が考
えられた。この平衡増幅器は、アンプ６，８および抵抗
Ｒ₁，Ｒ₂により構成されている。この回路では、グラン
ドを基準にして増幅を行わず、アンプ６，８の互いの入
力、互いの出力を基準にして相対的に増幅を行ってい
る。すなわち、出力側が接地されている不平衡負荷を出
力しても接地の影響を受けないことになる。従って、こ
の回路では不平衡出力に変換することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の回路においては、次のような問題点があっ
た。

【０００７】図７の回路において、アンプ６，８のオー
プンループ利得Ａ₁，Ａ₂が充分大きいものとして、アン
プ６の入力点において回路計算すると、Ｒ₁・ｖ₁／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＋Ｒ₂・ｅ₂／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＝Ｒ₁・ｖ₂／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＋Ｒ₂・ｅ₁／（Ｒ₁＋Ｒ₂）すなわち、ｖ₀＝ｖ₁−ｖ₂＝Ｒ₂・（ｅ₁−ｅ₂）／Ｒ₁ となり、出力電圧ｖ₀が入力電圧の差（ｅ₁−ｅ₂）に比
例することを示している。アンプ８の入力点においても
同様の結果になる。これにより、この回路では、出力電
圧ｖ₀は求められるが、ｖ₁，ｖ₂のそれぞれの値は求め
られないことになる。ここで、ｖ₁，ｖ₂を求めるため
に、図７の回路について、図８に示すように、入力を接
地して、アンプ６，８にオフセット電圧△ｅ₁，△ｅ
₂（入力にて換算）が存在する時の回路計算を行う。

【０００８】ｖ₁＝Ａ₁（ｖ₃−ｖ₄＋△ｅ₁）ｖ₂＝Ａ₂（ｖ₅−ｖ₆＋△ｅ₂）が成立する。また、ｖ₃＝Ｒ₁・ｖ₂／（Ｒ₁＋Ｒ₂），ｖ₄＝Ｒ₁・ｖ₁／（Ｒ₁＋Ｒ₂）ｖ₅＝Ｒ₁・ｖ₁／（Ｒ₁＋Ｒ₂），ｖ₆＝Ｒ₁・ｖ₂／（Ｒ₁＋Ｒ₂）であるので、上式に代入してｖ₁，ｖ₂を求めると、ｖ₁＝Ａ₁（Ｒ₂＋（１＋Ａ₂）Ｒ₁）△ｅ₁／（Ｒ₂＋（１＋Ａ₁＋Ａ₂）Ｒ₁）＋Ａ₁Ａ₂Ｒ₁△ｅ₂／（Ｒ₂＋（１＋Ａ₁＋Ａ₂）Ｒ₁）ｖ₂＝Ａ₂（Ｒ₂＋（１＋Ａ₂）Ｒ₁）△ｅ₂／（Ｒ₂＋（１＋Ａ₁＋Ａ₂）Ｒ₁）＋Ａ₁Ａ₂Ｒ₁△ｅ₁／（Ｒ₂＋（１＋Ａ₁＋Ａ₂）Ｒ₁）ここで、Ａ₁，Ａ₂ >>１、Ａ₁Ｒ₁ >>Ｒ₂、Ａ₂Ｒ₁ >>Ｒ₂
であるならば（一般的にはそうなる）、ｖ₁＝Ａ₁Ａ₂・（△ｅ₁＋△ｅ₂）／（Ａ₁＋Ａ₂）＝ｖ₂ 一般に、△ｅ₁，△ｅ₂は数mV〜数10mV程度であり、
Ａ₁，Ａ₂は、１０⁴〜１０⁵であるので、△ｅ₁＋△ｅ₂＝
０でないかぎり、ｖ₁，ｖ₂は大きな電圧になり、電源電
位になっている（＋側または−側のどちらか）。従っ
て、出力はグランドに対して、非対称な信号となってい
る。このように、図７の平衡増幅器では、対称な出力信
号を出力することができないという問題があった。

【０００９】すなわち、図６の回路においては、対称な
出力信号を出力することができるが、不平衡負荷のよう
に片側を接地した場合、接地側の出力が負荷ショート状
態となり、アンプに過電流が流れることになる。従っ
て、不平衡出力に変換することができないという問題が
あった。

【００１０】一方、図７の回路においては、入力にかか
わらず不平衡出力に変換することができるが、対称な出
力信号を出力することができないという問題があった。

【００１１】この発明は、上記のような問題点を解決し
て、対称な出力信号を出力し、不平衡出力に変換するこ
とができる平衡増幅器を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る平衡増幅
器は、第１の入力端、第２の入力端、第１の入力端から
の信号が印加される第１のアンプ、第２の入力端からの
信号が印加される第２のアンプ、第１のアンプからの出
力が印加される第１の出力端、第２のアンプからの出力
が印加される第２の出力端、を備えた平衡増幅器におい
て、所定電位を第１のアンプおよび第２のアンプの入力
に印加して、前記所定電位を第１のアンプおよび第２の
アンプの出力の基準電位とすること、を特徴としてい
る。

【００１３】

【作用】請求項１の平衡増幅器は、所定電位を第１のア
ンプおよび第２のアンプの入力に印加して、前記所定電
位を第１のアンプおよび第２のアンプの出力の基準電位
としている。従って、出力の基準電位をグランドから所
定電位に移動させている。

【００１４】

【実施例】図１に、この発明の一実施例による平衡増幅
器の基本回路図を示す。第１の入力端である１２に表わ
れる入力電圧ｅ₁は、第１のアンプであるアンプ２０の
＋入力側に接続されている。第２の入力端である１４に
表われる入力電圧ｅ₂は、第２のアンプであるアンプ２
２の＋入力側に接続されている。

【００１５】入力端１２とアンプ２０の＋入力側の間お
よび、入力端１２とアンプ２２の−入力側の間に抵抗Ｒ
₁が設けられている。入力端１４とアンプ２２の＋入力
側の間および、入力端１４とアンプ２０の−入力側の間
にも抵抗Ｒ₁が設けられている。アンプ２０の出力側と
アンプ２０の−入力側の間および、アンプ２０の＋入力
側とアンプ２４の出力側の間に抵抗Ｒ₂が設けられてい
る。アンプ２２の出力側とアンプ２２の−入力側の間お
よび、アンプ２２の＋入力側と第２の後段増幅器である
アンプ２６の出力側の間に抵抗Ｒ₂が設けられている。

【００１６】さらに、アンプ２４の＋入力には、所定電
位である、正側電源電位Ｖ_Aおよび正側電源電位Ｖ_Bの中
点電位、（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２が入力されている。以下、こ
の図に基づいて、回路計算を行う。

【００１７】ｖ₁＝（Ｒ₂／Ｒ₁）・（ｅ₁−ｅ₂）＋（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２ｖ₂＝−（Ｒ₂／Ｒ₁）・（ｅ₁−ｅ₂）＋（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２ｖ₀＝ｖ₁−ｖ₂＝−（２Ｒ₂／Ｒ₁）・（ｅ₁−ｅ₂）（１）（ｖ₁＋ｖ₂）／２＝（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２（２）従って、（２）により、ｖ₁，ｖ₂の出力信号は、基準電
位がグランドから移動して（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２を基準とし
て対称な信号となっている。

【００１８】このため、（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２は電源の中点
電位であるため出力における電圧利用率は最大になる。

【００１９】また、（２）において、平衡出力時には
（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２＝０になっている（図４参照）。一
方、不平衡出力時には、例えばｖ₂側を接地した場合、
出力電圧ｖ₀の中点と電源の中点電位が等しい条件、す
なわち、（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２＝（ｖ₁−ｖ₂）／２であるよ
うに動作することになる。この時、（１）により、（ｖ₁−ｖ₂）／２＝−（Ｒ₂／Ｒ₁）・（ｅ₁−ｅ₂）＝（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２であるから、ｖ₁＝−（２Ｒ₂／Ｒ₁）・（ｅ₁−ｅ₂），ｖ₂＝０，ｖ₀＝ｖ₁−ｖ₂＝ｖ₁ となる。この不平衡出力の状態を図５に示す。このた
め、出力信号は、入力信号ｅ₁，ｅ₂の差を増幅するの
で、利得の変化は生じない。また、ｖ₂＝０であるの
で、接地によってアンプ２２に過電流が流れることもな
い。さらに、最大出力も電源電位がｖ₀／２で動作する
ので相対的に平衡出力時と相違がなくなる。

【００２０】このように、図１の回路においては、電源
の中点電位をアンプ２０，２２の入力に印加して、
ｖ₁，ｖ₂の出力の基準電位をグランドから電源の中点電
位に移動することにより、対称な出力信号を出力し、利
得の変化がなく過電流が流れることもなく不平衡出力に
変換することができるようになる。

【００２１】次に、図２に、この発明の他の実施例であ
る平衡増幅器の回路を示す。この平衡増幅器は、図１の
アンプ２４に代って、交流をパスする積分回路を有する
アンプ３０，３２を使用している。この回路によっても
同様な出力を得ることができる。以下、この図につい
て、回路計算を行う。

【００２２】ｖ₅＝（１＋jωＣＲ／jωＣＲ）・（（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２）−ｖ₁／jωＣＲｖ₆＝（１＋jωＣＲ／jωＣＲ）・（（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２）−ｖ₂／jωＣＲまた、ｖ₃＝Ｒ₁・ｖ₁／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＋Ｒ₂・ｅ₂／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＝Ｒ₂・ｅ₁／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＋Ｒ₁・ｖ₅／（Ｒ₁＋Ｒ₂）ｖ₄＝Ｒ₁・ｖ₂／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＋Ｒ₂・ｅ₁／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＝Ｒ₂・ｅ₂／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＋Ｒ₁・ｖ₆／（Ｒ₁＋Ｒ₂）であるので、ｖ₁＝（jωＣＲ・Ｒ₂／Ｒ₁（１＋jωＣＲ））・（ｅ₁−ｅ₂）＋（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２ｖ₂＝−（jωＣＲ・Ｒ₂／Ｒ₁（１＋jωＣＲ））・（ｅ₁−ｅ₂）＋（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２これにより、ｖ₀＝ｖ₁−ｖ₂ ＝（２jωＣＲ・Ｒ₂／Ｒ₁（１＋jωＣＲ））・（ｅ₁−ｅ₂）（３）（ｖ₁＋ｖ₂）／２＝（Ｖ_A＋Ｖ_B）／２（４）従って、（３），（４）により図１の回路と同様な結果
となっている。

【００２３】次に、図２に示す平衡増幅器は、出力オフ
セットを小さくすることもできる。以下、出力オフセッ
ト電圧（直流電圧）を求めるために、図３によりオフセ
ット解析を行う。アンプ２０，２２，２４，２６，２
８，３０の入力換算オフセット電圧をそれぞれ△ｅ₁，
△ｅ₂，△ｅ₃，△ｅ₄，△ｅ₅，△ｅ₆とすると、ｖ₅＝−Ａ₃ｖ₁−Ａ₃△ｅ₃ ｖ₆＝−Ａ₄ｖ₂−Ａ₄△ｅ₄ ｖ₇＝（Ａ₅／（１＋Ａ₅））・△ｅ₅ ｖ₈＝（Ａ₆／（１＋Ａ₆））・△ｅ₆ ｖ₁＝Ａ₁（ｖ₃−ｖ₃′＋△ｅ₁）ｖ₂＝Ａ₂（ｖ₄−ｖ₄′＋△ｅ₂）ｖ₃＝Ｒ₁・ｖ₅／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＋Ｒ₂・ｖ₇／（Ｒ₁＋Ｒ₂）ｖ₃′＝Ｒ₁・ｖ₁／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＋Ｒ₂・ｖ₈／（Ｒ₁＋Ｒ₂）ｖ₄＝Ｒ₁・ｖ₆／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＋Ｒ₂・ｖ₈／（Ｒ₁＋Ｒ₂）ｖ₄′＝Ｒ₁・ｖ₂／（Ｒ₁＋Ｒ₂）＋Ｒ₂・ｖ₇／（Ｒ₁＋Ｒ₂）以上の式より、ｖ₁，ｖ₂を求める。一般に、Ａ₁，Ａ₂，
Ａ₃，Ａ₄，Ａ₅，Ａ₆ >>１であり、Ａ₁Ａ₃Ｒ₁ >>Ｒ₂，Ａ
₂Ａ₄Ｒ₁ >>Ｒ₂であるので、ｖ₁＝（Ｒ₁＋Ｒ₂）△ｅ₁／Ａ₃Ｒ₁−△ｅ₃＋Ｒ₂（△ｅ₅−△ｅ₆）／Ａ₃Ｒ₁ ｖ₂＝（Ｒ₁＋Ｒ₂）△ｅ₂／Ａ₄Ｒ₁−△ｅ₄＋Ｒ₂（△ｅ₅−△ｅ₆）／Ａ₄Ｒ₁ よって、ｖ₀＝ｖ₁−ｖ₂ ＝（（Ｒ₁＋Ｒ₂）／Ｒ₁）・（△ｅ₁／Ａ₃−△ｅ₂／Ａ₄）−△ｅ₃＋△ｅ₄ ＋（Ｒ₂／Ｒ₁）・（１／Ａ₃＋１／Ａ₄）・（△ｅ₅−△ｅ₆）（５）（ｖ₁＋ｖ₂）／２＝（（Ｒ₁＋Ｒ₂）／Ｒ₁）・（△ｅ₁／Ａ₃＋△ｅ₂／Ａ₄）−△ｅ₃−△ｅ₄ ＋（Ｒ₂／Ｒ₁）・（１／Ａ₃−１／Ａ₄）・（△ｅ₅−△ｅ₆）（６）ここで、それぞれ、絶対値で△ｅ₁＝△ｅ₂＝△ｅ₅＝△
ｅ₆＝１０ｍＶ，△ｅ₃＝△ｅ₄＝３ｍＶとし、Ｒ₂＝４Ｒ
₁，Ａ₃＝Ａ₄＝１０⁴として上式に代入して、ｖ_0MAX，
（ｖ₁＋ｖ₂）／２（_MAX）を求めると、ｖ_0MAX＝６．０２６ｍＶ（ｖ₁＋ｖ₂）／２（_MAX）＝３．０１ｍＶとなり、出力オフセットは、ほとんどＡ₃，Ａ₄の入力換
算オフセット電圧で決まる。従って、Ａ₃，Ａ₄のオフセ
ットの小さいものを使用すれば、この回路の出力オフセ
ットを小さく抑えることもできる。

【００２４】従って、図１の回路においては、対称な出
力信号を出力し、利得の変化がなく過電流が流れること
もなく不平衡出力を変換することができ、図２の回路で
はさらに、出力オフセットを小さく抑えることができ
る。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の平衡増幅器は、所定電位を第
１のアンプおよび第２のアンプの入力に印加して、前記
所定電位を第１のアンプおよび第２のアンプの出力の基
準電位としている。これにより、出力の基準電位をグラ
ンドから所定電位に移動させている。従って、対称な出
力信号を出力し、利得の変化がなく過電流が流れること
もなく不平衡出力に変換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による平衡増幅器の回路図
を示す。

【図２】この発明の一実施例による平衡増幅器の回路図
を示す。

【図３】この発明の一実施例による平衡増幅器の回路図
を示す。

【図４】平衡出力の状態を示す図である。

【図５】不平衡出力の状態を示す図である。

【図６】従来の平衡増幅器の回路図を示す。

【図７】従来の平衡増幅器の回路図を示す。

【図８】従来の平衡増幅器の回路図を示す。

【符号の説明】

１２・・・第１の入力端１４・・・第２の入力端１６・・・第１の出力端１８・・・第２の出力端２０・・・アンプ２２・・・アンプ２４・・・アンプ特許出願人オンキョー株式会社出願人代理人弁理士
古谷栄男

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の入力端、第２の入力端、第１の入力端からの信号が印加される第１のアンプ、第２の入力端からの信号が印加される第２のアンプ、第１のアンプからの出力が印加される第１の出力端、第２のアンプからの出力が印加される第２の出力端、を備えた平衡増幅器において、所定電位を第１のアンプおよび第２のアンプの入力に印
加して、前記所定電位を第１のアンプおよび第２のアン
プの出力の基準電位とすること、を特徴とする平衡増幅器。