JPH0735446Y2 - 負帰還回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、オーデイオ用増幅器などにおける負帰還回路
に関する。

［従来の技術］ たとえば、オーデイオ用電力増幅器は、第７図に示すよ
うに、差動型電力増幅器１の非反転入力1aに入力信号を
入力し、その出力1cを帰還抵抗２を介して上記差動型電
力増幅器１の反転入力1bに負帰還するとともに、この反
転入力1bを抵抗３を介して接地し、上記差動型電力増幅
器１の出力1cを負荷４に接続した構成を有する。

一般に、このようなオーデイオ用電力増幅器において、
異常負荷時に電力増幅器を保護するためや、電源ON時の
過渡状態から負荷を保護する目的をもつて、上記差動型
電力増幅器１の出力1cと負荷４との間にリレー５が接続
されている。

図中、６は、負荷の異常を検出し、リレー５の動作のタ
イミングを設定するための、リレー５を制御するための
保護／時定数回路である。

上記リレー５は大きな負荷電流をON/OFFするため、その
リレー接点にはパワー接点が用いられている。このパワ
ー接点は大電流時には問題はないが、小電流時にはリレ
ー接点の接触抵抗が不安定となり、歪みを発生する。

しかしながら、この歪の発生源は負帰還ループ外にある
ため、負帰還による歪の改善はできなかつた。

すなわち、第７図のオーデイオ用電力増幅器のリレーON
時の等価回路は第８図のようになり、各定数を、 R1:帰還抵抗２の抵抗値 R2:抵抗３の抵抗値 r :リレー接点の接触抵抗値 R_L：負荷４の抵抗値 D :リレー接点の接触抵抗の非直線性によるる等価歪電
圧源（等価歪電圧源Ｄベクトルを図の記号→のように定
義する） V0:負荷４の両端の出力電圧 V1:差動型電力増幅器１の出力電圧 V2:等価歪電源Ｄとリレー接点の接触抵抗ｒの中点の電
圧 のように定めると、それぞれ次式が導かれる。

V2＝V1＋Ｄ また、増幅器１の裸利得A0は十分大きく、 A0R2＞＞R1＋R2 であるから、 が成立する。

これらの各式より、 であるから、負荷４の両端の出力電圧V0は、 となり、式中、第２項がリレー接点の接触抵抗の非直線
性による等価歪電圧源に起因する歪成分である。

そこで、従来は、リレー接点の接触抵抗の非直線性によ
る等価歪電圧源に起因する歪成分を負帰還により改善す
ることを目的として、第９図に示すような改良がなされ
てきた。

第９図において説明する。図中、第７図と同等部分には
同一符号を付し、その説明は省略する。

差動型電力増幅器１の出力1cを第１の帰還抵抗７を介し
て負帰還するとともに、リレー５の出力を第２の帰還抵
抗８を介して上記差動型電力増幅器１の反転入力1bに負
帰還した構成を有する。

第９図のオーデイオ用電力増幅器のリレーON時の等価回
路は第10図のようになり、各定数を、 R1′：第１の帰還抵抗７の抵抗値 R3 ：第２の帰還抵抗８の抵抗値 のように定めると、それぞれ次式が導かれる。

（なお、第８図の等価回路と同一の定数についてはその
説明を省略する。） V2＝V1＋Ｄ …（１） また、増幅器１の裸利得A0は十分大きいから、 となり、これを整理すると、 また、 となり、これを整理すると、 （２）式より、 となる。

（１）式を（３）式に代入して整理すると、 （４）式、（５）式より、V1＝V1とおくと、 となり、これを整理すると、 となる。

一般に、ｒは数10mΩ、R1′、R2、R3は数ｋΩ〜数k10Ω
であり、 ｒ＜＜R1′、R2、R3 なる関係が成立するから、上式は、 となる。

ここで、一般に、RL＞＞ｒであるから、上式は、 となる。

［考案が解決しようとする問題点］ 上式において、リレー接点の接触抵抗の非直線性による
等価歪電圧源に起因する歪成分を小さくするためには、
第２項のR1′/R3をできるだけ大きくすればよい。すな
わち、R3に対してR1′をできるだけ大きくすればよい。

しかし、一方では、（６）式の第２項のR1′/R3をでき
るだけ大きくすることに対して、次のような不都合が生
じる。

以下、第２項のR1′/R3の値すなわちR1′とリレー５のO
N、OFF時の利得の比との関係について説明する。

実際上、増幅器の設計にあたつては、第７図の増幅器に
おけるリレー５がON時（第８図）の入力信号Esに対する
利得と、第９図におけるリレー５がON時（第10図）の入
力信号Esに対する利得とが同一になるように設計される
ため、第７図および第８図において、帰還抵抗２の抵抗
値R1と、第１の帰還抵抗７の抵抗値R1′と第２の帰還抵
抗８の抵抗値R3との並列抵抗値とが等しくなるように、 となるように設定される。

このような条件のもと、第９図におけるリレー５がON時
（第10図）の入力信号Esに対する利得を考察する。

（１）リレー５がONのとき （６）式において、入力信号Esに対する利得は、 となる。

（２）リレー５がOFFのとき 負荷RLがないとき（RL＝∞） 利得は、第１の帰還抵抗７の抵抗値R1′と抵抗３の抵抗
値R2とによつて決まり、 で表される。

したがって、この場合のリレー５のON時の利得とOFF時
の利得との比は、（７）、（８）式から、 となる。

負荷RLがあるとき 一般に、RL＜＜R3（RL:数〜数10Ω、R3:数ｋ〜数10k
Ω）であるから、等価回路は第11図のようになる。

ここで、上記のように、 であるから、 となり、（９）式は、 となる。

したがって、この場合のリレー５のON時の利得とOFF時
の利得との比は、（７）、（10）式から、 となる。

以上のことから、リレー接点の接触抵抗の非直線性によ
る等価歪電圧源に起因する歪成分を小さくするために
は、第１の帰還抵抗７の抵抗値R1′をできるだけ大きく
すれば良いが、この値を大きくすればするほど、リレー
５のON時の利得とOFF時の利得との比は大きくなる。

この場合、リレー５のON/OFF時において、帰還量が大き
く変化するため、リレー５のON/OFF時のオフセツト電圧
の変動や信号電圧の急激な変化により、リレー投入時に
ノイズが発生する。また、過大なオフセツト電圧が発生
したため保護／時定数回路６が動作し、リレー５のOFF
になつた時、リレー５のOFFにより帰還量が減少して、
オフセツト電圧がより過大になり、リレー接点間の電界
強度が増大しアーク放電が起こつて、リレー再点孤にな
るおそれがある。このため、リレー接点の接触抵抗の非
直線性による等価歪電圧源に起因する歪成分を小さくす
るためとはいえ、R1′/R3をあまり大きな値にとること
はできず、一般には、R1′＝R3程度に選ばれている。こ
のとき、リレー接点の接触抵抗の非直線性による等価歪
電圧源に起因する歪成分は第７図のものに比べて1/2
（−6dB）の改善となる。以上のように、リレー接点の
接触抵抗の非直線性による等価歪電圧源に起因する歪成
分の改善と、リレー５のON/OFF時の利得の変化とは相反
する関係にあるため、歪改善効果は充分なものではなか
つた。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、 増幅器（１）の出力（1c）を直列接続した第１の帰還抵
抗（９）、第２の帰還抵抗（10）を介して上記増幅器
（１）の入力側に負帰還し、当該増幅器（１）の出力
（1c）を第１のリレー（11）を介して負荷（４）に接続
するとともに、当該負荷（４）と上記第１のリレー（1
1）の接続点と上記第１の帰還抵抗（９）、第２の帰還
抵抗（10）の接続中点との間に第２のリレー（12）を接
続し、かつ、上記第１のリレー（11）は負荷電流用のパ
ワー接点を具備し、上記第２のリレー（12）は小信号用
の高信頼度接点を具備するリレーであつて、当該第２の
リレー（12）は上記第１のリレー（11）がON動作すると
同時または直後にOFFからONへ状態が変化し、上記第１
のリレー（11）がOFF動作する直前にONからOFFへ状態が
変化するように制御される、 ことを特徴とするものである。

［作用］ 以上の構成によれば、次の作用がある。

第１、第２のリレー11、12の動作タイミングを定めなか
つた場合、第１のリレー11がON動作する以前に第２のリ
レー12がONすると、増幅器１の出力は第１の帰還抵抗
９、第２のリレー12を通して負荷４に供給される。これ
は、高信頼度リレー接点を具備する第２のリレー12にと
つては過電流となり、リレー接点の信頼度の劣化につな
がる。また、この状態では、負帰還回路が第１の帰還抵
抗と負荷４のインピーダンスで分割されることになり、
かつ、スピーカーのような位相回り（それに加えてスピ
ーカーコードの静電容量やインダクタンス）をもつ負荷
では増幅器１の動作が不安定になる危険性がある。ま
た、第１のリレー11がOFF動作する以前に第２のリレー1
2がOFFすると、同様のことがいえる。

しかし、以上のように構成では、負荷電流用のパワー接
点を具備する第１のリレー11、小信号流用の高信頼度リ
レー接点を具備する第２のリレー12において、第２のリ
レー12がONする時は、第１のリレー11がON動作すると同
時または直後にOFFからONへ状態が変化し、また、第２
のリレー12がOFFする時は、第１のリレー11がOFF動作す
る直前にONからOFFへ状態が変化するので、上記のよう
な第２のリレー12のリレー接点の信頼度の劣化、増幅器
１の動作の不安定性が除去できる。

次に、第１のリレー11がON/OFF時の利得変化について検
討する。

ここで、第１、第２のリレー11、12のON、OFFのタイミ
ングについて再度説明すると、第１のリレー11がOFFの
ときは、第２のリレー12は必ずOFFの状態にあり、第２
のリレー12がONのときは、第１のリレー11は必ずONの状
態にある。

（１）第２のリレー12がOFFのとき（第１のリレー11
は、第２のリレー12がOFFからONに変化すると同時また
は直前でON、第２のリレー12がONからOFFに変化する直
後でONの状態にあり。その他の領域では、OFFの状態に
ある。） この状態では、第１のリレー11のON/OFFにかかわらず、
増幅器１の出力1cは直列接続した第１の帰還抵抗９、第
２の帰還抵抗10を介して入力側へ負帰還され、この出力
1cの信号利得は、 ただし、R1:第２の帰還抵抗10の抵抗値 R2:抵抗３の抵抗値 R4:第１の帰還抵抗９の抵抗値 となる。

（２）第２のリレー12がONのとき（第１、第２のリレー
11、12がともにONのとき） 増幅器１の出力1cは直列接続した第１の帰還抵抗９、第
２の帰還抵抗10を介して入力側へ帰還されるとともに、
第１のリレー11（そのリレー接点の接触抵抗r1）、第２
のリレー12（そのリレー接点の接触抵抗r2）、第２の帰
還抵抗10を介してに入力側に負帰還される。

このときの等価回路は第２図のようになり、各定数を、 R1:第２の帰還抵抗10の抵抗値 R2:抵抗３の抵抗値 R4:第１の帰還抵抗９の抵抗値 r1:第１のリレー11のリレー接点の接触抵抗値 r2:第２のリレー12のリレー接点の接触抵抗値 RL:負荷４の抵抗値 D :第１のリレー11のリレー接点の接触抵抗の非直線性
による等価歪電圧源（等価歪電圧源Ｄベクトルを図の記
号→のように定義する）（なお、第２のリレー12は小信
号用の高信頼度接点を具備するため、リレー接点の接触
抵抗の非直線性による等価歪電圧源は無視した） V0:負荷４の両端の出力電圧 V1:差動型電力増幅器１の出力電圧 V2:等価歪電源Ｄと第１のリレー11のリレー接点の接触
抵抗r1の中点の電圧 V3:第１の帰還抵抗９と第２の帰還抵抗10の接続中点の
電圧 のように定めると、それぞれ次式が導かれる。

この式を整理すると、 この式を整理すると、 また、 となる。

以上の各式から、負荷４の両端の出力電圧V0を求める
と、 となる。

（16）式を変形すると、 となる。

ここで、一般に、RL＞＞r1であるから、 となり、当然に、R1＋R2＞＞r2であるから、 となる。

このように、第１のリレー11のリレー接点の接触抵抗の
非直線性による等価歪電圧源に起因する歪成分を小さく
するためには、 r1＋r2＋R4＞＞r2、すなわちR4＞＞r1、r2 となるように各定数を選べば良い。一般に、リレーの接
触抵抗r1、r2は数10mΩ大きくても数100mΩであるか
ら、R4は数10Ωに選べは良い。

このとき（17）式は、 となる。

そこで、第２のリレー12がOFFのときの出力1cにおける
利得と、第１、第２のリレー11、12がともにONのときの
出力1cにおける利得とを比較する。

第２のリレー12がOFFのときの出力1cにおける利得は、 で与えられるから、この（18）式と（17）式から、 となる。

ここで、R1＋R2＞＞R4となるように選べば、第２のリレ
ー12がOFFのとき、第１、第２のリレー11、12がともにO
Nのときの出力1cにおける利得変化を無視し得る程度に
小さくすることができる。

一般に、リレーのリレー接点の接触抵抗は数ｍΩ〜１Ω
であり、また、第２の帰還抵抗10と抵抗３の抵抗値の和
（R1＋R2）は数10KΩである。

したがつて、第１の帰還抵抗９の抵抗値R4を数10Ω〜数
100Ωに選べば、上記の近似条件 R4≫r2 R1＋R2≫R4 を充分に満足させることができる。

具体的に、第１、第２のリレー11、12のリレー接点の接
触抵抗r1、r2を、 r1＝r2＝0.1Ω とし、 R1＋R2＝10KΩ とすると、 （１）第１の帰還抵抗９の抵抗値R4が10Ωのとき 第１のリレー11のON時、OFF時の利得変化は、 第１のリレー11のリレー接点の接触抵抗の非直線性によ
る等価歪電圧源に起因する歪成分は、 となる。

（２）第１の帰還抵抗９の抵抗値R4が100Ωのとき 第１のリレー11のON時、OFF時の利得変化は、 第１のリレー11のリレー接点の接触抵抗の非直線性によ
る等価歪電圧源に起因する歪成分は、 となる。

［実施例］ 第１図以下の図面において説明する。図中、従来例と同
等部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

［実施例１］ 図において、１は差動型電力増幅器、1aはこの差動型電
力増幅器１の非反転入力端子、1bは同、反転入力端子、
1cは同、出力、４は負荷、３は抵抗である。

上記差動型電力増幅器１の出力1cを直列接続した第１の
帰還抵抗９、第２の帰還抵抗10を介して上記差動型電力
増幅器１の反転入力端子1bに負帰還するとともに、この
反転入力端子1bを抵抗３を介して接地する。

上記差動型電力増幅器１の出力1cを第１のリレー11を介
して負荷４に接続するとともに、この出力1cを第２のリ
レー12を介して上記第１の帰還抵抗９と第２の帰還抵抗
10の接続中点に接続する。

上記第１のリレー11は負荷電流用のパワー接点を具備
し、上記第２のリレー12はリレー接点に金メツキ、金張
などの処理が施された小信号用の高信頼度リレー接点を
具備するリレーである。

そして、上記第１のリレー11がOFFからONへ状態が変化
するとき、上記第２のリレー12は、上記第１のリレー11
のON動作と同時または直後にOFFからONへ状態が変化す
るように、逆に、第１のリレー11がONからOFFへ状態が
変化するとき、第２のリレー12は、上記第１のリレー11
のOFF動作の直前にONからOFFへ状態が変化するように制
御される。これは、第２のリレー12の小信号用の高信頼
度リレー接点を保護するためである。

13は負荷４の異常を検出し、第１のリレー11、第２のリ
レー12の動作のタイミングを設定するための保護／時定
数回路である。

この保護／時定数回路13は公知の回路でもつて構成さ
れ、上記第１のリレー11、第２のリレー12のON、OFF時
の時間関係を実現するための時定数回路部分は、たとえ
ば、第３図に示すように構成される。

入力端子14から入力されるリレー制御信号をAND回路1
5、OR回路16の一方の入力端子にそれぞれ入力し、上記O
R回路16の出力を第１の時定数回路17を介して上記AND回
路15の他方の入力端子に入力し、そのAND出力を第２の
リレー12の駆動信号とし、上記AND回路15の出力を第２
の時定数回路18を介して上記OR回路16の他方の入力端子
に入力し、そのOR出力を第１のリレー11の駆動信号とす
る。

上記リレー制御信号（第４図（ａ））、第１のリレー11
の駆動信号（第４図（ｂ））および第２のリレー12の駆
動信号（第４図（ｃ））の信号波形は第４図に示すよう
になり、第２のリレー12の駆動信号（第４図（ｃ））は
第１のリレー11の駆動信号（第４図（ｂ））のON時の立
ち上がりに対して時間t1だけ遅延され、また、第１のリ
レー11の駆動信号（第４図（ｂ））は第２のリレー12の
駆動信号（第４図（ｃ））のOFF時の立ち下がりに対し
て時間t2だけ遅延される。

［実施例２］ 本実施例は、第１、第２の出力端子21、22を具備する電
力増幅器に関するものであつて、第１のリレー11、第２
のリレー12に代えて、互いに連動する第１、第２の機械
的スイツチ19、20を用いて本考案の趣旨を実現した他の
実施例である。

第５図において説明する。

第１、第２のスイツチ19、20の可動接点19a、20aを差動
型電力増幅器１の出力1c、第１の帰還抵抗９と第２の帰
還抵抗10の接続中点にそれぞれ接続する。

第１、第２のスイツチ19、20の第１の固定接点19b、20b
を第１の出力端子21にそれぞれ接続して、第１の出力と
する。同様に、第１、第２のスイツチ19、20の第２の固
定接点19c、20cを第２の出力端子22にそれぞれ接続し
て、第２の出力とする。

第１、第２のスイツチ19、20は互いに連動し、かつ、第
１のスイツチ19はシヨーテイングタイプ、第２のスイツ
チ20はノンシヨーテイングタイプのものである。

［実施例３］ 第６図は、［実施例１］と［実施例２］とをカスケード
接続した他の実施例である。

［考案の効果］ 本考案は、リレーのON/OFF時の利得変化をもたらすこと
なく、このリレーのリレー接点の接触抵抗の非直線性に
よる等価歪電圧源に起因する歪成分を著しく改善できる
歪改善効果があり、さらに、第１、第２のリレー11、12
の動作タイミングを規制したので、第２のリレー12のリ
レー接点の信頼度の劣化、増幅器１の動作の不安定性が
除去できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の負帰還回路の構成を示す図、第２図は
同、第１のリレーおよび第２のリレーがONのときの等価
回路、第３図は同、保護／時定数回路の構成を示す図、
第４図は同、保護／時定数回路の各部の信号波形を示す
図、第５および第６図は同、他の実施例の構成を示す
図、第７図は従来の負帰還回路の構成を示す図、第８図
は同、リレーがONのときの等価回路、第９図は同、従来
の負帰還回路の構成を示す図、第10図は同、リレーがON
のときの等価回路、第11図は同リレーがOFFの時の等価
回路である。 １……差動型電力増幅器、1a……同、非反転入力端子、
1b……同、反転入力端子、1c……同、出力、３……抵
抗、４……負荷、９……第１の帰還抵抗、10……第２の
帰還抵抗、11……第１のリレー、12……第２のリレー、
13……保護／時定数回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】増幅器（１）の出力（1c）を直列接続した
   第１の帰還抵抗（９）、第２の帰還抵抗（10）を介して
   上記増幅器（１）の入力側に負帰還し、当該増幅器
   （１）の出力（1c）を第１のリレー（11）を介して負荷
   （４）に接続するとともに、当該負荷（４）と上記第１
   のリレー（11）の接続点と上記第１の帰還抵抗（９）、
   第２の帰還抵抗（10）の接続中点との間に第２のリレー
   （12）を接続し、かつ、上記第１のリレー（11）は負荷
   電流用のパワー接点を具備し、上記第２のリレー（12）
   は小信号用の高信頼度リレー接点を具備するリレーであ
   つて、当該第２のリレー（12）は上記第１のリレー（1
   1）がON動作すると同時または直後にOFFからONに状態が
   変化し、上記第１のリレー（11）がOFF動作する直前にO
   NからOFFに状態が変化するように制御されることを特徴
   とする負帰還回路。