特開 2023-91985 バッファ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023091985

(43)【公開日】2023-07-03

(54)【発明の名称】バッファ

(51)【国際特許分類】

   H03G 5/28 20060101AFI20230626BHJP

【ＦＩ】

H03G5/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021206907

(22)【出願日】2021-12-21

(71)【出願人】

【識別番号】000130329

【氏名又は名称】株式会社コルグ

(74)【代理人】

【識別番号】100121706

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128705

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 幸雄

(74)【代理人】

【識別番号】100147773

【弁理士】

【氏名又は名称】義村 宗洋

(72)【発明者】

【氏名】横山 健司

(72)【発明者】

【氏名】遠山 雅利

(72)【発明者】

【氏名】山口 弥生

【テーマコード（参考）】

5J030

【Ｆターム（参考）】

5J030AA01

5J030AA05

5J030AA11

5J030AB01

5J030AC01

5J030AC09

(57)【要約】

【課題】従来のバッファよりも高周波領域の増幅率を上げる。
【解決手段】本発明のバッファは、電子楽器とアンプとの間に配置する。本発明のバッファは、高入力インピーダンス部、増幅部、低出力インピーダンス部を備える。高入力インピーダンス部は、高入力インピーダンスであり、電子楽器側からの信号が入力される電界効果トランジスタを用いている。増幅部は、高入力インピーダンス部からの出力を、トランジスタを用いて増幅するとともに、直列に接続された高域用抵抗と高域用コンデンサによって高周波領域の増幅率を向上する。低出力インピーダンス部は、低出力インピーダンスであり、増幅部からの出力をアンプ側に出力するトランジスタを用いている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子楽器とアンプとの間に配置するバッファであって、
高入力インピーダンスであり、電子楽器側からの信号が入力される電界効果トランジスタを用いた高入力インピーダンス部と、
前記高入力インピーダンス部からの出力を、トランジスタを用いて増幅するとともに、直列に接続された高域用抵抗と高域用コンデンサによって高周波領域の増幅率を向上する増幅部と、
低出力インピーダンスであり、前記増幅部からの出力をアンプ側に出力するトランジスタを用いた低出力インピーダンス部と、
を備えるバッファ。

【請求項2】

電子楽器とアンプとの間に配置するバッファであって、
電子楽器側からの信号が入力される電界効果トランジスタと、
直列に接続された高域用抵抗と高域用コンデンサを用いて高周波領域の増幅率を向上する増幅用トランジスタと、
前記増幅用トランジスタのコレクタの電位に対応した信号をアンプ側に出力する低出力インピーダンス用トランジスタと、
接地電位に対して、正電位と負電位を供給する電源部
を備え、
前記電界効果トランジスタは、ドレインは第１抵抗を介して前記正電位に接続され、ソースは第２抵抗を介して前記負電位に接続され、ゲートに２つの入力用抵抗で分圧された電子楽器側からの信号が入力され、
前記増幅用トランジスタはＰＮＰ型であり、エミッタは前記正電位に接続され、コレクタは第３抵抗を介して前記電界効果トランジスタのソースに接続され、ベースは前記電界効果トランジスタのドレインに接続され、
前記の直列に接続された高域用抵抗と高域用コンデンサは、一端が接地電位に接続され、他端が前記第３抵抗を介して前記増幅用トランジスタのコレクタに接続され、
前記低出力インピーダンス用トランジスタはＮＰＮ型であり、コレクタは前記正電位に接続され、エミッタは第４抵抗を介して前記負電位に接続され、ベースは前記増幅用トランジスタのコレクタに接続され、
直列に接続された出力用コンデンサと出力用抵抗の一端が前記低出力インピーダンス用トランジスタのエミッタに接続され、他端が当該バッファの出力端子に接続される
ことを特徴とするバッファ。

【請求項3】

請求項２記載のバッファであって、
前記電界効果トランジスタのドレインと前記増幅用トランジスタのコレクタの間に電磁ノイズ用コンデンサが配置されている
ことを特徴とするバッファ。

【請求項4】

請求項２または３記載のバッファであって、
前記負電位と接地電位の間には第２抵抗の一部を介して電源ノイズ用コンデンサが配置されている
ことを特徴とするバッファ。

【請求項5】

請求項２から４のいずれかに記載のバッファであって、
前記増幅用トランジスタのコレクタと接地電位の間には電位安定用抵抗が配置されている
ことを特徴とするバッファ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電子楽器とアンプとの間に配置するバッファに関する。

【背景技術】

【0002】

ギターのように弦の振動をピックアップするタイプの電子楽器の場合、電子楽器からの出力信号が小さいため、信号の周波数特性は電子楽器とアンプとの間のケーブルの影響を受けやすい。その影響を軽減する従来技術として非特許文献１の技術などが知られている。図１は、電子楽器（例えば、ギター）とアンプとをシールドケーブルで接続したときの構成を示す図である。図２は、図１に従来型のバッファを付加した構成を示す図である。従来のバッファは、入力インピーダンスを高くし、出力インピーダンスを低くすることで、入力された信号の特性がケーブルの長さやアンプの入力インピーダンスからの影響を受けにくくしている。

【0003】

図１では、電子楽器９１０とアンプ９３０はシールドケーブルの心線９２１，９２２で接続されている。心線９２１と心線９２２との間にはケーブルの長さに比例したキャパシタンス９２３が存在する。図１，２の例では、キャパシタンス９２３は、長さがＬｍの場合は（１８０×Ｌ）ｐＦである。また、アンプ９３０の入力インピーダンス９３１も図示されている。図２に例示したバッファ８００は心線９２１を接地電位としている。入力信号は、抵抗８２１とコンデンサ８２２を介した後、電源部８３１と抵抗８３２でバイアスを与えられ、電界効果トランジスタ８１０のゲートに入力される。また、電界効果トランジスタ８１０のドレインには電源部８１１で電圧が印加され、ソースと接地電位との間に抵抗８１２が配置されている。ソースとバッファの出力との間にはコンデンサ８４１と抵抗８４２が直列に配置されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Toshihiko Arai（101010.fun）、“アイデアノート、最も簡単なFETバッファ回路（エフェクタ製作）”，［令和３年１２月６日検索］、インターネット<https://101010.fun/analog/simplest-fet-buffer.html>.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来のバッファは、高入力インピーダンスと低出力インピーダンスを実現し、入力された信号を忠実に出力することができる。しかしながら、従来技術は、高周波領域側の周波数特性を改善するものではないという課題がある。本発明は、従来のバッファよりも高周波領域の増幅率を上げることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のバッファは、電子楽器とアンプとの間に配置する。本発明のバッファは、高入力インピーダンス部、増幅部、低出力インピーダンス部を備える。高入力インピーダンス部は、高入力インピーダンスであり、電子楽器側からの信号が入力される電界効果トランジスタを用いている。増幅部は、高入力インピーダンス部からの出力を、トランジスタを用いて増幅するとともに、直列に接続された高域用抵抗と高域用コンデンサによって高周波領域の増幅率を向上する。低出力インピーダンス部は、低出力インピーダンスであり、増幅部からの出力をアンプ側に出力するトランジスタを用いている。

【発明の効果】

【0007】

本発明のバッファによれば、増幅部が、高入力インピーダンス部からの出力を、トランジスタを用いて増幅するとともに、直列に接続された高域用抵抗と高域用コンデンサによって高周波領域の増幅率を向上する。よって、従来のバッファよりも高周波領域の増幅率を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】電子楽器とアンプとをシールドケーブルで接続したときの構成を示す図。

【図2】図１に従来型のバッファを付加した構成を示す図。

【図3】図１に本発明のバッファを付加した構成を示す図。

【図4】シミュレーションで用いる電子楽器の構成例を示す図。

【図5】従来技術と本発明を対比するためのシミュレーション結果を示す図。

【図6】図５の（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）を対比するためにＸの部分を拡大した図。

【図7】本発明のバッファの一部の抵抗とコンデンサの値を変更した場合のシミュレーション結果を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

【実施例0010】

図３は、図１に本発明のバッファを付加した構成を示す図である。バッファ１００は、電子楽器９１０とアンプ９３０との間に配置する。電子楽器９１０としては、例えばギターやベースのような弦の振動をピックアップする楽器のように、出力信号が微弱な電子楽器を想定している。バッファ１００は、高入力インピーダンス部、増幅部、低出力インピーダンス部を備える。高入力インピーダンス部は、高入力インピーダンスであり、電子楽器側からの信号が入力される電界効果トランジスタ１１０を用いている。増幅部は、高入力インピーダンス部からの出力を、増幅用トランジスタ１３０を用いて増幅するとともに、直列に接続された高域用抵抗１４１と高域用コンデンサ１４２によって高周波領域の増幅率を向上する。低出力インピーダンス部は、低出力インピーダンスであり、増幅部からの出力をアンプ側に出力する低出力インピーダンス用トランジスタ１７０を用いている。

【0011】

より詳細に図３に例示したバッファ１００について説明する。バッファ１００は、電界効果トランジスタ１１０、増幅用トランジスタ１３０、低出力インピーダンス用トランジスタ１７０、電源部１１１，１１２を備える。電界効果トランジスタ１１０には、電子楽器９１０側からの信号が入力される。増幅用トランジスタ１３０は、直列に接続された高域用抵抗１４１と高域用コンデンサ１４２を用いて高周波領域の増幅率を向上する。低出力インピーダンス用トランジスタ１７０は、増幅用トランジスタ１３０のコレクタの電位に対応した信号をアンプ側に出力する。電源部１１１は接地電位に対して正電位（図３では＋１５Ｖ）を供給し、電源部１１２は接地電位に対して負電位（図３では－１４Ｖ）を供給する。なお、心線９２１が接地電位である。

【0012】

電界効果トランジスタ１１０は、ドレインは第１抵抗１３１を介して正電位に接続され、ソースは第２抵抗１１３，１１４を介して負電位に接続される。ゲートに２つの入力用抵抗１２１，１２２で分圧された電子楽器側からの信号が入力される。より具体的には、入力用抵抗１２１は一端が心線９２２に接続され、他端が電界効果トランジスタ１１０のゲートに接続される。また、入力用抵抗１２２は一端が電界効果トランジスタ１１０のゲートに接続され、他端が接地電位である。図３の場合、電界効果トランジスタ１１０、第１抵抗１３１、第２抵抗１１３，１１４、入力用抵抗１２１，１２２が、高入力インピーダンス部を構成する。

【0013】

図３の増幅用トランジスタ１３０はＰＮＰ型であり、エミッタは正電位（＋１５Ｖ）に接続され、コレクタは第３抵抗１３２を介して電界効果トランジスタ１１０のソースに接続される。増幅用トランジスタ１３０のベースは、電界効果トランジスタ１１０のドレインに接続される。また、直列に接続された高域用抵抗１４１と高域用コンデンサ１４２は、一端が接地電位に接続され、他端が第３抵抗１３２を介して増幅用トランジスタ１３０のコレクタに接続される。図３の場合、増幅用トランジスタ１３０、第１抵抗１３１、第３抵抗１３２、高域用抵抗１４１、高域用コンデンサ１４２、第２抵抗１１３，１１４が、増幅部を構成する。なお、一部の抵抗は高入力インピーダンス部と重複している。

【0014】

増幅用トランジスタ１３０のコレクタ電流は、第２抵抗１１３，１１４を介して負電位に流れる。第２抵抗１１３，１１４には電界効果トランジスタ１１０のソースから流れる電流も流れる。第２抵抗１１３，１１４には両方の電流が流れるので、増幅用トランジスタ１３０のコレクタ電流が小さくても図３のＣの電位が高くなる。したがって、増幅用トランジスタ１３０のコレクタを、第３抵抗１３２を介して電界効果トランジスタ１１０のソースに接続することにより、省エネ効果を得ることができる。その上で、直列に接続された高域用抵抗１４１と高域用コンデンサ１４２によって、高周波領域の増幅率を高くできる。

【0015】

低出力インピーダンス用トランジスタ１７０はＮＰＮ型であり、コレクタは正電位（＋１５Ｖ）に接続され、エミッタは第４抵抗１７１を介して負電位（－１４Ｖ）に接続される。低出力インピーダンス用トランジスタ１７０のベースは増幅用トランジスタ１３０のコレクタに接続される。直列に接続された出力用コンデンサ１７２と出力用抵抗１７３の一端が低出力インピーダンス用トランジスタ１７０のエミッタに接続され、他端がバッファ１００の出力端子に接続される。つまり、増幅用トランジスタ１３０のコレクタの電位に対応した信号が、バッファ１００から出力される。低出力インピーダンス用トランジスタ１７０、第４抵抗１７１、出力用コンデンサ１７２、出力用抵抗１７３が、低出力インピーダンス部を構成する。

【0016】

なお、図３には、電磁ノイズ用コンデンサ１８１、電源ノイズ用コンデンサ１５１、電位安定用抵抗１６１も配置している。電磁ノイズ用コンデンサ１８１は、電界効果トランジスタ１１０のドレインと増幅用トランジスタ１３０のコレクタの間に配置されている。電磁ノイズ用コンデンサ１８１によって、高周波の電磁ノイズを低減できる。電源ノイズ用コンデンサ１５１は、負電位（－１４Ｖ）と接地電位の間に第２抵抗１１４（第２抵抗の一部）を介して配置されている。言い換えると、電源ノイズ用コンデンサ１５１の一端は第２抵抗１１３と第２抵抗１１４の接続部分に接続され、他端は接地される。電源ノイズ用コンデンサ１５１によって電源部１１１，１１２に含まれる高周波ノイズを低減できる。電位安定用抵抗１６１は、増幅用トランジスタ１３０のコレクタと接地電位の間に配置されている。電位安定用抵抗１６１によって、バッファ１００からの出力に対応する増幅用トランジスタ１３０のコレクタの電位を安定化できる。

【0017】

図４は、シミュレーションで用いる電子楽器（ギターなど）の構成例である。電子楽器９１０には交流電源９０１が接続される。心線９２１は接地される。コイル９１１、抵抗９１２、コンデンサ９１３が信号のピックアップ機構に相当する。可変抵抗９１４とコンデンサ９１５がチューナに相当する。可変抵抗９１６が音量調節部に相当する。シミュレーションでは、コイル１を２．７５Ｈ、抵抗９１２を１２ｋΩ、コンデンサ９１３を１２０ｐＦ、可変抵抗９１４を２５０ｋΩ、コンデンサ９１５を０．０４７μＦ、可変抵抗９１６を２５０ｋΩとした。また、アンプ９３０の入力インピーダンス９３１を１ＭΩとした。

【0018】

図５に従来技術と本発明を対比するためのシミュレーション結果を示す。図６は、図５の（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）を対比するためにＸの部分を拡大した図である。図５，６の横軸は周波数、縦軸は信号の強度である。図５の（Ａ）は、図１においてＬ＝０とした場合の入力インピーダンス９３１における電圧の周波数特性を示している。つまり、電子楽器９１０の出力自体を示している。（Ａ）の場合は、キャパシタンス９２３は０ｐＦである。図５，６の（Ｂ）は図１においてＬ＝３（ｍ）とした場合の入力インピーダンス９３１における電圧の周波数特性を示している。つまり、長さ３ｍのシールドケーブルの影響を受けたときのアンプへの入力信号を示している。図５，６の（Ｃ）は図２においてＬ＝３（ｍ）とした場合の入力インピーダンス９３１における電圧の周波数特性を示している。図５，６の（Ｄ）は図３においてＬ＝３（ｍ）とした場合の入力インピーダンス９３１における電圧の周波数特性を示している。（Ｂ）～（Ｄ）の場合は、キャパシタンス９２３は５４０ｐＦである。

【0019】

なお、シミュレーションでは、図２のバッファ８００は、抵抗８２１を１ｋΩ、コンデンサ８２２を１μＦ、抵抗８３２を１ＭΩ、電源部８３１を４Ｖの直流電源、電源部８１１を８Ｖの直流電源、抵抗８１２を１０ｋΩ、コンデンサ８４１を１μＦ、抵抗８４２を１ｋΩとした。

【0020】

また、図５，６の（Ｄ）に結果を示しているシミュレーションでは、図３に示した電源、抵抗、コンデンサなどは、次のように設定した。電源部１１１は１５Ｖの直流電源、電源部１１２は１４Ｖの直流電源とした。第１抵抗１３１を１ｋΩ、第２抵抗１１３を２２ｋΩ、第２抵抗１１４を４７０Ω、入力用抵抗１２１を１ｋΩ、入力用抵抗１２２を１ＭΩ、第３抵抗１３２を３．３ｋΩ、高域用抵抗１４１を４７ｋΩ、高域用コンデンサ１４２を０．００１μＦ、第４抵抗１７１を１０ｋΩ、出力用コンデンサ１７２を１μＦ、出力用抵抗１７３を１ｋΩ、電磁ノイズ用コンデンサ１８１を３３０ｐＦ、電源ノイズ用コンデンサ１５１を１００μＦ、電位安定用抵抗１６１を１ＭΩとした。ただし、これらの値は例であり、異なる抵抗値でもよい。

【0021】

図６の（Ｂ１）は（Ｂ）の１００Ｈｚの信号の強度、（Ｃ１）は（Ｃ）の１００Ｈｚの信号の強度、（Ｄ１）は（Ｄ）の１００Ｈｚの信号の強度を示している。（Ｂ）と（Ｃ）では、１００Ｈｚの信号と同じ強度となる高周波側の周波数は同じであることが分かる。つまり、図２に示したバッファ８００を用いても、低周波領域と対比して高周波領域の増幅率は変化していないことが分かる。一方、（Ｄ）においては、１００Ｈｚの信号の強度と同じ強度となる高周波側の周波数がＷだけ高くなっているので、低周波領域と対比して高周波領域の増幅率が上がっていることが分かる。つまり、本発明のバッファ１００は、従来のバッファ８００よりも高周波領域の増幅率が上がっていることが分かる。

【0022】

図７は、本発明のバッファの一部の抵抗とコンデンサの値を変更した場合のシミュレーション結果を示す図である。図７の横軸は周波数、縦軸は信号の強度である。図７の（Ｄ）は、図５，６の（Ｄ）と同じである。図７の（Ｅ）は第３抵抗１３２を変更した場合の信号の周波数特性を示している。具体的には、第３抵抗１３２を３．９ｋΩに変更することで、（Ｄ）よりも増幅率を０．２ｄＢ程度高くしている。図７の（Ｆ）は、第３抵抗１３２と高域用コンデンサ１４２を変更した場合の周波数特性を示している。具体的には、第３抵抗１３２を３．９ｋΩ、高域用コンデンサ１４２を０．００２２μＦに変更することで、（Ｄ）よりも増幅率が０．３ｄＢ程度高くなっている。

【0023】

バッファ１００によれば、増幅部が、高入力インピーダンス部からの出力を、トランジスタを用いて増幅するとともに、直列に接続された高域用抵抗と高域用コンデンサによって高周波領域の増幅率を向上する。また、能動素子としては電界効果トランジスタとトランジスタを用いるだけなので、回路構成が複雑な場合に生じるノイズを小さくできる。つまり、単純な回路構成を採用している従来のバッファと同様に、ノイズを小さく保ちながら、従来のバッファよりも高周波領域の増幅率を上げることができる。

【符号の説明】

【0024】

１００ バッファ １１０ 電界効果トランジスタ
１１１，１１２ 電源部 １１３，１１４ 第２抵抗
１２１，１２２ 入力用抵抗 １３０ 増幅用トランジスタ
１３１ 第１抵抗 １３２ 第３抵抗
１４１ 高域用抵抗 １４２ 高域用コンデンサ
１５１ 電源ノイズ用コンデンサ １６１ 電位安定用抵抗
１７０ 低出力インピーダンス用トランジスタ １７１ 第４抵抗
１７２ 出力用コンデンサ １７３ 出力用抵抗
１８１ 電磁ノイズ用コンデンサ ８００ バッファ
８１０ 電界効果トランジスタ ８１１，８３１ 電源部
８１２，８２１，８３２，８４２ 抵抗 ８２２，８４１ コンデンサ
９０１ 交流電源 ９１０ 電子楽器
９１１ コイル ９１２ 抵抗
９１３，９１５ コンデンサ ９１４，９１６ 可変抵抗
９２１，９２２ 心線 ９２３ キャパシタンス
９３０ アンプ ９３１ 入力インピーダンス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】