JPH0119286B2

JPH0119286B2 -

Info

Publication number: JPH0119286B2
Application number: JP56014307A
Authority: JP
Inventors: Kunio Seki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-02-04
Filing date: 1981-02-04
Publication date: 1989-04-11
Also published as: JPS57129008A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、Ｂ級プツシユプル出力回路を含む
電力増幅器に関する。

Ｂ級プツシユプル出力回路を含む電力増幅器に
おける出力トランジスタの保護回路として、
ASO（安全動作領域）リミツタが周知である。

このASOリミツタは、出力トランジスタの動
作状態を検出して、出力トランジスタの入出力間
に設けられたリミツタトランジスタをオンさせる
ことにより出力トランジスタのASOを逸脱する
動作を制限するものである。しかし、このリミツ
タトランジスタは、出力トランジスタの入出力間
における不所望な高周波正帰還ループを構成する
ため、ASOリミツタ動作時に発振が生じるとい
う欠点がある。

そこで、第２図のブロツク図に示すような保護
回路が、本願発明者によつて考案された。

電力増幅器Ampの出力トランジスタの動作軌
跡が予め設定されたASO検出レベルを超えると、
ASO検出回路は、コンデンサＣを放電してシユ
ミツト回路SMを反転させる。この反転信号を受
けるバイアス制御回路Ｂ・Ｃは、電力増幅器
Ampのバイアス回路を不動作として、少なくと
も出力トランジスタをオフさせるものである。

この出力トランジスタのオフにより、ASO検
出回路の上記検出信号がなくなるので、コンデン
サＣと抵抗Ｒとの時定数で一定期間後、シユミツ
ト回路SMが再び反転して、バイアス制御回路
Ｂ・Ｃにより電力増幅器Ampの自動復起がなさ
れる。

上記コンデンサＣと抵抗Ｒとの時定数回路によ
り、負荷短絡等の事故が継続している場合、電力
増幅器Ampは、間欠的な動作を繰り返す。

なお、上記時定数回路及びシユミツト回路がな
いと、電力増幅器Ampと保護回路とで閉ループ
が生じて発振することになる。

この保護回路では、自動復起のためにコンデン
サが必要になるという欠点がある。

この発明の目的は、回路の簡素化を図つた電力
増幅器を提供することにある。

この発明の基本的特徴によれば、保護回路にお
ける自動復起のためのコンデンサと、電力増幅器
のバイアス回路における電源リツプル除去用のコ
ンデンサとが併用される。

以下、この発明を実施例とともに詳細に説明す
る。

第１図は、この発明の一実施例を示す回路図で
ある。

この実施例において、特に限定されないが、点
線で囲まれた部分ICに構成された回路素子は、
周知の半導体製造方法により１個のシリコンチツ
プに形成される。また、丸で囲まれた数字は、端
子番号を示している。

初段トランジスタ増幅回路は、次の回路により
構成される。

入力信号V_INが印加された１番端子にベースが
接続されたpnpトランジスタQ₁₀と、このトラン
ジスタQ₁₀のベース、エミツタ及びダイオード形
態のトランジスタ（ダイオードであつてもよい以
下同じ。）Q₁₁のエミツタ、ベースを通した入力
電圧V_INがベースに印加されたnpnトランジスタ
Q₁₄とが初段トランジスタ増幅回路を構成する。

トランジスタQ₁₀のエミツタには、トランジス
タQ₁₁を介して定電流負荷を構成するpnpトラン
ジスタQ₁₂が設けられる。トランジスタQ₁₄のコ
レクタには、定電流負荷を構成するpnpトランジ
スタQ₁₃が設けられる。

トランジスタQ₁₄のエミツタは、負帰還入力端
子を構成し、電圧利得設定のための抵抗R₁₉を介
して、トランジスタQ₁₅と抵抗R₁₈で構成された
電流源回路に接続される。この抵抗R₁₉の他端に
は、７番端子を介して交流的接地のためのコンデ
ンサC₁₀₂が設けられる。

初段増幅回路の電流増幅信号は、トランジスタ
Q₁₄のコレクタから得られ、Ａ級電圧増幅回路を
構成する増幅トランジスタQ₁₆のベースに伝えら
れる。

Ａ級電圧増幅回路は、トランジスタQ₁₆を入力
側とするダーリントン形態のトランジスタQ₁₆，
Q₁₇と、出力側トランジスタQ₁₇のコレクタ側に
設けられた定電流負荷としてのトランジスタQ₈
とに構成される。

トランジスタQ₁₇とトランジスタQ₈のコレクタ
間には、後述するＢ級プツシユプル出力回路のア
イドリングバイアス回路の一部を構成するダイオ
ード形態のトランジスタQ₂₂が設けられる。

入力側トランジスタQ₁₆のコレクタは、このト
ランジスタQ₂₂を介してトランジスタQ₁₇のコレ
クタに接続される。

また、トランジスタQ₁₆のベースとトランジス
タQ₁₇のコレクタ間には、位相補償用の直列接続
されたコンデンサC₁，C₂が設けられている。

このコンデンサC₁，C₂の接続点とＢ級プツシ
ユプル出力回路の出力端子間には、Ｂ級プツシユ
プル出力回路の負帰還回路を構成する抵抗R₂₁が
設けられている。

トランジスタQ₁₇のコレクタは、発振防止用抵
抗R₂₃を介して、負の半波出力回路に伝えられ
る。

負の半波出力回路は、pnpトランジスタQ₂₀で
形成された反転信号で駆動される出力トランジス
タQ₂₁で構成される。

一方、トランジスタQ₂₂を介したトランジスタ
Q₁₇の出力電圧は、同様の抵抗R₂₄を介して、正
の半波出力回路に伝えられる。正の半波出力回路
は、ダーリントン形態のnpnトランジスタQ₁₈，
Q₁₉で構成され、入力側トランジスタQ₁₈で出力
トランジスタQ₁₉が駆動される。

上記両出力トランジスタQ₁₉，Q₂₁がカスケー
ド接続されて、Ｂ級プツシユプル動作が行なわれ
る。これらの出力回路のアイドリングバイアス回
路として、トランジスタQ₂₀のエミツタと、出力
端子としてのトランジスタQ₁₉，Q₂₁の接続点と
の間に、次の回路が設けられる。

トランジスタQ₂₀のエミツタは、抵抗R₂₅を介
してトランジスタQ₂₃のエミツタに接続される。

トランジスタQ₂₃ののコレクタはブートストラ
ツプ電源電圧V_CC′が印加される。そして、ベー
スには、トランジスタQ₂₆のベース、エミツタ間
電圧と、そのベース、コレクタ間に設けられたダ
イオード形態の直列トランジスタQ₂₄，Q₂₅とで
形成された定電圧回路を介した出力電圧が印加さ
れている。トランジスタQ₂₆のベース、エミツタ
間には、トランジスタQ₂₄，Q₂₅に定電流バイア
ス電流を流すための抵抗R₂₆が設けられる。

また、トランジスタQ₂₃のベースには、バイア
ス電流を供給する定電流トランジスタQ₉が設け
られる。

上記バイアス回路と、トランジスタQ₁₈，Q₁₉，
Q₂₀及びトランジスタQ₂₂で直流閉ループが構成
され、出力トランジスタQ₁₉，Q₂₁のアイドリン
グ電流が設定される。

一方、ツエナーダイオードZDと抵抗R₄とによ
り定電圧が形成される。

この定電圧は、エミツタフオロワトランジスタ
Q₂を介して、後述する保護回路を構成するシユ
ミツト回路及びバイアス制御回路の電源電圧とし
て使用される。

また、トランジスタQ₂のエミツタに設けられ
た抵抗R₅〜R₇で分圧された定電圧が、初段増幅
回路の電源電圧として使用される。

すなわち、抵抗R₅を介した電圧が、定電流負
荷を構成するトランジスタQ₁₂，Q₁₃のエミツタ
に印加される。また、抵抗R₅，R₆との間には、
ダイオード形態のトランジスタQ₃が設けられト
ランジスタQ₁₂，Q₁₃とともに定電流回路を構成
する。

また、上記電力増幅器のバイアス回路として、
次の回路が設けられている。

抵抗R₉，R₁₀及びトランジスタQ₅のベース、エ
ミツタを介してコレクタ、ベースが接続されたト
ランジスタQ₄と、エミツタ抵抗R₁₁が直列に接続
されている。これにより、電源電圧V_CCに比例し
た電流が形成される。この電流は、トランジスタ
Q₄とともに電流ミラー回路を構成するトランジ
スタQ₁₅に流れる。この電流を抵抗R₂₀に流すこ
とにより、出力直流電圧を、中点電圧（V_CC／
２）に設定する。なお、この抵抗R₂₀は、抵抗
R₁₉とともに電圧利得設定のための帰還回路を構
成する。

一方、トランジスタQ₄のベースには、定電流
を形成する抵抗R₁₃が設けられる。したがつて定
電流が流れる抵抗R₁₃，R₁₂で形成された定電圧
がベースに印加されたトランジスタQ₆により上
記定電流トランジスタQ₈，Q₉とともに電流ミラ
ー回路を構成するトランジスタQ₇を駆動する。

なお、これらのバイアス電流回路の電源リツプ
ル成分を除去するためのコンデンサC₁₀₁が、抵抗
R₉，R₁₀の接続点に８番端子を介して接続されて
いる。

正の半波出力信号を形成する出力トランジスタ
Q₁₉のコレクタには、コレクタ電流を電圧信号に
変換する抵抗R₂₉が設けられる。また、トランジ
スタQ₁₉のコレクタ、エミツタ間には、ダイオー
ド形態のトランジスタQ₂₇と抵抗R₃₀が設けられ、
トランジスタQ₁₉のコレクタ、エミツタ間電圧が
トランジスタQ₂₇のベース、エミツタ間電圧に置
き換えられる。

そして、上記抵抗R₂₉とトランジスタQ₂₇で形
成された出力トランジスタQ₁₉の動作状態を示す
電圧は、トランジスタQ₂₈のベース、エミツタ間
に印加される。トランジスタQ₂₈のコレクタに
は、バイアス電流を流す定電流回路を構成するト
ランジスタQ₃₇、抵抗R₃₈が設けられる。

トランジスタQ₃₇のベースには、トランジスタ
Q₃₆で形成された前記同様の定電圧が印加されて
いる。

差動トランジスタQ₃₁，Q₃₂及びレベルシフト
用の入力トランジスタQ₃₀がシユミツト回路を構
成する。入力トランジスタQ₃₀のベースには、上
記リツプル除去用のコンデンサC₁₀₁で形成された
電圧が印加され、トランジスタQ₃₀，Q₃₁がオン
するようにレベル設定されている。

シユミツト回路の反転出力が得られるトランジ
スタQ₃₂のコレクタには、マルチコレクタ構成の
トランジスタQ₃₃、及びトランジスタQ₃₄で構成
されたバイアス制御回路としての電流ミラー回路
が設けられる。トランジスタQ₃₄のエミツタには
抵抗R₃₂が設けられ、微小電流が自動復起のため
にコンデンサC₁₀₁の充電電流として用いられる。

また、トランジスタQ₃₃の出力側コレクタから
の反転出力信号は、定電流トランジスタQ₆をオ
フさせるトランジスタQ₃₈及び出力トランジスタ
Q₁₉をオフさせるトランジスタQ₃₉のベースに伝
えられる。また、他の反転出力信号は、自動復起
時のポツプ音発生を防ぐために、トランジスタ
Q₁₄のエミツタに接続され、コンデンサC₁₀₂を充
電する。

なお、ツエナー定電圧がベースに印加され、エ
ミツタに抵抗R₁，R₂で分圧された電源電圧V_CCが
印加されたpnpトランジスタQ₁は、サージ電圧検
出回路を構成する。そして、そのコレクタ電圧が
上記トランジスタQ₃₈，Q₃₉に印加される。さら
に、抵抗R₇で形成された定電圧がベースに印加
されたトランジスタQ₄₀は、サーマルシヤツトダ
ウン回路を構成する。

この実施例回路のASO保護動作を次に説明す
る。

トランジスタQ₂₈のバイアス定電流によるベー
ス、エミツタ間電圧を基準として、トランジスタ
Q₁₉の出力電流及び／又はエミツタ、コレクタ電
圧がその許容範囲を逸脱すると、トランジスタ
Q₂₉がオンしてコンデンサC₁₀₁を放電させる。コ
ンデンサC₁₀₁が後述する所定電圧以下に放電され
ていない状態においては、シユミツト回路中のト
ランジスタQ₃₁はオン、トランジスタQ₃₂オフの
状態にある。

今、トランジスタQ₃₃のエミツタにおける定電
圧をV_Zとすると、トランジスタQ₃₁のエミツタ電
圧V₁は下記１）式でほぼ表わすことができる。

V₁≒V_Z・R₃₅／R₃₅＋R₃₆ …１）上記１）式において、トランジスタQ₃₁のコレ
クタ・エミツタ間電圧及び抵抗R₃₄から抵抗R₃₅
へ流入される電流は、微少であるので無視して考
えている。

また、コンデンサC₁₀₁の電位をV_Cとすると、
トランジスタQ₃₀のエミツタには、V_C−V_BEQ30の
電圧が取り出される。尚、V_BEQ30はトランジスタ
Q₃₀のベース・エミツタしきい値電圧である。

したがつて、抵抗R₃₃と抵抗R₃₄の直列抵抗に
流れる電流をI₁とすると、電流I₁は次式２）で表
わすことができる。

I₁≒V_C−V₁−V_BEQ30／R₃₃＋R₃₄ …２）今、トランジスタQ₃₁がオフするための条件
は、下記３）式に示すように抵抗R₃₄の両端に発
生する。電圧V_R34、すなわちI₁・R₃₄がトランジ
スタQ₃₁のベース・エミツタしきい値電圧V_BEQ31
よりも小さい時である。

V_R34＜V_BEQ31 …３）上記３）式を満足することのできるコンデンサ
C₁₀₁電位は、上記１），２），３）式より、次式
４）で表わす時である。

V_C＜V₁＋V_BEQ31（１＋R₃₃／R₃₄）＋V_BEQ30…４）コンデンサC₁₀₁が上記４）式を満足するまで放
電されると、トランジスタQ₃₁がオフする。これ
によりシユミツト回路が反転してトランジスタ
Q₃₂がオンするため、トランジスタQ₃₃がオンす
る。そして、トランジスタQ₃₈をオンさせて定電
流トランジスタQ₆をオフさせるため、定電流ト
ランジスタQ₈，Q₉がオフし、出力回路を構成す
るトランジスタQ₁₈〜Q₂₁がすべてオフする。特
に、出力トランジスタQ₁₉は、トランジスタQ₃₉
のオンにより、多少のリーク電流があつても確実
にオフさせられる。これによりASO保護動作が
行なわれる。

このASO保護動作により、トランジスタQ₂₈か
らのASO検出信号が得られなくなるため、トラ
ンジスタQ₂₉はオフする。今、トランジスタQ₃₄
はトランジスタQ₃₂がオンしているので、オン状
態にあり、コンデンサC₁₀₁に対して充電を行なう
ことができる。

トランジスタQ₃₂がオンしている時のトランジ
スタQ₃₂のエミツタ電位をV₁′とすると、V₁′は下
記５）式で表わすことができる。

V₁′≒（V_Z−V_BEQ33）・R₃₅／R₃₅＋R₃₇ …５）上記５）式において、V_BEQ33はトランジスタ
Q₃₃のベース・エミツタしきい値電圧を示してい
る。尚、上記５）式において、トランジスタQ₃₂
のコレクタ・エミツタ間電圧及び抵抗R₃₄から抵
抗R₃₅へ流入される電流は微少のため無視して考
えている。

また、抵抗R₃₄に流れる電流I₁′は次式６）で表
わすことができる。

I₁′≒V_C−V₁′−V_BEQ30／R₃₃＋R₃₄ …６）今、トランジスタQ₃₁オンする条件は、下記
７）式に示すように抵抗R₃₄の両端に発生する電
圧V′_R34、すなわちI₁′・R₃₄がトランジスタQ₃₁の
ベース・エミツタしきい値電圧V_BEQ31を越えた時
である。

V′_R34≧V_BEQ31 …７）上記７）式を満足することのできるコンデンサ
C₁₀₁の電圧V′_Cは、下記８）式で表わすことがで
きる。

V′_C≧V₁′＋V_BEQ31（１＋R₃₃／R₃₄）＋V_BEQ30 …８）コンデンサC₁₀₁が上記８）式を満足するまで充
電されると、トランジスタQ₃₁が再びオンし、ト
ランジスタQ₃₂がオフとなり、自動復起がなされ
る。

尚、シユミツト回路中の抵抗R₃₆は抵抗₃₇より
も大きく設定されている。これはシユミツト回路
にヒステリンスを持たせるためである。

この自動復起までの間、シユミツト回路の反転
出力信号であるところのトランジスタQ₂₃のコレ
クタ電流により外付コンデンサC₁₀₂が抵抗R₁₉を
介して充電され、自動復起後にポツプ音を生じる
ことがない。

この実施例では、ASO保護回路における自動
復起のためのコンデンサと電源リツプル除去用コ
ンデンサC₁₀₁とが併用できるため、回路の簡素化
を図ることができる。特に、モノリシツクIC化
に際しては、外付端子及び外付コンデンサを削減
できるため、電力増幅器としてのコストの低減を
図ることができる。

この発明は、前記実施例に限定されず、電力増
幅器を構成する具体的回路構成及びASO保護回
路を含む各種保護回路の具体的構成は、前記同様
の動作を行なうものであれば何んであつてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す回路図、
第２図は、この発明に先立つて考案されたASO
保護回路の一例を示すブロツク図である。

Claims

【特許請求の範囲】１電源電圧端子V_ccと出力端子V_putとの間に接
続された出力トランジスタQ₁₉を有するＢ級プツ
シユプル出力回路と、時定数回路の一部を構成す
る電源リツプル除去コンデンサC₁₀₁を有し、上記
出力トランジスタQ₁₉へバイアスを供給するバイ
アス回路と、上記出力トランジスタQ₁₉の動作状
態を検出する検出回路と、上記バイアス回路を制
御するバイアス制御回路とを少くとも具備する電
力増幅器であつて、さらに、上記バイアス制御回
路は、上記検出回路の出力に応答して、上記コン
デンサC₁₀₁の電荷を放電する放電手段と、上記コ
ンデンサC₁₀₁の電位が第１の電位以下であるか否
かを検知する第１の検知手段と、上記第１の検知
手段に応答し、上記コンデンサC₁₀₁に電荷を充電
する充電手段と、上記コンデンサC₁₀₁の電位が第
２の電位以上であるか否かを検知する第２の検知
手段とを有し、かつ、上記第１の検知手段によつ
て、上記トランジスタQ₁₉へのバイアス供給を遮
断せしめるように上記バイアス回路を制御し、上
記第２の検知手段によつて上記トランジスタQ₁₉
へのバイアス供給が復起されるように上記バイア
ス回路を制御するものであることを特徴とする電
力増幅器。２特許請求の範囲第１項記載の電力増幅器にお
いて、上記検出回路は上記出力トランジスタQ₁₉
のコレクタ電流及びコレクタ・エミツタ間電圧と
を検出するASO検出回路であることを特徴とす
る電力増幅器。