JPH0354500B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は電話交換機等に使用される回路であつ
て、待機中の消費電力をきわめて、小さくするこ
とができる電流供給回路に関するものである。

（従来技術） 従来、電話交換機においては、電話機等の直流
電流が動作上必要な端末に対して、レターコイル
等の電磁部品を用いた電流供給回路を用いて、電
流を供給していたが、近年デイジタル交換機等局
内通話路素子の電子化、IC化が進み、それに伴
ない前述の電流供給回路の電子化、IC化が急速
に進められている。

第１図は電子化された電流供給回路の一例を示
す回路図で、図中、R_Lは電話機等の端末抵抗と
線路抵抗の和であり電流供給回路の負荷である。
この負荷R_LにトランジスタQ_A，Q_Bを介して電池
V_BBと地気Ｇにより直流電流を供給する。従つて
トランジスタQ_A，Q_Bは、負荷R_Lによつてはかな
りの消費電力となるため一般にパワートランジス
タが使用され、しかも、このパワートランジスタ
Q_A，Q_Bの制御を容易に行うため演算増巾器
OPA，OPBが使用される。すなわち負荷抵抗R_L
に流れる電流I_Lはパワートランジスタの増巾率を
β、負荷電流制御用電流源をI_pとすると、次式で
表わされる。

I_L＝１／（１＋１／β）×Ｒ／R_E×I_p ……(1) 従つて、パワートランジスタQ_A，Q_Bとしてダ
ーリントランジスタ等を用いれば(1)式の増巾率β
が非常に大きくなり、負荷電流I_Lは制御電流I_Oの
Ｒ／R_Eとなり、抵抗比のみで決定され、非常に簡単 となる。これは、演算増巾器の逆相入力をパワー
トランジスタQ_A，Q_Bのエミツタへ接続すること
により温度、コレクタ電流により変動するパワー
トランジスタQ_A，Q_Bのベース、エミツタ間電圧
が負荷電流I_Lに影響を与えないためである。この
ことから電流供給回路として、パワートランジス
タと演算増巾器による構成が非常に優れた構成と
いえることは明らかである。

しかしながら、演算増巾器として、第１図に示
す、構成とした場合、負荷R_Lで電話機等オンフ
ツク、すなわち待機中オープン状態となるが、こ
の時の演算増巾器OPAについて、正相入力電圧
V₊、逆相入力V_-は、トランジスタQ_O1を介して
出力される出力電流をI_Aとすると、次式の如くな
る。

V₊＝I_OＲ ……(2) V_-＝I_AR_E ……(3) 一般に良く知られているように演算増巾器は、
開ループ利得で制御されるまでV₊＝V_-になるよ
うに動作し安定する。従つて、出力電流I_Aは開ル
ープ利得が十分高ければ、 I_A＝Ｒ／R_EI_O ……(4) となる。一方、(1)式より通常の負荷抵抗接続時の
I_Aは次式で示される。

I_A＝I_L／β＝１／β×１／（１＋１／β）×Ｒ／R_EI_O
……(5) 以上(4)、(5)式より負荷抵抗R_Lが開放の時、演
算増巾器の出力電流は非常に大きなものとなり、
トランジスタQ_O1の消費電力が大きなものとな
り、電流供給回路としても待機中の消費電力が非
常に大きなものとなつて電子化した利得が損なわ
れ、更に、第１図に示す一般の演算増巾器では、
トランジスタQ_O2，Q_O1による双方向出力構成を
採つている為にクロスオーバー歪を避ける必要か
らI₂なる定電流源とダイオードD_O1，D_O2を有して
おり消費電力が大きく、かつ素子数が多くなる欠
点があつた。

（発明の目的および構成） 本発明はこのような点を除去する為になされた
もので、コレクタを負荷抵抗に接続し、エミツタ
を抵抗を介して電池あるいは地気に接続したパワ
ートランジスタと、出力端子を前記パワートラン
ジスタのベースに、逆相入力を前記パワートラン
ジスタのエミツタに、正相入力は抵抗を介して電
池あるいは地気に各々接続すると共に、負荷に流
れる電流を制御する電流源に接続した演算増巾器
とを用いて成る電流供給回路において、前記演算
増巾器の出力トランジスタを前記パワートランジ
スタと同一極性、すなわち、パワートランジスタ
がpnpなら演算増巾器の出力もpnpとする単方向
で構成するとともに、前記出力トランジスタのコ
レクタに定電流回路を接続して構成したものであ
る。このような構成としたことによつて、演算増
巾器を用いた電流供給回路の待機中の消費電力を
減じ、かつ演算増巾器の出力回路の素子数を減ら
した回路構成を提供出来る。以下、図を用いて本
発明を説明する。

（実施例） 第２図は本発明の一実施例を示す回路図であつ
て、図中OPA，OPBはパワートランジスタQ_A，
Q_Bを制御し、端子Ａ，Ｂを経て負荷R_Lに電流供
給する演算増巾器であり、OPBはOPAの構成素
子をすべて相補トランジスタで置換した構成の演
算増巾器である。I_Oは演算増巾器OPA，OPBの
正相入力IN₊に接続される抵抗Ｒに印加され、負
荷R_Lに流す電流を制御する制御電流源である。
又、前記演算増巾器OPAの構成は、トランジス
タQ_O8，Q_O9からなる差動電圧検出部と、トラン
ジスタQ_O6，Q_O7と、トランジスタQ₁₀，Q₁₁、抵
抗R_O，R₁及び定電流源I₁による直流バイアス部
と、トランジスタQ_O4，Q_O5とエミツタ抵抗から
なる能動負荷部と、出力トランジスタQ_O1とダイ
オードD₃₀による出力部と、駆動トランジスタ
Q₃₀、抵抗R_C，R_Bからなる出力部定電流回路とか
らなる。そして、以上の如く成る演算増巾器
OPAの動作は、負荷R_Lに流れる電流をI_Lとし、
パワートランジスタQ_A，Q_Bの増巾率をβ、負荷
電流制御用電流源をI_Oとすれば、(1)式と同様にな
り、第１図の説明時に述べた様にパワートランジ
スタQ_A，Q_Bをダーリントン接続等にする事によ
り、負荷電流I_Lは制御電流I_Oに対して抵抗比Ｒ／
REのみで決める事が可能となる。すなわち、演
算増巾器を用いた利点は十分に生かせていること
になる。又、トランジスタQ₃₀、抵抗R_C，R_Bで構
成される出力部定電流回路の動作についてみる
と、トランジスタQ₃₀はダイオード接続されたト
ランジスタQ₁₁、抵抗Ｒ、定電流I₁で構成された
直流バイアス回路により抵抗R_Bを介してバイア
スされている。従つて、トランジスタQ₃₀の出力
電流をI_A、エミツタ抵抗R_Cとすると、 I_AR_C＜R₁I₁ ……（２−１） の領域すなわちトランジスタQ₃₀が飽和している
場合で、第２図に示すａ点での電圧関係は、トラ
ンジスタQ₁₁の電流増幅率をβ₁、トランジスタQ₃₀
のベース電流をI_B3とし、簡単のためトランジス
タQ₁₀のベース電流を無視し、トランジスタQ₁₀，
Q₃₀のベース−エミツタ電圧を等しいとすると以
下の近似式が成り立つ。

R₁I₁（１−１／β₁−I_B3） ＝R_C（I_A＋I_B）＋R_BI_B3 …… ここでβ₁≫１、R_C，R₁≫R_Bと設定すると式
は、 R₁I₁＝R_CI_A＋R_BI_B3 …… となる。一方前述したように（２−１）式の条件
下では、トランジスタQ₃₀は飽和しておりコレク
タ−エミツタ間電圧はほぼゼロである。従つて電
池V_YとトランジスタQ₃₀のコレクタ間電圧をV_Oと
すると、 V_O＝R_C（I_A＋I_B3） …… となり、式、より、 V_O＝R_C｛I_A（１−R_C／R_B） ＋（R₁／R_B）I₁｝ 更に前述のR_CとR_Bとの関係により、 （V_O／R_C）−（R₁／R_B）I₁＝I_A ……（２−２） と近似され（R₁／R_B）、I₁はV_O、I_Aに依存しない
固定値である。従つて、トランジスタQ₃₀は、図
３に示すように等価的に抵抗R_Cに見える。

一方I_Aが暫時増加してゆきトランジスタQ₃₀の
電流増幅率をβ₃とした場合、I_A＝β₃I_B3が成り立つ
領域からは、トランジスタQ₃₀は非飽和領域に入
る。従つて、この時の図２に示すａ点での電圧関
係を求めると R₁｛I₁（１−１／β₁）−I_A（１／β₃）｝ ＝R_CI_A（１＋１／β₃）＋R_AI_A／β₃ …… ここで前述のR_C，R₁，R_Bの関係条件と、β₁≫、
β₃≫１とすると、 R₁I₁＝I_A（R_C＋R_B／β₃）となり更にR_C≫（R_B／
β₃）と設定することは可能であり、 I_A＝（R₁／R_C）I₁ ……（２−３） となりトランジスタQ₁₀とトランジスタQ₃₀の間
でカレントミラーが構成される。

従つて、トランジスタQ₃₀のコレクタ電流I_Aは
第３図からわかるように定電流I₁のR₁／R_C倍で
一定の定電流となる。従つて、負荷R_Lへの最大
供給電流をI_LMとし、パワートランジスタQ_Aの電
流増巾率をβ、トランジスタQ₃₀の定電流値をI_AC
とし、該I_ACを後述する式（２−４）を満足する
ように設定することは抵抗R_Cを調整することに
より可能である。

I_AC＝R₁／R_CI₁＝I_LM／β……（２−４） 上式の如くI_ACを設定した場合、負荷抵抗R_Lが
開放時、すなわち、待機中には演算増巾器OPA
の正相入力I₊の電位V₊と逆相端子I_-の電位V_-は
(2)、(3)式で示した値となるが、該演算増巾器
OPAの出力電流は（２−４）式で制御され、ま
た、前述した如く電流供給の制御を容易にするた
めパワートランジスタとして、ダーリントン接続
トランジスタ等を用いる必要があり、これにより
パワートランジスタQ_Aの増巾率は非常に大きく
なり、従つて、I_ACはわずかな値となる。

以上のことから、従来技術での(4)式と定量的に
比較すると、以下の如く待機中は、 I_O＝0.1ｍＡ、Ｒ／R_E＝200 β＝400、I_LM＝20ｍＡ とすると、 (4)式の場合は I_A＝Ｒ／R_E×I_O＝20ｍＡ （２−４）式の場合は、 I_A＝I_AC＝I_LM／β＝0.05ｍＡ となる。

したがつて、本発明に係る実施例を示す第２図
の構成での電流値が非常に小さいことがわかる。
すなわち、第２図に示されるトランジスタQ_O1，
Q₃₀での消費電力が少ないのである。

ここで、第２図中のダイオードD₃₀は、負荷電
流が小さい場合、トランジスタQ_O5のコレクタと
接続されるトランジスタQ_O7のコレクタ活性電圧
が不足するのを防ぐために挿入してあるもので、
パワートランジスタQ_Aとしてダーリントン接続
のものを使用するなら不用である。また、定電流
回路のトランジスタQ₃₀のベース抵抗R_Bは、トラ
ンジスタQ₃₀が定電流動作を行なわない領域、す
なわち、飽和している場合、定電流I₁の電流がト
ランジスタQ₃₀へ分流し、トランジスタQ₁₀を介
してトランジスタQ_O6，Q_O7，Q_O8，Q_O9，Q_O4，
Q_O5を直流バイアスする電流値が減少する。した
がつて、トランジスタQ₃₀のベースにエミツタ抵
抗より充分大きな抵抗を挿入すれば前述した分流
電流が無視できる。

なお、いままでの説明はすべて電池V_BBに接続
された演算増巾器OPAについてであつたが、構
成素子をすべて相補素子に置換（npn→pnp、
pnp→npn）して演算増巾器OPBを構成すれば同
様の効果が得られることは明らかであり、ここで
は演算増巾器OPBの動作の説明は省略する。

また、トランジスタQ_O8，Q_O9，Q_O6，Q_O5，
Q_O4，Q₁₀，Q₁₁で構成される差動電圧検出部及び
直流バイアス部は、一例として第４図に示す如く
種々あるが、どの構成をとつても何ら本特許の請
求範囲を限定するものではない。同様にこれまで
の説明はすべてバイポーラトランジスタを用いて
説明を行つたが、FETトランジスタ、MOSトラ
ンジスタで構成することも可能である。

以上説明したように本発明の回路構成は、演算
増巾器の出力トランジスタに定電流回路を付加し
たため、待機中には不要な大電流を出力トランジ
スタが流さないため消費電力が極めて少ない利点
があり、又、出力トランジスタとして単方向のト
ランジスタで構成し、定電流回路も演算増巾器内
の他の定電流回路と共用する為、素子数も少ない
という利点がある。

（発明の効果） 以上詳述のように本発明に係る回路は、待機中
の消費電力が極めて少ない利点もあるので、待機
時間が長い電話交換機用の加入者回路の電流供給
回路として利用すれば優れた効果が期待出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の演算増巾器を用いた電流供給回
路の一例を示す回路図、第２図は本発明に係る電
流供給回路の一実施例を示す回路図、第３図は本
発明の中の定電流回路の特性図、第４図は本発明
の主要部である演算増巾器の他の構成例を示す回
路図である。 R_Lは負荷抵抗、OPA，OPBは演算増巾器、I_O
は制御電流源、Q_A，Q_Bはパワートランジスタ、
Q_O1は出力トランジスタ、Q₃₀は駆動トランジス
タである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コレクタを負荷抵抗に接続し、エミツタを抵
   抗を介して電池あるいは地気に接続したパワート
   ランジスタと、 出力端子をパワートランジスタのベースに、逆
   相入力を前記パワートランジスタのエミツタに、
   更に、正相入力は抵抗を介して電池あるいは地気
   に各々接続するとともに、前記負荷抵抗に流れる
   電流を制御する電流源に接続した演算増幅器とを
   用いてなる電流供給回路において、 前記演算増幅器の出力トランジスタを前記パワ
   ートランジスタと同一極性の単方向で構成すると
   ともに、 前記演算増幅器は、エミツタが抵抗を介して任
   意の電位に接続され、定電流源によりバイアスさ
   れるカレントミラー回路と、 ベースを抵抗を介してこのカレントミラー回路
   のベースに、エミツタを抵抗を介して前記任意の
   電位に、コレクタを前記出力トランジスタのコレ
   クタに接続する駆動トランジスタとからなる駆動
   回路を有し、 前記駆動トランジスタの非飽和状態では前記定
   電流源のバイアスによつて定まる定電流を前記出
   力トランジスタに供給し、 前記駆動トランジスタの飽和状態では前記定電
   流源のバイアスとは無関係に、前記出力トランジ
   スタに電流を供給するように構成したことを特徴
   とする、電流供給回路。