JPH0360207A - 保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は電力増幅回路の保護に関するもので、特に出力
端子がプラス電源、マイナス電源等へ誤接続された回路
の出力部の保護に使用されるものである。

（従来の技術） 従来、出力部の保護機能を備えた電力増幅回路は、第３
図に示すようなものが知られている。

ここで、Ｑ、〜ＱＩ６はトランジスタ、Ｑ１７及びＱ＋
ｓはダイオード、　１〜９は抵抗、１０及び１１はコン
デンサである。

トランジスタＱ１〜Ｑ４は、入力部の差動増幅器を構成
している。また、トランジスタＱ、は、入力部の信号を
更に電圧増幅し、コンプリメンタリの５ＥＰＰ　　（ｓ
　ｊｎｇｌｅ　　ｅｎｄ　　ｐｕｓｈｐｕｌ＋）出力ト
ランジスタＱ６、Ｑ７へ信号を伝達する。さらに、出力
信号は、抵抗４．５を介して、人力部におけるトランジ
スタＱ２のベースに負帰還されている。

ここで、出力が例えばＧＮＤ端子に短絡されたとすると
、トランジスタＱ６のコレクタ・エミッタ間はＶＣＣの
電圧が印加された状態になり、そこに過大の電流が流れ
ようとする。ところが、過電流検出トランジスタＱ８の
電流が増加し、そのコレクタ電流Ｉ。Ｑ８が、 （但し、ＶＢＥＱ９Ｌ。、）はトランジスタＱ、がオン
するためのベース・エミッタ間の電圧、Ｒ３は抵抗３の
抵抗値である。） になると、トランジスタＱ、がオン状態になるため、出
力部を保護することができる。即ち、コレクタ電流Ｉ　
ＣＯ２による抵抗３の電圧降下が、トランジスタＱ９を
オンにするために必要な電圧を越える時、トランジスタ
Ｑｌｏがオン状態になり、増幅器のバイアス源を作るト
ランジスタＱ　ｚがオフ状態になる。

このような保護動作によれば、増幅回路が定常状態、即
ち電源スィッチが投入され、コンデンサｌＯ及び１１等
が正規の電圧になった場合には、トランジスタＱ８は増
幅器の応答特性により電流を流す。このため、トランジ
スタＱ２は、極めて短い時間（数μｓ）でオン状態にな
るため、増幅器の出力部を保護することができる。

しかしながら、出力端子の誤接続による短絡を考える場
合、出力端子は、予めＶＣＣライン、ＧＮＤライン等へ
接続されているのが通常である。

即ち、出力端子がＶ。Ｃライン、ＧＮＤライン等に短絡
された状態で電源スィッチが投入されることになる。

一方、増幅器のバイアス部には、通常、電源からのりプ
ル成分が出力にもれないよう、抵抗１．２及びコンデン
サ１０．１１によるリプルフィルタが内蔵されている。

なお、リプルフィルタの減衰量δは、 （但し、ｃｌ□はコンデンサ１１の容量、Ｒ１は抵抗ｌ
の抵抗値、Ｒ２は抵抗２の抵抗値、ωは電源周波数であ
る。） で与えられる。また、トランジスタＱＩ３のベースから
みたインピーダンスは、Ｒ１及びＲ２よりも十分に大き
いとする。

このため、電源投入時には、Ｒ，／Ｒ２とＣ１ｌとによ
る時定数により、トランジスタＱ　１３のベース電位Ｖ
Ｂは、 で立ち上がる。よって、トランジスタＱ　１３のコレク
タ電流が時定数を持って立ち上がる。即ち、トランジス
タＱ＋ｉのエミッタ電流を電流ミラーした、トランジス
タ、６のコレクタ電流も時定数を持つため、トランジス
タＱ６及び過電流検出トランジスタＱ８のコレクタ電流
も時定数を持って立ち上がる。

従って、出力端子がＧＮＤラインへ接続されている場合
、これによる過大電流の検出に時間を要し、出力トラン
ジスタＱ６のＡＳＯ（安全動作領域）が変化して、必要
以上に保護回路の感度を高めることがある。また、逆に
通常動作時に保護回路を誤動作させることもある。さら
に、トランジスタＱ６のＡＳＯを越えて破壊することが
ある。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の電力増幅回路は、時定数を持ってい
るため、出力端子が予めＶＣＣライン、ＧＮＤライン等
へ誤接続されている状態で電源を投入した場合、これに
よる過大電流の検出に時間を要し、その出力部の保護が
十分に行えないという欠点があった。

よって、本発明は、出力端子が予めＶＣＣライン、ＧＮ
Ｄライン等へ誤接続されている状態で電源を投入した場
合であっても、確実に増幅器の出力部を破壊から保護で
きるような保護回路を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の保護回路は、時定
数を持って立ち上がるバイアス源を有するため、出力段
回路も時定数を持って立ち上がる増幅回路と、この増幅
回路の出力の電圧を検出する電圧検出回路と、前記増幅
回路が定常状態に達する以前に、基準電圧と前記電圧検
出回路により検出された出力電圧とを比較し、その出力
端子の接続の状態を検出する電圧比較回路と、前記増幅
回路が定常状態に達する以前に、前記出力端子が誤接続
されている場合には前記増幅回路のバイアス源を遮断す
るバイアス遮断回路とを有している。

（作　用） このような構成によれば、出力端子が予めＶＣＣライン
、ＧＮＤライン等へ誤接続されている状態で電源を投入
した場合には、電源投入後、増幅回路が定常状態に至る
までに、出力端子の接続の状態を検出し、バイアス源を
遮断して、増幅回路を動作させなくしてしまう。即ち、
過大電流による出力部の破壊から確実に増幅器を保護す
ることができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を詳細に説
明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わる保護回路を示す
ものである。なお、第１図において、ＡＭＰは、前記第
３図の増幅回路の点線で囲った部分を示している。

増幅回路の出力端子は、抵抗２０１を介してＶｃｃ（電
源電圧）ラインに接続され、又抵抗２０２を介してＧＮ
Ｄ　（接地点）ラインに接続されている。なお、抵抗２
０１及び２０２により出力端子の電圧検出回路Ａが構成
されている。

また、前記出力端子は、ＰＮＰ　）ランジスタＱ　２＋
のベースに接続されている。トランジスタＱ　２＋のコ
レクタは、ＧＮＤラインに接続されている。トランジス
タＱ２□のエミッタは、抵抗２０３を介してＮＰＮトラ
ンジスタＱ２□のエミッタに接続されている。トランジ
スタＱ２□のベースは、ダイオード接続されたトランジ
スタＱ２６〜Ｑ２８を介してＧＮＤラインに接続され、
又ＰＮＰ　）ランジスタＱ２９のコレクタに接続されて
いる。トランジスタＱ２９のベースは、ＰＮＰトランジ
スタＱ３゜のベースに接続されている。トランジスタＱ
２９及びＱ３０のエミッタは、ＶＣＣラインに接続され
ている。トランジスタＱ、。のベース及びコレクタは、
ＮＰＮ）ランジスタＱ　３１のコレクタに接続されてい
る。トランジスタＱ３□のエミッタは、ＰＮＰトランジ
スタＱ３２のエミッタに接続されている。トランジスタ
Ｑ３□のコレクタは、ＧＮＤラインに接続されている。

また、トランジスタＱ３２のベースは、コンデンサ１１
の一端に接続されている。なお、トランジスタＱ　２１
及びＱ２□、トランジスタＱ　２６〜Ｑ３□、並びに抵
抗２０３により電圧比較回路Ｂが構成されている。

さらに、トランジスタＱ２２のコレクタは、ＰＮＰトラ
ンジスタＱ２３のベース及びコレクタ並びにＰＮＰトラ
ンジスタＱ　２４のベースに接続されている。トランジ
スタＱ２３及びＱ２４のエミッタは、ＶＣＣラインに接
続されている。トランジスタＱ２４のコレクタは、ＮＰ
ＮトランジスタＱ２１Ｊのベースに接続されている。ト
ランジスタＱ２９のエミッタは、ＧＮＤラインに接続さ
れている。トランジスタＱ　２．のコレクタは、端子Ｐ
に接続されている。

なお、トランジスタＱ２３〜Ｑ　２５によりバイアス遮
断回路Ｃが構成されている。

次に、このような保護回路の動作について、前記第１図
を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明にお
いて、トランジスタ（ダイオード接続されたトランジス
タを含む）Ｑ２１〜Ｑ３２のベース・エミッタ間電圧は
、近似的に全て等しいとし、これをＶＢＥで表わすこと
にする。

増幅回路のバイアスが立ち上がり定常状態に達する以前
、即ち電源投入後、リプルフィルタのためのコンデンサ
１１の充電が完了するまでの間、抵抗２０１（抵抗値Ｒ
２０１）及び抵抗２０２（抵抗値Ｒ２０２）の比で決定
される出力電圧Ｖ　０ＬＩＴは、になる。ここで、Ｒ２
０１＝　Ｒ２０２となるように選んでおくと、出力電圧
Ｖ。ＬＩＴは、 になる。

一方、トランジスタＱ　３１のベースバイアス電圧ＶＢ
は、増幅回路が定常状態に至った際には、コンデンサ１
１の電圧よりも低くなるように選んでおく。これにより
、電源投入後、定常状態に至るまでにコンデンサ１１の
電圧ＶＣ１１が、ＶＣ，、≦Ｖ　Ｂ　　　（Ｖ　ＢＥａ
３＋　十Ｖ　ＢＥＱ３２　）らＶＢ　−２ＶＢＥ （但し、ＶＢＥＱ３１　はトランジスタＱ　３１のベー
ス・エミッタ間電圧、ＶＢＥ。３゜はトランジスタＱ３
２のベース・エミッタ間電圧である。）を満たすとき、
トランジスタＱ　２９〜Ｑ　３２がオン状態になり、ダ
イオード接続されたトランジスタＱ　２６〜０２ｇもオ
ン状態になる。このため、トランジスタＱ２□にはベー
スバイアス電圧ＶＡとして、ＶＡ＝３ＶＢＥ が印加される。

この時、出力電圧Ｖ。ＵＴが、 Ｖ　ＯＵＴ　≦Ｖ　Ａ　−Ｖ　ＢＥＱ２２−　Ｖ　［Ｉ
Ｅ０２．４　Ｖ　ＢＥ（但し、ＶＦＩＥＱ２＋はトラン
ジスタＱ２＋のベース・エミッタ間電圧、ｖ８Ｉ！。２
□はトランジスタＱ２□のベース・エミッタ間電圧であ
る。）の条件を満たすとき、増幅回路の保護動作を行う
ようにする。

即ち、出力端子が例えばＧＮＤに誤接続されていたとす
ると、出力電圧Ｖ。ＵＴは、上記条件を満たすため、ト
ランジスタＱ２．〜Ｑ２９がオン状態になり、バイアス
源であるトランジスタ（前記第３図におけるトランジス
タＱ　ｚ）がオフ状態になる。このため、増幅回路自体
の動作が遮断される。

また、出力端子が正常に接続されているときは、出力電
圧Ｖ。ＵＴには、前述したように抵抗２０１及び２０２
の比で決定される所定の電圧が印加されるため、上記条
件を満たすことはなく、バイアス源である前記トランジ
スタＱ　ｚがオフ状態になることはない。

このような構成によれば、増幅回路の立ち上がり応答時
間に左右されることなく、確実に保護回路を働かせるこ
とができる。即ち、増幅回路のバイアスが立ち上がり定
常状態に達する以前に、出力端子の状態を判断し、異常
がある場合にはこれを保護するため、いかなる立ち上が
りをする増幅回路においても確実にその出力部を破壊か
ら保護することができる。

ところで、前記第１の実施例における出力端子は、増幅
回路のバイアスが立ち上がり正常に負帰還がかかると低
インピーダンスになる。よって、抵抗２０１及び２０２
の抵抗値を数十にΩ程度に選んでおけば、通常動作時に
における抵抗２０１及び２０２の影響は全く無視するこ
とができる。

第２図は本発明の第２の実施例に係わる保護回路を示す
ものである。なお、第２図において、ＡＭＰは、前記第
３図の増幅回路の点線で囲った部分を示している。

増幅回路の出力端子は、抵抗３０１を介してＶｃｃ（電
源電圧）ラインに接続され、又抵抗３０２を介してＧＮ
Ｄ　（接地点）ラインに接続されている。なお、抵抗３
０１及び３０２により出力端子の電圧検出回路Ａが構成
されている。

また、前記出力端子は、ＮＰＮトランジスタＱ３５のベ
ースに接続されている。トランジスタＱ３５のコレクタ
は、ＶＣＣラインに接続されている。

トランジスタＱ３５のエミッタは、抵抗３０３を介して
ＰＮＰ　トランジスタＱ　３６のエミッタに接続されて
いる。トランジスタＱ３６のベースは、ダイオード接続
されたトランジスタＱ３８〜Ｑ４０を介してＶＣＣライ
ンに接続され、又ＮＰＮトランジスタＱ　ａ＋のコレク
タに接続されている。トランジスタＱ　４１のベースは
、ＮＰＮトランジスタＱ４゜のベースに接続されている
。トランジスタＱ　４１及びＱ　４２のエミッタは、Ｇ
ＮＤラインに接続されている。

トランジスタＱ４゜のベース及びコレクタは、ＰＮＰト
ランジスタＱ　４３のコレクタに接続されている。トラ
ンジスタ０４３のベースは、ＰＮＰトランジスタＱ　４
４のベースに接続されている。トランジスタ０４３及び
Ｑ　４４のエミッタは、Ｖｃｃラインに接続されている
。トランジスタＱ４，１のベース及びコレクタは、ＮＰ
ＮトランジスタＱ４５のコレクタに接続されている。ト
ランジスタＱ　４５のエミッタは、ＰＮＰトランジスタ
０４６のエミッタに接続されている。トランジスタＱ４
６のコレクタは、ＧＮＤラインに接続されている。また
、トランジスタＱ４６のベースは、コンデンサ１１の一
端に接続されている。なお、トランジスタＱ３５及びＱ
ｌ６、トランジスタ０３８〜Ｑ４６、並びに抵抗３０３
により電圧比較回路Ｂが構成されて（゛る。

さらに、トランジスタＱｉａのコレクタは、ＮＰＮ　）
ランジスタＱ３７のベースに接続されている。トランジ
スタＱ３７のエミッタは、ＧＮＤラインに接続されてい
る。トランジスタＱ３７のコレクタは、端子Ｐに接続さ
れている。なお、トランジスタＱ　３７によりバイアス
遮断回路Ｃが構成されている。

次に、このような保護回路の動作につＬ・て、前記第２
図を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明にお
いて、トランジスタ（ダイオード接続されたトランジス
タを含む）Ｑｌ、〜Ｑ　４６のベース・エミッタ間電圧
は、近似的に全て等しいとし、これをＶＢＢで表わすこ
とにする。

増幅回路のバイアスが立ち上がり定常状態に達する以前
、即ち電源投入後、リプルフィルタのためのコンデンサ
１１の充電が完了するまでの間、抵抗３０１（抵抗値Ｒ
３０１）及び抵抗３０２（抵抗値Ｒ３０２）の比で決定
される出力電圧Ｖ。ＵＴは、になる。ここで、Ｒ，。ｌ
−Ｒ３゜２となるように選んでおくと、出力電圧■。Ｌ
ＩＴは、 になる。

一方、トランジスタＱ４５のベースバイアス電圧Ｖ、は
、増幅回路が定常状態に至った際には、コンデンサ１１
の電圧よりも低くなるように選んでおく。これにより、
電源投入後、定常状態に至るまでにコンデンサ１１の電
圧ＶＣ１１が、ＶＣ，、≦Ｖａ　−（ＶＢＥＱ４５　＋
ＶＢＥＱ４６　）＋ＶＢ　−２ＶＢＥ （但し、ｖ３８゜４．はトランジスタＱ４５のベース・
エミッタ間電圧、Ｖ　ＢＥＱＪ６はトランジスタＱ４６
のベース・エミッタ間電圧である。）を満たすとき、ト
ランジスタＱ　４ｔ〜０４６がオン状態になるため、ダ
イオード接続されたトランジスタＱ　３８〜Ｑ　４０か
オン状態になる。このため、トランジスタＱ３６にはベ
ースバイアス電圧ＶＡとして、Ｖ＾−Ｖ　ｃｃ　　３　
Ｖ　Ｂｇ が印加される。

この時、出力電圧ＶＯＵ１が、 ＶＯＵＴ　　ＶａＥｏ３ｓ　　ＶＢＩ！Ｑ３６≧ＶＣＣ
３ＶＢＥＶＯＵＴ　≧ＶＣＣｖａａ （但し、Ｖ　ＢＥＱ３５はトランジスタＱ３５のベース
・エミッタ間電圧、Ｖ　ＢＥＯ３６はトランジスタＱ３
６のベース・エミッタ間電圧である。）の条件を満たす
とき、増幅回路の保護動作を行うようにする。

即ち、出力端子が例えばＶＣＣに誤接続されていたとす
ると、トランジスタＱ　ｓｑのベース、即ち出力電圧Ｖ
　０ＩＪＴは、上記条件を満たすため、トランジスタＱ
３６及びＱ　３７がオン状態になり、バイアス源である
トランジスタ（前記第３図におけるトランジスタＱ　１
．）がオフ状態になる。このため、増幅回路自体の動作
が遮断される。

また、出力端子が正常に接続されているときは、出力電
圧Ｖ　０１４丁には、前述したように抵抗３０１及び３
０２の比で決定される所定の電圧が印加されるため、上
記条件を満たすことはなく、バイアス源である前記トラ
ンジスタＱ＋＋がオフ状態になることはない。

このような構成の保護回路では、出力端子がＶＣＣ側に
短絡されている場合の保護を行うことができ、前記第１
の実施例と同様の効果を得ることができる。

ところで、前記第２の実施例における出力端子は、増幅
回路のバイアスが立ち上がり正常に負帰還がかかると低
インピーダンスになる。よって、抵抗３０１及び３０２
の抵抗値を数十にΩ程度に選んでおけば、通常動作時に
における抵抗３０（及び３０２の影響は全く無視するこ
とができる。

［発明の効果コ 以上、説明したように、本発明の保護回路によれば、次
のような効果を奏する。

電源投入後、増幅回路が定常状態に至る間に、出力端子
の誤接続の状態を検出し、バイアス源を遮断して、増幅
回路を動作させなくしている。即ち、増幅回路の立ち上
がり応答時間に左右されることなく、確実に保護回路を
働かせることができる。従って、出力端子が予めＶ。０
ライン、ＧＮＤライン等へ誤接続されている状態で電源
を投入した場合であっても、確実に増幅器の出力部を破
壊から保護することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる保護回路を示す
回路図、第２図は本発明の第２の実施例に係わる保護回
路を示す回路図、第３図は従来の増幅回路を示す回路図
である。 １１・・・コンデンサ、２０１〜２０３・・・抵抗、Ｑ
　２１〜Ｑ　３２・・・トランジスタ、Ａ・・・電圧検
出回路、Ｂ・・・電圧比較回路、Ｃ・・・バイアス遮断
回路、ＡＭＰ・・・増幅回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 時定数を持って立ち上がるバイアス源を有するため、出
   力段回路も時定数を持って立ち上がる増幅回路と、この
   増幅回路の出力の電圧を検出する電圧検出回路と、前記
   増幅回路が定常状態に達する以前に、基準電圧と前記電
   圧検出回路により検出された出力電圧とを比較し、その
   出力端子の接続の状態を検出する電圧比較回路と、前記
   増幅回路が定常状態に達する以前に、前記出力端子が誤
   接続されている場合には前記増幅回路のバイアス源を遮
   断するバイアス遮断回路とを具備することを特徴とする
   保護回路。