JPH09163594A - 増幅用素子の出力電流制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成で信号増幅用素子の出力電流を制
御し、外部装置との間を絶縁できる増幅用素子の出力電
流制御回路を提供することにある。 【解決手段】 信号増幅用素子１１の信号出力端子と増
幅信号が出力される出力ライン８との間に接続されて信
号増幅用素子１１の出力電流に応じた電圧を検出する検
出抵抗Ｒ１５と、検出電圧に応じて作動して出力電流を
低減させる第１の増幅用素子１３と、第１の増幅用素子
１３の作動時に作動するホトカプラ１６とを備えている
増幅用素子の出力電流制御回路１２において、制御信号
入力端子が信号増幅用素子１１の制御信号入力端子に接
続され、電流入力端子がホトダイオード１６ａに接続さ
れ、かつ出力端子が第１の増幅用素子１３の電流入力端
子に接続され、第１の増幅用素子１３の作動時に入力信
号を制御信号として作動し、ホトダイオード１６ａを導
通させる第２の増幅用素子１４を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源装置やオーデ
ィオアンプなどにおける増幅用素子の出力電流を制御用
増幅素子によって制御すると共に、制御用増幅素子の作
動状態を外部装置が判別できるように構成した増幅用素
子の出力電流制御回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の増幅用素子の出力電流制御回路
を使用した回路として、図２に示す交流電源回路用の出
力電流制御回路３１が知られている。この出力電流制御
回路３１は、検出抵抗３３、制御用トランジスタ３４、
およびホトカップラ３５を備えている。この交流電源回
路では、出力トランジスタ３２が、交流信号Ｓｉを増幅
し、増幅した交流信号Ｓｉを出力信号として検出抵抗３
３を介して外部装置（図示せず）に出力する。この際
に、出力電流制御回路３１では、検出抵抗３３が、出力
トランジスタ３２のエミッタ電流を検出し、検出電圧が
約０．６Ｖ程度になったときに、制御用トランジスタ３
４が作動する。制御用トランジスタ３４は、ホトカプラ
３５のホトダイオード３５ａを介して出力トランジスタ
３２のベース電流の一部を引き込むことによって、出力
トランジスタ３２の出力電流を低減させる。これによ
り、出力トランジスタ３２の過電流が防止される。一
方、ホトダイオード３５ａが導通することにより、ホト
トランジスタ３５ｂが作動する。これにより、図示しな
い外部装置側では、ホトトランジスタ３５ｂの作動状態
を監視することにより、制御用トランジスタ３４の作動
状態を判別することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
出力電流制御回路３１には、以下の問題点がある。すな
わち、従来の出力電流制御回路３１では、制御用トラン
ジスタ３４が作動しているときにおけるホトダイオード
３５ａのアノードと制御用トランジスタ３４のエミッタ
との間の電圧差は、出力トランジスタ３２のベース−エ
ミッタ間電圧と制御用トランジスタ３４のベース−エミ
ッタ間電圧の和と等しいため、約１．２Ｖになる。一
方、ホトダイオード３５ａが導通するためにはアノード
−カソード間電圧として約１Ｖ必要であり、かつ、制御
用トランジスタ３４の作動時におけるコレクタ−エミッ
タ間電圧は約０．２Ｖである。したがって、制御用トラ
ンジスタ３４が作動しているときにおけるホトダイオー
ド３５ａのアノードと制御用トランジスタ３４のエミッ
タとの間の電圧差、および、ホトダイオード３５ａが導
通しているときにおける出力トランジスタ３２のベース
と制御用トランジスタ３４のエミッタとの間の電圧差の
値が等しい。このため、制御用トランジスタ３４が作動
しても、ホトダイオード３５ａのアノード−カソード間
電圧や、制御用トランジスタ３４および出力トランジス
タ３２のベース−エミッタ間電圧のばらつきによって、
ホトダイオード３５ａが導通しない場合がある。また、
導通したとしてもホトダイオード３５ａに十分な電流が
流れない場合があり、かかる場合に出力トランジスタ３
２が高い周波数の信号を増幅しているときには、ホトト
ランジスタ３５ｂが応答しないことがあるという問題点
がある。

【０００４】一方、制御用トランジスタ３４の作動状態
を正確に判別できる回路として、図３に示す出力電流制
御回路も知られている。同図に示す出力電流制御回路４
１は、図２における検出抵抗３３と、制御用トランジス
タ３４に加えて、コンパレータ４２と、出力トランジス
タ３２のベースと制御用トランジスタ３４のコレクタと
の間に接続された抵抗４３と、出力トランジスタ３２の
ベースと制御用トランジスタ３４のエミッタとの間に直
列接続された抵抗４４，４５とを備えている。この出力
電流制御回路４１では、制御用トランジスタ３４が作動
すると、抵抗４３による電圧低下によって、コンパレー
タ４２のプラス入力端子の電圧が、マイナス入力端子よ
りも低下し、これにより、コンパレータ４２が出力端子
に電流を引き込む。この結果、例えば、コンパレータ４
２の出力端子をプルアップする抵抗を外部装置側に配置
し、その抵抗の両端電圧の電圧降下を監視することによ
り、外部装置側では、制御用トランジスタ３４の作動状
態を判別することができる。

【０００５】ところが、この従来の出力電流制御回路４
１には、コンパレータ４２や複数の抵抗を必要とし、し
かも、例えば高圧電源に使用するときに、コンパレータ
４２用に特別な電源回路をさらに必要とするなど、回路
構成が複雑で、かつ、制御用トランジスタ３４の作動状
態を監視する外部装置との間で絶縁できないという問題
点がある。この場合、ホトカップラを使用するなどして
絶縁することは可能であるが、さらに回路構成が複雑に
なってしまう。

【０００６】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、簡易な構成で信号増幅用素子の出力電流を
制御すると共に、制御用増幅素子の作動状態を判別する
外部装置との間を絶縁できる増幅用素子の出力電流制御
回路を提供することを主目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載の増幅用素子の出力電流制御回路は、入力信
号を増幅する信号増幅用素子の信号出力端子と信号増幅
用素子によって増幅された信号が出力される出力ライン
との間に接続されて信号増幅用素子の出力電流に応じた
電圧を検出する検出抵抗と、検出された検出電圧に応じ
て作動して出力電流を低減させる第１の増幅用素子と、
第１の増幅用素子の作動時にホトトランジスタが作動す
るホトカプラとを備えている増幅用素子の出力電流制御
回路において、制御信号入力端子が信号増幅用素子の制
御信号入力端子に並列接続されると共に、電流入力端子
がホトカプラのホトダイオードに接続され、かつ出力端
子が第１の増幅用素子の電流入力端子に接続され、第１
の増幅用素子の作動時に入力信号を制御信号として作動
し、ホトダイオードを導通させることによってホトトラ
ンジスタを作動させる第２の増幅用素子を備えているこ
とを特徴とする。なお、信号増幅用素子、第１，第２の
増幅用素子には、トランジスタやＦＥＴが含まれる。ま
た、信号出力端子は、ｎｐｎトランジスタの場合にはエ
ミッタが相当し、ｐｎｐトランジスタの場合にはコレク
タが相当し、ＦＥＴの場合にはドレイン（またはソー
ス）が相当する。さらに、制御信号入力端子は、トラン
ジスタおよびＦＥＴの場合にはベースおよびゲートがそ
れぞれ相当する。また、電流入力端子は、ｎｐｎトラン
ジスタの場合にはコレクタが相当し、ｐｎｐトランジス
タの場合にはエミッタが相当し、ＦＥＴの場合にはソー
ス（またはドレイン）が相当する。以下、信号増幅用素
子および第１，第２の増幅用素子としてトランジスタを
使用した場合を例に挙げて説明する。

【０００８】この増幅用素子の出力電流制御回路では、
信号増幅用素子としての信号増幅用トランジスタが入力
信号を増幅して出力ラインに出力する。この際、信号増
幅用トランジスタのエミッタと出力ライン間に接続され
ている検出抵抗の両端には、信号増幅用トランジスタの
エミッタ電流に応じた検出電圧が発生する。一方、第１
の増幅用素子としての第１の増幅用トランジスタは、検
出電圧が約０．６Ｖになったときに作動し、これによ
り、信号増幅用トランジスタのベースに入力されている
入力信号を制御信号として、第２の増幅用トランジスタ
が作動する。この結果、信号増幅用トランジスタのベー
ス電流となるべき電流の一部が第２の増幅用トランジス
タのベース電流として流れる。これにより、信号増幅用
トランジスタのベース電流が低減することによって、出
力電流が低減し、この結果、過電流による信号増幅用ト
ランジスタの破壊が阻止される。また、第２の増幅用ト
ランジスタは、ベース電流を増幅し、ホトカプラのホト
ダイオードを導通させることにより、ホトトランジスタ
を作動させる。この結果、外部装置側では、ホトトラン
ジスタの作動状態を監視することにより、第１の増幅用
トランジスタの作動状態を判別することができる。

【０００９】この場合、信号増幅用トランジスタのベー
スと第１の増幅用トランジスタのエミッタとの間の電圧
差が約１．２Ｖであり、第１の増幅用トランジスタの作
動時におけるコレクタ−エミッタ間電圧が約０．２Ｖで
ある。このため、信号増幅用トランジスタのベースと第
１の増幅用トランジスタのコレクタとの電圧差は、約１
Ｖとなる。したがって、第２の増幅用トランジスタが作
動するためのベース−エミッタ間電圧約０．６Ｖよりも
十分大きいため、第２の増幅用トランジスタが確実に作
動し、これにより、信号増幅用トランジスタの過電流が
確実に防止されると共に、外部装置側では第１の増幅用
トランジスタの作動状態を正確に判別することができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る増幅用素子の出力電流制御回路を高圧電源装置
に適用した実施の形態について説明する。

【００１１】図１は、高電圧の交流電力を生成する高圧
電源装置１の回路図を示している。同図に示すように、
高圧電源装置１は、交流電力を生成するための基準周波
数源である交流信号源２と、交流信号源２から出力され
る交流信号Ｓｉを増幅する差動増幅器３と、抵抗Ｒ１〜
Ｒ３と、負サイクルの交流信号Ｓｉを位相反転増幅して
正サイクルの交流電力を生成する正サイクル増幅部４
と、正サイクルの交流信号Ｓｉを位相反転増幅して負サ
イクルの交流電力を生成する負サイクル増幅部５とを備
えている。また、電源ライン６および７には、図示しな
い直流電源が接続されて＋２１０Ｖおよび−２１０Ｖの
直流がそれぞれ供給され、出力ライン８には、高圧電源
装置１によって生成され、瞬時電圧波形が４００Ｖｐ−
ｐ（Peak to Peak）の交流電力である交流信号Ｓｏが生
成される。以下、高圧電源装置１の各構成要素について
説明する。

【００１２】差動増幅器３は、いわゆるオペアンプで構
成され、交流信号源２の交流信号Ｓｉと、所定の比率で
フィードバックした交流信号Ｓｏとを加算して増幅す
る。これにより、差動増幅器３は、出力ライン８に出力
する交流信号Ｓｏの電圧を所定電圧に安定化する。

【００１３】正サイクル増幅部４は、交流信号Ｓｉを増
幅し増幅した交流信号Ｓｉを交流信号Ｓｏとして出力ラ
イン８に出力するｎｐｎ型の出力トランジスタ（信号増
幅用素子）１１と、出力電流制御回路（増幅用素子の出
力電流制御回路）１２とを備えている。

【００１４】出力電流制御回路１２は、出力トランジス
タ１１の出力電流を制御すると共に、その制御状態を外
部装置（図示せず）が監視可能に構成されており、トラ
ンジスタ（第１の増幅用素子）１３、トランジスタ（第
２の増幅用素子）１４、トランジスタ１５、ホトカプラ
１６、ツェナーダイオード１７および抵抗Ｒ１１〜Ｒ１
５を備えている。

【００１５】抵抗（検出抵抗）Ｒ１５は、出力トランジ
スタ１１のエミッタと出力ライン８との間に接続されて
出力トランジスタ１１の出力電流に応じた電圧を検出す
る。トランジスタ１３は、抵抗Ｒ１５によって検出され
た検出電圧に応じて作動し、出力トランジスタ１１のエ
ミッタ電流（出力電流）を低減させることによって、過
電流による出力トランジスタ１１の破壊を防止する。ト
ランジスタ１４は、ベース（制御信号入力端子）が出力
トランジスタ１１のベースに並列接続されると共に、コ
レクタ（電流入力端子）がホトカップラ１６のホトダイ
オード１６ａのカソードに接続され、かつ、エミッタ
（出力端子）がトランジスタ１３のコレクタに接続され
ている。トランジスタ１４は、トランジスタ１１の作動
時に交流信号Ｓｉを制御信号として作動し、ホトダイオ
ード１６ａを導通させることによってホトカプラ１６の
ホトトランジスタ１６ｂを作動させる。

【００１６】ツェナーダイオード１７は、抵抗Ｒ１２を
介して電源ライン６からの電流を流すことによってトラ
ンジスタ１５のベース電圧を電圧安定化する。トランジ
スタ１５は、定電圧源として機能し、所定電圧の直流を
抵抗Ｒ１４を介してホトカプラ１６のホトダイオード１
６ａに供給する。

【００１７】負サイクル増幅部５は、交流信号Ｓｉを増
幅し増幅した交流信号Ｓｉを交流信号Ｓｏとして出力ラ
イン８に出力するｐｎｐ型の出力トランジスタ（信号増
幅用素子）２１と、出力電流制御回路（増幅用素子の出
力電流制御回路）２２とを備えている。

【００１８】出力電流制御回路２２は、出力電流制御回
路１２とほぼ同一の構成・機能を有しており、出力電流
制御回路１２において使用されているトランジスタ１
１，１３〜１５がｐｎｐ型トランジスタに置換されてい
る点が基本的に異なっている。したがって、出力電流制
御回路２２における各構成要素の符号の下１桁を、これ
らにそれぞれ対応する出力電流制御回路１２の各構成要
素の符号の下１桁と同一にし、詳細説明を省略する。な
お、出力電流制御回路２２のトランジスタ２３およびト
ランジスタ２４が、本発明における第１の増幅用素子お
よび第２の増幅用素子にそれぞれ相当する。

【００１９】次に、高圧電源装置１全体の動作について
説明する。

【００２０】交流信号源２から交流信号Ｓｉが差動増幅
器３に入力されると、作動増幅器３は位相反転増幅し、
位相反転増幅された交流信号Ｓｉを出力トランジスタ１
１，２１の各ベースにそれぞれ出力する。出力トランジ
スタ１１は、正サイクルの交流信号Ｓｉを増幅し、正サ
イクルの交流信号Ｓｏを出力ライン８に出力する。一
方、出力トランジスタ２１は、負サイクルの交流信号Ｓ
ｉを増幅し、負サイクルの交流信号Ｓｏを出力ライン８
に出力する。これにより、瞬時電圧が４００Ｖｐ−ｐの
交流信号Ｓｏが生成される。この場合、出力ライン８に
出力された交流信号Ｓｏが差動増幅器３のマイナス入力
端子にフィードバックされ、これにより、交流信号Ｓｏ
は所定の振幅に安定化される。

【００２１】次いで、出力電流制御回路１１の動作につ
いて説明する。なお、両出力電流制御回路１１，１２
は、前述したように、ほぼ同一の機能を有しているた
め、代表して出力電流制御回路１１について説明する。

【００２２】出力電流制御回路１１では、出力トランジ
スタ１１によって交流信号Ｓｉが増幅される際に、抵抗
Ｒ１３の両端に、エミッタ電流に応じた電圧の検出電圧
が発生する。一方、検出電圧が約０．６Ｖになったとき
に、トランジスタ１３が作動し、これにより、トランジ
スタ１４が、出力トランジスタ１１のベースに入力され
ている交流信号Ｓｉを制御信号として作動する。この結
果、出力トランジスタ１１のベース電流となるべき電流
の一部が、トランジスタ１４のベース電流としてトラン
ジスタ１３のエミッタに流れる。これにより、出力トラ
ンジスタ１１のベース電流が低減することによって、エ
ミッタ電流が低減し、この結果、過電流による出力トラ
ンジスタ１１の破壊が阻止される。また、トランジスタ
１４は、ベース電流を増幅し、トランジスタ１５から出
力される直流電流を引き込むことにより、ホトカプラ１
６のホトダイオード１６ａを導通させ、これにより、ホ
トトランジスタ１６ｂを作動させる。この結果、例え
ば、ホトトランジスタ１６ｂのコレクタをプルアップす
る抵抗（図示せず）を外部装置側に配置し、ホトトラン
ジスタ１６ｂの作動時に抵抗に生じる電圧降下を監視す
ることにより、外部装置側では、トランジスタ１３の作
動状態を容易に判別することができる。

【００２３】この場合、出力トランジスタ１１のベース
とトランジスタ１３のエミッタとの間の電圧差が約１．
２Ｖであり、トランジスタ１３の作動時におけるコレク
タ−エミッタ間電圧が約０．２Ｖである。このため、出
力トランジスタ１１のベースとトランジスタ１３のコレ
クタとの電圧差は、約１Ｖとなる。したがって、トラン
ジスタ１４が作動するためのベース−エミッタ間電圧約
０．６Ｖよりも十分大きいため、トランジスタ１４は、
確実に作動する。これにより、出力トランジスタ１１の
過電流が確実に防止されると共に、外部装置側ではトラ
ンジスタ１３の作動状態を正確に判別することができ
る。なお、出力トランジスタ１１のベース電流を確実に
制御するためには、トランジスタ１４は、出力トランジ
スタ１１のベース電流となるべき電流を十分に引き込め
ることが好ましい。このため、トランジスタ１４とし
て、１０〜数十程度またはそれ以下の低電流増幅度のト
ランジスタを使用することが好ましい。

【００２４】このように、この実施形態における出力電
流制御回路１２，２２によれば、トランジスタ１４（ま
たは２４）のベースを、出力トランジスタ１１（または
２１）のベースに並列接続すると共に、トランジスタ１
４（または２４）のエミッタを、トランジスタ１３（ま
たは２３）のコレクタに接続し、かつ、トランジスタ１
４（または２４）のコレクタをホトダイオード１６ａ
（または２６ａ）のカソード（またはアノード）に接続
したので、抵抗Ｒ１５（またはＲ２５）によって検出さ
れた検出電圧によって、トランジスタ１４（または２
４）およびホトダイオード１６ａ（または２６ａ）が確
実に動作する。また、出力トランジスタ１１（または２
１）のベース電流を確実に低減させることによって、簡
易な構成で、過電流による出力トランジスタ１１（また
は２１）の破壊を確実に防止する。さらに、ホトカプラ
１６，２６によって、出力電流制御回路１２，２２と外
部装置とを絶縁することにより、例えば、電源装置の一
次側から、二次側に配置した出力トランジスタ１１，１
２の出力電流を制御することが可能になる。加えて、出
力トランジスタ１１（または２１）が高い周波数の交流
信号Ｓｉを増幅する場合にあっても、トランジスタ１３
（または２３）によってホトダイオード１６ａ（または
２６ａ）に十分な電流が流れるため、ホトトランジスタ
１６ｂ（または２６ｂ）を確実に作動させることができ
る。

【００２５】なお、本実施形態では、高圧交流電源に適
用した例について説明したが、これに限らず、オーディ
オアンプを初めとして直流信号や交流信号を増幅する装
置のすべてに適用できる。この場合、例えば、スピーカ
アンプに適用するときには、出力ライン８にカップリン
グコンデンサを使用することにより、ＳＥＰＰ（Single
Ended Push Pull）回路として適用することも可能であ
る。さらに、本実施形態では、コンプリメンタリ回路で
構成したが、いわゆるセミコンプリメンタリ回路に適用
することもできる。

【００２６】さらに、本実施形態では、すべてトランジ
スタを使用する例について説明したが、前述したよう
に、信号増幅用素子および第１，第２の増幅用素子とし
て、ＦＥＴを使用してもよいし、トランジスタを使用す
る場合でも、ｎｐｎ型トランジスタおよびｐｎｐ型トラ
ンジスタのいずれを使用することができる。また、信号
増幅用素子はダーリントン回路で構成してもよい。つま
り、トランジスタのベースとエミッタ（またはコレク
タ）との間の電圧差、およびトランジスタのエミッタ
（またはコレクタ）と出力ライン８との間に接続した検
出抵抗の検出電圧の両者の和の電圧を利用して、トラン
ジスタの出力電流を制限する回路のすべてに適用可能で
ある。

【００２７】なお、本実施形態では、ホトダイオード１
６ａに流す電流源をツェナーダイオード１７およびトラ
ンジスタ１５で構成したが、これに限られない。例え
ば、図１においてホトダイオード１６ａのアノードを、
抵抗を介して電源ライン６に接続してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明に係る増幅用素子の
出力電流制御回路によれば、簡易な構成で、信号増幅用
トランジスタの過電流を確実に防止すると共に外部装置
と絶縁でき、しかも、外部装置側では第１の増幅用トラ
ンジスタの作動状態を正確に判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る増幅用素子の出力電流制御回路を
適用した実施の形態に係る高圧電源装置のブロック図で
ある。

【図２】従来の増幅用素子の出力電流制御回路の回路図
である。

【図３】従来の他の増幅用素子の出力電流制御回路の回
路図である。

【符号の説明】

８ 出力ライン １１ 出力トランジスタ １２ 出力電流制御回路 １３ トランジスタ １４ トランジスタ １６ ホトカプラ １６ａ ホトダイオード １６ｂ ホトトランジスタ ２２ 出力電流制御回路 ２３ トランジスタ ２４ トランジスタ ２６ ホトカプラ ２６ａ ホトダイオード ２６ｂ ホトトランジスタ Ｒ１５ 抵抗 Ｒ２５ 抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を増幅する信号増幅用素子の信
   号出力端子と当該信号増幅用素子によって増幅された信
   号が出力される出力ラインとの間に接続されて当該信号
   増幅用素子の出力電流に応じた電圧を検出する検出抵抗
   と、当該検出された検出電圧に応じて作動して前記出力
   電流を低減させる第１の増幅用素子と、当該第１の増幅
   用素子の作動時にホトトランジスタが作動するホトカプ
   ラとを備えている増幅用素子の出力電流制御回路におい
   て、 制御信号入力端子が前記信号増幅用素子の制御信号入力
   端子に並列接続されると共に、電流入力端子が前記ホト
   カプラのホトダイオードに接続され、かつ出力端子が前
   記第１の増幅用素子の電流入力端子に接続され、前記第
   １の増幅用素子の作動時に前記入力信号を制御信号とし
   て作動し、前記ホトダイオードを導通させることによっ
   て前記ホトトランジスタを作動させる第２の増幅用素子
   を備えていることを特徴とする増幅用素子の出力電流制
   御回路。