JPS5866432A - 広帯域線形キヤリア電流増幅器 - 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】 本発明の技術分野 本発明はＡＣ電力線に作用するように設計されたキャリ
ア電流増幅器に関する。

発明の技術的背景 この回路は、１９８１年８月６日に本発明者により出願
された出願番号筒２８９．３３４号の係属中の発明［低
温度係数広帯域電圧制御発振器（ＬＯＷＴＥＭＰＥＲＡ
ＴＵＲＥ　Ｃ０ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ　ＷＩＤＥＢＡＮＤ
ＷＩＤＴＨＶＯＬＴＡＧＥ　Ｃ０ＮＴＲ０ＬＬＥＤＯ８
ＣＴＬＬＡＴＯＲ）Ｊに説明されているように三角波信
号を受信するために設計された。この出願は参照により
ここに組み込まれた。この発振器は。

最も望ましいキャリア電流帯域を含むかなり広いレンジ
にわたって電圧制御された周波数にある信号全発生する
。電力線は複雑なインピーダンスを示すので、このトラ
ンスミッタは犬きく変化する抵抗性及び／あるいは無効
負荷に実質的な電力を供給できねばならない。

本発明の要約 本発明の目的は、良好な効率をもって３００ＫＨｚ信号
をＡＣ電力線に供給できる増幅器を提供することである
。

本発明の別の目的は、短絡保護されしかも実質的にいか
なるインピーダンスの負荷も駆動できるような電流出力
を有する増幅器を提供することである。

本発明の別の目的は、ＡＣ電力線を駆動でき。

しかも増幅器がオフにされた時でも能動にある能動電力
ラインサージアレスタを備えた増幅器を提供することで
ある。

これらの目的及び他の目的は以下のように構成された集
積回路内に実現できる。すなわち、電流増幅器はＡＣ電
力線に接続された同調回路負荷を駆動するために結合さ
れている。出力段はツェナダイオードにより動作される
サージアレスタを含んでいる。このサージアレスタはツ
ェナー電圧を超えるラインサージが存在する時に出力ト
ランジスタを導通させる。この電流増幅器は、出力信号
を検出しこの出力が所定のスレシホールドを超えた時に
駆動を調整する自動レベル制御ドライバーによって駆動
される。自動レベル制御は、三角波入力を受信して正弦
波電流駆動を発生する整形回路によって電流駆動される
。サージアレスタの動作を損なわずにトランスミッタ信
号を使用禁止しかつオフ、チップ素子で出力信号容量を
ブーストする手段が設けられている。

発明の説明 第１図は本発明のトランスミッタのブロック図である。

人力は端子９及び１０間に印加された三角波信号である
・この信号が整形段１１を通った時に正弦波が発生され
る。このように発生された正弦波信号は電力増幅器１４
を駆動する自動レベル制御（ＡＬＣ）回路１２の１方の
入力端に印加される。タンク回路１５は端子１７及び１
８に正弦波電力出力信号を発生するように電力増幅器１
４により附勢される。端子１７及び１８はトランスミッ
タ出力を表わす。コンデンサ１６はキャリア周波数では
低インピーダンスを有するがＤＣ及び低い電力ライン周
波数（６０Ｈ２）　ではかなり高イインピーダンスを有
するように選ばれてイル。

そのため、端子１７及び１８はキャリア電流伝送システ
ムを提供するために電力ラインに接続されている。Ａ　
Ｌ　Ｃ回路１２はタンク回路１５０両端間の出力信号か
ら得られる第２の人力を有している。コンデンサ１ろは
出力ピーク信号に比例して充電され、ＡＬＣ回路１２を
介して送信される信号を低減するように作用する。これ
が、電力線信号負荷にかなり無関係に所望の出力電圧を
維持するように機能する負帰還ループを形成する。負荷
条件がこれを保証した時だけ全電力がラインに供給され
るつまり電力が浪費されない。

実際に、典形的な条件の下では、電力増幅器１４はＡ級
で動作し、約３５％の効率で出力電力を供給する。

第２図の回路は子端子２０と接地端子２２との間に接続
された１８Ｖ電源により動作される。

１０Ｖ電源は子端子２１と接地端子２２との間に結合さ
れている。実際の問題として、１０■電源は１８Ｖライ
ンにより動作される通常のオンチップ電圧調整器（図示
せず）から得られる。

トランジスタ２５及び２６は端子９及び１０により駆動
される差動増幅器として動作される。抵抗２８及び２９
は、テール電流■１がトランジスタ２７により供給され
る増幅器を縮退するように機能する。電流源４５はトラ
ンジスタ４４を通して電流Ｉ２を流す。トランジスタ４
４はトランジスタ２７とカップリングによりダイオード
として動作する。抵抗３０ａは（同じ抵抗３０ｂと共に
）Ｌｒｉトランジスタ４４０ベースを接地に復帰させ、
抵抗３０ａの値により分割されたＶＢＥ４４に等しい電
流を運ぶ。抵抗３１は電流■１が抵抗３０ａ内の電流の
９０％かつ電流■６が１１０％であるように抵抗４１の
値に対して選択される。

端子９及び１０間に結合された信号源は１９８１年８月
６日に出願された出願番号第２８９．３３４号の発明者
の係属中の出願に開示されている形式の発振器の三角波
出力で望ましくは実現される。この三角波は約２　ＶＢ
Ｈのピーク・ピーク振幅を有しているので、整形回路１
１がその非線形応答領域に良好に駆動される。信号端に
おけるその低減した応答はトランジスタ２６のコレクタ
内で三角入力電圧を正弦波信号電流Ｉ３に変換する。テ
ール電流及び信号駆動と共に抵抗２８及び２９の値を適
当に選択することにより、極めて近い近似の正弦波形が
実現できる。電流Ｉ３は電流ｌ１＝０．９ＶＢＥ４４　
／Ｒ３ｏａの約９９％と１％の上側ピーク信号値と下側
ピーク信号値とを有している。

トランジスタ２６のコレクタ電流■３は差動的に接続さ
れたトランジスタ３３及び６４内にテール電流として流
れる。電流源３５はツェナーダイオード３６を介して逆
電流Ｉ４を流す。このダイオード３６は逆ブレークダウ
ンで動作しこれによりトランジスタ３４のベースに典形
的な７■を発生する。

トランジスタ６７のコレクタ内を流れる電流■５はトラ
ンジスタ３４のコレクタに送られ、電流■３のピーク値
を少し超えるように調整される。電流Ｉ３と電流Ｔ５　
との間の正確な関係は次のようである。つまり、電流Ｉ
５は、トランジスタ３７．３８及び３９により定義され
る電流ミラー内の等しくないが正確にその比が決ゆられ
た抵抗４２及び４３を介して電流■６の８６％に決めら
れている。

次に電流Ｉ６はｖＢＢ１４／Ｒ３０ａのあるパーセンテ
ージ（１１０％）にされている。このように、電流Ｉｓ
　：　０．９５ＶＢＥ４４　／Ｒ３０ａである。しかし
、電流■３はＱ、　９　ＶＢＥ　４４　／Ｒ３０ａの１
％ないし９９％つまり約０．０１ないし０．８９　ＶＢ
Ｅ４４　／Ｒ３ｏａである。

従って、差電流（ｓ−Ｉ３は０．０６ないし０．９４Ｖ
ＢＥ４４　／　Ｒ３０ａに等しく、トランジスタ４６の
ベースへの駆動信号電流としてブレークダウンダイオー
ド４５を通って流れる。

ダイオードろ６及び４５がはソ同じツェナー電圧を有し
ている場合には、トランジスタ３４のコレクタは膏にそ
のベースより正にある約ＶＢＥ４６にある。これがトラ
ンジスタ３４を飽和させるいかなる可能性も排除する。

このトランジスタ３４はトランジスタ４６へのベース信
号電流を駆動するレベルシフトダイオード４５を介して
信号電流ドライバーとして機能する。

トランジスタ４６がトランジスタ４４に整合しかつ負荷
源４７が電流Ｉ２の値に等しい電流■７の値を発生する
ならば、２つのトランジスタのＶＢＥの値は等しい。こ
れは、トランジスタ４６のベースの電位がトランジスタ
４４０ベースの電位と同じであることを意味する。帰還
は電流を００６ないし０．９４　ＶＢＥ４４／Ｒ３０ａ
にし、帰還抵抗４８を介して流す。抵抗４８が抵抗３０
ａに等しくされているので、この抵抗の両端間で低下し
た電圧は０．０６ないし０．９４　ＶＢＥ４４である。

接地に対して（このため抵抗４９０両端間で）、電位は
ＶＢＥ４４−（０，０６ナイシ０．９４ＶＢｒ：４４）
：＋ｔＤ　０．０６すいし０．９４ＶＢＥ４４に等しい
。抵抗４９は抵抗４８に対して小さいので、この抵抗４
９を通る電流は電流■５−Ｉ３の駆動信号に対して大き
くこのため大きいが制御された電流利得が得られる。帰
還動作力出力トランジスタ５２にこの増幅した電流を導
通させ、負荷に比例した出力電圧がこのデバイスのコレ
クタ内に発生される。

出力と人力との間に結合され電流駆動積分器を形成スる
コンデンサ５０を有している。この周波数補償は利得−
周波数において６ｄｂ１０ｃｔ、ロールオフを導入し、
安定した増幅器の構造を生じる。

トランジスタ５１及び５２は一体に結合されダーリント
ン対をなす。このダーリントン対はタンク回路１５を駆
動し、端子１７及び１８に出力信号を発生する。

このダーリントン対の出カニミッタは抵抗４９を駆動す
る。抵抗４８はトランジスタ４６０ベースへ負帰還を与
える。抵抗４８の両端の信号は等しくかつ位相がずれて
いるので、トランジスタ４６．５１及び５２から成る増
幅器の電流利得は抵抗４９に対する抵抗４８の比＋１に
等しい。

２００の抵抗比とはソ３００μＡビークの駆動信号とに
よって、６０ｍＡピークの信号電流がキャリア電流ライ
ン信号を駆動するためにタンク回路１５に流れる。電流
駆動が使用されているので。

低すぎるインピーダンスの負荷が悪い影響を及ぼさず、
高すぎるインピーダンスの負荷が存在する場合にはトラ
ンジスタ５２のコレクタの信号電圧が上昇し自動レベル
制御（ＡＬＣ）回路を動作して、増幅器の飽和及び付随
する信号歪を防止する。

このＡＬＣ回路は次のように動作する。前述の条件に対
しては、最大の信号条件が考えられる。

コンデンサ１３はトランジスタ３３をターンオフするよ
うに放電される。抵抗５５はトランジスタ５２のコレク
タ（タンク回路１５の高インピーダンス点）ヲトランジ
スタ５６のコレクタに結合する。トランジスタ５６はそ
の反転状態で動作される。その通常のコレクタはエミッ
タとして使用され、その通常のエミッタはコレクタとし
て使用される。このようにエミッタの矢印は図示のよう
に実際の電流の流れとは逆の方向に向いている。トラン
ジスタ５６０ベースは端子５７で基準電圧源に結合され
ている。典形的には、この基準電圧は接地よりも約８Ｖ
ＢＥ上にありつまり約４．８Ｖでるる。トランジスタ５
６のエミッタ（実際には反転されたコレクタ）はデュア
ルコレクタトランジスタ５８に結合されている。トラン
ジスタ５８の１方のコレクタは簡単に電流ミラーを形成
するためにそのベースに結合されている。２つのコレク
タが等しい大きさであれば、電流ミラーは単位利得を有
する。

トランジスタ５６０ベースが４．８Ｖでかつエミッタ（
反転コレクタ）が９．４Ｖであれば、差はたった４、６
■でありこれはツェナーブレークダウンレベルより十分
に低い。トランジスタ５６のコレクタ（反転エミッタ）
が抵抗５５を介して１８Ｖ電源に戻されているので、普
通に接続きれたトランジスタ５６は使用できない。これ
は９通常のエミッター−ベースツェナーブレークダウン
が超えられてしまうからである。反転接続はこれを避け
る。反転トランジスタは低いベース−コレクタ電流利得
を有しているが、これは図示の共通ベース接続では問題
ではない。

動作において、トランジスタ５２のコレクタにおける信
号が約４．２Ｖのレベルより下に振れた時に、この信号
がトランジスタ５６をオンにし、工ミッタ電流が抵抗５
５内を流れる。この電流パルスはコンデンサ１６を充電
するようにトランジスタ５８により反射（ｍｉｒｒｏｒ
ｅｄ）される。コンデンサ１３は充電された時にある点
でトランジスタろ６をオンにし、電流Ｉ３の一部分が抵
抗３４を介してトランジスタ４６を駆動するというその
通常の機能からそらされる。コンデンサ１３が充電され
た時に、その作用は、トランジスタ５２のコレクタにお
ける信号の振幅がコンデンサの電荷を維持するためにト
ランジスタ５６をオンに保つのにかろうじて十分である
まで信号駆動を低減することである。ベース電流及び／
あるいは漏れ電流は通常はコンデンサ１６を放電するよ
うに機能する。

このようにコンデンサ１３上の電荷は周囲条件及び負荷
条件が変ったとしてもタンク回路１５への信号の駆動を
一定信号出力電圧に自動的に調整する。

ツェナーダイオード６０は次のように電力線サージアレ
スタ動作を与えるようにダーリントン対に結合されてい
る。実際に、ダイオード６０は約４２Ｖのツェナーブレ
ークダウンを与えるために１６個のエミッター−ベース
ダイオードの組合せあるいは直列接続である。電力線サ
ージがコレクタにおいて約４３Ｖを超えるパルス電圧を
発生した場合には、ツェナーダイオード６０は導通し始
めトランジスタ５１及びトランジスタ５２をオンにする
。トランジスタ５２が適当にバラストされた複数のエミ
ッタを使用することにより高いピーク電流を処理するよ
うに構成されていれば、このトランジスタ５２Ｆｉ短か
い持続時間の電力サージ會七の消費定格内で十分にアレ
ストできる。抵抗６１はトランスミッタが使用禁止され
た場合であってもサージアレスタ動作を可能にするため
に存在する。

トランジスタ６３はトランスミッタ使用禁止制御である
。そのコレクターエミッタはトランジスタ４６のそれと
並行でアリ、そのベースは使用禁止トグル端子６４に結
合されている。使用禁止トグル端子６４が低にあるかあ
るいは開放である時（後者の場合には抵抗６５は端子６
４を低に引く）。

トランジスタ６６がオフになり１回路が前述のように動
作する。しかし、端子６４が高にあれば。

トランジスタ６３は導通状態にありこれによってトラン
ジスタ５１０ベースを低あるいはオフに引きそしてこの
トランジスタを使用禁止する。しかし、抵抗６１が存在
するために、ツェナーダイオード６０と共に前述された
ように、トランジスタ５１及び５２のサージアレスタ能
力はそこなわれない。

先に指摘されたように、第２図の回路は信号源として約
６０ｍＡ（ピーク電流）をタンク回路１５に供給するこ
とができる。しかし、バッド６６及び６７は、それ以上
の出力が望まれる場合にはブースト能力を与える。通常
パッド６６及び６７はワイヤ６８で一体にくくられてい
る。ワイヤー６８が取り除かれたならば９点線で示され
たアウトボードのトランジスタ６９が加えられる。この
デバイスは好適には大電流かつ大電力動作用の適当なヒ
ートシンクマウントを備えるＮＰＮ大電力トランジスタ
である。トランジスタ６９が回路に結合された時に、ア
ウトボードの抵抗７０が抵抗４９に並列に加えられる。

これは抵抗４８の従って増幅器電流利得の゛定格を増大
させる。ベースプルダウン抵抗７１も、抵抗６２がトラ
ンジスタ５２に機能するのと同じ機能を行なうために加
えられる。市販のトランジスタを用いて、出力電流は大
きさの等級に応じて増大できる。これを行なうためには
、パッド６７から接地への抵抗は同様の要因によって低
減されるべきである。

通常ｔ／′ｉｏ、２ｗの出力信号が端子１７及び１８で
使用できるが、ブーストされた値は約２Ｗである。

サージアレスタ能力もブーストによって増大されるが、
他の回路は前述のように動作する。

例 第２図の回路ＦｉＰＮ接合分離を用いた通常のモノリシ
ックシリコン形式で製造された。これらのＮＰＮ）ラン
ジスタは全てバーチャル構造を用いた大電流利得デバイ
スである。ＰＮＰ）ランジスタは全て大電流利得のラテ
ラル構造のものである。

最小信号歪及び３００ＫＨｚでの全体のベストパ−フオ
マンスを得るために、全ての信号増幅段けＮＰＮ）ラン
ジスタだけを用いている。次の要素の値が用いられた。

が、電流１１及びＩ６の値を設定する比を表わしている
。同じことが抵抗４２及び４３についても言え、これは
電流Ｉ６と１５との比を決定する。

前述の３００ＫＨｚの三角波形は端子９及び１゜に結合
され、タンク回路１５は同じ周波数に同調されている。

３０．０　ＫＨｚの正弦波が端子１７及び１８に存在す
る。ブーストなしには（トランジスタ６９あるいは抵抗
７０及びジャンパー６８を全く設けずに）、出力電力は
約０．２Ｗである。この回路は１ｍｓの持続時間まで１
００Ｖを超える振幅の０．５Ａのラインサージをアレス
トするように設計されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回路のブロック図、第２図は本発明の
集積回路形式の回路図である。 ９．１０　：入力端子　　　１１：正弦波整形回路１２
：自動レベル制御回路 １４＞電力増幅器　　　１５：タンク回路１７．１８　
：出力端子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　キャリア電流信号をＡＣ電力線に供給する増
   幅器であって。 人力、出力及び電流利得ｎを有する高利得電流増幅器と
   。 該増幅器の出力を前記ＡＣ電力線に結合する出力回路と
   。 前記出力における信号レベルに応答し、かつ前記信号レ
   ベルが一定に維持されるように前記増幅器の入力に結合
   された自動レベル制御部分と。 からなることを特徴とするキャリア電流増幅器。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記出力回路が
   、前記キャリア電流信号周波数に同調された共振タンク
   回路を含んでいることを特徴とするキャリア電流増幅器
   。 （３）特許請求の範囲第１項において、前記増幅器が、
   その入力と出力との間に１段の位相反転段と、前記出力
   に直列抵抗と、＠配出力と前記人力との間に結合され負
   帰還を与える分流抵抗とを有することを特徴とするキャ
   リア電流増幅器。 （４）特許請求の範囲第６項において、ｎが前記直列抵
   抗に対する前記分流抵抗の比に等しいことを特徴とする
   キャリア電流増幅器。 （５）特許請求の範囲第３項において、前記増幅器が、
   前記出力回路を駆動するダーリントン増幅器を駆動する
   ように結合された共通エミッタトランジスタ段から成り
   、かつ前記直列抵抗が前記ダーリントン増幅器のエミッ
   タに結合されていることを特徴とするキャリア電流増幅
   器。 （６）特許請求の範囲第５項において、ツェナーダイオ
   ードが前記出力回路と前記ダーリントン増幅器の入力端
   との間に結合され、これにより前記出力回路のラインサ
   ージが前記ツェナーダイオードのブレークダウンを超え
   た時に前記ダーリントン増幅器がオンになり、前記サー
   ジがアレストされることを特徴とするキャリア電流増幅
   器。 （７）特許請求の範囲第６項において、＠記ツエナーダ
   イオードが、前記回路の通常の動作電圧より極めて大き
   いブレークダウン電圧を有するように選択されているこ
   とを特徴とするキャリア電流増幅器。 （８）特許請求の範囲第１項において、更に、前記自動
   レベル制御部を駆動するように結合され。 三角波形を受信しこれを正弦波形に整形できる正弦波整
   形入力段を含むことを特徴とするキャリア電流増幅器。 （９）特許請求の範囲第８項において、前記正弦波整形
   入力段が、そのエミッタに縮退抵抗を有する差動的に接
   続されたトランジスタ対から成ることを特徴とするキャ
   リア電流増幅器。 ００）特許請求の範囲第１項において＋　ｍｌ記自動レ
   ベル制御部が、電流制限抵抗を介して前記出力回路に結
   合されたエミッタと、前記自動レベル制御部に結−合さ
   れたコレクタと、基準電位源に結合されたベースとを有
   する反転ＮＰＮトランジスタにより動作され、これによ
   り前記反転ＮＰＮトランジスタがそのブレークダウン電
   圧より下で動作されることを特徴とするキャリア電流増
   幅器。