JPS6057247B2 - 増幅器の保護回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、増幅器の出力段トランジスタ回路のトラン
ジスタを過大電流から保護する増幅器の保護回路に関す
る。

一般に、増幅器の出力段トランジスタ回路のトランジス
タを過大電流から保護する保護回路としては、出力段ト
ランジスタ回路のトランジスタに流れる電流がある最大
値（限界値）を越える条件になつた場合に、同電流がこ
の最大値を越えないように制限する回路が用いられてい
る。

ここでこのような従来の増幅器の保護回路を第１図ない
し第２図を使用して説明する。

第１図は、ダイオードによる電流制限回路を保護回路と
して用いた増幅器の一例を示す回路図である。

この図において、ドライブ段回路Ａのトランジスタ１ａ
のコレクタ電流は出力段トランジスタ回路Ｂのトランジ
スタ２ａを駆動し、この結果得られるトランジスタ２ａ
のエミッタ電流ＩＥ（出力電流）はエミッタ抵抗３ａと
コンデンサ４と抵抗５とこの増幅器の出力端子６とを順
次介して負荷抵抗７に供給される。またトランジスタ１
ｂ、２ｂとトランジスタ２ｂのエミッタ抵抗３ｂとを有
してなる回路は、前述した動作と対称な動作を行なう。
ここで、トランジスタ２ａのベースエミッタ間順方向電
圧降下をＶＢＥ、とし、またダイオード１０〜２０の各
々の順方向電圧降下を各々ＶＤ、、ＶＤ２、ＶＤａとし
た場合、前記エミッタ電流ＩＥによりエミッタ抵抗３ａ
（値ＲＢ）の″両端に発生する電圧と前記ＶＢＥ、との
和の電圧（ＶＢＥＩ＋ＲＥ、ＩＥ）は、ダイオード１０
〜１２が設けられているので電圧（ＶＤＩ＋ＶＤ２＋Ｖ
Ｄ。）を越えることはない。すなわちＶＢＥＩ＋ＲＥ４
１１Ｅ≦ＶＤ１＋ＶＤ２＋ＶＤ３・・・・・・（１）と
なる。

ここでＶＢＥＩ、ＶＤＩ、ＶＤ２、ＶＤ３を各々０ ・
６Ｖとすると、（１）式よりが導れる。

このようにトランジスタ２ａのエミッタ電流１Ｅ（出力
電流）の最大値は、ダイオード１０〜１２により（２）
式の右辺の値に制限される。次に第２図はトランジスタ
による電流制限回路を保護回路として用いた増幅器の一
例を示す回路図である。この図においては、図示せぬド
ライブ段回路々）ら供給されるドライブ電流により出力
段のトランジスタ２ａが駆動され、この結果得られるト
ランジスタ２ａのエミッタ電流１８（出力電流）はエミ
ッタ抵抗３ａ（値ＲＥ）と出力端子６とを順次介して負
荷抵抗７（値Ｒし）に供給される。この場合トランジス
タ２ａのベースと出力端子６との間にはトランジスタ２
２ａが介挿されている。ここで、出力端子６とアースと
の間の電圧をＶ１、トランジスタ２ａのエミッタとアー
スとの間の電圧を■２、抵抗２０ａ（値Ｒ１）と抵抗２
１ａ（値Ｒ２）とトランジスタ２２ａのベースとの接続
点とアースとの間の電圧を■３とすると、また電圧（Ｖ
３−Ｖ１）がトランジスタ２２ａのベースエミッタ間順
方向電圧ＶＢＥ２を越えると同トランジスタ２２ａが導
通開始してトランジスタ２ａのベース電流は増加しなく
なるので、となる。

この（６）式に前記（３）〜（５）式を代人すると、な
る（７）式が導かれる。このようにトランジスタ２ａの
エミッタ電流１Ｔ：（出力電流）の最大値は、トランジ
スタ２２ａにより（７）式の右辺の値に制限ζされる。
ところで以上に説明した従来の増幅器の保護回路におい
ては、出力段トランジスタ回路の出力電流が予め設定さ
れた最大値を越えないように制限する方法が採られてい
る。

したがつて例えば互い４に対をなす出力段のトランジス
タのどちらか一方のトランジスタのコレクタエミッタ間
が短絡された場合とか負荷が短絡された場合のように異
常状態が長時間続く場合には、出力段のトランジスタの
出力電流もその最大値において流れ続けることになる。
このような場合出力段のトランジスタの熱暴走による破
壊は逸れるものの、前記最大値における電流に対応する
電力が出力段のトランジスタ等において消費されるので
、同出力段のトランジスタやその放熱板等の温度上昇は
避けることができない。このように従来の増幅器の保護
回路を用いた増幅器においては、その出力段のトランジ
スタの放熱効果を上げるために例えば大型の放熱）板を
設けたり、その放熱による影響を考慮して部品配置を決
めなければならない等の不具合があつた。この発明はこ
のような不具合を除去するためになされたもので、出力
段のトランジスタに過大電・流が流れるような異常状態
が発生した場合、その過大電流を遮断することができ、
この結果、保護動作時には出力段のトランジスタの温度
が上昇することのない増幅器の保護回路を提供すること
を目的としている。

この目的を達成するために、この発明による増幅器の保
護回路は、出力抵抗を介して負荷に出力電流を供給する
出力段トランジスタ回路と、この出力段トランジスタ回
路にドライブ電流を供給するドライブ段回路とを有して
なる増幅器において、前記ドライブ電流の供給路に設け
られた抵抗と、この抵抗と前記出力段トランジスタ回路
との間の前記ドライブ電流の供給路と、前記出力抵抗と
前記負荷との間の前記出力電流の供給路との間に主電流
路が順方向接続されたスイッチ回路と、前記ドライブ段
回路と前記抵抗との間の前記ドライブ電流の供給路と、
前記スイッチ回路の制御電流供給路との間に順方向接続
されたダイオード回路とを具備しており、これにより、
前記負荷抵抗に至る前記出力電流供給路と前記ドライブ
段回路の出力端との間の電圧が所定電圧以上になると、
前記ダイオード回路および前記スイッチ回路が順次導通
するようになつている。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第３図はこの発明の一実施例を示す回路図である。

この第３図において第１図の各部に対応する部分には同
一の符号が付してある。第３図においてドライブ段回路
Ａのトランジスタ（ＰＮＰトランジスタ）１ａのコレク
タに接続された端子３０ａと出力段トランジスタ回路Ｂ
のトランジスタ（ＮＰＮトランジスタ）２ａのベースに
接続された端子３１ａとの間には抵抗３２ａが介挿され
ている。同様にトランジスタ（ＮＰＮトランジスタ）１
ｂのコレクタに接続された端子３０ｂとトランジスタ（
ＰＮＰトランジスタ）２ｂのベースに接続された端子３
１ｂとの間には抵抗３２ｂが介挿されている。また端子
３０ａと３０ｂとの間には端子３０ａから３０ｂに向つ
て順方向にダイオード３５，３６が順次直列に介挿され
ている。また端子３０ａはトランジスタ（ＰＮＰトラン
ジスタ）３４ｂのベースに接続され、端子３０ｂはトラ
ンジスタ（ＮＰＮトランジスタ）３４ａのベースに接続
されている。また端子３１ａはトランジスタ３４ａのコ
レクタに接続され、端子３１ｂはトランジスタ３４ｂの
コレクタに接続されている。またトランジスタ２ａのエ
ミッタ抵抗３ａとトランジスタ２ｂのエミッタ抵抗３ｂ
との接続点に設けられた端子３３はトランジスタ３４ａ
のエミッタとトランジスタ３４ｂのエミッタとに接続さ
れている。以上の構成になるこの実施例の動作を第４図
および第５図を参照して説明する。

第４図は第３図に示したこの実施例におけるプラス側電
源（＋Ｂ）により駆動される部分のみを示す回路図であ
る。なおこの第４図に示す回路においては端子３３とア
ースとの間に等価的に負荷抵抗７が接続されている。ま
たこの図において抵抗３２ａ（値Ｒ１）に流れる電流（
ドライブ電流）をＩＤｌエミッタ抵抗３ａ（値ＲＢ）に
流れる電流（出力電流）をＩＯ、負荷抵抗７に流れる電
流をしとし、またトランジスタ２ａのベースエミッタ間
順方向電圧降下を■ＢＥｌトランジスタ３４ａのベース
エミッタ間順方向電圧降下を■８Ｅ２ダイオード３５，
３６の順方向電圧降下を各々■０１，ＶＤ２とする。こ
こでこの第４図に示す回路の基本動作ついて説明する。

まずこの回路における抵抗３２ａの値Ｒ１とエミッタ抵
抗３ａ値ＲＥとは、トランジスタ２ａの出力電流すなわ
ち電流１６が限界値の時に端子３０ａと端子３３との間
に発生する電圧（Ｒ１●ＩＯ＋ＶＢＥｌ＋ＲＥ●ＩＥ）
が、ダイオード３５，３６とトランジスタ３４ａのベー
スエミッタ間との各々の順方向電圧降下の和の電圧（■
Ｄ１＋ＶＤ２＋ＶＢＥ２）と等しくなるように設定され
ている。したがつて電流ｈが限界値以下である場合は、
てあり、端子３０ａと端子３３との間に発生する電圧（
（９）式の左辺）によつてはダイオード３５，３６とト
ランジスタ３４ａのベースエミッタ間とは導通されず、
トランジスタ３４ａのベース電流は供給されない。

したがつてこの場合は、トランジスタ３４ａは非導通状
態（オフ状態）であり、トランジスタ２ａは電流１Ｄに
より駆動される。一方、電流ｈがその限界値を少しでも
越えると、となり、端子３０ａと端子３３との間に発生
する電圧（（１ａ式の左辺）によりダイオード３５，３
６とトランジスタ３４ａのベースエミッタ間とは導通さ
れ、トランジスタ３４ａにベース電流が供給される。

したがつてトランジスタ３４ａは導通状態（オン状態）
になり、この結果端子３１ａと端子３３との間の電圧は
トランジスタ２ａのベースエミッタ間順方向電圧■ＢＯ
ｌより小（略０Ｖ）となり、トランジスタ２ａはオフ状
態になる。この結果電流１Ｅは零になる。以下、第４図
に示した回路の具体的動作を説明する。

まず、トランジスタ２ａのエミッタ電流１Ｅが第５図の
イに示すように時刻らにおいてその限界値しを越えて流
れるような条件が発生したとする。

またこの回路における各部の値を以下のよう門にする。
Ｒ１＝１ＫΩ，Ｒε＝１０Ω，■ＢＥｌ＝ＶＢＥ２＝Ｖ
Ｄｌ＝■０２＝０・６Ｖ１（トランジスタ３４ａのコレ
クタエミッタ間の飽和電圧）−ニ０１トランジスタ２ａ
の電流増幅率Ｈｆｅｌ＝１００。こ場合時刻ち〜！にお
いて電流１０が値１Ｍ以下）の間は前述のようにトラン
ジスタ３４ａはオフ状態であるからｈ＝Ｉしであり、第
５図の口に示す電流１８と同図のハに示す電流１Ｌの値
は等しい。そして時刻ちにおいて電流ｈが値しに等しく
なつた場合、すなわち（８）式とＩＥ＝ＨｆｅｌｌＤな
る関係から、となつた場合、トランジスタ３４ａは導通
開始し、逆にトランジスタ２ａはオフ状態に移行する。

この場合、電流１５すなわち電流１Ｌが減少することに
より（第５図の口，ハの時刻Ｌ，）端子３３の電圧が降
下し、これに伴い端子３０ａと端子３３との間の電圧が
ますます増加するのでトランジスタ３４ａは直ちに飽和
し、またトランジスタ２ａは直ちにオフ状態になる。そ
して時刻ち以降においては電流ｈは零であり、また電流
１しは抵抗３２ａとトランジスタ３４ａを介して流れる
電流１Ｄに略等しくなる。この電流１ｃ．は端子３０ａ
と端子３３との間の電圧（ＶＤｌ＋■Ｄ２＋■ＢＴ：２
）と抵抗３２ａの値Ｒ１とから決まるからとなる（第５
図のハ、時刻ち以降参照）。なお第３図に示したこの実
施例におけるトランジスタ２ｂ，３４ｂ，ダイオード３
５，３６、抵抗３ｂ，３２ｂからなる回路の動作は上述
した回路動作と全く対称てある。

このように、この実施例によれば出力段のトランジスタ
２ａ，２ｂに流れる出力電流がその限界値を越えると、
同トランジスタ２ａ，２ｂを完全にオフ状態にすること
ができる。

次に以上に説明したこの発明の具体的応用例について説
明する。

第６図はこの発明の第１の応用例の回路図であ．り、こ
の発明をミキサーのラインアンプに応用した場合の回路
を示している。

この応用例においてはドライブ段回路すなわちアンプＡ
により出力段のトランジスタ２ａ，２ｂが駆動される。
ここでトランジスタ２ａのベースと同トランジスタ２ａ
のエミッタ抵抗３ａの端子３３との間にはこの発明によ
るトランジスタ３４ａが介挿されている。この場合、通
常トランジスタ２ａは、アンプＡの出力端子３０の電圧
と抵抗３２ａ等とによつて決まるドライブ電流により駆
動される。一方、アンプＡの出力端子３０とトランジス
タ３４ａのエミッタとの間の電圧がトランジスタ２ａの
出力電流の増大に伴いある限界値を越えると、ダイオー
ド３６、抵抗４０ａ１４０ｃを順次介してトランジスタ
３４ａにベース電流が流れて同トランジスタ３４ａは導
通される。この結果トランジスタ２ａはオフ状態になる
。なお、トランジスタ２ｂ，３４ｂ１抵抗３ｂ，３２ｂ
，４０ｂ，４０ｄ１ダイ）オート３５等からなる回路は
前述の場合と全く対称な動作を行なう。次に第７図に示
す回路は、この発明の第２の応用例であるヘッドホンア
ンプを示している。この応用例においては、ドライブ段
回路すなわちアン・プＡにより、ダーリントン接続され
た出力段のトランジスタ２ａ，２ｃとトランジスタ２ｂ
，２ｄとが駆動される。ここでトランジスタ２ａのベー
スとトランジスタ２ｃのエミッタ抵抗３ｃの端子３３と
の間にはこの発明によるトランジスタ３４暑ａが介挿さ
れている。この場合、通常トランジスタ２ａ，２ｃはア
ンプＡの出力端子の電圧と抵抗３２ａ等によつて決まる
ドライブ電流により駆動される。一方アンプＡの出力端
子３０とトランジスタ３４ａのエミッタとの間の電圧が
、トランジスタ２ｃの出力電流の増大に伴い、ある限界
値を越えると、ダイオード３５，３６、抵抗４０ａを順
次介してトランジスタ３４ａのベース電流が流れて同ト
ランジスタ３４ａは導通される。この結果トランジスタ
２ａ，２ｃはオフ状態になる。なお、トランジスタ２ｂ
，２ｄ，３４ｂ１抵抗３ｄ，３２ｂ，４０ｂ１ダイオー
ド３７，３８等からなる回路は上述した動作と全く対称
な動作を行なう。以上説明したようにこの発明による増
幅器の保護回路は、出力抵抗を介して付加に出力電流を
供給する出力段トランジスタ回路と、この出力段トラン
ジスタ回路にドライブ電流を供給するドライブ段回路と
を有してなる増幅器において、前記ドライブ電流の供給
路に設けられた抵抗と、この抵抗と前記出力段トランジ
スタ回路との間の前記ドライブ電流の供給路と、前記出
力抵抗と前記負荷との間の前記出力電流の供給路との間
に主電流路が順方向接続されたスイッチ回路と、前記ド
ライブ段回路と前記抵抗との間の前記ドライブ電流の供
給路と、前記スイッチ回路の制御電流供給路との間に順
方向接続されたダイオード回路とを具備しており、これ
により、前記負荷抵抗に至る前記出力電流供給路と前記
ドライブ段回路の出力端との間の電圧が所定電圧以上に
なると、前記ダイオード回路および前記スイッチ回路が
順次導通するようになつているので、出力段のトランジ
スタに規定値以上の電流が流れるような条件になると、
同出力段のトランジスタは完全にオフ状態になる。

したがつてこの発明によればこのような状態において出
力段のトランジスタが温度上昇することはなく、出力段
のトランジスタの放熱板を小型のものにできる等の効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の増幅器の保護回路を示す回
路図、第３図はこの発明の一実施例を示す回路図、第４
図は同実施例のプラス電源側回路を示す回路図、第５図
は同実施例の動作を説明するための波形図、第６図はこ
の発明の第１の応用例を示す回路図、第７図はこの発明
の第２の応用例を示す回路図である。 ３ａ，３ｂ・・・・・・エミッタ抵抗、７・・・・・・
負荷（負荷抵抗）、３０ａ，３０ｂ・・・・・・第３の
端子（端子）、３１ａ，３１ｂ・・・・・・第１の端子
（端子）、３３・・・・・・第２の端子（端子）、３４
ａ，３４ｂ・・スイッチ素子（トランジスタ）、Ａ・・
・・・・ドライブ段回路、Ｂ・・・・・・出力段トラン
ジスタ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 出力抵抗を介して負荷に出力電流を供給する出力段
   トランジスタ回路と、この出力段トランジスタ回路にド
   ライブ電流を供給するドライブ段回路とを有してなる増
   幅器において、（ａ）前記ドライブ電流の供給路に設け
   られた抵抗と、（ｂ）この抵抗と前記出力段トランジス
   タ回路との間の前記ドライブ電流の供給路と、前記出力
   抵抗と前記負荷との間の前記出力電流の供給路との間に
   主電流路が順方向接続されたスイッチ回路と、（ｃ）前
   記ドライブ段回路と前記抵抗との間の前記ドライブ電流
   の供給路と、前記スイッチ回路の制御電流供給路との間
   に順方向接続されたダイオード回路とを具備してなるこ
   とを特徴とする増幅器の保護回路。