JPH0732329B2

JPH0732329B2 - 電力増幅器の出力段

Info

Publication number: JPH0732329B2
Application number: JP59161472A
Authority: JP
Inventors: セルジオ・パラーラ; アルド・トラツツイーナ
Original assignee: エツセ・ジ・エツセ−ア・テイ・エ・エツセ・コンポネンテイ・エレツトロニ−チ・エツセ・ピ・ア
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1984-07-30
Publication date: 1995-04-10
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: EP0133506A3; US4575686A; EP0133506A2; JPS6053310A; IT8322466A0; IT1235857B

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］この発明は電力増幅器の出力段に関するものであって、
さらに詳細には、高い出力電流が必要とされない装置に
使用される最小降下、低電圧型に関する。

［先行技術の説明］この一般的な型の回路は知られており、たとえば、第１
図に線図で示されるもののような、商業的に入手可能な
ものである。

前記回路は本質的にカレントミラー段からなり、それは
相互カスケード関係で実質上配列され、信号Viを増幅す
るのに効果があり、負荷に対してこの増幅された形でそ
れを供給する。回路は、入力トランジスタT₁₀の下流に
位置し、かつトランジスタT₂で形成される第１の線と、
トランジスタT₃およびダイオードD₁を含むカレントミラ
ーと、トランジスタT₄およびダイオードD₂を含むカレン
トミラーを含む。他の線は、トランジスタT₅と、トラン
ジスタT₆およびダイオードD₈を含むカレントミラーと、
トランジスタT₇およびダイオードD₉を含むカレントミラ
ーを備える。このタイプの回路は、（V_S−V_CE sat₄−V
_CE sat₇）に等しい出力信号に対して最大のピークから
ピークまでの範囲を与えることができる。

ここで、V_Sは電源電圧、V_CE satはコレクタ電極および
エミッタ電極にかかる２つのT₄およびT₇の飽和電圧であ
る。

この回路に用いられるカレントミラーは、倍率タイプか
らなり、すなわち、トランジスタによって各回路のダイ
オードに供給される電流の比は、構成要素の表面面積間
の比に等しい。特に、構成要素D₁,D₂,T₃,T₄,T₅,T₆,T₇,D
₈およびD₉の面積をそれぞれA₁,A₂,A₃,A₄,A₅,A₆,A₇,A₈お
よびA₉で示すことによって、次の出力電流が得られる。

I₅＝（A₄/A₂）・（A₃/A₁）・（I_C1−I₁） I₆＝（A₇/A₉）・（A₆/A₈）・I₄＝（A₇/A₉）・（A₆/A₈）
・I₁ 先行技術の回路は、 V_S min＝2V_BE＋2V_CE satの最小動作電圧有する。

実際、先行技術の回路を解析するとき、電源を接地に接
続する線が存在するようであり、もし、回路が動作する
ことを続けることができるならば、電圧はその値以下に
降下しない。特に、電流源I₂,ダイオードD₁₁およびD₁₂,
および電源I₃を含む線を解析するとき、電流源がV_CE sa
tに等しい最小電圧降下を持ちかつダイオードがV_BEの電
圧降下を持つならば、上述の最小動作電圧が得られる。
したがって、たとえその値以下の最小動作電圧を必要と
する経路が存在するとしても、電源電圧が示されたその
値以下に降下するならば、回路は全体として動作するこ
とができない。実際的な観点から、これは、一般にV_BE
に対する最小値は約0.6〜0.65Vの範囲内にあり、これに
対して、飽和電圧V_CEsatの最小値が約100mVであること
を考慮すると、電源電圧降下が約1.4V以下に降下すると
きその回路は動作することができないということを意味
する。それゆえ、約1Vの低い最小電源電圧でも確実に回
路が動作する必要があるときには、示された回路は用い
ることができない。

［発明の要約］前述の状況を考慮して、この発明の主たる目的は、電力
増幅器の出力段を提供することであり、さらに詳細には
低出力電流に対して意図され、それは先行技術の段の設
計で遭遇した問題を回避することができ、特に1V以下の
最小動作電圧を持つよう意図されている。

この発明の他の目的は、示されたような電力増幅器の出
力段を提供することであり、それは、与えられた出力信
号のピークからピークまでの範囲に対して先行技術の回
路の最小動作電圧よりも低い最小動作電力を有する。

この発明のさらに他の目的は、示されたような電力増幅
器の出力段を提供することであり、それは、より低い必
要電力を有し、必要とされる出力電流レベルに従って出
力電流を上げることができる。

この発明の重要な目的は、示されたような電力増幅器の
出力段を提供することであり、それは、製作コストを合
理的に低く保つようたやすくまとめることができる容易
に商業的に入手可能な構成要素を用いる簡単な構成を有
する。

以下に明らかになるように、これらのおよび他の目的
は、この発明による電力増幅器の出力段で達成され、こ
の発明は、電源と接地線間に介挿される上方および下方
部分を備え、前記各部分は、エミッタ電極，ベース電
極，コレクタ電極を有しかつそれらにかかる電圧降下
（V_CE sat,V_SE）を有しかつ各部分に対して電流源を形
成するトランジスタを含み、ダイオードと、第１近似と
して前記各部分の電流利得を決定する倍率型の少なくと
も１個のカレントミラー回路とを備え、前記電源と接地
線を相互接続するいかなる電気線に対しても、電源と接
地線間にかかる電圧が、トランジスタの順方向線形領域
におけるベース電極とエミッタ電極間にかかる電圧降下
と、トランジスタの飽和領域におけるコレクタ電極とエ
ミッタ電極間にかかる電圧降下の２倍との和（V_BE＋2V
_CE sat）以下であることを特徴とする。

他の特徴および利点は、添付の説明図面を参照して、好
ましいがそれに限られないこの発明の実施例の以下の説
明からもっと容易に理解されるだろう。

［好ましい実施例の説明］図面の第１図は、既に前文で記述された先行技術の回路
を示し、したがって、以後ではさらに議論されない。

今、図面の第２図を参照して、この電力増幅器の出力段
の好ましい実施例が示されており、それは、V_Sで示され
る電源線と接地線間に介挿されかつ入力信号Viを増幅す
るのに効果的でありかつＢでの負荷にそれを通す２つの
上方および下方部分を本質的に備える。さらに明確に言
えば、上方段または部分は、３つのカスケード接続され
たカレントミラー回路で形成され、それは、ダイオード
接続された第１のトランジスタQ₁と、トランジスタQ
₂と、第２のダイオード接続されたトランジスタQ₃と、
トランジスタQ₄と、第３のダイオード接続されたトラン
ジスタQ₅と、出力トランジスタQ₆を含む。さらに前記部
分は、トランジスタQ₉およびQ₁₀と、電流源I₁とを備え
る。下方部分は、トランジスタQ₁₁と、ダイオード接続
されたトランジスタQ₁₂と、ダイオード接続されたトラ
ンジスタQ₇およびトランジスタQ₈で形成されるカレント
ミラーとを備える。この下方部分と一緒に、可変電流源
I₂が含まれていて、以下に説明される方法で必要とされ
る出力電流の変化を検出するように、その可変性は、ト
ランジスタQ₇およびQ₈のベース電極に接続されるそのベ
ース電極を有するトランジスタQ₁₄の手段によって得ら
れる。回路は、電流源I₃,入力トランジスタQ₁₃,および
エミッタ抵抗器R₁,R₂,R₃およびR₄によって完成され、そ
の機能は以下に説明される。

問題の回路に対して対抗する添字を有する個々のトラン
ジスタの面積をA₁,A₂,A₃,A₄,A₅,A₆,A₇,A₈で表わすと、
以下の電流利得が得られる。

h_FE ssup＝（I₀₁/I₁）＝（A₂/A₁）・（A₄/A₃）・（A₆/A
₅），（I₀₂/I₂）＝（A₈/A₇）ここで、第１の近似として、ベース電流およびエミッタ
抵抗器R₁〜R₄の増幅効果は考慮されていない。

実際に、個々の部分の利得を計算するには、エミッタ抵
抗器が考慮されるべきである。

実際、たとえば、下方部分を参照し、とりあえずトラン
ジスタQ₁₄およびその抵抗器R₂によって形成される駆動
回路についての効果を無視すると、電流I₈およびI₇の比
は、面積A₈およびA₇の比に正確に等しくないが、どちら
かと言えば抵抗器R₁が変わるように変わることがわか
る。このカレントミラー回路の利得に関する抵抗器R₁の
影響をさらによく理解するために、図解の便宜上、トラ
ンジスタQ₇を経て流れる電流が1mAであり、抵抗R₁が60
Ωであると仮定する。したがって、抵抗器においては、
トランジスタQ₇のV_BEに加わる60mVの電圧降下が生じ、
トランジスタQ₈のベース電極とエミッタ電極間にかかる
電圧降下を与えることになる。したがって、ベース電極
とエミッタ電極間にかかる電圧降下をトランジスタのコ
レクタ電流に連結する指数法則によれば、10の流れる電
流の増加がQ₈に対して得られ、すなわち、前記電流は、
R₁なしに得られる値の10倍より大きくなる。このよう
に、エミッタ抵抗R₁の値を適切に選ぶことによって、増
加した利得値を達成することが可能になる。もちろん、
同じことが上方段の抵抗器R₃およびR₄に対しても適用さ
れる。

この回路の特有な面は、電源線V_Sを接地に接続するいか
なる電気線でも、個々の構成要素にかかる電圧降下はV
_BE＋2V_CE satを越えないということである。例として、
電流源I₃,トランジスタQ₉,および電流源I₁によって形成
される線を取り上げてみると、その線は、２つの電流源
の飽和と、トランジスタQ₉のベース電極およびエミッタ
電極にかかる電圧降下とによる電圧降下を示す。この場
合、100mVに等しいような飽和による電圧降下を取り上
げ、かつV_BE＝600mVと仮定すると、800mVの全体の電圧
降下が得られる。同じことが、電源線と接地線間のすべ
ての他の電気線に対しても適用される。このように、こ
の回路は、この大きさの最小電圧までも低く動作するこ
とができ、電池で電力が供給される装置への応用の例で
は、その臨界最小値までも低く動作することができる電
池の改良された利用を確保することができる。

この回路の他の有利な特徴は、必要出力電流に従って電
流源I₂から供給される電流を変化することができ、特に
普通の状況で非常に低い値の電流を供給する電流源を使
用することができ、他方、それによって供給される電流
値を必要なときだけ増加することができる、そのような
駆動回路が提供されたというこである。

この現象をもっと明確に理解するために、たとえば、出
力として100mAの電流を必要とし、トランジスタQ₈およ
びQ₇の面積の比が、安定性の理由で20であると仮定しよ
う。

このような場合には、電流源I₂は、所望の出力電流値を
与えるために、トランジスタQ₇に5mAを供給する必要が
ある。しかしながら、ちょうど出力回路だけではなく増
幅器全体としての全体の電流がその大きさであることが
必要とされるならば、そのとき、この分枝だけに提供さ
れる電流は、前記値を持つことができず、必要出力電流
が変わるに従って、電流I₂を増加する回路が必要であ
る。

この変化は、そのベースがトランジスタQ₈のベースに接
続され、負荷によって強いられる電流変化を感知しかつ
検知することができるトランジスタQ₁₄によって与えら
れる。実際に、トランジスタQ₈およびトランジスタQ₁₄
の面積の与えられた比で、出力電流I₈を増加する場合に
は、A₈に対するA₁₄の比に等しい電流I₁₄がQ₁₄を通って
流れる。したがって、電流源I₂（順に、たとえば、カレ
ントミラーを備える）は、電流源のカレントミラーを形
成するトランジスタの面積比で乗じられた電流I₁₄に等
しい付加的な電流I₂を供給する必要がある。この電流増
加は、トランジスタQ₇に供給されるとき、トランジスタ
Q₈でミラー動作し、このようにして所望の効果を生じさ
せる。この場合、トランジスタQ₇のエミッタに関する抵
抗器R₁はまた、今記述された効果の制限および安定化の
機能を供する。実際、トランジスタQ₇および抵抗器R₁を
通して流れる電流I₇が増加するとき、後者にかかる電圧
は増加し、トランジスタのエミッタ電極およびベース電
極にかかる電圧降下は減少する。コレクタ電流と電圧V
_BE間の相互依存によるV_BEのこの減少は、電流源I₂に関
する必要電流の自己制限および安定化を生じる。さら
に、抵抗器R₁の値が変わるとき、電流は所望の値に制限
されるということが認められる。

この発明はその目的を完全に達成するということが前の
記述から明らかとなろう。実際、電線源を接地線に接続
する各電気経路は、V_BE＋2V_CE satの総電圧降下を有す
る結果として、先行技術の従来の回路より著しく低い最
小動作電圧を有する、簡単なかつ容易に製作された回路
が提供された。さらに、この回路は、電流I₁およびI₂の
相対的に低い電源で動作でき、このため必要回路電力を
低くする。最後に、トランジスタQ₁₄を備える駆動回路
が与えられると、電流源I₂によって供給される電流を、
たとえば、必要出力電流に従って変えることを可能にす
る。

ここに開示された発明は、この発明の着想の範囲から離
れることなく多くの修正および変形を受けやすい。

さらに、詳細部のすべては、他の、技術的に等価な要素
で置換えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による電力増幅器の出力段の基本回
路の線図である。第２図は、従来の設計の出力段の基本回路の線図であ
る。図において、Viは入力信号、V_Sは電源電圧、I₁,I₂,I₃は
電流源、I₅,I₆,I₈は出力電流、I₇,I₁₄は電流、D₁,D₂,
D₈,D₉,D₁₁,D₁₂はダイオード、T₂,T₃,T₄,T₅,T₆,T₇,T₁₀は
トランジスタ、Q₁は第１のダイオード接続されたトラン
ジスタ、Q₃は第２のダイオード接続されたトランジス
タ、Q₅は第３のダイオード接続されたトランジスタ、
Q₇,Q₈,Q₁₂,Q₁₃はダイオード接続されたトランジスタ、Q
₂,Q₄,Q₆,Q₉,Q₁₀,Q₁₁,Q₁₄はトランジスタ、R₁,R₂,R₃,R₄
はエミッタ抵抗器である。なお各図中同一符号は同一または相当部分を示すものと
する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電源線と第２の電源線との間に設け
られ、入力信号に応答して出力ノードを第１の電源電位
レベルへと駆動するための上方部分を備え、前記上方部
分は、（ａ）そのベースが前記入力信号を受けるように
結合される第１のバイポーラトランジスタと、そのベー
スおよびコレクタが前記出力ノードに結合される第２の
バイポーラトランジスタとを含むエミッタ結合論理部
と、（ｂ）前記第１および第２のバイポーラトランジス
タの共通エミッタと前記第２の電源線との間に配設さ
れ、前記エミッタ結合論理部に電流の流れを生じさせる
ための第１の電流源と、（ｃ）前記第１のバイポーラト
ランジスタに電流を供給するための第１のダイオード素
子と、（ｄ）前記第１および第２の電源線の間に配設さ
れかつ前記ダイオード素子とカレントミラー態様で配置
され、前記第１のダイオード素子を流れる電流のミラー
電流を生成する第１のカレントミラー段と、（ｅ）前記
第１のカレントミラー段にカレントミラー態様で接続さ
れ、かつ前記第１の電源線と前記出力ノードとの間に配
設され、前記出力ノードを前記第１の電源電位レベルへ
とそのミラー電流により駆動するための第１の出力バイ
ポーラトランジスタとを含み、前記上方部分と独立に前記第１および第２の電源線の間
に配設され、前記入力信号に応答して前記出力ノードを
第２の電源電位レベルと駆動するための下方部分をさら
に備え、前記下方部分は、（ａ）そのベースが前記入力
信号を受けるように結合される第３のバイポーラトラン
ジスタと、そのベースおよびコレクタが前記出力ノード
に結合される第４のバイポーラトランジスタとを含む第
２のエミッタ結合論理部と、（ｂ）前記第２のエミッタ
結合論理部と前記第１の電源線との間で電流の流れを生
じさせるための第２の電流源と、（ｃ）前記第２の電源
線と前記第３のバイポーラトランジスタとの間に設けら
れ、前記第３のバイポーラトランジスタト前記第２の電
源線との間に電流の流れを生じさせるための第２のダイ
オード素子と、（ｄ）前記出力ノードと前記第２の電源
線との間に配設されかつ前記第２のダイオード素子とカ
レントミラー態様で接続されて前記出力ノードをそこを
流れるミラー電流により第２の電源電位レベルと駆動す
るための第２の出力バイポーラトランジスタとを備え、前記上方部分および前記下方部分それぞれにおいて前記
第１の電源線と前記第２の電源線を接続する任意の電気
的接続経路における最小電圧降下をVBE＋２・VCEsat以
下となるようにしたことを特徴とし、ここでVBEば前記
上方部分および下方部分それぞれに含まれるバイポーラ
トランジスタのベース−エミッタ間順方向降下電圧を示
し、VCEsatは前記上方部分および下方部分に含まれるバ
イポーラトランジスタの飽和領域におけるコレクタ−エ
ミッタ間降下電圧を示す、電力増幅器の出力段。
【請求項２】前記第１および第２のダイオード素子は、
それぞれダイオード接続されたバイポーラトランジスタ
により構成され、前記ダイオード接続されたバイポーラ
トランジスタは、そのエミッタが、対応の部分のカレン
トミラー段の電流利得を増加させるための抵抗器に接続
される、特許請求の範囲第１項記載の電力増幅器の出力
段。
【請求項３】前記下方部分は、前記第２の出力バイポーラトランジスタを流れる電流に
応答して前記第２の電流源を駆動する駆動素子をさらに
備え、前記駆動素子は前記第２の出力バイポーラトラン
ジスタを流れる出力電流の変化を検知し、該検知した出
力電流に従って前記第２の電流源が供給する電流を変更
するように前記第２の電流源を駆動する、特許請求の範
囲第１項または第２項に記載の電力増幅器の出力段。
【請求項４】前記駆動素子は、前記第２の電流源に接続
されるコレクタ電極と、前記第２の出力バイポーラトラ
ンジスタのベース電極に接続されるベース電極と、安定
化抵抗器を介して前記第２の電源線に接続されるエミッ
タ電極とを備えるバイポーラトランジスタにより構成さ
れる、特許請求の範囲第３項記載の電力増幅器の出力
段。