JPS58196704A - 電力増幅器の出力制限回路 - Google Patents

電力増幅器の出力制限回路

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JPS58196704A
JPS58196704A JP57079046A JP7904682A JPS58196704A JP S58196704 A JPS58196704 A JP S58196704A JP 57079046 A JP57079046 A JP 57079046A JP 7904682 A JP7904682 A JP 7904682A JP S58196704 A JPS58196704 A JP S58196704A
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    • H03FAMPLIFIERS
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    • H03F1/52Circuit arrangements for protecting such amplifiers

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  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

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】 この発明は、電力増幅器における出力)ツンジスタのコ
レクタ損失を所定値以下に抑えることによシ前記出力段
トランジスタを破壊から保謙する電力増幅器の保賎回鮎
に関する。
使米、電力増Is器の出力トランジスタを保賎する回路
として、電力増幅器の出力電圧と、出力トランジスタr
cfILれる電流とに基づいて出力トランジスタの入力
制限を行ない、これによって出力トランジスタのコレク
タ損失を制限するようにした−のがある。
刃先は第1(2)は、この種の保験回鮎の一例を示すも
のである。この図における電力増幅器は、ダーリントン
接続されたWPM)ランジスタ11.2a、3mと、同
じくダーリントン接続されたPIF)ランジスタlb、
2b、3bとを相補結合して構成したもので、Fランラ
スタ3m、3bが出力トランジスタに和尚している。そ
して符号4a、4bで示すものはこの′電力増幅器の保
睦回始であり、ここで保−回路4&は、トランジスタ3
mの工ζツタと出力端子5との間に介挿され九エミッタ
抵抗6&(儀R・)と、トランジスタ3&のエイツタと
接地点との関fclIIi次直列に介挿された抵抗71
(値Rよ)、抵抗8K(mR,)、ダイオード91と、
ベースが前記抵抗7&、ga□I&絖点VC接続されエ
ミッタが出力端子5に@絖されかつコレクタがダイオー
ド10&を介してトランジスタlaのベースにm−続さ
れ九)IPM)ランジスタ11&(入力11j限用のト
ランジスタ)とからなシ、ま九保鋏回1k4bもこの保
護回路41と同様yc構成されている。
この場合、例えば保1回に141においては出力端子5
の電圧(出力電圧)をvO1抵抗6aKfiれる電流を
工O(この電流Xoはトランジスタ31のコレクタ11
1Lf&およびこの電力増幅器の出力%流忙略婢しい)
とすれに1 トランジスタ1110ベース電圧■1は、 2 v1= (Re−I o +V o ) −札二F九−
””C1)(永だしダイオード9&の順方向電圧を無視
している。) と表わすことができる。そしてこの電圧V、と出力電圧
Toとの差がトランジスタ11&のベースエミッタ間電
圧VBKを越すと、Fランラスタ11&のベースIIC
供給される入力信号がダイオード10a。
トランジスタl1mを順次介して出力端子5にバイパス
され(入力11′lj限され)、これによってトランジ
スタ3&のコレクタ電流が減少してトランジスタ3&の
コレクタ損失がそれ以上増加しないように制限される。
また保護回路4bの動作も上述し九動作と同様である。
し九がって、これら保護回路41,4bによる出力制限
特性は、前記(2)式より なる関係が求まることから、第2図の実線A・Bのよう
になる。すなわち電流工0の1tiIJ限値は、第2図
の*−−ムで示すように出力電圧Voが零の時なる傾き
で増加し、−カ、出力電圧Voが負方向に増加する場合
はダイオード9&が非導通状轢になるため一芝1直とな
る。また、トランジスタ3bvcvrすれる11IL流
工0の匍j威億も同様の理由1cより夾#lBのように
なる。なお、この第2図における符号ム′、B′は各々
保鰻領域を示している。
ところで、出力端子5vξ負荷としてスピーカ等のりア
クタンス負句を接続し九楊合、出力電圧vOと電流工O
との蘭係れ同リアクタンス負荷の位相何重(スピーカ等
においては共振周波数ちの上下1こ3う0〜40℃も至
る位相回転がある。)によって、例えIIi第2図に破
−0で示すようになる。したがって、給1図に示した保
護回路4m、4に+を用いた場合は、この第a−の斜麿
で示す部分において各々波形欠損を生ずることになって
しまう。
この問題を解決するには、出力電圧V o = Orc
おける電流工0の制限値がこの破鱒00外11i1に位
置するように抵抗値R1% R,t−設定し、出力制限
特性を第3図の爽縁^、おのように貧史すれはよい。
しかしながら仁の一合祉、出力電圧Vo=OKおける1
1LtiE、IOの111iJ−値が増加されているか
ら、貴勾が連続的に短絡されたような場合、この制限値
It対応する’1lfiIoが長時間トランジスタ3m
3bfこ流れることになシ、これによってトランジスタ
3m、3bが遂には値柚されてしまう。この場合、トラ
ンジスタ3m、3bをよシ大谷量のトランジスタ1ζ、
rlを換し、かつそれらの放熱−を大型化することもi
!j見られるがこれではコストrM等で極めて不利であ
る。
この帖−は、以上に述べたI!i番情に1みてなされ喪
ものて、その目的とするところは出方トランジスタの容
量を増大させたシあるいは放熱器を大型化する仁となく
、かつ従来の保験圓鮎を大−に寂史する仁となく極めて
合理的に出方トランジスタの保−(行な社と卆できる亀
カ増幅器の保−i&!1i118を提供することにTo
夛、亀カ増IIl!儲の出力電圧と出力トラ、ンジスタ
の11流とに基づいて大刀制限を行なうコレクタ損失制
限回路(以下、20リミツタ圓鮎と称す、)のIIU@
%性を、前記出力電圧がF9r友レベルを越えているが
否かを検出する出カレベルー出IglRIo検出出カと
、前記電カj111暢鮨の出力rt訛がクリップ状1n
&(−あることを検出するクリップ検出回路の検出出力
と虻こ応じて変化させるようVCしたことを〜駆として
いる。
以下、この晃鴫の111!h例を図mt参照しなからI
+軸に貌1する。
第4−Ll このシロ朋による蝋力瑠−鍮の保−回路の
動作原理を説明するための回路図である。この図におけ
るー力増4III器は、vIhl−vCおけゐ電力増幅
器と同一の構成であシ、またこの1において符号4o、
4dで不す部分はこの9b’lJKおけるPOリミンタ
u路でるる。これら2oリミッタ回鮎40.4(Lは、
謝1図に示した保111回路41.4bと略同−〇@成
を持つものであるが、以下の1ノードは端子12bWC
接続されている。また第1因におけるダイオードIQa
、)ランジスタ11&からなる部分は、θλ入力端子抵
抗7m。
8&の供1tlc点の電圧V、が印加され、■入力端子
1こ出力電圧Voと基$電圧’v−rとの和電圧(■o
+Vr)が印加され、出力端子がトランジスタl&のベ
ースrctaされた比較−131として示され、ま九ダ
イオードIQb、)ランジスタ1lklからなる部分は
同様Vこして比較器13bと基準甑圧−Vrとを用いて
示されている。
この第4図6c示す回路VCおいて、端子12&、12
klK共に接地電位が印加されている場合は、これらP
O9ミッタ回動4o、44による出力側@特性tit前
記(2)式、(3)式が成り立つことから第5図に示す
ようIc mt+記第21に示した特性と同一の物性と
なる。ただしこの場合、前記(2)式、(5)式におい
て゛電圧VMIを電圧Vrに置き換える必要がある。
一カ、端子12aiCIIL圧−’Vaを印加すルト、
比較器131のθ入力端子の′−電圧1はV1=(Re
 °Io+Vo+Va)     7iVa   −−
−(4)となるから、これより比較器13&の出力電圧
が       10−レベルになる条件は、 2 ()Ill・工o+Vo→V a ) −−V幅≧Vo
+Vr    −(6)!(鳳十R鵞 となる。したがってこの−合、出力電圧voと電流工0
とをパラメータとして剛いた出力部、限へ性と吹わせる
L6から、w46図の爽−Aで示すような%性(第51
の夾軸ムを出カー圧ToO軸に沿って負’hr W(−
シフトし丸物性)となる。すなわちこる傾きで増加し、
−万出力電圧Voが電圧−v1から負方向に増加する場
合はダイオード91が非導通状態になるため一定値とな
る。オた第4図に示す回路の負電源1111回路におけ
る出力電圧VOとトランジスタ3bの電流工0との開会
は、端子12bに電圧十V&を印加すると、上述し九動
作と同様の動作により第6図の実−BC)ようになる。
したがってこの場合、電圧−’Va、+Vaを過室の値
に設定すれば、保麹領穢A′、B′を破*O(!Jアク
タンス負荷を接続した場合の動作領域)の外e(位置さ
せることができる。
されるl11R9Jiを負荷が連続的vcv絡嘔れ友−
合においてもトランジスタ3m、3に+が破−されない
ような低いilに設定すると共に、通常の動作時におい
ては端子12 a %  12 b K負角の特性に適
し九電圧−vILs + V aを各々印加して出力制
御ji%=性を第6図の実軸ム、Bのような特性にし、
tfC負荷が難路されえような真常状轢においては前記
端子12a、12bの電圧を接地レベルにして出力側@
特性を第う図の実線ム、bのような特性にしてトランジ
スタ31.3bを破壌から侃睦する。
セしてこの1合、前、記端子12龜、12bK印加する
電圧の切換えは、出力電圧Voが所定レベルを越えてい
るか否かを検出する出力レベル蒙出回績の検出出力と、
電力増幅器の出力電流がクリップ状−となってiるか否
かを検出するクリップ検出Igl麺の構出出力とを用い
る。
すなわち、出力レベル検出回路の検出結果と、クリップ
検出回路の検出結果との組合わせを考祭した場合、第1
表に示すように、 第 1 表 出力レベル検出回路によって出力レベルが小さいと検出
されているにも拘わらずクリップ検出回路e(よってV
゛力1流がクリップしていることが検出された場合祉、
負荷が知略されているかあるいは極めて知略状−に近い
異常な状態であると判断される。したがって、この組合
わせにおいてのみ前記端子12m、12bK級地篭位が
印加されるようにし、その他の組合わ誓においては前記
端子12m、12bに各It −V a、+V aを印
加するようにすれはよい。
第7図は、上紀動作鳳埋に基づくこの発−の−爽Jll
?IIq)構成を示す囲路1である。この図における電
力増4@器は、ダーリントン接続され九トランジスター
&〜3&と同じくダーリントン接続されたトランジスタ
ーb〜3bとからなる出力段増一部と、ドライブ1増−
1114と、このドライブ1増−9140出力端子と前
記トランジスター&、1m)の各ベースとの間に各々介
挿され九バイアス亀源1Bm、15bと、出力電圧Vo
を繭記ドライブ段増−器14の反転入力端子に負帰還さ
せる−示せぬ帰1I11−鮎とからなるものである。ま
たPOリミッタ回kao、4直は第11fC示した保論
回路4m、4bと略同−構成であるが、このPCリミッ
タIgl&40においてはダイオード101のカソード
と出力端子5との闇にトランジスター1&によって駆動
されるPIP)ランジスタ16mが鮒たKvけられ、P
Oリミッタ回路4alcおいては出力端子5とダイオー
ド1(lのアノードとの闇&Cトランジスターlbによ
って駆動されるNPyトランジスター6bが?九に設け
られている。
次Wcs出力レベル検出回路17は、出力電圧T。
が所足の電圧レベルを越えていれば2値1IIiI!ル
ベルの“11偏号を出力し、出力電圧Voが同電圧レベ
ルより小さければ”O”ti号を出力するよう1C構成
されている。またクリップ−出l鮎18は、出力端子5
にお・ける出力電流をドライブ段増輻器14の1iL源
′at/L値をバナメータとして検出するもので、前記
出力電流がクリップ状態になっていれけ”1″信号を出
力し、同出力電流がクリップ状態になっていなければ@
0″信号を出力するように構成されている。また条件判
定回路19は出力レベル検出回路17の出力が1IO1
″信号であシ、かつクリップ検出回路18の出力が°l
′″信号である入力条件においてのみ端子12&、12
bを接地レベルにし、それ以外の入力条件においては端
子12m、12b&c−各々電圧−vl、+ V mを
出力するようyc榊成されている。
以上の構成によれば、負荷が知絡されたシあるいは負荷
のインピーダンスが極めて低いような異常状級において
は、出力電圧Voの電圧レベルが低くなるとともに出力
電流がクリップ状態になるから、出力レベル検出−17
は′″0″″0″″信号プ検出回路18は@11信号を
各々出力するようになる。この場合、条件判定回路19
は端子12&、12bを共に接地レベルにするから、P
Oリミッタ回路4 o %  4 gl Kよる出力?
IIII限咎性は第う図の夾−ム、1のよう1cなシ、
出力電流は略−力、負荷が正常な場合は、条件判定回路
19の入力条件が彌わないから端子12m、12bに電
圧−Va、−1−Vaが各々供給され、この結果POり
ンツタ同w140,411による出力側@特性は第61
の実線ム、BC)ようになる。し九がってこの場合は、
波形欠損等の間亀が生ずることはない。
次に、第amm、第71v(示し良実り例の^体−紬を
示す−で、この図において第7図の各部に対応する部分
には各々同一の符号が付しである。
謝8図におけるドラ1プ段増幅器14において胴PI)
ランジスタ20m、21mおよび建Xa#1226等か
らなる差動増Iil&器231と、PIPトランジスタ
2Qk+、21bおよび足電眞源22b勢からなシ前記
差動増lllAu23mと相補関係にある差動増幅器2
3m)とは、入力端子24VC供給される人力信号を各
々入力し増幅する。差動増幅−234におけるトランジ
スタ201の負荷はダイオード25&と抵抗261とカ
スコード増幅用のIJPM)ランジスタ27&とからな
9、壕九ダイオード251、抵抗261からなる部分と
抵抗28&、PM′X′トランジスタ29&からなる部
分とはカレントミラー回路を構成し、トランジスタ29
&のコレクタ餉にはカスコード増幅用のPIPトランジ
スタ30mが接続されている。し九がって、前記差動増
IIm器231によって増幅され走入力信号はトランジ
スタ301のコレクタから取シ出される。また、このド
ライブ段増輻器14忙おける負電源匈回路も上述し九正
亀源餉回路と一様Vc構成されており、−前記差動増幅
器23bによって増−され走入力信号はNPN)ツンジ
スタ30klのコレクタから取り出される。
トランジスタ30 &、30 bの各コレクタに得られ
る信号は、トランジスタ1N、1m)の各ベースへ各々
glI給される。なお、トランジスタla。
1−の内ベース関にはバイアス回路15が介挿されてい
る。
出力レベル検出回路17は、ダイオードブリッジ3ib
コンデン?32および比@tIiSS等からなるもので
、出力電圧vOが低電圧レベルの場合妹、ダイオード3
ia、3ik+は極めて僅かしか導通しないため、コン
テンt32はダイオード11・、111の鵬方向電圧降
下によって略1.2Vに充IILされる。この結果比較
−330出力はローレペk(略−Valgなる。−万、
出力電圧vOが高電圧レベルの場合は、ダイオード31
&、31−が導通して、コンテン?32は上述した充電
万円とは逆方向に光電場れる。そしてコンテンt s 
2 oP@端m圧がOvを越えると比較6330出力は
ハイレベル(略+Vo)となる。
クリップ検出回路18は、ダイオードブリッジ    
 1゛□34、コンテンtSSおよび比較−36等から
なる部分と、ドライブ段増幅器14における抵抗17m
、37におよびPIP )ランジスタ38&、NPM)
ランラスタ38b等からなる部分とから構成されている
。このクリップ検出回路18によれば、この電力増幅器
の出力電流が小さい場合は、前記トランジスタ216%
  2 l bのコレクタ電流で表わされる差動増幅器
23 a、  23 bのに源電流は小さいから、トラ
ンジスタ、38&、38bは導通しない。し九がってこ
の場合、ダイオード34&、34bは導通せず、コンデ
ンサ35はダイオード34o、3411の順万同電圧降
下によって略1.2vに充電されるから、比較器36の
出力はローレベル(略−To)となる。−力、この−力
増幅器の出力電流が増加しクリップ状勧になると、トラ
ンジスタ226%  2] bのコレクタ電流が増加し
これfCよってトランジスタ38&、B8bが導通する
。したがってこの場合は、トランジスタ341に、  
34 bが導通し、コンテン?35が上紀充電力向とは
逆方向に充電されるから、比較器36の出力はハイレベ
ル(略+To)となる。
条件判定回路19は、1記比較器36の出力電子と前記
比較器33の出力端子との間に車送直列ゼ(接続された
抵抗39、抵抗40、抵抗41(抵抗39と同一抵抗値
の抵抗)と、抵抗40の両端閣嶌圧e(よって導通され
るMPM )ランジスタ42m、PNPトランジスタ4
2bと、これらトランジスタ42m、42bVC:よっ
て各々尋通制−されるl!P)I)ランジスタ43a、
PmP)9ンジスタ43b等から構成されている。この
条件刊建圓@19によれば、前記比&ti36の出力が
ハイレベル(十VO)であシかつ比較1!133の出力
がローレベル(−Vo)である時のみ、トランジスタ4
2m、421+が導通して端子12a、12bの電圧が
#I6接地電位になる。まえ上記以外の状勧&(おいて
は、トランジスタ42a、42k>iよ導通しないから
トランジスタ43a、43bが導通して端子12&、1
2 bf)電圧は各々−Va、−1−V&となる。
なお、この爪体回路1Lおいては、出力電圧V。
が低電圧レベルであシ、かつ出力電流がクリップ状−で
ある状部が胴間的に発生し九としても、そ持続期間がコ
ンデンサ32.35の光一時間(例えば0.5秒f&度
)1に:越えない限抄出力しベル検出回紬17、クリッ
プ検出回路18は動作しないようになっている。
以上の睨ψ」から明らかなように、この@桐による電力
増幅器の保賎回紬1Lよれば、電力増幅−の出力電圧と
出力トランジスタに流れる電流とに基づいて入力制限を
行なうコレクタ損失制限回路の制限特性を、出力レベル
検出回路の横出出力とクリップ検出回路の検出出力とに
応じて変化させるようにしたので、負荷が翅絡されたり
あるいは極めて低インピーダンスであるようなJll常
状帳においてのみ、出力制限舟性を出力電流の制限値が
小さくなるような特性にし、それ以外の正常な場合には
、出力III@%性を出力It号の波形欠損が起電ない
ような緩やかな特性にすることが可能で4)り、これV
こよ多出力トランジスタの電tItS量を増やし喪シ放
熱器を大戯化することなく、かつ従来の保饅回路を大幅
vCt史することなく、極めて含塩的な亀力増@器の気
膜回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
41図は従来の電力増幅もの保瞼回路の偽或を示す回路
1、結2−および第31は同回路の動作を説−するため
の〜性−1第41はこの発−による電力Jw−指の保!
i回路の動作原塩を武曲するためOIgI鮎−1第ラー
および第6−は同動作鳳塩を成用するためのへ性1、第
71はこの元男の一実抛飼の構成を示す1III鮎図、
娼8−は同夷−カの具体1gl路を示す同′lII図で
ある。 3m=°出力トランジスタ(NPNI−ランジスタ)、
3b・・・・・出カド2ンジスタ(PシPトランジスタ
λ4o% 4a−・・・コレクタ損失制限回路(POI
Jミッタ回珀)、5・・・・・出力端子、17・・・・
・出力Vベル検出回路、五8・・・・・クリップ検出回
路、19・・・・・条件判定回路。 出厭人 日本系も枳造株式会社、− \       1

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電力増幅器の出力電圧と同電力増−器の出力トランジス
    タrc*れる電流とに基づいて前記出力トランジスタの
    入力を制限するコレクタ損失制@回路と、前記電力増幅
    器の出力電圧が所定電圧レベルを越えていゐか否かを検
    出する出力レベル検出回路と、前記電力増幅器の出力−
    流がクリップ伏動にあるか否かを検出するクリップ検出
    回路とを具備してな〕前記出力レベル検出回路の検出出
    力と前記クリップ検出回路omat出力とに基づhて前
    記コレクタ損失制限回路の制限特性を変化させることを
    %鎗とする電力増幅器の保lia路。
JP57079046A 1982-05-11 1982-05-11 電力増幅器の出力制限回路 Granted JPS58196704A (ja)

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