JPS5921123A - 回路保護を備えた電子装置 - 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】 発明の背月および分野 本発明は回路保護を備えた電子装置に関する。

クリッパ回路は、電気信号の瞬時振幅を所定の最大（ま
たは最小）値に自動的に制限する電子回路である。オル
）　（Ｏｒｔ　）による米国特許第２，９８０．８０６
号に、さまざまな種類のクリッパ回路が開示されている
。クリッパ回路は、そのクリッパ回路によって決められ
る限界値を超えた信号レベルを受けると動作上望ましく
ない影響を受ける他の電子回路を保護するために、しば
しば使用される。例えば、クリッパは、ゼロ交差検波器
として用いられる信号比較器の入力の１方または双方の
保投に使用されてきた。マーチン（Ｍａｒｔｉｎ　）に
よる米国特許第３．５９３．１６６号およびマトーカ（
Ｍａｔｏｕｋａ　）による米国特許第３，６９７．’７
８２号には、比較器回路の保豚にクリンパを使用したゼ
ロ交差検波器が開示されている。しかし、これら従来の
クリッパ回路は、入力信号を所望の限界レベルで正確に
クリップしないために、ある応用には適さない。入力信
号の正確なりリップが要求される応用の１例は、ゼロ交
差検波器の比較器が単一電圧電源によって動作する場合
である。

比較器が単一電源によって動作する時は、通常比較器の
電源供給端子の一方は接地され、他方の電源供給端子が
電源の正端子に接続される。もし印加された交流信号が
接地電圧よ）も低下すれば、それはもう比較器の電源電
圧範囲内にはないことになる。比較器は、これに対して
は異常な応答を示すことになる。もし、比較器が例えば
ＬＭ１３９（カリフォルニア州ザンタ　クララのナショ
ナルセミコンダクター　コーポレーションの製品）のよ
うな通常の集積回路であれば、負の入力信号は比較器の
２つの入力間に寄生作用を生じ、それが比較器出力を誤
ったレベルにスイッチさせることになる。入力信号が比
較的小さく負の方に振れても（例えば、−０，３ボルト
）そのような作用が起こシうる。従って、入力は比較的
正確に接地電位でクリップされなければならな〜・。し
かし、従来の設計のクリッパは、接地電圧での正確なり
リップを直ちに行ないえないようになっている。

発明の要約 本発明は、入力信号を接地電位のような基準電位で正確
にクリップしうるクリッパ回路を提供する。従って、こ
のクリッパ回路は、栄−電源によって動作する比較器の
入力信号保護を行なうために使用できる。

このクリッパ装置は、入力信号が印加されるべき入力端
子と、出力端子と、基準電圧（例えば、接地電位）が印
加されるべき基準端子と、を含む少なバとも６つの端子
を有している。この装置−１また、入力端子と出力端子
との間に接続されたインピーダンスと、入力端子にベー
スを接続され、コレクタ／エミッタ電流路を出力端子と
基準端子との間に接続されたバイポーラジャンクション
トランジスタ（ＢＪＴ）とを備えている。

入カイは弓レベルが基準電圧レベルの一方の側にある時
は、トランジスタがターンオフされで、入力電圧がイン
ピーダンスを経て出力端子に伝達される。１７かし、入
力信号レベルが基準電圧レベルの他方の側にある時は、
トランジスタはターンオンされて飽イＬ１状態になるの
で、出力端子は基準端子に本質的に直接接続さノする。

従って、出力端子に発生する電圧は、決し２て基準電圧
を越えることがなくなる。

本発明の、以上の、およびその他の層目的は６よび諸利
点は、添伺図面を参照しつつ行なわＪする以上の詳、Ｉ
ＩＩな説明によつで明らかにされる。

詳細な説、明 第１図には、ゼロ交差検波器１０が示されており、この
検波器は、回転速度！＋−１２から供給さｉする２極性
化号を方形波（ｉ号に変換１〜て、信号処理回路１４に
印加する。回転速度＊Ｎ２は、回転速度帽１２が関連し
ている機械的部分の回転速度に対応Ｊる周波数をもっだ
２極性出力化号を発生ずる。この２極性化号は第２図の
Ａに示されているが、この悄冒は正弦波（ｉ号には限定
されない。２極性化号の第１半一リ゛・イクルｔ］中に
おいでは回転速度ａ１の出力は接地電位より高く、第２
半ザイクルｔ２中においては回転速度刷の出力の極性が
逆に＆って回転速度ｕ１の出力４ａ号は接地電（’＋’
ｌより低い。

ゼロ交差検波器１００機能は、２極ゼト人カイト１号を
、信号処理回路１４へ印加するのに適した２レベルの単
極性出力信号に変換することにある。ゼロ交差検波器が
２極性入力伯弓に応答して発生する出力信号の所望され
る波形は第２図のＢに２ｊミされている。２極性人カイ
ｈ号の正の半サイクル中においては、ゼロ交差検波器の
出力は接地電位であるべきであり、２極性人力（ＥＭ　
弓の負の半一リ・イクル中においては同出力は一定の正
電位（１〜■）であるべきである。ゼロ交差検波器の出
刃（」１、各々のゼロ交差において２つの可能な出力電
位（接地１１マ、位と＋Ｖ）の間で転換することによυ
、２極性人カイ１号と時間的に関連した貼極性方形波に
なＺ）。

２つの出力レベル間での所望のス・イツチングを実現す
るために、ゼ［１交差検波器１ｏは比較器１Ｇを含んで
いる。比較器１Ｇは、例えばカリフォルニア州ザンタ　
クララのナショナル　セミコンダクター　コーポレーシ
ョンの製品である集積回路Ｔ６ムイ１３９に含−ｉ：ハ
、でいる４つの集１バ回路の１つのような、精密級電圧
比較器である。比較器１６は２つのＷ、源供給端子１８
および２ｏを有［Ａ好ましくはこれらの間に即−の直流
電圧が印加さｔする。端子２０は接地され、端子１８は
単一電圧電源の出力子Ｖに接続されている。

比較器１６は、反転入力端子２２、非反転入力端子２４
、および出力端子２６をもっている。出力端子に発生ず
る電圧は、２つの入力端子２２および２４に印加される
内入カ伝号の相対的な大ぎさによつで、２つのレベルの
いずれが一方になる。

一般に、出力信号は、非反転入力端子２４に印加された
信号が、反転入力端子２２に印加された信鱈よシ犬であ
る時は、高論理レベル＋Ｖになる。

同様にして、出力信号は、反転入力端子２２に印加され
た信号が、非反転入力端子２４に印加された信号より人
である時に、低論理レベル（接地電位）になる。

比較器１６の通常動作にＵ−する上述の説、明によれば
、所望の出力信号ば、１１ｓに非反転入力端子２４を接
ｊ【！２シ、反転入力端イ２２を回転速度ｎ１１２の出
力に接続［７さえずれば、柑られそうに碧われる。この
ような場合ハ出力信号は第２図の１３に示された波形を
もった方形波信号になる４Ｊ、ずである。しかし、残念
ながら第２図のＢのよりな信号は得られない。その理由
は、比較器１６が上述の」−ウに動作するのは、入力信
号が２つの■、源供給端子１８および２０に印加されで
いる２つの電圧レベルの間にある場合に限るからである
。入カ信甥の１方がこの範囲を越えて変動すれば、比較
器の出力信号（ｒ」、誤った転換を一行なうのである。

例えばＬＭ１３９比較器においで、もし回転速度Ｎ−ｔ
　１２の出力が比較器１Ｇの反転入力２２に重接印加さ
り、　ｈば、第２図のＣに示さｉｔている↓うな出力信
号が発生することになる。第２図のＣがもわかるように
、回転速度計の出力が接地ＴＱ’、　ｆｉＺよｐ大であ
る間は、比較器の出力信号は正しい低い値を保っており
、回転速度計の出力信号が接地電位に達すると直ちに正
しく高論理レベルにスイッチする。しかし、回転速度針
の出力信号が負の値の方へ変化し続けて約−０，６ボル
トより低くなると、比較器の２つの入力２２および２４
の間の寄生作用によって出力は低論理レベルへ復帰させ
られ、回転速度針の出力信号が再び接地電位に近づくま
でそのレベルに留まることになる。この低論理レベルへ
の復帰によって、比較器１６は、回転速度Ｂ１の出力信
号の各ザイクルにおいて、正しくない２つの出力パルス
を発生するととＫなる。

この誤ったスイッチングが行なわれないようにするため
に、ゼロ交差検波器１０においては、回転速度６［１２
の出力３０と比較器１６の反転入力２２との間に保護回
路２８が接続されている。この入力保護回路２８の目的
は、回転速度計の出力信号の負方向のロープを除去する
ことによって、比較器回路１６の誤ったスイッチングの
原因になる寄生作用を防止するととＫある。

の入力保護回路２８が示されている。第６図の入力保護
回路２８は、入力端子３６と、出力端子３８と、基準電
圧端子４０とを有するクリッパ回路３２から成って℃・
る。入力端子３６は、第６図に抵抗４３と直列に接続さ
れた１８号源４２として示されて℃・る入力装置（例え
ば回転速度１Ｎ２）に接続される。一方、出力端子３８
は、第６図に端子３８を電源電圧十Ｖに接続する抵抗４
４として示されている出力装置（例えば信号処理装置１
４）に接続される。出力装置は通常高インピーダンスを
示すので、抵抗４４は極めて高い抵抗値を有するものと
考えなければならない。基準電圧端子４０は、クリップ
作用が起こる電圧に相当する基準電圧に接続される。第
６図においては、基準端子４０は接地電圧に接続されて
℃・るように示されている。

クリッパ回路３２は２つの要素を含んでいる。

すなわち、入力端子３６と出力端子３８との間に接続さ
れたインピーダンス４６ど、出力端子３８と基準端子４
０との間にコレクタ／エミッタ電流路が接続され、ベー
ス電極が入力端子３６に接続されたバイポーラ　ジャン
クション　トランジスタ（ＢＪＴ）４Ｂと、である。第
６図においては、インピーダンス４６は抵抗の形をとシ
、トランジスタ４８は通常のＰＮＰ）ランジスタで、そ
のエミッタ電極が基準端子４０に接続され、コレクタ電
極が出力端子３８に接続されているものとして示されて
いる。

信号源４２から入力端子３６に印加された入力信号が、
基準端子４０に印加されている基準電圧になるか、また
はそれを超えると、トランジスタ４８のベース−エミッ
タ接合は逆方向にバイアスされる。一方、トランジスタ
４８のベース−コレクタ接合は、事実上バイアスされて
いないので、ベース電位とコレクタ電位とは本質的に等
しくなっている。ベース（端子３６）とコレクタ（端子
３８）との面電位がほぼ等しくなる理由は、抵抗４６が
負荷インピーダンス４４に比し極めて小さいために、抵
抗４６による電圧降下がほとんどないからである。この
状態においては、トランジスタ４８を通して電流は本質
的に流れず、従ってトランジスタ４Ｂは、入力端子３６
に印加された入力信号に対して影響を及ぼさない。すな
わち、入力信号は変化を受けることなく出力端子３８に
現われる。

しかし、入力信号が接地電位よシも低くなると、トラン
ジスタ４８のベース−エミッタ接合は順方向にバイアス
され、そのためトランジスタを通してベース電流が流れ
ることになる。信号源４２から発生する入力信号がまず
まず負になっても、ベース−エミッタ接合にかかる電圧
はほとんど一定になるので、端子３６の電圧はｍ−５な
いし一〇、７ボルトに固定されたままになる。

トランジスタは本質的に電流増幅器である。直線動作に
おいては、コレクタ電流レベルはベース電流レベルにあ
る固定した利得因数を乗じたものに等しくなる。従って
、トランジスタ４８を流れるベース電流は、大きいコン
フタ電流を発生させることになる。トランジスタ４８は
Ｐ封Ｐトランジスタであるから、この電流に〕エミッタ
（この場合は接地）からコレクタに向かって流れる。と
のコレクタ電流をづ、抵抗４６を通って流れ、コレクタ
電圧を」二列さぜる。［７かし、トランジスタ４８のｊ
レフクーベース接合がｊ迫力向にバイアスされる前には
、コレクタ電圧は約０．５，１（ルトしか上昇できガい
ので、コレクタ電圧流はぞ４１以上増加しえない。コレ
クターベース接台トペースーエミツタ接行とが順方向に
バイアスさ！−じしいるこの状態は、飽和状態と呼ば１
１る。トランジスタが飽和すると、ベース電流が増加し
てもコレクタ電流はそれに対応した変化をし、なくなる
。

代表的なコし／クターエミソタ飽和電圧は０゜２ボルト
のオーダーである。トランジスタ４８のエミッタ電圧は
接地電位に固定されでおり、かつトランジスタ４８のコ
Ｌツクターエミッタ電流路における電圧降下は飽和電圧
に固定されでいるので、トランジスタ４８のコレクタ電
圧は約−０，２ボルトより低くなることはない。ベース
電流が存在する限りトランジスタは飽和状態に保たれ、
その状態（・−１，入力電圧が負である限り続く。

このようにし、で、第６図に示され−（＝いるクリッパ
回路２日は正の信号は変化さ−＋２ずに通過さ辻るが、
負の信相は接地電ｆＳ’ｌにクリラッパする。従つ−（
、回転速度１１の出力信号（＃ｒ　２　Ｉ！２１のＡ）
がスカに印加された場合は、第２図の［〕の波形が得ら
れることになる。この波形１−１、負のロープがないの
で、比較器１６にｆ（給されても、比較器の誤つ／こト
リガを行なうことはない。

理Ｍを容易にするだめに、第５図の回路には、ベース−
エミッタ１（電流がコ；／クターーＥミッタ電が［、を
誘発する［正常−１モードで動作するように接続された
トランジスタを示しである。この回路構造においては、
トランジスタ４８のエミッタは基準端子に接続され、コ
レクタは出力端子に接続さｉする。Ｌ２かし、この場合
、コレクタと、Ｉ−ミッタとの接続は逆にｉ〜だ方がよ
い。多くのトランジスタにおいては、エミッタとコレク
タとを逆にし２−〔もｌ・ランジスタとしての動作が行
なわｔするという意味で、トランジスタは両方向性の装
閤である。

「逆］七−ドで動作さぜた場合（すなわち、通常のエミ
ッタとコレクタとの接続を逆にした場合）には、エミッ
ターコレクタ電流を誘発するのはベース−コレクタ電流
になる。このｌ・ランジスタの特徴は利得因子が小さく
なっていることであυ、飽和電圧も子ｉＬに対応して低
くなっている（例えば０．１ボ、、Ｌ、、　ｌ−）。逆
モー　Ｖのトランジスタの動作における低い飽和電ＥＥ
は、ここでの応用には望まし、いものである。従って、
コレクタとエミッタとの接続を第６図の逆にすることが
所望される。との所望の様式で接続し、だ場合は、出力
端イ３８に得らＪｌ、る伯可が達」゛る負の最大値は０
．１ボルトまたはそれより小になる。回路のそれ以外の
動作は前述の場合と同様になる。

入力保１（ｉｉ　Ｉ朗路２８には、４ｊ−のクリッパ回
路３２のほかの要素をさらに含ませることができる。

例えば、入力保僧回路に、回転速度計３０からの望まし
くない正の高振幅出力をクリップするために、第６図に
示されているクリッパ回路３２と並列に接１Ｐｊｒ、さ
れた第２クリッパ回路を、さらに含まぜることかできる
。第４図には、第２クリッパ回路として働く追加のダイ
オード５６を含んだ、入力体物回路５０が示されている
。

人力保護回路５０は、第６図のクリッパ回路３２と実質
的に同じものであるが、トランジスタ４８のコレクタと
エミッタとの接続が逆にされているクリッパ回路３２′
を含んでいる。クリッパ回路３２′の出力端子３８′は
人力保護回路５０の出力に相当しており、入力端子３６
′は回路５００Å力に相当している。追加されたダイオ
ード５６の陽極は入力端子３６′に接続され、陰極は接
地されでいる。

ダイオード５６は、入力信号の、大ぎさが１ダイオード
　オフセット電圧（約０．５ボルト）を超えた部分を消
去する。との大きさより低いｉｉ王においては、ダイオ
−ド＆Ｊ、逆方向にバイアスされるので回路の動作に対
し、て影響を力えない。しか１−１１ダイオ・−ド　オ
フセット電圧を超える電Ｌ）において（は、ダイオ−１
”５６は暦１方向にバイアスさね２〜導通し、入力電圧
をそれ以上増加させない。ｔＪｋつて、信号源が回転速
度計１２である場合には、ダイオード５６は回転速度計
の出力信号から、それぞれの正の半サイクルの上部部分
をクリップすることになる。従って、出力端子３８′に
おける信号は、正の半サイクルがダイオード５６によっ
て上部を切取られ、かつ負の半サイクルがクリッパ回路
３２′によってクリップされる結果、第２図のＥに示さ
れているような波形になる。

上述の実施例においては、クリッパ回路は最小の信号レ
ベルを確立する。換言すれば、クリッパ回路は入力信号
のクリップ限界よシ低い部分をクリップするので、クリ
ップ限界は入力信号の達しうる最小レベルになるのであ
る。上述の実施例においてはクリップ限界社接地電位に
整定されているが、単に基準端子を適宜の基準電圧源に
接続しさえすれば、任意の他のクリップ限界を用いるこ
とができる。例えば、もし＋２ボルトが所望のクリラフ
０レベルならば、第６図の基準端子（第４図の端子４０
′　）を＋２４？ルトの電圧源に接続すればよい。

さらに、第６図および第４図のｐ　ｒｑ　ｐ　トランジ
スタをＮＰＮ　トランジスタに代えれば、クリッパ回路
を（最小信号レベルではなく）最大信号レベルの確立用
に変えるこ左ができる。その場合は、クリッパ回路はク
リップ限界を超えた入力信号部分をクリップするので、
クリップ限界は入力信号が達しうる最大レベルになるの
である。この場合もクリップ限界は、第６図の端子４０
（第４図の端子４０′　）に印加される基準電圧に相当
することになる。

以上においては、本発明を実施例について説明してきた
が“、特許請求の範囲によって定められた本発明の精神
および範囲から逸脱することなく、諸゛部品のさまざま
な配置変えおよび変更が可能であることを認識すべきで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、回転速度計信号処理装置におけるゼロ交差検
波器のブロック図。 第２図は、第１図の回路の動作を理解するのに役立つ一
連の波形図。 第３図は、第１図内の入力保護回路として用いられるク
リッパ回路の１実施例の概略的回路図。 第４図は、第１図内の入力保護回路として用いられる精
密なりリッパ回路のもう１つの好適な実施例の概略的回
路図。 １２・・・回転速度ｌｔ、　　　１６・・・比較器、１
８．２０・・・電源端子、２２・・・反転入力端子、２
８．３２．５０・・・入力保護回路、３０・・・回転速
度計の出力、 ３２．３２’・・・クリッパ回路、 ３６．３６’・・・人力保護回路の入力端子、３８．３
８’・・・人力保護回路の出力端子、４０・・・基準電
圧端子、　４２・・・信号源、４６．４６’　・・・イ
ンピーダンス、４８．４８’　・・・ｐ　Ｎ　Ｐ　）ラ
ンジスタ。 代理人　浅　　村　　　皓 手続補正書（方式） 昭和５８年８月１０日 特許庁長官殿 ］、事件の表示 昭ｆｌｌ　ｓａ　年ｔａｙｒａａ　　　６７８９７　　
　号３、補正をする者 事件との関１糸　特□１′１出願人 住　　所 ４、代理人 ５、補正命令の「１イ」 昭和５８りｌ二　７　月２６　日 ６、補正により増加する発明の数 ７、補圧の対象

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１端子に入力信号を供給する装置と、少なくと
   も１つの信号入力端子と第１および第２電源端子とを有
   し２前記入力信号を処理する回路装置と、 １１■記第１および第２電源端子の間に電源電圧を供給
   する装置と、 前記第１端子と前記イロ号入力端子との間に接続された
   回路保護装置であって前記人力信号が前記第１および第
   ２１Ｍ、原端子の選択された一方における電圧を越える
   ことを阻止するようになっており、前記回路保護装置が
   前記第１端子と前記信号入力端子との間に接続されたイ
   ンピーダンスと、ベースを前記第１端子に接続されコレ
   クタ／エミッタ電流路を前記信号入力端子と前記第１お
   よび第２電源端子の前記選択された一方との間に接続さ
   れたバイポーラ　ジャンクショントランジスタとを含ん
   でいる前記回路保「φ装置と、をイ〕する回路保護を備
   えた電子装置。
2. （２）特ｄ′Ｆ請求の範囲第１項において、前記回路装
   置が集積回路を含んでいる、回路保ａ□□□を備えたｔ
   ａ、子装置。
3. （３）特許請求の範囲第２項において、前ｎ［シ集積回
   路が信号比較器である、回路保心を備えた１子装置。
4. （４）　　特許請求の範囲第３項において、前記電源電
   圧供給装置が正の直流電圧を前記第１屯源端了−に、接
   地電圧を前記第２電源端子に供給−するようになってお
   す、前記トランジスタがコレクタ／エミッタ電流路を前
   記１８号入力端子と前記第２電源端子との間に接続され
   たＰＮＰＩ・ランジスタである、回路保護を備えだ電子
   装置。
5. （５）特許請求の範囲第４項において、前ｉｉ：　ｈラ
   ンゾスタのコレクタが前記第２電源端子に接続され、エ
   ミッタが前記信号入力端子に接続されｔ〜・る、回路保
   護を備えた電子装置。
6. （６）特許請求の範囲第１項にお（・で、前記インビ−
   ダンスが抵抗から成る、回路保護を備えた電子装置。
7. （７）特許請求の範囲第１項において、前記トランジス
   タのエミッタが前記信号入力端子に接続され、コレクタ
   が前記第１および第２電源端子の前記選択された一方に
   接続されている、回路保護を備えた電子装置。
8. （８）特許請求の範囲第１項において、前記トランジス
   タのコレクタが前記信号入力端子に接続され、エミッタ
   が前記第１および第２電源端子の前記選択された一方に
   接続されている、回路保護を備えた電子装置。
9. （９）特許請求の範囲第１項において、前記電源電圧供
   給装置が正の直流電圧を前記第１電源端子に、接地電圧
   を前記第２電源端子に供給するようになっておシ、前記
   トランジスタがコレクタ／エミッタ電流路を前記信号入
   力端子と前記第２１！源端子との間に接続されたＰＮＰ
   ）ランジスタである、回路保護を備えた電子装置。 α０　特許請求の範囲第９項において、前記トランエミ
   ッタが前記信号入力端子に接続されている、回路保護を
   備えた電子装置。