JPS60160710A - 双方向電流制御増幅器 - 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】 この発明は例えば油圧サーボ機構のサーボ弁のような負
荷に対して双方向に電流を供給する双方向電流制御増幅
器に関するものである。

周知のように、例えば塗装作業のように引火性ガスの充
満する環境の中で、油圧サーボ機構のサーボ弁を駆動す
る場合、このサーボ弁の駆動機構は防ｊＩｌｌｌｌｌ造
にしなければならない。このため、上記サーボ弁の駆動
回路には防爆用安全保持器が設けられている。

ここで、上記サーボ弁駆動回路について第１図を参照し
て説明する。第１図はその構成を示すもので、図中符号
１１ａ　、　１１ｂは電圧信号Ｖｉｎが供給される入力
端子である。この入力端子１１ａ　、　１１ｂに供給さ
れた電圧信号Ｖｉｎは、双方向電流制御増幅器を用いた
サーボアンプ１２に供給される。このサーボアンプ１２
は、上記電圧信号Ｖｉｎから互いに逆位相の第１及び第
２の電圧信号を生成増幅して出力するもので、この第１
及び第２の電圧信号は、防爆用安全保持器１３に供給さ
れる。

この防爆用安全保持器１３は、入力端子１３ａ〜１３０
及び出力端子１３ｄ〜１３ｆを有しており、入力端子１
３ａ及び出力端子１３６間は抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して接
続され、入力端子１３ｂ及び出力端子１３ｅ間は短絡さ
れ、入力端子１３ｃ及び出力端子１３ｆ間は抵抗Ｒ３、
Ｒ４を介して接続され、上記抵抗Ｒ１、Ｒ３の各出力端
は、それぞれ逆方向のツェナーダイオードＤＩ　、Ｄ２
を介して上記出力端子１３ｅに接続されている。そして
、出力端子１３ｄはサーボ弁コイル１４の一方の端子に
接続され、出力端子１３ｅは接地され、出力端子１３ｆ
は上記サーボ弁１４の他方の端子に接続されている。

すなわち、上記防爆用安全保持器１３は、入力端子１３
ａに供給される電圧ＶａがツェナーダイオードＤ１の耐
電圧レベルを越えるとこのツェナーダイオードＤ１がオ
ン状態となるため、電流１ａが上記ツェナーダイオード
Ｄ１を介してアースへ流れ、サーボ弁コイル１４には電
圧Ｖａが印加されなくなる。逆に、入力端子１３ｃに供
給される電圧ＶｃがツェナーダイオードＤ２の耐電圧レ
ベルを越えるとこのツェナーダイオードＤ２がオン状態
となるため、電流Ｉｃが上記ツェナーダイオードＤ２を
介してアースへ流れ、サーボ弁コイル１４には電圧ＶＣ
が印加されなくなる。

つまり、上記ツェナーダイオードＤｉ　、Ｄ２の耐電圧
レベルをサーボ弁コイル１４の防爆電圧レベルに設定す
れば、サーボ弁コイル１４にそれ以上の過電圧が印加さ
れなくなるので、サーボ弁の安全を保持することができ
るものである。

ところで、上記サーボ弁駆動回路のサーボ弁コイル１４
のような負荷回路は、第１に両極性の電流が流れ、第２
に両端子電位がそれぞれ上限及び下限を持ち、第３にい
ずれの端子もアース電位から電流が流入しないだけの電
位を持つ、という制約条件を有している。ところが、こ
のような負荷回路に対して、上記サーボアンプ１２に用
いられる増幅器としては従来より種々の回路が考えられ
ているが、いずれも上記制約条件を満足するものは出現
していない。つまり、従来の双方向電流制御増幅器は単
に入力信号を増幅するのみで、負荷回路に対する安全を
上記防爆用安全保持器１３のような保護回路に依存して
いる。この場合、例えば上記防爆用安全保持器１３が故
障したときにサーボ弁コイル１４に過電圧が印加された
り、アース電位から電流が流入したりする可能性が生じ
、これによってサーボ弁が爆発してしまうことが考えら
れる。

したがって、上記サーボアンプ等に用いられる双方向電
流制御増幅器にあっては、従来より負荷回路に両極性の
電流を供給することができると共に、両出力電位がそれ
ぞれ上限及び下限を有するようにして負荷回路の安全を
保証することのできるようにすることが強く望まれてい
る。

この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
、負荷回路に対して両極性の電流を供給することが゛で
きると共に、両出力電位がそれぞれ上限及び下限を有す
るようにして負荷回路の安全を保証することのできる、
極めて良好な双方向電流制御増幅器を提供することを目
的とする。

すなわち、この発明による双方向電流制御増幅器は、第
１の電圧信号を互いに極性の異なる第１及び第２のトラ
ンジスタの各制御電極に供給し、この第１及び第２のト
ランジスタの一方の同一被制御電極を共通接続して負荷
回路の一方の端子に接続し、第１のトランジスタの他方
の被制御電極を第１の電圧源に接続し、第２のトランジ
スタの他方の被制御電極を電流制限素子を介して第２の
電圧源に接続し、前記第１の電圧信号に対して逆位相の
第２の電圧信号を互いに極性の異なる第３及び第４のト
ランジスタの各制御電極に供給し、この第３及び第４の
トランジスタの一方の同一被制御電極を共通接続して負
荷回路の他方の端子に接続し、第３のトランジスタの他
方の被制御電極を第１の電圧源に接続し、第４のトラン
ジスタの他方の被制御ａ電極を電流制限素子を介して第
２の電圧源に接続して、前記第１及び第２の電圧信号に
応じて前記負荷回路に双方向に電流を流す電流供給手段
と、前記第１乃至第４のトランジスタの各共通制御電極
及び基準電圧源間に出力電圧制限素子を接続することに
より前記負荷回路の各端子に印加される出力電圧の最低
レベルを設定する最低電圧設定手段と、前記負荷回路の
両端子に出力される信号を取出してそれぞれ前記第１及
び第２の電圧信号ラインに帰還させることにより前記負
荷回路の各端子に印加される出力電圧の最高レベルを設
定する最高電圧設定手段とを具備してなることを特徴と
するものである。

以下、第２図を参照してこの発明の一実施例を詳細に説
明する。

第２図はその構成を示すもので、図中符号１５は電圧信
号Ｖｉｎの入力端子、１６は増幅器、１７〜１９は反転
増幅器である。

このうち、反転増幅器１７の出力端は、ベース抵抗２０
を介して電力増幅用の第１及び第２のトランジスタ２１
．２２の各ベースに接続され、この第１及び第２の、ト
ランジスタ２１．２２の共通ベースは、出力電圧制限用
ダイオード２３を介して接地される。

そして、上記第１及び第２のトランジスタ２１．２２は
、それぞれ互いに同等の特性を有するＮＰＮ型及びＰＮ
Ｐ型のもので、第１のトランジスタ２１のコレクタは＋
Ｖｃｃ電源に接続され、第２のトランジスタ２２のコレ
クタは電流制限用抵抗２４を介して−Ｖｃｃ電源に接続
される。さらに、第１及び第２のトランジスタ２１．２
２の各エミッタは共通接続され、上記抵抗２０の入力端
に接続されると共に、第１の出力端子２５を介して負荷
回路２６の一方の端子に接続される。

また、上記反転増幅器１９の出力端は、ベース抵抗２７
を介して電力増幅用の第３及び第４のトランジスタ２８
．２９の各ベースに接続され、この第３及び第４のトラ
ンジスタ２８．２９の共通ベースは、出力電圧制限用ダ
イオード３０を介して接地される。

そして、上記第３及び第４のトランジスタ２８．２９は
、それぞれ互いに同等の特性を有するＮＰＮ型及びＰＮ
Ｐ型のもので、第３のトランジスタ２８のコレクタは＋
Ｖｃｃ電源に接続され、第４のトランジスタ２９のコレ
クタは電流制限用抵抗３１を介し゛て−Ｖｃｃ電源に接
続される。さらに、第３及び第４のトランジスタ２８．
２９の各エミッタは共通接続され、上記抵抗２７の入力
端に接続されると共に、第２の出力端子３２を介して負
荷回路２６の他方の端子に接続される。

上記のような構成において、以下その動作について説明
する。

まず、入力端子１５に供給された電圧信号ｙ＋ｎは増幅
器１６で増幅された後、反転増幅器１７から反転出力さ
れると共に、反転増幅器１７．１８の直列回路から非反
転出力される。つまり、入力信号Ｖｉｎに対して反転増
幅器１７の出力Ｖ１は正相、反転増幅器１９の出力■２
は逆相となって、それぞれ第１及び第２のトランジスタ
２１．２２、第３及び第４のトランジスタ２８．２９よ
りなる電力増幅回路の各制御入力端Ａ、Ｂに供給される
。

この電力増幅回路では、トランジスタ２１．２２゜２８
、２９の各ベース電位とエミッタ電位とがほぼ等しくな
る。ように動作するので、まず（増幅器１７の出力電位
〉増幅器１９の出力電位）となるとき、第２及び第３の
トランジスタ２’２．２８はベース・エミッタ間が逆バ
イアスとなって遮断状態となり、第１及び第４のトラン
ジスタ２１．２９は導通状態となる。このため、負荷回
路２６には、負荷電流１１が図中左から右へ流れ、その
電流量はベース抵抗２０゜２７に流れるベース電流によ
って制御されるようになる。また、（増幅器１７の出力
電位く増幅器１９の出力電位）となると、第１及び第４
のトランジスタ２１．２９が遮断状態、第２及び第３の
トランジスタ２２．２８が導通状態となるため、負荷回
路２６には負荷電流■２が図中布から左へ流れるように
なる。

尚、（増幅器１７の出力電位−増幅器１９の出力電位）
のとき、上記負荷電流１１．７２は当然のことながら流
れなくなる。

ここで、上記増幅器１７または１９の出力電位がアース
電位以下（正確には出力電圧制限用ダイオード２３また
は３０の順方向電圧降下以下）となった場合には、アー
ス、ダイオード２３、抵抗２ｏを介してＪＩＩＩＭ器１
７へ（増幅器１７の出力がアース電位以下の場合）、ま
たはアース、ダイオード３０．抵抗２７を°介して増幅
器１９へ（増幅器１９の出力がアース電位以下の場合）
電流Ｉ３，１４が流れるので、上記ベース電位は出力電
圧制限ダイオード２３．３０の順方向電圧降下分だけア
ース電位より低くなる。

ところで、上記増幅器１７．１９の出力に適当なバイア
ス的電位を与えると、（増幅器１１の出力電位−増幅器
１９の出力電位）となった場合の負荷回路２６の両端の
電位、つまりトランジスタ２１．２２のエミッタ電位及
びトランジスタ２８．２９のエミッタ電位を、トランジ
スタ２２．２９の順方向バイアス時の各ベース・エミッ
タ間電圧がアース電位を越える分収上の電位とすること
が可能となる。このようにして上記負荷電流１１．Ｉ２
を流すと、負荷回路２６の両端電位の低位側は必ずＰＮ
Ｐ型トランジスタ２２または２９のエミッタとなるから
、そのエミッタ電位はベース・エミッタ間電圧弁だけベ
ース電位より高くなる。このため、（１ダイオード２３
の順方向電圧降下１≦１トランジスタ２２のベース・エ
ミッ、り間電圧ｊ）及び（１ダイオード３ｏの順方向電
圧降下１≦１トランジスタ２９のベース・エミッタ間電
圧１）が成立するように上記第１乃至第４のトランジス
タ２１．２２．２８．２９及び出力電圧制限用ダイオー
ド２３．３０を選定すれば、負荷回路２Ｇの両端の電位
はアース電位より下がることはない。そして、上記トラ
ンジスタ２２．２９の各エミッタ回路に、負荷回路２６
と比較して適当な値を有する抵抗素子等を直列に挿入す
れば、さらに正確に負荷回路２６の両端電位が規制でき
るようになる。

また、上記ベース抵抗２０．２７は、増幅器１７．１９
の出力端からのベース電流を制限すると共に負荷回路２
６の両端に印加する最大電圧を規制するものである。こ
の最大電圧は、上記ダイオード２３．３０としてツェナ
ーダイオードを用いても規制できるが、上記ベース抵抗
２０．２７の方がより正確に規定することができる。

また、第１及び第２の出力端子２５．３２を上記ベース
抵抗２０．２７の入力端に接続してなる帰還回路ａ、ｂ
がない場合、増幅器１７．１９の出力が一定差以上にな
って負荷回路２６の電流路のトランジスタが遮断状態を
脱するまで負荷回路２６の両端の電位が等しくなり、ク
ロスオーバー歪みを生じる。つまり、上記帰還回路ａ、
ｂはこのクロスオーバー歪みを取除き、上記電力増幅回
路の利得を一定に保つ作用を有している。

したがって、上記のように構成した双方向電流制御増幅
器は、負荷回路２６の両端の電位がアース電位より下が
らないようにすることができると共に出力電圧の上限も
規定することができ、かつ双方向性の電位差を入力信号
Ｖｉｎと一定の関係で発生することができる。また、出
力電圧下方制限用ダイオード２３．３０がベース側で機
能するため、順方向電流１３．１４が負荷電流１１．１
２に比して非常に小さく、小容量でその目的を達成する
ことができ、これと同様に出力電圧上方制限用のベース
抵抗２０．２７も小容量でその目的を達成することがで
きる。さらに、上記帰還回路ａ、ｂによりクロスオーバ
ー歪みを簡単に除去できると同時に、利得安定化に寄与
し得るようになる。そして、負荷電流路に２つのトラン
ジスタを介在させることにより、仮に１つのトランジス
タが破損して導電性が上がっても、負荷ｌｌ流を過大に
することはないので、防爆等の安全上非常に有効である
ばかりでなく、電流路以外のトランジスタが遮断状態に
なるため、上記出力電圧制限用ダイオード２３．３０及
びベース抵抗２０．２７が共に小容量で済むことと相ま
って、消費電力を少なくすることができる。

これによって、前記サーボ弁駆動回路のサーボアンプと
して上記双方向電流制御増幅器を用いれば、安全性を向
上させることができるようになる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものでなく、増
幅器をシングルエンドとしたときの一種の整流的作用を
利用した、バイアス点をアース電位としたＢ級増幅器に
準する半波増幅器や、信号電位変換器等にも応用可能で
ある。

以上詳述したようにこの発明によれば、双方向電流制御
増幅器を第１の電圧信号を互いに極性の異なる第１及び
第２のトランジスタの各制御電極に供給し、この第１及
び第２のトランジスタの一方の同一被制御電極を共通接
続して負荷回路の一方の端子に接続し、第１の１〜ラン
ジスタの他方の被制御電極を第１の電圧源に接続し、第
２のトランジスタの他方の被制御電極を電流制限素子を
介して第２の電圧源に接続し、前記第１の電圧信号に対
して逆位相の第２の電圧信号を互いに極性の異なる第３
及び第４のトランジスタの各制御電極に供給し、この第
３及び第４のトランジスタの一方の同一被制御電極を共
通接続して負荷回路の他方の端子に接続し、第３のトラ
ンジスタの他方の被制御電極を第１の電圧源に接続し、
第４のトランジスタの他方の被制御電極を電流制限素子
を介して第２の電圧源に接続して、前記第１及び第２の
電圧信号に応じて前記負荷回路に双方向に電流を流す電
流供給手段と、前記第１乃至第４のトランジスタの各共
通制御電極及び基準電圧源間に出力電圧制限素子を接続
することにより前記負荷回路の各端子に印加される出力
電圧の最低レベルを設定する最低電圧設定手段と、前記
負荷回路の両端子に出力される信号を取出してそれぞれ
前記第１及び恭２の電圧信号ラインに帰還させることに
より前記負荷回路の各端子に印加される出力電圧の最高
レベルを設定する最高電圧設定手段とを具備するように
したことによって、負荷回路に対して両極性の電流を供
給することができると共に、再出力電位がそれぞれ上限
及び下限を有するようにして負荷回路の安全を保証する
ことのできる、極めて良好な双方向電流制御増幅器を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は双方向電流制御増幅器を用いたサーボ弁駆動回
路を示すブロック回路図、第２図はこの発明に係る双方
向電流制御増幅器の一実施例を示すブロック回路図であ
る。 １１ａ　、　１１ｂ・・・入力端子、１２・・・サーボ
アンプ、１３・・・防爆用安全保持器、１４・・・サー
ボ弁コイル、１５・・・入力端子、１６・・・増幅器、
１７〜１９・・・反転増幅器、２０゜２７・・・ベース
抵抗、２１．２８・・・ＮＰＮ型トランジスタ、２２、
２９・・・ＰＮＰ型トランジスタ、２３．３０・・・出
力電圧制限用ダイオード、２４．３１・・・電流制限抵
抗、２５゜３２・・・出力端子、２６・・・負荷回路、
ａ、ｂ・・・帰還回路。 出願人復代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１の電圧信号を互いに極性の異なる第１及び第２のト
   ランジスタの各制御電極に供給し、この第１及び第２の
   トランジスタの一方の同一被制御電極を共通接続して負
   荷回路の一方の端子に接続し、第１のトランジスタの他
   方の被制御電極を第・１の電圧源に接続し、第２のトラ
   ンジスタの他方の被制御電極を電流制限素子を介して第
   ２の電圧源に接続し、前記第１の電圧信号に対して逆位
   相の第２の電圧信号を互いに極性の異なる第３及び第４
   のトランジスタの各制御電極に供給し、この第３及び第
   ４のトランジスタの一方の同一被制御電極を共通接続し
   て負荷回路の他方の端子に接続し、第３のトランジスタ
   の他方の被制御電極を第１の電圧源に接続し、第４のト
   ランジスタの他方の被制御電極を電８！制限素子を介し
   て第２の電圧源に接続して、前記第１及び第２の電圧信
   号に応じて前記負荷回、路に双方向に電流を流す電流供
   給手段と、 前記第１乃至第４のトランジスタの各共通制御電極及び
   基準電圧源間に出力電圧制限素子を接続することにより
   前記負荷回路の各端子に印加される出力電圧の最低レベ
   ルを設定する最低電圧設定手段と、 前記負荷回路の両端子に出力される信号を取出してそれ
   ぞれ前記第１及び第２の電圧信号ラインに帰還させるこ
   とにより前記負荷回路の各端子に印加される出力電圧の
   最高レベルを設定する最高電圧設定手段とを具備してな
   ることを特徴とする双方向電流制御増幅器。