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JPS5945704A - トランジスタ電力増幅器 - Google Patents

トランジスタ電力増幅器

Info

Publication number
JPS5945704A
JPS5945704A JP58095122A JP9512283A JPS5945704A JP S5945704 A JPS5945704 A JP S5945704A JP 58095122 A JP58095122 A JP 58095122A JP 9512283 A JP9512283 A JP 9512283A JP S5945704 A JPS5945704 A JP S5945704A
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JP
Japan
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transistor
base
potential
transistors
resistor
Prior art date
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Application number
JP58095122A
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English (en)
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JPH0411043B2 (ja
Inventor
ワルタ−・ハンス・サクマン
アルブレヒト・ラング
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=8189192&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JPS5945704(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of JPS5945704A publication Critical patent/JPS5945704A/ja
Publication of JPH0411043B2 publication Critical patent/JPH0411043B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0826Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in bipolar transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
    • H03K17/041Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0412Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/04126Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in bipolar transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/01Shaping pulses
    • H03K5/02Shaping pulses by amplifying
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0036Means reducing energy consumption

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (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】 本発明はスイッチング時間が短く、パルス動作に適した
。トランジスタ電力増幅器に関する。
この種の電力増幅器は、連続動作する1−ランジスタに
比べて、電力消費が少なく、従って効率が高いため、種
々の目的に用いられる。加えて、ディジタル制御される
駆動装置で用いらJ−bだ場合は、回転速度を正確に制
御できる。例えば、データ処理システムの出力装置とし
て用いられる磁気ディスク記憶装置またはライン・プリ
ンタのための駆動装置としてブラシレスDCモーターを
使用する場合は、常にこの種の増幅器が用いら汎る。
パルス動作さtシるブラシレスD CモーターでIへ以
上の電流を20〜200 Kl!zの周波数でスイッチ
する必要力(ある場合は、電力増幅器の最終段1−ラン
ジスタのオーバーヒー1−およびその結果化じる電気的
破壊を避・けるため、これらの1−ランジスタは短いス
イッチング時間を持つ必要がある。
知られるように、これらの1〜ランジスタで生じる電力
消費はスイッチされる電流の大きさ、動作電圧及びスイ
ッチング周波数に依存する。最終段トランジスタのスイ
ッチング時間が短けれは、上述の電気的破壊を生じるこ
となく、より高いスイッチング周波数が可能になる。
本発明は、パルス動作に適し且つ特別な追加の補助電圧
を必要としない、スイッチング時間の短い1〜ランジス
タ電電力幅器を提供することをその目的とするものであ
る。
加えて、本発明による電力増幅器では、直列接続された
2つの最終段1−ランジスタが同時に導通しないように
されるため、それによる電気的破壊も防止される。
次に図面を参照して本発明の実施例についてn32明す
る。
先ず、第1図を参照して電気整流(e ]、e c シ
r o n j、ccommutat、1on)のブラ
シレスDCモーターの典型的動作を説明する。今、左側
の相補型トランジスタ電力増幅器の1−ランジスタT1
及び右側の相補型1−ランジスタ電力増幅器の1ヘラン
ジスタゴ■が導通、1〜ランジスタフ1’ II及びT
 IIIが非導通で、モーターの(=4勢巻線Wに左カ
ーら右へ電流Iが流れるものとする。このとき電流■は
動作電源の正極子Vから1〜ランジスタT1.付勢巻線
W、トランジスタT IVを介して動作電源の負極へ流
れる。電流■が付勢巻線Wを通って左から右へ流れる全
期間の間トランジスタゴ1■は導通状態を続ける。電力
消費を減じる場合あるいは、例えば、モーターの回転速
度をディジタル制御する場合は、]ヘランジスタ1゛■
がパルス動作される。付勢巻線Wを通る電流の方向を反
転させる場合は、1〜ランジスタ’J’ I、TIVが
非導通、1−ランジスタT II、−1’ IIIが導
通にさ第1、パルス制御の際は1−ランジスタ゛「11
1がパルス動作される。
第2図は星形接続された3つの付勢巻線W1、W2、W
3を有するブラシレスDCモーターを動作させるだめの
3つの電力増幅器の構成を示している。2つの巻線W1
.W2を通って左から右へ電流■を流す場合は、第1の
電力増幅器のトランジスタ171と第2の電力増幅器の
1〜ランジスタ′J゛IVが導3mにされる。この場合
は1〜ランジスタ′1゛Iがパルス動作される。付勢巻
線W]、”)V2を通る電流■の向きを反転するときは
、1−ランジスタ1゛1■、T IIが導通にされ、1
−ランジスタ’rmがパルス動作される。(;J勢巻線
W2とW3を通して、またはWlとW3を通して電流を
流すときは、電流の向きに応じて夫々の電力増幅器の関
連トランジスタが同様に導通にさ汎る。
第3図は本発明による電力増幅器の第1の実例例の回路
図を示している。電力増幅器の入力はR及びUで示され
、2つの相補型最終段1〜ランジスタは1゛5、1゛6
で示されている。入力Rは第1の入力トランジスタT1
のベースに接続され、入力Uは第2の入力1〜ランジス
タゴ2のベースに接続されている。T1のエミッタは抵
抗R]を介してアース接続され、コレクタは抵抗R2を
介して動作電源の正極子Vに接続されると共に抵抗R3
を介してP N F)出力1−ランジスタ1゛5のベー
スに接続される。相補型トランジスタ苅T3、T4の相
互接続されたベース電極はTLのコレクタに接続される
。これら2つの1〜ランジスタはブツシュ・プルBモー
ドの相補型エミッタ・フォロワを構成する。′丁゛3、
′J゛4の相互接続されたエミッタはコンデンサC1を
介してT5のベースに接続されると共に、抵抗R4を介
して動作電源の正極子Vに接続される。T5のエミッタ
も正極子■に接続される。ゴ5のコ1ノクタは電力増幅
器の出力0に接続される。NPNI、ランジスタ1゛4
のコレクタは正極子■に接続され、PNPトランジスタ
ゴ3のコレクタは動作電源のアースされた負極に接続さ
れる。T5のコレクタ・エミツタ路と並列にクランプ・
ダイオード1つ■が接続され、DIの陰極は正極子Vに
接続されている。T5のベースと正極+Vの間にはゼナ
ー・ダイオードD2および2つのダイオードD3、D4
の直列回路が接続される。
ゼナー・ダイオードD2はその陰極が正極+Vに接続さ
れる。
T2のコレクタは抵抗R5を介して動作電源の正極子V
に接続さJし、エミッタは抵抗R6を介してNPN出力
1−ランジスタ1゛6のベースに接続されると共に抵抗
R7を介してアース接続されるゎ1゛6のコレクタは出
力Oに接続されると共に、陽極をアース接続したクラン
プ・ダイオードD5の陰極に接続される。T 2のコレ
クタは2つの直列接続された抵抗R8、R9に接続され
、抵抗R9の他端はアース接続さiシる。抵抗R8、R
9の接続点はインバータとして働くl−ランジスタT7
のベースに接続され、I゛7のエミッタは抵抗RIOを
介してアースさ九、コレクタは抵抗R11を介して動作
電源の正極十■に接続されると共に、相補型1〜ランジ
スタ対1゛8、T 9の相互接続されたベースに接続さ
れる。T 8、T9のエミッタも相互接続され、コンデ
ンサC2を介してNPN最終段1−ランジスタT6のベ
ースに接続されている。′F6のエミッタはヒユーズ1
及び感知抵抗■(12を介してアース接続される。N 
P N l〜ランジスタU’9のコレクタは動作電源の
正極→−■に接続され。
1)Nl)1〜ランジスタT8のコレクタはアース接続
されている。′J゛8、]゛9の相互接続されたエミッ
タはコンデンサC3を介してダイオ−F T) 3、D
4の接続点に接続されている。T 6のエミッタはヒユ
ーズ1を介して電流制限回路2の入力に接続されている
。、電流制限回路2は3相のブラシレス[)Cモーター
の場合は3つの電力増幅器によって共有される。電流制
限回路2の出力信号は抵抗R3、ダイオード1つ6を介
して第1の過負荷保護トランジスタT ]、 Oのベー
スに印加される。′I″IOは第1の入力トランジスタ
T1と同じ導電型であり、そのコレクタはT1のベース
に接続されエミッタはアース接続される。電力増幅器の
第2の入力Uは抵抗R14およびダイオードD7を介し
て]10のベースに接続される。第1の入力Rは抵抗R
15を介して第2の過負荷保護トランジスタT11のベ
ースに接続される。Tllは第2の入力1〜ランジスタ
と同じ導電型であり、そのコレクタはT2のベースに接
続され、エミッタはアース接続されている。
次に、第5図のパルス波形を参照して第3図の電力増幅
器の動作を説明する。最初、電力増幅器が非活動状態、
即ち、2つの最終段1〜ランジスタT5、]゛6、従っ
て入力j−ランジスタT1、T2が非導通状態にあるも
のとする。この状態では1゛1のコレクタの電位は動作
電源の電圧十■に等しい。結果として、2つの相補型ト
ランジスタT3、T4の相互接続ベースの電位も電圧+
Vにある。
このときN I) N l−ランジスタT4が導通し、
■゛3、′■゛4の相互接続エミッタの電位は杓子■の
値になる(第5図の波形B)。この段階で、第1図に示
されるモーター巻線Wを通して左から右へ電流が流され
るべきであるものとする。このときは、第1図の1−ラ
ンジスタTlに対応する最終段1−ランジスタT5が導
通にされ、第1図の1−ランジスタT■に対応する最終
段1〜ランジスタT6が非導通にさ]しる。巻線Wの右
側と関連する電力増幅器ではトランジスタTIVが導通
、トランジスタT nlが非導通である。
第3図の1〜ランジスタT5を導通にする場合は、正パ
/L/ス、例えば5■のTTLレベル、カミ力増幅器の
入力Rに印加される(第5図の波形A)。
結果として、NPNI−ランジスタ′r1が導通し、最
終段1〜ランジスタT5のベース電流が動作電源の正極
十vからT5のエミッタ・ベース・ダイオード、抵抗R
3、入力トランジスタTI、エミッタ抵抗R1を介して
動作電源の負極へ流れる。これによりトランジスタT5
はモーター巻線Wへ電流を供給する。
1ヘランジスタ1”5のスイッチング時間は、後述する
ように、抵抗R2、相補型トランジスタT 3、T4お
よびコンデンサC1よりなる回路によって減じられる。
トランジスタT1が導通のとき抵抗R2はコレクタ電流
によって例えば6vの電圧降下を生じる(第5図の波形
B)。結果としてトランジスタT3、T4の相互接続ベ
ースの電位が低くなり、ベース電位がエミッタ電位より
も約0゜6v低くなったときPNPトランジスタT3が
導通し、NPNI−ランジスタT4が非導通になる。
T3はTIのコレクタ、従ってT3、]゛4のベースに
おける電位の減少をT3、T4のエミッタに伝える。T
3はそのベースおよびエミッタの電位がほぼ等しくなる
まで導通し続ける。エミッタ電位の変化はコンデンサC
Iを介して出力1−ランジスタT5のベースに伝えられ
、従ってT5のベース電位は短い時間の間強く負になり
(第5図の波形C)、T5は大きなベース電流を流して
急激にオンにスイッチする。
I−ランジスタT5は抵抗R2、相補型トランジスタ′
1′3.T4およびコンデンサCIよりなる回路によっ
て同様に高速でオフにスイッチされる。
人力1〜ランジスタ′「1がそのベース・\のパルスの
終端によって非導通にされると、T5のエミッタ・ベー
ス電流回路が中断され、′r5は非導通になる。
このプロセスば′1゛1のコレクタにおける電位−(−
昇によって加速される。T1のコレクタ電位、従ってN
PNI−ランジスタT4のベース電位がエミッタ電位よ
りも約0,6V高くなると、N 1” N l〜ランジ
スタ1゛4が再び導通し、P N P l−ランジスタ
T 3が非導通になる。1−ランジスタ1゛41まT]
のコレクタ従ってr3、]゛4のベースにおけろ電位の
上昇を′1゛3、T 4のエミッタへ伝える。゛「4は
そのベースおよびエミッタの電位がほぼ等しくなるまで
導通し続ける。この電位上昇はコンデンサC】を介して
T5のベースに伝えられろ。l゛5はコンデンサC1を
介して伺、加的に印加される正の電荷キャリアによって
より迅速に非導通になる。
T 5がオフにスイッチした後、ノードCは41V抗)
く4を介して再び十■の電位になる、即ち、コンデンサ
C1は(−ランジスタT4、抵抗丁<4を介して放電す
る。
相補型トランジスタ゛r6のスイッチング時間は同様に
減じられる。人力1ヘランジスタ′1゛2はl” ’l
’Lレベルによって制御されるN P N lヘランジ
スタであり、′1゛5と相補型の最終段トランジスタ゛
1゛6を制御するためには、位相反転段として働く1〜
ランジスタl゛7が必要である。入力トランジスタT2
が非導通のときl’ 7は分圧器R5、R8、R9によ
るベース電圧を受取る結果として導通になる。
最終段トランジスタゴロが導通にされるべきとはT2の
ベースに正パルスが印加される。′■”2のエミッタ電
流は抵抗R6を介して最終段トランジスタT6のベース
電流として供給さJl、、′1゛6が導通し始める。1
゛2が導通したときコレクタ11′8.抗丁り5の電圧
降下により1゛7のベース電圧が低くなり、T7が非導
通になる。従って、′「7のコレクタ電位、従って2つ
の相補型トランジスタ1゛8、T9の相互接続ベースの
電位が一1―昇する。このときNPNI〜ランジスタ′
J゛9が導通し、′■゛8、J゛9の相互接続エミッタ
の電位も」二昇する(第5図の波形夏7)。1゛8、T
 9のエミッタ電位の上昇は正方向の鋭いパルスとして
出力トランジスタ゛J’ Gのベースに供給さJL (
第5図の波形G)、T6はこのようにしてベースに付加
的に供給される正の電荷キャリアによってより高速に導
通する。
T6は同様に高速にオフにスイッチされる。入力1−ラ
ンジスタ1゛2が非導通のときT’ Gのベース・エミ
ッタ回路が中断される。結果として、1゛6が非導通に
なる。T2を非導通にすることににす、そのコレタタミ
位、従ってT7のベース電位が」二昇する。]゛7が導
通ずると、そのコレクタ電位が低下し、従ってT8、T
9のベース電位が低下する。ベース電位が低下すると、
T8が導通し、そのエミッタ電位が低下する(第5図の
波形F)。
この電位の減少は負パルスとしてコンデンサC2を介し
てT6のベースに送られ(第5図のG)、1゛6は付加
的に供給される負の電荷キャリアによってより高速に非
導通になる。]゛6が非導通になると、ノードGは最初
負電位を有するが、抵抗1く7を介してアース電位に」
二昇し、コンデンサC2は部分的にだけ放電する。
電力増幅器の最終段1〜ランジスタ′T゛5、T Gが
同時に導通ずると大きな短絡電流が流jしるので、1〜
ランジスタT5、T6が同nipに導通しないようにす
る必要がある。この短絡電流は過度の電力消費を生じる
だけでなく電力増幅器の寿命を著しく短くする。相補型
トランジスタを用いた場合は、しかし、通常の動作期間
に両方の最終段トランジスタが同時に導通ずる危険があ
る。こILは、トランジスタT6のスイッチ・オンによ
ってそのコレクタ電位が低下した場合に生じうる。この
ゴロコレクタ電位の低下は非導通の最終段1〜ランジス
タT5の寄生ベース・コレクタ容量’ CBを介し、て
T5のベースに伝えられ、1〜ランジスタ′1゛5を導
通させることが起こりうる。
本発明の電力増幅器の場合は、ゼナー・ダイオードD2
及びダイオードD3− D4が2つの最終段トランジス
タ1゛5、′1゛6の同時導通を防止する。
丁8.19のエミッタ共通接続点とダイオード1〕:)
、+)4の共通1妾岐点どの間にコンデンサC3が接続
されでいる。′l゛6をオンにする際に′I゛8、I゛
9のエミッタの電位が−にRするど(第5図の波形F)
、このエミッタ電位の上Eは正パルス(第5図の波形ド
)としてコンデンサC2を介してゴロのベースに送られ
るだ(づてなく、コンデンサC3およびダイオードD4
を介してN P N I−ランジスタ]゛5のベースに
も送られる(第5図の波形H)。従って、ベース・コレ
クタ容MCCBを介してI” 5のベースに伝えられる
、]゛6のコレクタ電位低下の効果が補償され、従って
′J゛6のスイッチ・オン時に′■゛5が導通すること
はない。
2つの最終段1−ランジスタT5、■”6が故障の結果
として両方の入力R,Uの正電位によって同時に導通ず
るのを防止するため、第1の入力1くは抵抗1(]5を
介してN1)NI−ランジスタ’J’ I +のベース
に接続され、′r1】のコレクタは第2の入力Uに接続
されエミッタはアース接続される。同様に、第2の入力
Uは抵抗R14、ダイオ−1<■〕7を介してNPNl
−ランジスタi’ 10のベースに接続され、T10の
コレクタは第1の入力1くに接続さ牡エミッタはアース
接続される。
この過負荷保護回路は次のように動作する。故障の結果
として、入力1−ランジスタT ]が導通状態のときに
第2の入力Uに正電位が与えられると。
このときはTllか導通して′■゛2のベース電流をア
ースへ放電し、従って]2および′■゛6は導通しない
。逆に、′J゛2が導通状態のとき第1の入力■くに正
電位がlj、えられた場合は、1〜ランジスタ1゛10
が放電して′1゛1のベース電流を放電する。
1〜ランジスタ’I’ 10は電流制限回路2によって
も付勢される。これは、ブラシレスI)Cモータの始動
時および極く低速時にモーター巻線のjφ起電力が不1
−分なために、モーター巻線に電流を流す2つの電力増
幅器の最終段1−ランジスタに過負6;fがかけられる
場合に行なわれる。1ヘランジスタT10は電流制限回
路2により抵抗R13、ダイオードD6を介して導通に
され、TIのベース電流をアースに放電させる。
第4図は本発明による電力増幅器の第2の実施例を示し
ている。第3図との基本的な相違点は、第3図の最終段
トランジスタ1゛5、′r6を芙々ダーリンI〜ン回路
1゛5′およびT5″と1.’ 6 ’およびT6″ど
で置換した点だけである。ダイオード1つ8、D9およ
びD 1. OlT:)+1は夫々]゛5′、1”6′
の飽和を防止し、グーリン1−ン回y1Sのスイッチン
グ時間を改苦する。21)のダイオード■つ8、D9は
15′のコレクタ電位がベース電位よりも高くならない
ようにする。従って15′は飽和領域外で動作する。’
1”i5’は’]、’ 5 ”のベース・コレタタ間に
設けられていて、T 5 ”のコレクタ電位は常にベー
ス電位よりも低いから、′]”5″は飽和しない。ダイ
オード1つ4の陰極は1゛5′のベースに接続されてい
る。しかし第4図の回路動作は第3図のものと対応する
コンデンサC3およびタイオードI) 2、D3よりな
る回路部分は上側のダーリントン回′iisに対してだ
け設けられているが、もし希望するならば、即ち、1−
ランジスタT6’のベース・コレクタ電位C6Bおよび
その電力増幅率が高ければ、下側のグーリン1−2回路
にも設けることができる。
トランジスタボ8を介してコンデンサC3から放電され
る電荷キャリアはゼナー・ダイオード1)2およびダイ
オードD3を介して供給さ扛る。ゼナー・ダイオードD
2は電荷の流れを制限し[1,つ抵抗よりも高速にC3
の充電を可能にする。これはより短いスイッチング時間
およびJ:り高いス・rッチング周波数を与えるのに有
効である。
ダイオードD1.1つ5はクランプ・ダーrオードであ
る。これらのクランプ・タイオードは、最終段1−ラン
ジスタ′1゛5、]”5″がパルス動作さ71シるとき
、大きな誘起電圧が発生するのを防止する。
【図面の簡単な説明】
第1図は付勢巻線Wを有するブラシレスDCモータのた
めの駆動構成を例示する図、第2図は星形接続された付
勢巻線W1、W2、W3を有する3相ブラシレスDCモ
ーターのための駆動構成を例示する図、第3図は本発明
の電力増幅器の第1の実施例、第4図は本発明の電力増
幅器の第2の実施例である。 R,U°゛パ入力端子、T]、T2・・・・入力トラン
ジスタ、′1゛5、ゴロ、’T’ 5 ”、l’6”・
・・・最終段1〜ランジスタ、T3、T4および1”8
、T9・・・・相補型トランジスタ苅、CI、C2・・
・・コンデンサ。 出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション 代理人 弁理士   岡  1) 次  生(外1名)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 入力1−ランジスタの出力を出力1−ランジスタのベー
    スに結合したトランジスタ電力増幅回路において、夫々
    のコレクタを動作電源の一方の極及び他方の極に接続し
    、エミッタを共通接続してコンデンサを介して上記出力
    トランジスタのベースに接続し、ベースを共通接続して
    抵抗を介して上記−・方の極に結合すると共に上記入力
    1−ランジスタに結合し、上記入力トランジスタのスイ
    ッチング状態に応じて相補的に動作する相補型1〜ラン
    ジスタ対を設けたことを1#徴とする1−ランジスタ電
    力増幅回4゜
JP58095122A 1982-08-25 1983-05-31 トランジスタ電力増幅器 Granted JPS5945704A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP82107773.2 1982-08-25
EP82107773A EP0101751B1 (de) 1982-08-25 1982-08-25 Transistor-Leistungsverstärker mit verringerten Schaltzeiten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5945704A true JPS5945704A (ja) 1984-03-14
JPH0411043B2 JPH0411043B2 (ja) 1992-02-27

Family

ID=8189192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58095122A Granted JPS5945704A (ja) 1982-08-25 1983-05-31 トランジスタ電力増幅器

Country Status (4)

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US (1) US4618782A (ja)
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