JPS60112303A - 出力トランジスタの保護回路 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発Ｆ３Ａは、例えば電力増幅器等に用いられる出力
トランジスタの出力端が短絡したときに、との出力トラ
ンジスタを短絡にょる出力異常状態から保護するだめの
出方トランジスタの保護回路に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

周知のように、例えば電力増幅器にあっては、その出力
端子が電源あるいはアースに短絡した場合に、出力トラ
ンジスタが過電流あるばは過電圧によって破壊されてし
まうことを防止するために、出力トランジスタの保護回
路が設けられている。

第１図は、最も簡単な電力増幅器を示すものである。す
なわち、この電力増幅器は、ドライブトランジスタＱｔ
及び抵抗Ｒ１，Ｒ２よりなる駆動回路１１．トランジス
タ。２１Ｑ３１抵抗Ｒ４よりなるカレントミラー回路１
２．出方トランジスタＱ４及び抵抗Ｒ３よシなる出カ回
路１３及びスイッチングトランジスタＱ５でなる保護回
路１４で構成されるものである。つまシ、この電力増幅
器は、入力端子ＩＮに信号が供給されると、この信号に
応じて上記駆動回路１１から上記出力トランゾスタＱ４
ヘバイアス電流を出力させ、この出力トランジスタＱ４
を駆動する。そして、この出力トランジスタＱ４のエミ
ッタ出力を出力端子ＯＵＴに接続される図示し々い負荷
へ出力するものである。

ここで、例えば上記出力端子ＯＵＴがアースに短絡した
場合、上記出力トランジスタＱ４の負荷が重くなるので
、この出力トランジスタＱ４に過電流が流れようとする
。すると、上記出力トランジスタＱ４のベース電位が上
昇するため、上記保護回路１４のスイッチングトランジ
スタＱ、がオン状態と寿り、これによって駆動回路１１
のドライブトランジスタＱｌヘペース電流が供給されな
くなり、結局出力トランジスタＱ４が駆動されなくなる
ものである。

ところで、上記保護回路１４は、出力トランジスタＱ４
が上記のように駆動されなくなると、出力トランジスタ
Ｑ４のベース電位が低下するので、スイッチングトラン
ジスタＱ５がオフ状態となる。すると、Ｑｌへのベース
電流が再び駆動回路１１に供給されるようになるので、
この駆動回路１ノから出力トランジスタＱ４ヘバイアス
電流が出力され、出力トランジスタＱ４を出力動作状態
に設定するようになる。このように上記保護回路１４は
、出力端子ＯＵＴが短絡している期間出力トランジスタ
Ｑ４が出力動作状態及び出力停止状態を繰返すように制
御し、出力トランジスタＱ４の平均出力レベルを低下さ
せるようにしてこの出力トランジスタＱ４を保護するも
のである。

しかしガから、上記のような従来の保護回路では、出力
トランジスタに対して出力動作状態及び出力停止状態を
緑返すように制御するので、上記短絡による異常検出レ
ベルを出力トランジスタが安全動作領域（ＡＳＯ）内で
上記繰返しを行なうように設定しなければならない。こ
の異常検出レベルの設定は、出力トランジスタのＡＳＯ
領域が周囲の条件等によって変化するので、極めて困難
なものである。このため、上記保護回路の異常検出レベ
ルを短絡時に出力トランジスタの平均出力レベルが充分
低くなるように設定すると、正常動作時に保護回路が働
くような不具合が生じてしまうことになる。

また、上記のような問題から、上記保護回路のスイッチ
ング手段として、サイリスタ（ＳＣＲ）のような一度オ
ン状態となるとオン状態を持続するスイッチング回路を
用いたものもあるが、このような保護回路では、出力ト
ランジスタの出力端が短絡状態から開放されても、一旦
電源を切らなければ出力トランジスタは出力動作状態に
戻されないので、使用上極めて不便なものである。

〔発明の目的〕

この発明は上記のような問題を改善するためにたされた
もので、出力トランジスタの出力異常を検出して直ちに
出力トランジスタの出力動作を停止させ、その出力異常
が解除されたとき上記出力トランジスタを元の出力動作
状態に復帰し得る、極めて良好な出力トランジスタの保
護回路を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

す々わち、この発明による出力トランジスタの保護回路
は、出力トランジスタの出力電流及び出力電圧を監視す
ることによって該出力トランジスタの出力異常を検出し
たときセット信号を発生する異常検出手段と、前記出力
トランジスタの非動作状態における出力電位を設定する
出力電位設定手段と、前記出力トランジスタの非動作状
態で前記出力電位設定手段による出力電位を監視するこ
とによって出力トランジスタの出力異常が解除されたこ
とを検出してリセット信号を発生する異常解除検出手段
と、前記セット信号の発生に応じて前記出力トランジス
タへ供給されるバイアスを遮断し前記リセット信号の発
生に応じて前記バイアスの遮断を解除するバイアス制御
手段とを具備してなることを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、第２図及び第３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図はその基本構成を示すもので、図中符号１５．１
６は入力端子で、このうち入力端子１５けカップリング
コンデンサＣ１を介して信号源１７に接続され、また入
力端子１６は抵抗Ｒ８及びカップリングコンデンサｃ２
を介してアースに接続される。この入力端子１５．１６
は、その出力端が抵抗Ｒｆを介して反転入力端（−）に
接続されると共に、出力端子１９及びカップリングコン
デンサＣ３を介して負荷抵抗Ｒ１に接続される。っ咬り
、との差動増幅器１８は、上記抵抗Ｒ８，Ｊと共に電力
増幅回路を構成するもので、上記信号源１７の出力信号
を抵抗Ｒ，，Ｊで決定される利得で増幅して上記負荷抵
抗Ｒ１へ出力するものでおる。

そして、上記差動増幅器１８の出力端には、との差動増
幅器１８内の出力トランジスタ（図示せず）を保護する
ための保護回路を構成する、電流量検出回路２０．高抵
抗Ｒ４１Ｒ，よシなる電位設定回路２１及び出力電位検
出回路２２がそれぞれ接続される。

まず、上記電流量検出回路２θは、上記電力増幅回路の
出力電流量を監視して、この出力電流量が上記出力トラ
ンジスタのＡＳＯ領域以上に増大したときセット信号Ｓ
を出力するものである。

また、上記出力電位検出回路２２は、上記電位設定回路
２１によって現われる電力増幅回路の出力電位を監視し
て、この電位が正常レベルであるときリセット信号Ｒを
出力するものである。

１この電流量検出回路２０及び出力電位検出回路２２か
ら出力されるセット信号Ｓ及びリセット信号Ｒは、それ
ぞれスイッチングトランジスタＱ６でなるセット・リセ
ット回路２３を介してバイアス制御回路２４に供給され
る。つまシ、このバイアス制御回路２４には、セット信
号Ｓが出力されるときリセット信号Ｒは供給されないよ
うにカされている。そして、このバイアス制御回路２４
は、上記セット信号Ｓが供給されたときバイアス遮断制
御信号■を上記差動増幅器１８の制御入力端に出力して
、上記出力トランジスタのバイアス電流を遮断させ、上
記リセット信号Ｒが供給されたとき上記バイアス遮断制
御信号Ｖの出力を停止するものである。

つまシ、上記のように構成した保護回路は以下のように
動作するものである。す々わち、上記出力端子１９がア
ースあるいはｖｃｅ電源に短絡して上記電力増幅回路の
出力電流が増大すると、上記電流量検出回路２０がこれ
を検出してセット信号Ｓを出力し、上記バイアδ制御回
路２４からバイアス遮断制御信号Ｖを出力させる。

このため、上記電力増幅回路の差動増幅器１８は、出力
トランジスタのバイアス電流を遮断してこの出力トラン
ジスタを出力停止状態に設定する。

そして、上記出力端子１９が短絡状態から開放されると
、電位設定回路２１によって上記電力増幅回路の出力電
位が元に戻るため、上記出力電位検出回路２２がこれを
検出してリセット信号Ｒを出力し、上記バイアス制御回
路２４に対してバイアス制御信号Ｖの出力を停止させる
ようになる。このため、上記差動増幅器１８は、出力ト
ランジスタにバイアス電流を供給して、この出力トラン
ジスタを再び出力動作状態に戻すようになる。

ここで、上記のような保護回路を備えた電力増幅回路に
ついて、集積回路化に適した具体的な回路を第３図に示
してさらに詳述する。但し、第３図において第２図と同
一部分には同一符号を付して示し、主要部についてのみ
述べる。

すなわち、上記差動増幅器１８は、トランジスタＱ７〜
Ｑｔｔ＋抵抗Ｒ６〜Ｒ９よシなる差動増幅回路１８１、
ドライブトランジスタＱ１２゜Ｑ１３１ダイオードＤｉ
　ｒ　Ｄ２　＋抵抗ＲＩＯよシなる駆動回路１８２、出
力トランジスタＱ　１４１Ｑ　ｔｓのコンプリメンタリ
回路でなる出力回路１８３及びトランジスタＱｒｓ　ｒ
　Ｑｌ？　＋抵抗Ｒｔｔ　＊　Ｒ１２゜ダイオードＤ　
３　ｒ　Ｄ　４　よりなるバイアス電流供給回路１８４
で構成される。そして、上記出力回路１８３の出力端ａ
は、前記保護回路を構成する電流量検出回路２０．電位
設定回路２ノ及び出力電位検出回路２２の各接続点ｂ−
ｄに接続される。

まず、上記電流量検出回路２０は、上記出力回路１８３
の出力トランジスタＱ１４　ｒ　Ｑｔｓに対してそれぞ
れ１７Ｎのエミッタ面積を有するトランジスタＱ＋ｓ　
＋　Ｑ１９でなるコンプリメンタリ回路２０１、トラン
ジスタＱｚｏ”Ｑ２ｇよりなる第１のカレントミラー回
路２０２及びトランジスタロ２３．ダイオードＤ５　よ
りなる第２のカレントミラー回路２０３で構成される。

つまシ、この電流量検出回路２０は、上記出力トランジ
スタＱ１４　＋　Ｑｌｓに流れる電流の１７Ｈの電流を
上記コンプリメンタリ回路２０１によって検出し、その
電流に応じて第１のカレントミラー回路２０２のトラン
ジスタＱ２１　＋　Ｑ２２から、各コレクタ電流をそれ
ぞれセット・リセット回路２３へ出力するものである。

次に、上記出力電位検出回路２２は、トランジスタＱ２
４　＋　Ｑ２５よシなるコンプリメンタリ回路２２ノ、
抵抗Ｒ１３〜Ｒ１５より々る上記コンプリメンタリ回路
２２１の動作範囲設定回路２２２及びトランジスタＱ２
６　、　Ｑ２７よりなるカレントミラー回路２２３で構
成される。つ捷り、この出力電位検出回路２２は、上記
トランジスタＱ２７のコレクタ電流及びトランジスタＱ
２５のコレクタ電流をそれぞれ前記セット・リセット回
路２３へ出力するものである。

このセット・リセット回路２３は、トランジスタＱ２ｇ
　＋　Ｑ２９及び抵抗Ｒ１６よりなるもので、上記電流
量検出回路２０のトランジスタＱ２１の出力電流及び上
記出力電位検出回路２２の出力電流が共にトランジスタ
Ｑ２ｇのペースに供給され、まだ上記電流量検出回路２
０のトランジスタＱ２２の出力電流型上記トランジスタ
Ｑ２９のコレクタに供給されるようになされている。こ
のトランジスタＱ２９のコレクタは、バイアス制御回路
２４の入力端ｅに接続される。

このバイアス制御回路２４は、トランジスタＱｓｏ　＋
　Ｑ３１及び抵抗Ｒ１７〜ＲＩ９よシなるＳＣＲ回路２
４１、このＳＣＲ回路２４１の出力に応じて前記差動増
幅器１８のバイアス供給回路１８４を動作状態及び動作
停止状態に切換制御する、スイッチングトランジスタＱ
３２でなるバイアス切換回路２４２で構成される。

以下、上記のような構成において、その動作について説
明する。

今、上記差動増幅器１８の動作状態で、上記出力端子１
９がアースに短絡したとする。すると、上記出力トラン
ジスタＱ＋４に過電流Ｔ、１が流れようとする。これに
対して電流量検出回路２０は、トランジスタＱ１８によ
って上記電流１１の１／Ｎの電流Ｉ２を監視しておシ、
第１のカレントミラー回路２０２のトランジスタＱ２１
゜Ｑ２２から上記電流Ｉ２と同等の電流Ｉ３　、１４を
、それぞれセット・リセット回路２３のトランジスタＱ
のペース及びトランジスタＱ２９のコレクタへ出力する
。

ここで、上記セット・リセット回路２３は、上記電流Ｉ
２が、上記電流１１が過電流となるときの対応値となる
とき、トランジスタＱ２Ｂがオン状態となるように設定
すると、トランジスタＱ２ｇがオン状態に、またトラン
ジスタＱ２９がオフ状態になるので、結局上記電流Ｉ４
をセット信号として上記バイアス制御回路２４へ出力す
る。すると、このバイアス制御回路２４は、ＳＣＲ回路
２４１を−Ｈオン状態に設定すると共にバイアス切換回
路２４２のスイッチングトランジスタＱ３２をオン状態
にして、上記差動増幅器２８のバイアス電流供給回路２
８４の動作を停止させる。このため、上記差動増幅器２
８では、全ての回路にバイアス電流が供給されなくなる
ので、上記出力トランジスタＱ１４は出力停止状態とな
る。この状態は、上記ＳＣＲ回路２４１がオフ状態とな
るまで保持されるものである。

次に今、上記出力端子１９が短終から開放されたとする
と、接続点ａの電位は電位設定回路２１の抵抗Ｒ４，Ｒ
，によって設定される電位へ動き始める。つまシ、上記
抵抗Ｒ４＋Ｒ５がＲ４＝Ｒ，に設定されているとすると
、上記接続点ａの電位はＶｃｃ／２へ向かって動き出す
ようになる。

このような接続点ａの電位変化は、上記出力電位検出回
路２２によって監視されている。ここて、この出力電位
検出回路２２について述べる。まず、説明を簡単にする
ために、上記動作範囲設定回路２２２の抵抗Ｒ１３〜Ｒ
１５がＲ１３＝Ｒ１４＝　’Ｒｔｓであるとする。この
場合、図中接続１ 点ｆ、ｇの各電位は、それぞれ−ｖｃｏ１丁Ｖ。。

となる。このため、上記コンプリメンタリ回路２２１の
トランジスタＱ２４は、接続点ａの電位すなわち接続点
ｄの電位をＶｄ１このトランジスタＱ２４のオン状態で
のペース・エミッタ間電圧をＶ＋Ｈ２４とすると、 ｖｄ≦−Ｖｃｃ　ＶＩｌ１２４　−　（１）であるとき
オン状態となシ、同じくトランジスタＱｚｓは、そのオ
ン状態でのペース・エミッタ間電圧をＶ　とすると、 Ｅ２Ｓ Ｖｄ≧−■ｃｃ＋ｖＢ］！！２５　・・・（２）である
ときオン状態となる。（尚、一般には上記トランジスタ
Ｑ２４　＋　Ｑ２５は、それぞれ１５ Ｖｄ≦Ｒ１３Ｒ１４＋Ｒ１５”ＣＣ−■ｍＥｚ４・”（
３）ＲＩ４　＋Ｒ１５ Ｖｄ≧Ｒ１３＋Ｒ１４＋Ｒｉｓ　”ｃｃ　＋　ＶＢＺ２
５　°−（４）が満足するときオン状態となる。） 壕だ、逆に接続点ａの電位Ｖａ　（＝　Ｖｄ　）が、１ Ｖｅｅ＋ＶＢ］Ｃ２５≦Ｖａ≦３　”ｅ　ｅ　−■ＲＮ
　２４　”’　（５）の範囲にあるとき、上記トランジ
スタＱ２４１Ｑ２５はオフ状態となる。

つまり、この出力電位検出回路２２は、上記出力端子１
９がアースに短絡しているとき、接続点ｄの電位Ｖｄが
アース電位となるので、トランジスタＱｚ＜がオン状態
となってカレントミラー回路２２３のトランジスタＱ２
７から電流Ｉ５を出力するようになる。尚、この電流Ｉ
５はセット・リセット回路２３のトランジスタＱｚｓの
ペースに供給されるが、このときトランジスタＱ２１１
は、すでに電流量検出回路２０から出力される電流Ｉ３
によってオン状態に設定されている。この電流Ｉ３は、
上記差動増幅器１８の出力トランジスタＱ１４が出力停
止状態になると出力されなくなる。

そして、上記出力端子１９の短絡が開放されると、接続
点ａの電位ｖａは、前述したようにＶｃｃ／２電位に向
かって動き出し、（ａ　Ｖｃｃ−ｖＢＥ□４）の電位を
越える。すると、上記トランジスタＱ２４がオフ状態と
なるので、上記電流１５が出力されなくなる。このため
、上記セット・リセット回路２３は、トランジスタＱ２
８がオフ状態となり、トランジスタＱ２９がオン状態と
なる。

このとき上記バイアス制御回路２４は、トランジスタＱ
３１のペースがアース電位に導かれるので、ＳＣＲ回路
２４ノがリセットされてオフ状態となシ、これによって
バイアス遮断制御信号Ｖの出力が停止してスイッチング
トラン・ゾスタＱａｚをオフ状態に設定するようになる
。このため、上記差動増幅器１８は、バイアス電流供給
回路１８４が動作状態に復帰するので、再び出力動作状
態となる。すなわち、上記動作範囲設定回路２２２の抵
抗Ｒ１３〜Ｒ１５を、この出力電位検出回路２２の出力
電流Ｉ５が上記出力トランジスタＱ＋４　＋　Ｑｔｓを
ＡＳＯ領域内に対応する範囲外で出力されるように設定
すれば、上記出力トランジスタＱ１４　＋　Ｑ＋ｓを完
全に保護し得るようになる。

上記のような動作は、上記出力端子１９がｖｃｃ電源側
に短絡した場合も同様であるのでここではその説明を省
略し、以下上記出力端子１９が、例えば比較的長いスピ
ーカコードのような線材の抵抗分が多いコードでアース
に短絡した場合について述べる。

すなわち、上記のような線材で短絡されると、上記接続
点ａの電位ｖａは、線材の抵抗分が犬き］ イト（丁ｖｃｃ〜■ＢＦ、□４）の電位以下に々らない
。

この場合、上記保護回路では、上記出力トランジスタＱ
＋４に過電流１：１が流れると、電流量検出回路２０か
ら電流１３．１４が出力されて上記バイアス制御回路２
４のＳＣＲ回路２４ノがオン状態となり、これによって
差動増幅器１８の動作が停止する。どのため、上記接続
点ａの電位がアース電位となるので、上記出力電位検出
回路２２ではトランジスタＱ２４がオン状態となって電
流Ｉ５を出力するようになる。すると、セット・リセッ
ト回路２３のトランジスタ０２ｇがオン状態となり、こ
れによってトランジスタＱ２９がオフ状態となるので、
上記ＳＣＲ回路２４１にリセットがかからずオン状態を
保持する。このように、上記のような線材によって出力
端子１９が短絡しても、上記保護回路は良好に動作する
ものである。

したがって、電力増幅回路に上記のような保護回路を構
成すれば、出力トランジスタの出力異常を検出して直、
ちに出力トランジスタの出力動作を停止させ、その出力
異常が解除されたとき上記出力トランジスタを元の出力
動作状態に復帰し得るようになる。

尚、上記実施例における出力電位検出回路２２は、第４
図（ａ）乃至（ｃ）に示すように構成してもよい。すな
わち、第４図（ａ）に示す出力電位検出回路は、上記電
力増幅回路の通常動作時に、その出力信号に影響を与え
ないように、電位検出用のトランジスタＱ２４　＋　Ｑ
２５の前段にトランジスタＱ３３　Ｐ　Ｑ３４を介在さ
せて、高入力インピーダンス型にして接続したものであ
る。

まだ、第４図（ｂ）に示す出力電位検出回路は、上記出
力端子１９がｖｃｃ電源側に短絡した場合、電位検出用
のトランジスタＱ２４　＋　Ｑ２１のベース・〜 エミッタ間に逆耐圧以上の電位がかかり、このトランジ
スタＱ２４　＋　Ｑ２５がブレー　クダウンして動作不
良を起こすことを防止するように、上記電位検出用のト
ランジスタＱ２４　＋　Ｑ２５の前段にダイオードＤ６
．Ｄ７を介在させたものである。

さらに、第４図（ｃ）に示す出力電位検出回路は、電位
検出用トランジスタＱ２４　＋　Ｑ２５の各動作点によ
るしきい値電圧の温度特性を改善したものである。すな
わち、ダイオードＤ　８　＋　Ｄ　９がない場合、トラ
ンジスタＱ２４　＋　Ｑ２５がオン状態となる条件は、
前記（３）　、　（４）式で与えられるので、各トラン
ジスタＱ２４　＋　Ｑ２５におけるペース・エミッタ間
電圧ＶＢ１１！２４　＋　ｖＢＥ□５の温度特性による
変化分がそのまましきい値に影響してし甘う。ところが
、上記ダイオードＤ　８＋　Ｄ　ｇを介在させると、上
記条件は、ダイオードの順方向電圧。

Ｑ２４のｖＢ８．Ｑ２５ノＶＢＩｉ、が略等しいとして
、で与えられるので、上記温度特性による変化分は、と
なシ、略良好にしきい値の温度特性を改善することがで
きる。

尚、前記電位設定回路２１の高抵抗Ｒ４１Ｒ５には、当
然のことながら電力増幅回路の負荷として十分大きな値
、すなわち正常動作時には無視できる値のものを選ぶ必
要がある。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、出力トランジスタの出
力異常を検出して直ちに出力トランジスタの出力動作を
停止させ、その出力異常が解除されたとき上記出力トラ
ンジスタを元の状態に復帰し得る、極めて良好な出力ト
ランジスタの保護回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電力増幅器に用いられる出力トランジス
タの保護回路を示す回路図、第２図及び第３図はそれぞ
れこの発明に係る出カドラン・ゾスタの保護回路の一実
施例を示すもので、第２図は基本回路を示す回路図、第
３図は上記基本回路を元に構成した集積回路に適する保
護回路を示す回路図、第４図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ
この発明に係る他の実施例を示す回路図である。 １５．１６・・・入力端子、１７・・・信号源、１８・
・・差動増幅器、１８ノ・・・差動増幅回路、１８２・
・・駆動回路、１８３・・・出力回路、１８４・・・バ
イアス電流供給回路、１９・・・出力端子、２０・・・
電流量検出回路、２１・・・電位設定回路、２２・・・
出力電位検出回路、２３・・・セット・リセット回路２
４・・・バイアス制御回路、Ｓ・・・セット信号、Ｒ・
・・リセット信号、■・・・バイアス遮断制御信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 出力トランジスタの出力電流及び出力電圧を監視するこ
   とによって該出力トランジスタの出力異常を検出したと
   きセット信号を発生する異常検出手段と、前記出力トラ
   ンジスタの非動作状態における出力電位を設定する出力
   電位設定手段と、前記出力トランジスタの非動作状態で
   前記出力電位設定手段による出力電位を監視することに
   よって出力トランジスタの出力異常が解除されたととを
   検出してリセット信号を発生する異常解除検出手段と、
   前記セット信号の発生に応じて前記出力トランジスタへ
   供給されるバイアスを遮断し前記リセット信号の発生に
   応じて前記バイアスの遮断を解除するバイアス制御手段
   とを具備してなることを特徴とする出力トランジスタの
   保護回路。