JP3063345B2 - 飽和防止回路 - Google Patents

飽和防止回路

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JP3063345B2
JP3063345B2 JP4001798A JP179892A JP3063345B2 JP 3063345 B2 JP3063345 B2 JP 3063345B2 JP 4001798 A JP4001798 A JP 4001798A JP 179892 A JP179892 A JP 179892A JP 3063345 B2 JP3063345 B2 JP 3063345B2
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transistor
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路に外付けされ
るトランジスタの飽和を防止する飽和防止回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般的に、大電流を出力する定電流出力
増幅回路においては、出力段のドライブ用トランジスタ
の集積化が困難であるため、出力段トランジスタとして
外付けのトランジスタを使用し、このトランジスタを駆
動する回路を半導体集積回路基板に集積化することが多
い。また、定電流出力増幅回路においては、負荷の状態
によって出力段トランジスタが飽和してしまうことが考
えられるが、トランジスタが飽和するとスイッチングス
ピードが遅くなる等の不都合を生じるため、トランジス
タの飽和を防止する飽和防止回路が設けられている。
【0003】図4は、従来の飽和防止回路を示す回路図
である。なお、符号G,H,I,J,Lはいずれも半導
体集積回路に設けられた外部端子であり、端子Gには電
源電圧VCCが与えられ、端子Jは接地に接続される。ま
た、増幅器A及び基準電圧回路Dは同一の半導体集積回
路基板に形成されている。
【0004】増幅器Aの非反転入力端(+)には基準電
圧回路Dから基準電圧Vref が与えられるようになって
いる。また、増幅器Aの反転入力端(−)は外部端子H
に接続され、出力端は外部端子Iに接続されている。更
に、増幅器Aの飽和防止用信号入力端は、外部端子Lに
接続されている。
【0005】PNPトランジスタQ1 は集積回路の外部
に外付けされた出力段トランジスタであり、そのエミッ
タは集積回路の外部端子Hに接続されている。この外部
端子Hと電源との間には抵抗R1 が接続されている。ま
た、トランジスタQ1 のベースと外部端子Iとの間には
抵抗R3 が接続されている。更に、トランジスタQ1の
コレクタには負荷である抵抗R2 が接続され、このコレ
クタと外部端子Lとの間にはダイオードD1 が接続され
ている。
【0006】増幅器Aは、例えば図5に示すように、差
動増幅回路Mと、PNPトランジスタQ3 ,Q4 と、抵
抗R5 と、ダイオードD2 と、定電流源I1 とにより構
成されている。即ち、差動増幅回路Mは、その非反転入
力端及び反転入力端が夫々外部端子H及び基準電圧回路
Dに接続され、出力端がトランジスタQ4 のベースに接
続されている。このトランジスタQ4 のコレクタは接地
されており、エミッタはトランジスタQ3 のベース及び
抵抗R5 の一端に接続されている。この抵抗R5 の他端
及びトランジスタQ3 のエミッタはいずれも電源に接続
されている。また、トランジスタQ3 のコレクタは外部
端子Iに接続されていると共にダイオードD2 のアノー
ドに接続されている。このダイオードD2 のカソードは
外部端子Lに接続されている。更に、このダイオードD
2 のカソードと接地との間には定電流源I1 が接続され
ている。
【0007】次に、このように構成された従来の飽和防
止回路の動作について説明する。
【0008】トランジスタQ1 が飽和していない状態に
おいては、増幅器Aは基準電圧回路Dから与えられる基
準電圧Vref と外部端子Hに与えられる電圧とを比較
し、その結果に基づいてトランジスタQ1 のベース電圧
を制御する。つまり、増幅器Aは、トランジスタQ1 に
(VCC−Vref )/R1 なる一定電流が流れるように、
トランジスタQ1 のベース電圧を制御する。
【0009】ここで、負荷である抵抗2の状態によって
出力段トランジスタが飽和する例として、ダイオードD
1、抵抗R2及びトランジスタQ1の相互接続点Mに外
部より電流I0が与えられ、接続点Mの電位が上昇する
場合を考える。ここで、V H を接続点Hの電位、V CEQ1
をトランジスタQ1のコレクタ−エミッタ間電圧とす
る。仮に、ダイオードD1がないと、接続点Mの電位V
M は上昇し、これがV H −V CEQ1 の電位を超えると、トラ
ンジスタQ1が飽和してしまい、それまで抵抗R2に供
給していた一定電流が供給できなくなる。次に、第4図
及び第5図の場合、接続点Mに外部から電流I0 が供給
されると、V M 上昇し、ダイオードD1が導通状態に
なる。このため、接続点Mの電位VMは、端子Lにおけ
る電位をVL、ダイオードD1の順方向電圧をVD1とす
ると、VM=VL+VD1となる。
【0010】ところで、端子Lの電位VL は、端子Iの
電位をVI 、ダイオードD2 の順方向電圧をVD2とする
と、VL =VI −VD2である。ダイオードD1 ,D2 の
順方向電圧が略等しい(VD1≒VD2)とすると、接続点
Mの電位VM と端子Iにおける電位VI とは略等しくな
る。これにより、トランジスタQ1 のコレクタ電位がベ
ース電位以上に上昇することを回避できて、トランジス
タQ1 の飽和を防止することができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の飽和防止回路においては、トランジスタQ1 の
コレクタ電位を検出するために外部端子Lが必要である
ため、集積回路の外部端子数が多くなり、半導体集積回
路の小型化が阻害される等の問題点がある。
【0012】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、外部端子の数を削減することができる飽和
防止回路を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明に係る飽和防止回
路は、レクタに負荷が接続される外付けトランジスタ
と、前記トランジスタのエミッタと電源電圧との間に接
続された第1の抵抗と、反転入力端が前記トランジスタ
のエミッタに接続され、非反転入力端に第1の基準電圧
が与えられる増幅器と、前記増幅器の出力端と前記トラ
ンジスタのベースとの間に接続された第2の抵抗と、
第2の抵抗の両側における電位差を検出する電位差検
出手段と、この電位差検出手段の出力を第2の基準電圧
と比較した結果に基づいて前記増幅器の出力を制御する
制御手段とをし、前記増幅器、前記第2の抵抗及び前
記検出手段を同一半導体内に形成したことを特徴とす
る。
【0014】
【作用】本発明においては、増幅器の出力端とトランジ
スタのベースとの間に接続された第2の抵抗の両側にお
ける電位差を検出する電位差検出手段が設けられてい
る。トランジスタが飽和していない状態においては、前
記第2の抵抗の両側における電位差は前記トランジスタ
のベース電流と前記第2の抵抗の抵抗値との積となる。
しかし、例えば、負荷に大電流が流れて前記トランジス
タのコレクタ電位が上昇すると、コレクタからベースに
電流が流れ、その結果第2の抵抗の両側における電位差
が変化する。前記電位差検出手段は、この電位差の変化
を検出する。制御手段は、この電位差検出手段による検
出結果と第2の基準電位とを比較し、その結果に基づい
て増幅器の出力を制御する。
【0015】即ち、本発明においては、トランジスタの
コレクタ電位がベース電位よりも高くなることによる第
2の抵抗の両側における電位差の変化によりトランジス
タの状態を検出し、増幅回路の出力を制御してトランジ
スタの飽和を防止するため、従来必要であったトランジ
スタのコレクタ電位検出用外部端子が不要となる。
【0016】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。
【0017】図1は本発明の第1の実施例に係る飽和防
止回路を示す回路図である。なお、符号G,H,I,J
はいずれも半導体集積回路に設けられた外部端子であ
り、端子Gには電源電圧VCCが与えられ、端子Jは接地
に接続される。また、増幅器A、比較器B、差動増幅器
C、基準電圧回路D,E及び抵抗R3 は同一半導体集積
回路基板に形成されている。
【0018】増幅器Aの非反転入力端には基準電圧回路
Dから基準電圧Vref が与えられる。また、この増幅器
Aの反転入力端は外部端子Hに接続されており、出力端
は抵抗R3 の一端及び差動増幅器Cの反転入力端に接続
されている。更に、抵抗R3の他端は端子Iに接続され
ている共に差動増幅器Cの非反転入力端に接続されてい
る。更にまた、比較器Bは、差動増幅器Cの出力と基準
電圧回路Eから与えられる基準電圧とを比較し、その結
果に基づいて増幅器Aの出力を制御する。
【0019】PNPトランジスタQ1 は外付けトランジ
スタであり、そのエミッタは外部端子Hに接続され、ベ
ースは外部端子Iに接続されている。そして、コレクタ
に抵抗R2 (負荷)が接続される。また、端子Hと電源
との間には抵抗R1 が接続されている。
【0020】このように構成された飽和防止回路におい
て、増幅器Aは、従来と同様に、トランジスタQ1 に
(VCC−Vref )/R1なる一定電流が流れるように、
トランジスタQ1 のベース電圧を制御する。
【0021】トランジスタQ1 が飽和していない通常状
態においては、抵抗R3 の両端の電位差はトランジスタ
Q1 のベース電流IB と抵抗R3 の抵抗値との積(R3
×IB )となる。
【0022】ここで、負荷である抵抗R2の状態によっ
て出力段トランジスタが飽和する例として、抵抗R2に
外部より電流I0が与えられた場合を考える。このとき
トランジスタQ1のコレクタ電位がベース電位よりもト
ランジスタの順方向電圧以上高い電位になったとする。
通常であれば、トランジスタQ1が飽和していまい、そ
れまで抵抗R2に供給していた一定電流が供給できなく
なる。しかし、本発明の構成では、トランジスタQ1の
コレクタからベース電流IB’が流れ、これにより、抵
抗R3の両端の電位差は、R3×(IB+IB’)とな
る。差動増幅器Cは、このR3×IB’なる電圧を検出
する。
【0023】差動増幅器Cの出力は比較器Bに与えられ
る。この比較器Bは、例えば図2に示すように、差動増
幅器C及び基準電圧回路Eの出力が与えられる差動増幅
器Kと、この差動増幅器Kの出力がベースに与えられる
PNPトランジスタQ2 と、このトランジスタQ2 のエ
ミッタと電源との間に接続された抵抗R4 とにより構成
されている。
【0024】比較器Bは、差動増幅器Cの出力と基準電
圧回路Eから与えられる基準電圧とを比較し、その結果
に基づいて、増幅器Aの出力を制御する。即ち、比較器
Bは、差動増幅器Kに与えられた基準電圧値よりも差動
増幅器Cの出力電位が高いときにはトランジスタQ2 及
び抵抗R4 を流れる電流を出力し、差動増幅器Cの出力
値が低いときには電流出力が“0”になる。
【0025】この比較器Bの出力を増幅器Aの出力(即
ち、増幅器Aの出力端、抵抗R3 及び差動増幅器Cの反
転入力端子の相互接続点N)等に与えることにより、増
幅器Aの出力を制御することができる。
【0026】本実施例においては、従来に比して外部端
子を削減することができるため、集積回路のより一層の
小型化が可能になる。
【0027】図3は本発明の第2の実施例に係る飽和防
止回路を示す回路図である。
【0028】本実施例が第1の実施例と異なる点は差動
増幅器Cの反転入力端及び非反転入力端が夫々外部端子
I及び外部端子Hに接続されていることにあり、その他
の構成は基本的には第1の実施例と同様であるので、図
3において図1と同一物には同一符号を付してその詳し
い説明は省略する。
【0029】本実施例においては、増幅器Aの出力端
は、差動増幅器Cの反転入力端に接続されていると共
に、端子Iに直接接続されている。また、差動増幅器C
の非反転入力端は端子Hに接続されている。そして、ト
ランジスタQ1 のベースと端子Iとの間には、外付け抵
抗として抵抗R3 が接続されている。
【0030】第1の実施例においては、差動増幅器Cは
抵抗R3 の両端の電位差を検出しているのに対し、本実
施例においては、抵抗R3 の両端の電位差とトランジス
タQ1 のベース・エミッタ順方向電圧との和を検出す
る。比較器Bは、この差動増幅器Cの出力に基づいて増
幅器Aの出力を制御する。
【0031】本実施例は、第1の実施例と同様の効果を
得ることができるのに加えて、抵抗R3 が外付け抵抗で
あるため、トランジスタQ1 の飽和防止の効き始め点を
任意に設定できるという効果を奏する。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、増
幅器とトランジスタのベースとの間に接続された第2の
抵抗の両側における電位差を電位差検出手段が検出し、
その結果に基づいて制御手段が前記増幅器の出力を制御
するから、従来に比して集積回路の端子数を削減するこ
とができて、集積回路のより一層の小型化が可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る飽和防止回路を示
す回路図である。
【図2】同じくその比較器の構成を示す回路図である。
【図3】本発明の第2の実施例に係る飽和防止回路を示
す回路図である。
【図4】従来の飽和防止回路を示す回路図である。
【図5】同じくその増幅器の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
A;増幅器 B;比較器 C,K;差動増幅器 D,E;基準電圧回路 Q1 ,Q2 ,Q3 ,Q4 ;PNPトランジスタ D1 ,D2 ;ダイオード

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レクタに負荷が接続される外付けトラ
    ンジスタと、前記トランジスタのエミッタと電源電圧と
    の間に接続された第1の抵抗と、反転入力端が前記トラ
    ンジスタのエミッタに接続され、非反転入力端に第1の
    基準電圧が与えられる増幅器と、前記増幅器の出力端と
    前記トランジスタのベースとの間に接続された第2の抵
    抗と、前記第2の抵抗の両側における電位差を検出する
    電位差検出手段と、この電位差検出手段の出力を第2の
    基準電圧と比較した結果に基づいて前記増幅器の出力を
    制御する制御手段とをし、前記増幅器、前記第2の抵
    抗及び前記検出手段を同一半導体内に形成したことを特
    徴とする飽和防止回路。
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