JPS587687Y2 - トランジスタ増幅器の保護装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案のトランジスタ増幅器の保護装置に関する。

一般にプッシュプル・トランジスタ増幅器などにおいて
は、負荷短絡時または過大入力時に前記トランジスタ増
幅器の出力トランジスタの定格値を超える電流が出力ト
ランジスタに流れ、または定格値を超える電力消費が起
り、出力トランジスタが破壊される。

このような出力トランジスタの破壊を防止するために、
従来から種々の保護装置が用いられている。

第１図は従来の保護装置の１例である。第１図に示す如
く、入力端子１および１４、ダーリントン接続した出力
トランジスタ２，３および１５，１６、出力トランジス
タ３および１６の各エミッタに接続した抵抗４および２
４、共通出力端子５に接続した負荷６から構成される二
電源直結トランジスタ増幅器において、出力トランジス
タ２のベースと共通出力端子５との間にインバーテツド
ダーリントン接続した入力制限用トランジスタ７および
８が接続され、同様に出力トランジスタ１５のベースと
共通出力端子５との間にはインバーテツドダーリントン
接続した入力制限用トランジスタ１７および１８が接続
されている。

さらに、入力制限用トランジスタ８および１８の各ベー
スと大地間にそれぞれ抵抗１０．１１およびダイオード
１２の直列回路が、および抵抗２０．２１およびダイオ
ード２２の直列回路が接続され、抵抗１０と１１との共
通接続点Ｂと共通出力端子５との間にコンデンサ１３が
、また抵抗２０と２１との共通接続点と共通出力端子５
との間にコンデンサ２３が接続されている。

さらに、入力制限用トランジスタ８および１８の各ベー
スと出力トランジスタ３および１６のエミッタとの間に
はそれぞれ抵抗９，１９が接続されている。

以上の構成においてトランジスタ２，３．７および８側
の回路と、トランジスタ１５，１６．１７および１８側
の回路とはその動作が同様であるため以下トランジスタ
２，３．７および８側についてその動作を説明する。

この回路の基本動作は、抵抗４および抵抗１０と１１と
の直列抵抗と、抵抗９および負荷６とをそれぞれ対辺と
するブリッジ回路が負荷６の短絡などによりその抵抗値
が減少した場合に、不平衡となり入力制限用トランジス
タ８および７がオン状態となって出力トランジスタ２の
ベースをフランツ。

して、出力トランジスタ２および３の保護を行う。

ところで、この回路にコンデンサ１３が接続されている
のは、負荷６が誘導性または容量性リアクタンスを有す
る場合に、抵抗４に流れる電流にて発生する電圧ｅ８と
負荷６の両端に発生する出力電圧ｅ。

との間にたとえば第２図に示す如く位相差が生じ、負荷
６が正常にもかかわらず、あたかも異常となったかのよ
うに制御用トランジスタ８が検知するのを防止するため
である。

このコンデンサ１３は、負荷６が正常な場合には常に第
１図の矢印Ｃに示す如く、共通出力端子５からコンデン
サ１３、抵抗１１およびダイオード１２を通って充電さ
れ、この充電電圧は共通出力端子５に現われる出力電圧
に比例した値となりトランジスタ８のベースに逆バイア
ス電圧として加えられ、正常動作時に出力電圧と出力電
流との間に位相差を生じてもトランジスタ８がオフ状態
を保ち、保護装置が動作しないようにしている。

一方、負荷６が短絡されたとき、共通出力端子５は接地
される。

いま抵抗９，１０．１１の各抵抗値Ｒ８゜Ｒ，、、Ｒ１
□の間にはＲ９，Ｒｌｏ（Ｒ１、の関係があるため、抵
抗１１およびダイオード１２を無視した負荷６の短絡時
の等価回路は第３図に示す如く、抵抗１１およびダイオ
ード１２を第１図から除去した回路とほぼ同等である。

尚２５および２６は抵抗４および２４に流れる電流によ
り抵抗４および２４に発生する負荷電流検出分電圧ｅ８
を示している。

負荷６の短絡時は、第３図において矢印りに示す如く、
抵抗９，１０を通して電圧ｅｅによりコンテ゛ンサ１３
は、電圧ｅ８を積分した値にまで正常動作時の充電とは
逆極性に充電される。

このコンデンサ１３に充電された電圧と抵抗１０に発生
する電圧の和がトランジスタ８の立上り順方向電圧とな
るまで、トランジスタ８はオフ状態を維持し、このとき
からトランジスタ８はオン状態となって保護作用が開始
される。

しかし、上記従来の保護装置においては上記の如く、電
圧ｅｅが抵抗９と抵抗１０およびコンデンサ１３の直列
回路とにより分圧されて、トランジスタ８がオン状態と
なるため、電圧ｅｅは大きな値を必要とする。

このことは出力トランジスタ２からみれば負荷短絡時に
保護が開始される電流値が大き過ぎることを意味し、保
護の効果が少ないという欠点となる。

また、負荷が正常値の場合と、短絡時とではコンデンサ
１３の充電方向が逆方向となるため、負荷の短絡後、前
述の負荷短絡時の極性にコンデンサ１３がなるまでの時
間は大きく、たとえば増幅器への入力信号を正弦波とし
たとき、第４図に示す如くコンテ゛ンサ１３の充電時間
Ｔ。

中に数サイクルを必要とし、この間に大電流が流れる。

これは低域周波教程トランジスタの安全動作範囲が狭い
ため、特に低域で出力トランジスタの破壊の危険性を増
加させることになり、保護の効果が少ない欠点となる。

本考案は上記の欠点にかんがみなされたもので上記欠点
を解消したトランジスタ増幅器の保護装置を提供するこ
とを目的とする。

この目的は本考案によれば、出力トランジスタの入力回
路に接続され、前記出力トランジスタの電流検出分電圧
により作動する入力制限用トランジスタと、増幅器Ｃ正
常動作時に共通出力端子に現われる出力電圧に比例した
充電電圧を前記入力制限用トランジスタをオフさせる極
性に充電しかつ負荷抵抗値が所定値より減少した時、前
記出力電流検出分電圧によって前記入力制限用トランジ
スタをオンさせる極性に充電するコンテ゛ンサを有する
トランジスタ増幅器の保護装置において、負荷抵抗値が
所定値より減少した時に前記コンデンサを充電する回路
を備え、前記回路により負荷短絡時に前記コンデ゛ンサ
を早期に充電することにより遠戚される。

以下本考案の実施例を図面にもとづき説明する。

第５図は本考案の一実施例の回路である。

第５図に示す如く、入力端子１および１４、ダーリント
ン接続した出力トランジスタ２，３および１５．１６、
出力トランジスタ３および１６の各エミッタに接続した
出力電流検出用抵抗４および２４、共通出力端子５に接
続した負荷６とで構成される２電源直結トランジスタ増
幅器において出力トランジスタ２のベースと共通出力端
子５との間にインバーテツドダーリントン接続した入力
制限用トランジスタ７および８を接続し、同様に出力ト
ランジスタ１５のベースと共通出力端子５との間にイン
バーテツドダーリントン接続した入力制限用トランジス
タ１７および１８を接続する。

さらに、入力制限用トランジスタ８および１８の各ベー
スと出力トランジスタ３および１６の各エミッタとの間
にそれぞれ抵抗９，１０を接続する。

入力制限用トランジスタ８および１８のベースと大地間
には、それぞれ抵抗１０、ダイオード２７、抵抗１１お
よびダイオード１２の直列回路および抵抗２０、ダイオ
ード２８、抵抗２１およびダイオード２２の直列回路を
接続する。

抵抗１１とダイオード２７との共通接続点と、共通出力
端子５との間にはコンデンサ１３を、抵抗２１とダイオ
ード２８との共通接続点と、共通出力端子５との間には
コンデンサ２３をそれぞれ接続する。

一方、入力制限用トランジスタ７のコレクタと抵抗１１
とダイオード２７との接続点との間にダイオード２９を
、また入力制限用トランジスタ１７のコレクタと、ダイ
オード２８と抵抗２１との接続点との間にダイオード３
１を接続し、コンデンサ１３および２３の充電路を形成
する。

また、人力制限用トランジスタ７のコレクタと、抵抗１
１とダイオード１２との接続点との間に抵抗３０を入力
制限用トランジスタ１７のコレクタど、ダイオード２２
と抵抗２１との接続点との間に抵抗３２を接続する。

以上の構成において、出力トランジスタ２，３および入
力制限用トランジスタ７および８側の回路と、出力トラ
ンジスタ１５．１６および゛入力制限用トランジスタ１
７および１８側の回路とはその動作が同様であるため以
下トランジスタ２，３．７および８側についてその動作
を説明する。

本実施例の回路において、負荷６および抵抗９と、抵抗
４および抵抗１０．１１とコンデンサ１３を各辺とする
ブリッジ回路により、負荷６が短絡または短絡に近い値
になった場合、入力制限用トランジスタ８がオン状態に
なるように各定数が選択されており、負荷６が正常値で
ある場合には人力制限用トランジスタ８がオン状態とな
らないように共通出力端子５に比較して、入力制限用ト
ランジスタ８のベースすなわちＡ点はマイナス電位とな
っている。

従ってダイオード２７と抵抗１１との共通接続点Ｂはさ
らにマイナス電位となっている。

このためコンデンサ１３は共通出力端子５、抵抗１１お
よびダイオード１２の順序に流れる第５図の矢印Ｃの方
向の充電電流により充電される。

負荷６が正常値であって、誘導性または容量性リアクタ
ンスを含むため、負荷６の両端に発生する電圧ｅ。

と、抵抗４に流れる電流により抵抗４に発生する負荷電
流検出分電圧ｅ８との間に位相差が生じる場合にも、コ
ンデンサ１３の第５図の矢印Ｃ方向の充電電圧が入力制
限用トランジスタ８のベースに逆バイアス電圧として加
わるため、共通出力端子５が瞬時的に零電位となっても
、点Ａはすぐにはプラス電位とならず、入力制限用トラ
ンジスタ８をオン状態としないため誤動作することはな
い。

また負荷６が正常値の場合、コンデンサ１３は第５図の
矢印Ｃ方向に充電され、入力制限用トランジスタ７およ
び８はオフ状態のため抵抗３０とダイオード２９は全く
存在しないと等価で、この場合、入力制限トランジスタ
７のコレクタからダイオード２９を通るコンデンサ１３
の充電路は作用しない。

つぎに、負荷６が短絡した場合、抵抗９，１０．１１の
各抵抗値Ｒ９，ＲＩＯ，Ｒ１１の間にはＲ９，Ｒ，、（
Ｒ，、の関係があるため、抵抗１１およびダイオード１
２を無視でき、その等価回路は、第６図に示す如く共通
出力端子５を接地し、抵抗１１およびダイオード１２を
第５図の回路から除去した回路とほぼ同等となる。

尚２５および２６は抵抗４および２４に流れる電流によ
り抵抗４および２４に発生する負荷電流検出分電圧ｅ８
を示している。

第６図の等価回路から明らかな如く、負荷６の短絡によ
り、前記負荷電流検出分電圧２５にて抵抗９．１０、ダ
イオード２７およびコンテ゛ンサ１３を通して大地へと
流れる充電路が形成され、コンテ゛ンサ１３は正常動作
時とは逆の極性に充電される。

この充電路中のダイオード２７は優生の電流の流入によ
りその両端の電圧は立上り、入力制限用トランジスタ８
のエミッタ・ベース間のバイアスを早期に順方向とする
ため、入力制限用トランジスタ８は早期にオン状態とな
る。

一方、入力制限用トランジスタ７と８はインバーテツド
ダーリントン接続されているため、その電流増幅率は大
きく、入力制限用トランジスタ８が僅かにオン状態とな
ればすぐに人力制限用トランジスタ７もオン状態となる
。

この結果、入力制限用トランジスタ７のコレクタ電流は
、ダイオード２９およびコンデンサ１３を通る充電路を
通って、および抵抗３０とダイオード１２を通って大地
へ流れる。

コンテ゛ンサ１３はダイオード２７を介する充電路に加
えてダイオード２９を介する充電路によってさらに急速
に充電される。

そこでコンデンサ１３の充電電圧が高くなるとダイオー
ド２７は逆バイアスとなるので、入力制限用トランジス
タ８はさらに順方向に深くバイアスが掛けられ、入力制
限用トランジスタ８のコレクタ電流を増加させ、さらに
入力制限用トランジスタ７のコレクタ電流を増加させる
。

この結果、さらにコンデンサ１３の充電を早める。

この状態はコンデンサ１３に対して正帰還が掛った状態
と同じで、コンデンサ１３の充電は急速に行われる。

上記の如く、負荷６の短絡時にコンデンサ１３を流れる
充電電流と、負荷６の正常時にコンテ゛ンサ１３を流れ
る充電電流とはその方向は逆であり前者の充電は急速に
行われるため、負荷６の短絡時の充電時間Ｔｃは短かく
すぐに安定時間Ｔ５になる。

この状態を第７図の実線に示す。第７図の破線は比較の
ため第４図の充電状態の図を示している。

本実施例の場合はぼ１サイクル以内に完全に充電時間Ｔ
ｃは終了し、安定時間Ｔ５に入る。

つぎに、入力制限用トランジスタ８がシリコントランジ
スタとすれば、その順方向電圧は約０．６Ｖ程度であり
、ダイオード２７の順方向電圧は約０．６Ｖ程度であり
、ダイオード２７が逆バイアスとなるためにはコンデン
サ１３の両端電圧の値は僅かでよく、このため抵抗３０
の値は数十ｇの低抵抗でよい。

またコンデンサ１３の充電は主にダイオード２９を通し
て行われる。

そこでコンデンサ１３は充電される一方であり、ダイオ
ード２７が逆バイアスとなるため、抵抗１０、ダイオー
ド２７およびコンテ゛ンサ１３は出力トランジスタ３の
エミッタからみたときは無視することがで゛き、出力ト
ランジスタ３の制限電流はエミッタに接続された抵抗４
に流れる電流により発生する負荷電流検出分電圧ｅｅが
、入力制限用トランジスタ８の立上り順方向電圧とほぼ
等しい値となる出力トランジスタ３のエミッタ電流とな
る。

この値は第１図の回路の場合より小さい。

負荷６の短絡状態が回復し正常値に戻った場合は、共通
出力端子５の電圧が第５図のＤ点すなわち入力制限用ト
ランジスタ７のコレクタの電位より高くなり、ダイオー
ド２９はオフ状態となって再びコンテ゛ンサ１３は第５
図の矢印Ｃの方向に充電され正常時の動作に復帰する。

つぎに他の実施例について説明する。

第８図は他の実施例の回路図であり、第８図に示す如く
、入力端子１および１４、ダーリントン接続した出力ト
ランジスタ２，３および１５，１６、出力トランジスタ
３および１６の各エミッタに接続した出力電流検出用抵
抗４および２４、共通出力端子５に接続した負荷６とか
ら構成される２電源直結トランジスタ増幅器において、
出力トランジスタ２のベースと共通出力端子５との間に
ダイオード３７と入力制限用トランジスタ８を接続し同
様に出力トランジスタ１５のベースと共通出力端子５と
の間にダイオード３８と入力制限用トランジスタ１８を
接続する。

さらに、入力制限用トランジスタ８および１８の各ベー
スと出力トランジスタ３および１６の各エミッタとの間
に抵抗９，１９を接続する。

入力制限用トランジスタ８および１８のベースと大地間
には、それぞれ抵抗１０、ダイオード２７、抵抗１１お
よびダイオード１２の直列回路および抵抗２０、ダイオ
ード２８、抵抗２１およびダイオード２２の直列回路を
接続する。

抵抗１１とダイオード２７との共通接続点と共通出力端
子５との間にはコンテ゛ンサ１３を、抵抗２１とダイオ
ード２８との共通接続点と、共通出力端子５との間には
コンデンサ２３をそれぞれ接続する。

一方、電源子Ｂと抵抗１１とダイオード２７との接続点
との間に、トランジスタ８にて駆動されるコンデンサ１
３の充電用トランジスタ３３とダイオード２９を接続し
、トランジスタ３３のコレクタはまた抵抗３０を通して
抵抗１１とダイオード１２との接続点に接続する。

同様に電源−Ｂと抵抗２１とダイオード２８との接続点
との間に、トランジスタ１８にて駆動されるコンデンサ
２３の充電用コンデンサ３５とダイオード３１とを接続
し、トランジスタ３５のコレクタはまた抵抗３２を通し
て抵抗２１とダイオード２２との接続点に接続する。

以上の如く構成した第８図の実施例においてもその動作
は第５図に示した実施例の動作と同一であるので詳細は
省略する。

負荷６が正常値の場合は入力制限用トランジスタ８およ
び１８はオフ状態で゛出力トランジスタの入力は制限さ
れない。

またこの場合にはコンデンサ１３は共通出力端子５、コ
ンテ゛ンサ１３、抵抗１１およびダイオード１２の順序
に流れる充電電流により充電される。

このため誘導性または容量性リアクタンスを含む負荷の
場合も誤動作しない。

ついで負荷６が短絡または短絡に近い値となつた場合の
動作も第５図に示した実施例と同様であるが、本実施例
の場合の負荷短絡時のコンデンサ１３の充電路は電源子
Ｂ、充電用トランジスタ３３およびダイオード２９とな
る。

以上説明した如く、本考案によればトランジスタ増幅器
の出力トランジスタの入力回路に接続し前記出力トラン
ジスタの電流検出分電圧によって動作する入力制限用ト
ランジスタと、前記トランジスタのベースと接地間に直
列に接続した抵抗およびダイオードと、前記ダイオード
と抵抗との共通接続点と前記増幅器の共通出力端子間に
接続したコンテ゛ンサを、負荷短絡時に動作する充電回
路を設けて、前記コンデンサを急速に充電することによ
り従来の保護装置に比較して制限電流が安定するまでの
期間が短かくなり、低域周波数でもその保護効果は大き
い。

また、短絡時の制限電流値も小さいため、より完全な保
護効果が得られる。

また、負荷短絡時に動作する充電回路に必要とする部品
は僅かですむ利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の保護装置の１例の回路図、第２図は負荷
に発生する電圧および出力トランジスタの電流検出分電
圧の波形図、第３図は第１図の回路の負荷短絡時の等価
回路、第４図は第３図の回路のコンデンサの充電波形図
、第５図は本考案の一実施例の回路図、第６図は第５図
の回路の負荷短絡時の等価回路、第７図は第６図の回路
のコンデンサの充電波形図、第８図は本考案の他の実施
例の回路図。 ２．３．１５および１６・・・・・・出力トランジスタ
、４，９゜１０．１１．１９，２０，２１．２４，３０
，３２．３４および３６・・・・・・抵抗、５・・・・
・・共通出力端子、６・・・・・・負荷、７，８．１７
および１８・・・・・・入力制限用トランジスタ、１２
，２２，２７，２８，２９゜３１および３７・・・・・
・ダイオード、１３および２３・・・・・・コンテ゛ン
サ、２５および２６・・・・・・出力トランジスタの電
流検出分電圧、３３および３５・・・・・・充電用トラ
ンジスタ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 出力トランジスタの入力回路に接続され前記出力トラン
   ジスタの出力電流検出分電圧によって動作する入力制限
   用トランジスタと、増幅器の正常動作時に共通出力端子
   に現われる出力電圧に比例した充電電圧を前記入力制限
   用トランジスタをオフさせる極性に充電しかつ負荷抵抗
   値が所定値より減少した時前記出力電流検出分電圧によ
   って前記入力制限用トランジスタをオンさせる極性に充
   電するコンデンサとを有するトランジスタ増幅器の保護
   装置において、負荷抵抗値が所定値より減少した時に前
   記入力制限用トランジスタの出力電流をダイオードを介
   して前記コンデンサに供給して前記コンデンサの充電時
   間を早めたことを特徴とするトランジスタ増幅器の保護
   装置。