【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電流検出装置に関し、さらに特定すれば、負荷電流を供給するとともに検出回路に結合される利用回路であって、その利用回路中の電流の流れを検出し、負荷電流に比例する電流を出力する検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】検出回路に関しては多数の応用法が存在する。 電流検出装置の一つの応用法は、高出力電流の演算増幅器の動作状態を制御することである。 最近の応用法において要望される目標は、定常電力消費の低い増幅器を提供することであるが、そのような先行技術としての増幅器は、出力を駆動する電流特性および交流電流(A
C)の特性に欠陥を有する。 事実、低インピーダンス負荷を駆動するため、高い駆動電流能力を有する一方でまた電力消費を押えるために最小のバイアス・ドレーン電流を有する演算増幅器を提供することが、今でも要望される。 実際に、移動電話、消費者向け娯楽システム（例：
ラジオやビデオ・ゲーム等）のような携帯式の電池を電源とする応用においては、その応用に使用される増幅器の定常電力消費を制限することが非常に重要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】全部ではないにしても、今日の高出力電流の演算増幅器の大部分は、出力段に結合された入力段から構成されている。 入力段に与えられる交流入力信号に応答して、演算増幅器は、出力段に結合された負荷へおよび負荷から駆動電流の流出および流入の両方を実行する。 通例、高品質のオーディオとデータ処理への応用を可能にするため、入力段および出力段は定常ドレーン電流にバイアスされる。 例えば、モトローラ社製のMC 33178のような低電力、高出力電流増幅器は、入力信号が与えられない定常動作モードにおいて、増幅器当たり約420 マイクロアンペアのドレーン電流を引出す。 マイクロ電力およびバッテリーを電源とする応用の場合、高負荷電流を供給することができる増幅器を提供する一方で、前記を越えるドレーン電流の要件を減少させる必要がある。 前記を達成することができる一つの方法は、入力信号が増幅器の電流ドレーンを最低にするための特定のしきい値未満であることを検出し、
前記入力信号がひとたびこのしきい値を超過すると、ステージへのバイアスを増大させて増幅器が所定の範囲内で動作するようにさせるための回路を設けることである。 前記回路を利用する一方法は、増幅器の出力段における負荷電流の存否を検出することである。 増幅器を低い定常バイアス・ドレーン電流状態に置くため、負荷電流の不存在を検出することができる。 入力信号が与えられたために負荷電流が検出されると、上述の通り、バイアス電流が増大する。

【０００４】したがって、検出電流が所定のしきい値を超過したときに、負荷制御信号を与えることによって負荷を制御するために利用する出力信号を導出することができる改良された方法および回路が必要となる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に従い、出力において負荷電流を導出する利用回路に結合される検出回路が提供される。 本発明において、検出回路は、負荷電流に比例して変化する出力信号を導出するため、負荷電流の存在を検出する。 検出回路には、分割された負荷電流に比例する電流を検出回路の出力において導出するため、利用回路から引出された負荷電流の一部が貫通する第１センシング回路と、分割された負荷電流に比例する電流を検出回路の出力において導出するため、利用回路において流入する負荷電流の一部を流す第２センシング回路とが含まれる。

【０００６】

【実施例】図１に、利用回路10に結合された本発明の検出回路を示す。 考察のために、利用回路10は、従来の演算増幅器の出力段、例えば、前記MC 33178の出力段によって実現される。 本発明の負荷電流検出装置が集積回路の形態に製造するのに適しており、利用回路10を構成する同じ集積回路上に組込むことができることが理解される。

【０００７】利用回路10が演算増幅器の出力段である場合、利用回路10の入力12は、増幅器の入力と中間段に結合されることになるので、増幅器に差動信号が与えられると、周知の通り、入力12に交流信号が与えられる。 出力段10は、エミッタ・フォロワ・トランジスタ16をを含むと考えられる。 トランジスタ16のコレクタはトランジスタ18に結合され、トランジスタ16のベースは入力12
に、エミッタは、抵抗器24を介して負の供給線26に結合され、また、トランジスタ28のベースに結合される。 トランジスタ28のコレクタはダイオード手段30のカソードに結合され、トランジスタ28のエミッタは線26に結合される。 理解される通り、トランジスタ18とダイオード手段30は、トランジスタ28とともに、正常動作の間、増幅器の出力14において電流を流出、流入するためのプッシュ・プル出力を形成する。 最後に、出力段10は、トランジスタ18のベースとトランジスタ28のコレクタとの間に直列に結合されるダイオード手段32, 34が含まれ、ダイオード手段32, 34には電流源20が結合される。

【０００８】正常動作時、出力段10は、バイアス回路（図示されていない）によって、入力信号が与えられない静止動作状態にバイアスされ、その結果、所定の静止電流が、電流源20から各種の装置を通して流れる。 この静止動作状態において、電圧は、ダイオード32, 34で構成するバイアス段で作られ、出力段の動作中、この電圧は実質的に一定に保たれる。 さらに、ダイオード手段30
とトランジスタ18のベース・エミッタ上で作られる電圧は、実質的に、ダイオード手段32, 34上の電圧降下に等しい。 その上、この状態においては、出力14においては、実質的に、出力電流は引出されもせず、流入もない。

【０００９】本発明の分割負荷電流検出回路は、抵抗器
52, 56, 60, 64の他、トランジスタ50, 54, 58, 62と電流ミラー42, 44, 46, 48で構成される。 さらに特定すれば、以下に説明する通り、トランジスタ50, 58は、電流ミラー42, 44、および、ダイオード手段32, 34によって構成されるバイアス段に結合されるそれぞれの抵抗器とともに、第１センシング手段を形成する。 同様に、トランジスタ62、電流ミラー48と抵抗器64は第２センシング手段を形成し、トランジスタ54、電流ミラー46と抵抗器
56は第３センシング手段を形成する。

【００１０】トランジスタ58のベースとエミッタは抵抗器60を介してダイオード手段32に結合され、トランジスタ58のコレクタは電流ミラー44の入力に結合される。 電流ミラー44の出力は電流ミラー48の入力に結合される。
トランジスタ50も同様な方法で結合される。 すなわち、
トランジスタ50のベースとエミッタは抵抗器52を介してダイオード手段34に結合され、トランジスタ50のコレクタは電流ミラー42の入力に結合される。 電流ミラー42の出力は電流ミラー46の入力に結合される。 増幅器の出力段が静止動作状態にある間、ダイオード手段32, 34上の電圧は相互に等しい。 その結果、トランジスタ50, 58はダイオード手段32, 34と同じであるので、トランジスタ
50, 58はバイアスされ、トランジスタ50, 58を通して一定で等しい電流が流れる。 故に、それぞれ電流ミラー4
2, 44に与えられる入力電流は、電流ミラー42, 44の出力から取出される電流と等しくなる。 理解される通りダイオードに接続させたトランジスタの使用によってダイオード手段32, 34が実現されると、ダイオード32, 34のエミッタ面積に対するトランジスタ50, 58のエミッタ面積の比率を定めることにより、ダイオードを貫通して流れる電流に比例したコレクタ電流が作られる。 例えば、
ダイオード32, 34のエミッタ面積をそれぞれ、トランジスタ50, 58のエミッタ面積のＮ倍にした場合、トランジスタ50, 58を通して流れるコレクタ電流はダイオード電流の１／Ｎになる。 小電流の場合、Ｎは正数である。 同様に、トランジスタ18とダイオード30のエミッタ面積は、それぞれ、トランジスタ62, 54のエミッタ面積のＮ
倍の大きさであり、トランジスタ62, 54を通して流れる電流はトランジスタ18とダイオード30を通して流れる電流より小さくなる。

【００１１】故に、静止動作状態において、ダイオード
32, 34はトランジスタ18とダイオード30のベース−エミッタ上に現れるバイアス電位を導出する。 センシングトランジスタ50, 54, 58, 62が適合した装置であると仮定し、また、ダイオード30, 32, 34とトランジスタ18も適合していてセンシングトランジスタよりも多きな装置であると仮定すると、前記センシングトランジスタは、すべて、実質的に等しいコレクタ電流を流入させる。 したがって、トランジスタ54は電流ミラー42の出力において取出された電流全部を流入させるので、電流ミラー46の出力から取出される電流はなくなる。 同様に、トランジスタ62は、電流ミラー44の出力から取出される電流全部を流入させるので、電流ミラー48の出力から取出される電流はなくなる。 したがって、演算増幅器が定常状態にあるとき、または、入力12において供給される交流信号ががゼロ・クロスオーバー点にあるときは常に、適合したセンシング装置によってバイアスすなわちバックグランド電流が差し引かれるので、検出装置の出力40において取出される出力電流はなくなる。

【００１２】理解される通り、入力12に与えられる交流差動入力信号に応答して、交流入力信号の半分の間、トランジスタ28は、出力14からの電流を取出すため、ダイオード30とトランジスタ54を介して確実にオンにされ、
交流入力信号の他の半分の間、トランジスタ28ははオフにされ、一方、出力14への電流を取出すため、出力トランジスタ18とトランジスタ62はオンにされる。 先ず、トランジスタ16を導電性にすることによってトランジスタ
28が確実にオンにされると仮定すると、ダイオード30がオンにされるにつれてトランジスタ18はオフになる傾向がある。 従って、負荷電流は、ダイオード30上の電圧降下を増大させるダイオード30を介して、出力14から流入される。 このことは、次に、センシングトランジスタ54
をオンにさせ、ダイオードに接続されたトランジスタ形成ダイオード30のエミッタ面積に対するトランジスタ54
のエミッタの面積の比率に応じて、トランジスタ54を通して流れる負荷電流の一部分を流入させる。 ただし、ダイオード32, 34両端の電圧降下は一定に保たれる。 したがって、トランジスタ54はトランジスタ50よりさらに導電性になり、電流ミラー・トランジスタ42の出力から供給を受けることができる電流より大きな電流を流入しようとする。 ただし、この追加電流は電流ミラー・トランジスタ46によって供給され、電流ミラー42, 46がトランジスタ54のコレクタに供給する電流の量はトランジスタ
54が流入させる部分負荷電流に等しい。 部分負荷電流に比例した電流を検出装置の出力40に供給するため、電流ミラー46はこの電流を出力する。 同様な方法で、演算増幅器10への入力信号の交互の半サイクルにおいて、トランジスタ18は入力信号に応答してさらに導電性になり、
その結果、トランジスタ62は、取出された負荷電流の一部分を出力14に流入させる。 その後、トランジスタ62
は、電流ミラー44が供給したより多くの電流を流入しようとする。 トランジスタ62が必要とする追加電流は、電流ミラー48によって供給される。 よって、トランジスタ
52によって流入される分割負荷電流は、その後、出力40
に出力される。 電流しきい値検出装置の上述の動作が、
入力信号の交互の半サイクル上で反復される。

【００１３】本発明の検出装置の重要な特徴は、電流源
20から供給される電流を、演算増幅器の２つの動作サイクルの間に実質的に変化させることができ、しかも、出力40に供給される負荷電流の一部分で負荷電流そのものを検出することができることである。 このバックグランド電流を差し引くことにより、分割負荷電流が検出されることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示す回路図。

【符号の説明】

10 利用回路 12, 14 入力 16, 18, 28, 50, 54, 58, 62 トランジスタ 20 電流源 30, 32, 34 ダイオード 40 出力 42, 44, 46, 48 電流ミラー 24, 52, 56, 60, 64 抵抗