JPH036110A - 半導体増幅回路 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、無線通信機器等に用いられる半導体増幅回路
に関するものである。

従来の技術 半導体集積回路による増幅回路には、通常作動増幅形回
路が用いられる。しかし出力電力が大きく、かつ低消費
電力が要求される場合には、エミクタ接地形の増幅回路
を採用する必要がある。以下、第４図を参照して従来の
増幅回路について説明する。

第４図において、４００は半導体増幅用トランジスタ、
４０１，４０２はベースバイアス抵抗、４０３はエミッ
タ抵抗、４０４はエミッタ接地容量、４０６はコレクタ
抵抗、４０６は信号成分阻止用バイパス容量、４０７は
電源端子、４０Ｂは接地部、４０９が入力信号で、４１
０が増幅出力信号である。

以上のような構成における回路動作については説明する
までもない、周知のトランジスタの増幅作用を得るため
の基本的な回路である。このような増幅回路を特に半導
体集積回路として構成する場合には、大きな容量値が得
られないため、エミッタ接地容量４０４による接地の効
果、バイパス容量４０６によるバイパス効果、また抵抗
４０６による信号成分の損失、半導体増幅用トランジス
タ４００の入出力の整合などが問題となる。また、エミ
ッタを直接接地した場合には、エミッタの接地の効果は
改善されるがトランジスタ４００の直流増幅率のバラツ
キにより流れる電流が大きく変わることになる。

またもう１つの例として、電圧、温度等の変動に対して
安定した出力を得るために特に電力増幅回路に用いられ
ている従来の回路について以下に、第６図を参照して説
明する。

第６図において、６０１は増幅用トランジスタ、６０２
は増幅用トランジスタ５Ｃ）１へ信号を渡す前段増幅器
、５０３は前段増幅器５０２のコレクタ電流を制御する
検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ、６０４はダイオ
ード、６０６は検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ５
０３のベースバイアスを設定する可変抵抗器、５０６は
ダイオード、５０７はツェナーダイオード、６０８は電
流を制限する抵抗、５０９はダイオード５０４，５０６
と、可変抵抗器６０６と、ツェナーダイオード５０７に
流れる電流を設定する抵抗、５１０は電流検出用抵抗、
６１１は高周波信号成分を阻止するインダクタ、６１２
は容量、５１３．５１４は結合容量、６１６は増幅用ト
ランジスタ６０１０ベースバイアスを設定するベースバ
イアス端子、６１６は電源端子である。

以上のような構成において、以下その動作について説明
する。

可変抵抗器６ｏ６によって検出電流制御用ＰＮＰ形トラ
ンジスタ６０３のベース電圧を設定している場合におい
て、電源電圧の変動や温度の変化によって増幅用トラン
ジスタ６０１のコレクタ電流が増し、出力が増すと、電
流検出用抵抗６１０による電圧降下が大きくなり、電源
−子６１６と検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ６０
３のベース間の電圧が、ダイオード６０４と可変抵抗器
６０６で決められている電圧と等しくなるようになる。

そのため検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ６０３の
エミッタ・ベース間電圧が下がり、前段増幅器６０２の
コレクタ電流を減少させるため、前段増幅器５０２の出
力が低下し、増幅用トランジスタ５０１０入力電力が減
少し、その出力が一定になる方向に動作する。増幅用ト
ランジスタ５０１のコレクタ電流が減少した場合は、前
記コレクタ電流が増加した場合と逆の動作を行い、前段
増幅器６０２の出力を増加させて、出カ一定の方向に動
作する。このような電流検出形の自動電力制御回路は高
周波電力増幅回路に用いられ、前段増幅器５０２の出力
電力を制御する形式をとっていた。

発明が解決しようとする課題 しかし、以上のような半導体増幅回路の構成では、特に
増幅用トランジスタ６０１のエミッタの接地が不十分と
なり、本来得られる出力電力や利得が得られず、またエ
ミッタを直接接地した場合には、特に半導体増幅用トラ
ンジスタ５０１の直流電流増幅率のバラツキにより、ま
た部品の素子値のバラツキや温度特性により、半導体増
幅用トランジスタの電流および出力変動が大きいという
課題を有しており、大きな出力と低消費電力が得られる
増幅回路が半導体集積回路によって実現できないという
課題を有していた。

本発明は上記課題を解決するもので、出力電力が大きく
でき低消費電力となる半導体集積回路による増幅回路を
実現し、温度、電源電圧、直流電流増幅率、負荷インピ
ーダンス等の変動に対して出力変動が小さい、電流検出
形の自動電力制御回路を具備した半導体増幅回路を提供
することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明は、半導体増幅用トランジスタのエミッタを直接
接地し、主としてその直流増幅率の補正のため、電流検
出ループの一部にトランジスタの飽和電圧を利用し、ま
た基準電圧用に複数個のダイオード及び定電流回路を用
いた、電流検出形の自動電力制御回路を設け、その制御
電圧を半導体増幅用トランジスタ自身のベースに加える
ことにより、上記目的を達成するものである。

作用 本発明は上記構成により、電流検出ループに温度変化の
少ないトランジスタの飽和電圧を利用して温度特性を改
善し、また定電流電源により端子間降下電圧を一定とし
た複数個のダイオードを用いて電源電圧変動に対して一
定の比較基準電圧を半導体集積回路内に作り、電流検出
用抵抗により半導体増幅用トランジスタのコレクタ電流
の変動分を検出して検出電流制御用ＰＮＰ形トランジス
タのエミッタ・ベース間電圧を変化させて、そのコレク
タ出力制御電流を半導体増幅用トランジスタ自身のベー
スバイアス電流へ供給することにより、特に、トランジ
スタの直流電流増幅率の変動に対して、また電源電圧、
温度、あるいは負荷インピーダンス等の変動に対して半
導体増幅用トランジスタに流れる電流を一定として出力
変動を小さくするという作用を有する。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施例につい
て説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における半導体増幅回路
の回路図である。第１図において、１は半導体増幅用ト
ランジスタ、２は電流検出用抵抗、３〜６は複数個の順
方向のダイオード、６は定電流源回路、７はダイオード
、８は飽和電圧を利用するための飽和トランジスタ、９
はそのトランジスタ８のベース抵抗、１０はダイオード
、１１．１２は電圧分圧用抵抗、１３は電流制限用抵抗
、１４は検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ、１６は
その制御出力を供給する抵抗、１６〜１８は整合回路で
、半導体増幅用トランジスタ１の出力の整合をとってお
り、整合回路１６はバイアス供給を兼ね、整合回路１７
は信号成分阻止の働きを兼ねており、整合回路１８はそ
の他の整合をとっている。また２ｏは電源、２１は接地
、２２は定電流源回路の電源、、２３は半導体用トラン
ジスタ１の入力信号、２４はそのコレクタ出力、２６は
増幅出力信号、２６は半導体集積回路部分である。

上記構成において、以下その動作について説明する。ま
ず、電源電圧が変動しても一定の端子間電圧を得て基準
電圧とするために通常はツェナーダイオードが用いられ
るが、本実施例では半導体集積回路で構成するため、複
数個のダイオード３〜６を順方向に接続し、そこに流れ
る電流を定電流源回路６で一定として基準電圧を作って
いる。

ここで電源端子２ｏと検出電流制御用ＰＮＰ形トランジ
スタ１４０ベースとの間の電位差は電流検出用抵抗２で
の電圧降下と検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ１４
のエミッタ・ベース間電圧の和であり、それはダイオー
ド７の順方向電圧と飽和トランジスタ８の飽和電圧と分
圧用抵抗１１での電圧降下との和に等しい。なお飽和ト
ランジスタ８０ベース・バイアスは電源端子２０から抵
抗９によって供給し、その飽和電圧と抵抗１１．１２で
の電圧降下の和はダイオード１０の電圧降下と等しく、
また抵抗１３で基準電圧と並列に設けたこれらの回路に
流れる電流を制限している。

半導体増幅用トランジスタ１の直流電流増幅率のバラツ
キ、電源電圧の変動、温度変化、あるいは負荷インピー
ダンスの変動などによって増幅用トランジスタ１のコレ
クタ電流が増加した場合、電流検出用抵抗２での電圧降
下が増加し、基準電圧がほぼ一定であるため、その時に
は検出電流制御用ｐＮｐ形トランジスタ１４のエミッタ
・ベース間電圧が減少し、抵抗１６を通じて供給される
半導体増幅用トランジスタ１０ベース電流が減少し、そ
の出力を一定にする方向に動作することになり半導体集
積回路による電流検出形の自動電力制御回路が構成でき
たことになる。

ダイオード７はＰＮＰ形トランジスタ１４のエミッタ・
ベース間の温度特性をほぼ打ち消すように設けられてお
り、また温度変化に対する飽和電圧の変化が小さいこと
を利用して飽和トランジスタ８を電流検出ループの一部
に用いている。半導体増幅用トランジスタ１の出力の整
合は、バイアス供給を兼ねたインダクタ１６と信号成分
狙止の働きを持つ容量１７と整合回路１８とによってと
って増幅出力信号を端子２６から得ている。また定電流
源回路６には、例えば第３図（ａ）のウィルソンのカレ
ントミラー回路、（ｂ）の３トランジスタ形力レントミ
ラー回路、（ｃ）の基本形カレントミラー回路等が用い
られ、その電源２２は電源端子２０と接続してもよいし
別々としてもよい。

半導体増幅用トランジスタ１のコレクタ電流が減少した
場合は、前記コレクタ電流が増加した場合の逆の動作で
出力を一定にする方向に動作する。

以上本実施例によれば、電流検出ループの一部にトラン
ジスタ８の飽和電圧を利用し、また基準電圧用に複数個
のダイオード３〜６及び定電流回路６を用いた、電流検
出形の自動電力制御回路を設け、その制御電圧を半導体
増幅用トランジスタ１０ベースに加えることにより、特
にトランジスタの直流電流増幅率の変動に対して、また
電源電圧、温度、あるいは負荷インピーダンス等の変動
に対して半導体増幅用トランジスタ１に流れる電流を一
定として出力変動を小さくすることができ、増幅回路を
出力電力が大きくでき低消費電力化ができるエミッタ接
地形の増幅回路による半導体集積回路で構成できること
になり、小形、低消費電力、低価格が可能となる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第２図は本発明の第２の実施例における半導体増幅回路
の回路図である。第２図において、第１の実施例の構成
と異なる３つの点は、第１に、第１図のように飽和トラ
ンジスタ８をダイオード１゜と並列に設けるのではなく
、ダイオード７と直列に設けて、それに直列にダイオー
ド１ｏを設けそのダイオード１０の端子間電圧を抵抗１
１．１２で分割するようにしたものである。さらに、第
２魚目として、第１図のように半導体増幅用トランジス
タ１のコレクタと検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ
のエミッタを直接には接続せずに、そのＰＮＰ形トラン
ジスタのエミッタ出力端子３２を設け、端子３２と電源
端子の間に電流検出抵抗２、端子３２と接地間に容量１
７、端子３２と半導体増幅用トランジスタ１のコレクタ
出力端子２４との間にインダクタ１６を設けるようにし
たものである。また第３魚目として、検出電流検出用Ｐ
ＮＰ形トランジスタ１４のコレクタ出力にＮＰＮ形トラ
ンジスタを接続して直流増幅し、その出力を抵抗３１か
ら半導体増幅用トランジスタ１のベースへと供給するよ
うにした点である。

上記構成の場合には、第１の実施例とほぼ同じであるの
で、その動作及びその効果の相違点のみを説明する。

まず、飽和トランジスタ８の電流検出ループにおける位
置を第２図のように変えると、電流検出ループの温度補
償特性が変わるので他の部品の温度特性により、本実施
例による方が温度変動に対する補償が良好となる場合も
ある。

また電流検出用ＰＮＰ形トランジスタ１４のエミッタ出
力は、特に半導体集積回路の出力が大きい場合には、本
実施例のように半導体増幅用トランジスタ１のコレクタ
とは別の端子として高周波信号がＰＮＰ形トランジスタ
１４の方に加わらないようにした方が電流検出の動作の
高周波信号による影響を排除することができる。

また、検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ１４と半導
体増幅用トランジスタ１０ベースとの間に直流増幅用Ｎ
ＰＮ形トランジスタ３０を設けることにより本実施例に
よれば、第１の実施例と比べてＮＰＮ形）ランデスタ３
００ベース・エミッタ間電圧分だけ高い電圧が必要であ
るが、検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタ１４の電流
容量はＮＰＮ形トランジスタ３ｏの直流増幅率の逆数で
よいことになり小さくて済むことになる。

発明の効果 以上のように本発明は、電流検出ループの一部にトラン
ジスタの飽和電圧を利用し、また基準電圧用に複数個の
ダイオード及び定電流回路を用いた、電流検出形の自動
電力制御回路を設け、その制御電圧を半導体増幅用トラ
ンジスタのベースに加えることにより、特にトランジス
タの直流電流増幅率の変動に対して、また電源電圧、温
度、あるいは負荷インピーダンス等の変動に対して半導
体増幅用トランジスタに流れる電流を一定として出力変
動を小さくすることができ、増幅回路を出力電力が大き
くでき低消費電力化ができるエミッタ接地形とした半導
体集積回路により構成できることになり、小形、低消費
電力、低価格等に対するその効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における半導体増幅回路
の回路図、第２図は本発明の第２の実施例における半導
体増幅回路の回路図、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は
同半導体増幅回路の要部である定電流源回路の例を示す
回路図、第４図は従来の半導体増幅回路の回路図、第６
図は従来の自動電力制御回路の回路図である。 １・・・半導体増幅用トランジスタ、２・・・電流検出
用抵抗、３〜５・・・複数個のダイオード、６・・・定
電流源回路、７・・・ダイオード、８・・・飽和トラン
ジスタ、１１．１２・・・分圧用抵抗、１４・・・ＰＮ
Ｐ形トランジスタ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体増幅用トランジスタのコレクタと電源の間
   に設けた電流検出用抵抗と、検出電流制御用にＰＮＰ形
   トランジスタのエミッタ・ベース間電圧を用い、前記電
   源と定電流源回路との間に複数個の順方向ダイオードを
   接続して基準電位差を作り、前記基準電位差間に順方向
   にダイオード電圧およびトランジスタの飽和電圧及び抵
   抗分圧電圧を設け、前記抵抗分圧電圧を前記検出電流制
   御用ＰＮＰ形トランジスタのベースに接続し、また前記
   検出電流制御用トランジスタのコレクタからの出力制御
   電圧を前記半導体増幅用トランジスタのベースへと接続
   した電流検出形の自動電力制御回路とを具備することを
   特徴とする半導体増幅回路。
2. （２）半導体増幅用トランジスタのコレクタと前記電流
   検出用抵抗との間にインダクタを設け、前記半導体増幅
   用トランジスタのコレクタと検出電流制御用ＰＮＰ形ト
   ランジスタのエミッタを接続することを特徴とする請求
   項１記載の半導体増幅回路。
3. （３）半導体増幅用トランジスタのコレクタと電流検出
   用抵抗との間にインダクタを設け、前記電流検出用抵抗
   と前記インダクタの接続点に、対接地に容量及び検出電
   流制御用ＰＮＰ形トランジスタのエミッタが接続された
   ものであることを特徴とする請求項１記載の半導体増幅
   回路。
4. （４）検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタと半導体増
   幅用トランジスタのベースとの間にＮＰＮ形トランジス
   タを設け、前記検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタの
   エミッタにＮＰＮ形トランジスタのコレクタが接続され
   、前記検出電流制御用ＰＮＰ形トランジスタのコレクタ
   に前記ＮＰＮ形トランジスタのベースが接続され、前記
   半導体増幅用トランジスタのベースに前記ＮＰＮ形トラ
   ンジスタのエミッタからの出力が接続されたことを特徴
   とする請求項１記載の半導体増幅回路。