JPH0511527U - ブースタアンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アンプのダイナミックレンジを拡大した上
で、２つの動作領域を設定し、一方で低歪小電力増幅、
他方で高効率大電力増幅を可能とするブースタアンプを
得る。 【構成】 アンプの増幅素子にＦＥＴ１とバイポーラト
ランジスタ２を用い互いを並列接続する。上記ＦＥＴ１
のゲート端子とバイポーラトランジスタ２のベース端子
をバイアス抵抗３を介して接続する。上記バイポーラト
ランジスタ２のベース端子とバイアス回路との間に定電
流ダイオード１０を接続する。 【効果】 電力増幅を広いダイナミックレンジにおいて
低歪、高効率に行う。増幅モードとして２つのモードを
持たせることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、信号出力を高効率にブーストするためのアンプに関するものであ る。

【０００２】

【従来の技術】

図６は従来のアンプを示す図であり、図において１は電界効果トランジスタ（ 以下「ＦＥＴ」と称する）、３ａ、３ｂは電界効果トランジスタのゲート端子に 接続されたバイアス抵抗、４ａ、８ｂはＦＥＴ１のゲート及びドレイン端子に対 するバイアス端子、５ａ、５ｃはＦＥＴ１のゲート及びドレイン端子に接続され たブロックコンデンサ、６はアンプ入力端子、９はアンプ出力端子である。

【０００３】 従来アンプは上記のように構成され、入力端子６より入力された信号電力はブ ロックコンデンサ５ａを通ってＦＥＴ１のゲート端子に入力され、ＦＥＴ１で増 幅された後、ブロックコンデンサ５ｃを経由して出力端子９より出力される。こ のとき、入力端子６の入力電力と出力端子９の出力電力の関係はＦＥＴ１が線形 動作している領域と非線形動作している領域の２つの領域に分けれる。図７のａ は上述の入力電力と出力電力の関係を表わしたものであり、入力電力がＡ点より 大なる領域で出力電力は飽和特性を示す。ここで、図５におけるＦＥＴ１がＡ級 または、Ｂ級で動作した場合の消費電力のふるまいについて考えてみると、図７ のｂのように表わされ、１５はＡ級動作特性で、入力電力に対する消費電力は一 定である。１６はＢ級動作特性を示し、入力電力の増加に伴い、Ａ点に至るまで 消費電力は増大するが、飽和するや否や、消費電力はＡ級動作の１５と同様に一 定値を保持するのが通例である。一般に、ＦＥＴはバイポーラトランジスタに比 べて低歪であるためＡ級で使用されるがアンプの効率を考えた時にはＢ級あるい はＢ級よりも効率の高いＣ級動作が望ましく、入力電力の大きさが変化するよう なアンプの効率を稼ぐ目的で、Ｂ級、Ｃ級という動作状態が使用されることがあ る。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記のような従来のアンプでは、効率を稼ぐ目的でＦＥＴの動作点がＢ級ある いはＣ級等に設定されることが多く、このために入力電力を低くしてアンプを線 形動作させたい領域でもアンプの非線形が生じ、振幅歪や位相歪の発生に伴い、 複数信号入力時には混変調歪の発生が避けられなかった。また、Ａ級で動作させ た場合、歪の発生量は低くなるものの効率が低いという問題点があった。

【０００５】 この考案は上記のような課題を解決するためになされたもので、入力電力が低 く線形動作させたいところでは、消費電力を抑えて増幅し、入力電力が高く非線 形部分では必要な出力を効率よく増幅することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

この考案に係るアンプにおいては、従来のＦＥＴを用いたアンプ回路に並列に バイポーラトランジスタを接続するものである。

【０００７】 また、アンプの線形性をよくするためにＦＥＴのゲート端子とバイポーラトラ ンジスタのベース端子をバイアス抵抗を介して接続するものである。

【０００８】 更に、アンプの不要な消費電力増加を防ぐために、バイポーラトランジスタの ベース端子に定電流ダイオードを接続するものである。

【０００９】

【作用】

この考案におけるブースタアンプは、並列接続されたＢ級あるいはＣ級動作す るトランジスタが、ＦＥＴで増幅可能な領域よりも入力電力の大きなところで増 幅動作を行うため、入力電力の大きなところでも必要な出力電力が効率よく取り 出せる。

【００１０】 また、バイポーラトランジスタのベース端子とＦＥＴのゲート端子をバイアス 抵抗を介して接続すれば、入出力特性の振幅の線形性を高めて高効率な増幅を行 う。

【００１１】 更に、バイポーラトランジスタのベース端子の定電流ダイオードは、トランジ スタのベース電流を制限するため、トランジスタで消費される電力の増加を制限 できる。

【００１２】

【実施例】

実施例１． 以下、この考案の一実施例を図について説明する。図１において、１、３〜６ 、８、９は上記従来装置と全く同一のものである。２はバイポーラトランジスタ （以下「トランジスタ」と称する）、７は入力カプリング用のカプリングコンデ ンサである。 図４のａ、ｂは図１に対する動作を示す図であり、ａは図１における入出力特 性、ｂは入力対消費電力特性である。

【００１３】 図１において、入力端子６より入力された信号電力はブロックコンデンサ５ａ を通って一方はＦＥＴ１へ、一方はカプリングコンデンサ７を介してトランジス タ２へ入力される。トランジスタ２の動作点あるいはトランジスタ２の能力を適 当に選定することにより、ＦＥＴ１が飽和を開始した後でトランジスタ２を動作 させ、電力増幅を行うことが可能となる。図４のａ、ｂは図１の実施例に対する 動作を説明しており、図４ａの１１は実施例１での特性を示す。入力電力がＦＥ Ｔ１の飽和点Ａを過ぎると、トランジスタ２の動作によって出力電力が増大して いく様子がわかる。図４ｂの１１は本実施例の入力電力に対する消費電力の特性 を示しており、Ａ点以降で入力の増加に従って消費電力が増加していく。トラン ジスタ２は効率を考慮してＢ級あるいはＣ級動作させられるため、入力電力がＡ 点よりも小さな領域ではトランジスタ２での電力消費がなく、ＦＥＴの特性を生 かした低歪の電力増幅を行うことが可能である。一方入力電力がＡ点よりも大き な領域では、トランジスタ２の高効率動作により、出力電力に応じて消費電力を 変化させることで無駄な電力をアンプで消費することがない。

【００１４】 実施例２． この図１に示す実施例１では、入出力特性におけるＦＥＴ１からトランジスタ ２への動作切替えが滑らかに行われることが少ない。図４ａ、ｂの１２は本実施 例の特性であり、実施例１ではこのような特性は得られ難いかわりに特性１１で 示すようにステップ特性を与えることができ、モードの切替えを行う際の領域設 定が簡単である。しかし、異なった要求では、入出力特性において、２つのデバ イスの動作切替えをスムースに行わせることが必要となる。それは、入力電力の 大きさがダイナミックにＡ点の付近を変化するような場合であるが、このような 時には図２で示すブースタアンプが有効となる。図２においては、トランジスタ ２のベース端子とＦＥＴ１のゲート端子をバイアス抵抗３ｂを介して接続されて いる。 先ず、ＦＥＴ１が飽和を開始すると、通常、ＦＥＴ１のゲート端子にはゲート 電流Ｉｇが図２のように流れる。これは、ＦＥＴ１の内部でＦＥＴ１に入力され た電力が整流されることによって発生するものであり、ＦＥＴ１の飽和を直流的 に検出する一方法である。ゲート電流Ｉｇは、バイアス端子４ａからバイアス抵 抗３ａ〜３ｃを通ってバイアス端子４ｃへと流れるバイアス電流に変化を与える ことで、トランジスタ２のベース電圧をも変化させる。前もって、トランジスタ ２のベース電圧がトランジスタ２をオフする状態に選定されていたならば、Ｉｇ が流れない領域すなわち入力電力が低いところではＦＥＴ１のみが増幅作用を有 する。ところが、入力電力が増加し、前述の如くにＩｇが流れ始めた場合はトラ ンジスタ２のベース電圧はトランジスタ２をオンする状態へと導き、その結果、 図２で示すベース電流Ｉｂを流せしめる。従って、図４のａ、ｂで示した特性１ １のように、入力電力のＡ点付近で滑らかな入出力特性を得ることができるよう になる。消費電力はＡ点付近で急激な上昇特性を示し、実施例１と同様２つのモ ードで効率の良い電力増幅を行う。更にトランジスタ２が自己バイアス動作して いる場合の実施例１に比べて、トランジスタ２での歪が低減される。

【００１５】 実施例３． 実施例２で述べたようなアンプで、トランジスタ２の出力能力が大きい場合、 トランジスタ２が飽和するまで消費電力が増加し続ける。ダイナミックレンジの 広いアンプでは、実施例２のような場合が望ましいのであるが、ダイナミックレ ンジが限定され、かつピーク入力時の電力消費を抑えて電源容量を限定したいよ うな場合には、実施例２では不適当となる。このような場合に図３のような構成 を用いる。図３で１０は定電流ダイオードであり、トランジスタ２のベース端子 とバイアス回路の間に直列に挿入されている。定電流ダイオード１０は、トラン ジスタ２のベース電流を一定値に制限するため、トランジスタ２に流れるコレク タ電流を一定値以下にすることが可能となる。図４のｃ、ｄは、この際の入出力 特性と入力対消費電力の特性を示し、入力電力のＢ点よりも高い部分では出力電 力、消費電力共に制限されている。図５は、トランジスタ２のベース電流の変化 を表わしたものであり、１３、１４はそれぞれ実施例２及び３のＩｂ特性を示し 、Ｂ点以降でのＩｂの変化は、図２の実施例の場合Ｉｂ特性１３のように、図３ の実施例の場合Ｉｂ特性１４のようになる。ベース電流Ｉｂの制限によってＢ点 以降での電力消費が抑えられ、電源容量も限定される。

【００１６】

【考案の効果】

以上のように、この考案によればバイポーラトランジスタとＦＥＴを並列動作 させるので、ダイナミックレンジの広い範囲で歪が低くかつ効率の高いアンプを 構成することができる。

【００１７】 また、トランジスタのベースとＦＥＴのゲートをバイアス抵抗を介して接続す る方法によれば、入出力特性を滑らかに形成することができるため、より低歪化 が図れる。

【００１８】 更に、トランジスタのベースとバイアス回路の間に定電流ダイオードを挿入す ることで、消費電力に制御をかけることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の実施例１によるブースタアンプの構
成を示す図である。

【図２】この考案の実施例２によるブースタアンプの構
成を示す図である。

【図３】この考案の実施例３によるブースタアンプの構
成を示す図である。

【図４】この考案の実施例１、２、３によるブースタア
ンプの動作を示す図である。

【図５】この考案の実施例３によるバイポーラトランジ
スタのベース電流の特性を示す図である。

【図６】従来のアンプを示す図である。

【図７】従来のアンプの動作を示す図である。

【符号の説明】

１ ＦＥＴ ２ バイポーラトランジスタ ３ バイアス抵抗 ４ ＦＥＴのゲート及びトランジスタのベース用バイア
ス端子 ５ ブロックコンデンサ ６ 入力端子 ７ カプリングコンデンサ ８ ＦＥＴのドレイン及びトランジスタのコレクタ用バ
イアス端子 ９ 出力端子 １０ 定電流ダイオード １１ 実施例１のアンプ特性 １２ 実施例２のアンプ特性 １３ 実施例２のＩｂ特性 １４ 実施例３のＩｂ特性 １５ Ａ級動作特性 １６ Ｂ級動作特性

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電界効果トランジスタと、バイポーラト
   ランジスタと、上記電界効果トランジスタのゲート端子
   及びバイポーラトランジスタのベース端子にバイアスを
   供給するバイアス抵抗と、このバイアス抵抗に接続され
   たバイアス端子と、上記ゲート端子あるいはベース端子
   に接続されたブロックコンデンサ及び入力端子と、上記
   ゲート端子とベース端子をバイパスするバイパスコンデ
   ンサと、上記電界効果トランジスタのドレイン端子及び
   バイポーラトランジスタのコレクタ端子にそれぞれ接続
   されたバイアス端子及びブロックコンデンサと、上記ド
   レイン端子とコレクタ端子のブロックコンデンサの各々
   に共通して接続される出力端子とを備えたことを特徴と
   するブースタアンプ。
2. 【請求項２】 ブースタアンプのバイポーラトランジス
   タのベース端子と、電界効果トランジスタのゲート端子
   の間をバイアス抵抗を介して接続したことを特徴とする
   請求項１記載のブースタアンプ。
3. 【請求項３】 ブースタアンプのバイポーラトランジス
   タのベース端子とバイアス抵抗の間に定電流ダイオード
   を接続したことを特徴とする請求項２記載のブースタア
   ンプ。