CN108886344A - 放大器 - Google Patents

Abstract

现有的放大器具有在为了降低消耗功率而降低空载电流的情况下使线性劣化这样的课题。本发明的放大器具有：偏置电路，其流过偏置电流；放大元件，其流过与偏置电流对应的输出电流，对信号进行放大；偏置电流减法电路，其对信号进行检波，从偏置电流中减去与检波后的信号的振幅对应的电流；以及偏置电流加法电路，其具有比偏置电流减法电路高的动作开始点，对信号进行检波，在偏置电流中加上与检波后的信号的振幅对应的电流。

Description

放大器

技术领域

本发明涉及卫星通信、地面微波通信、移动体通信中使用的放大器。

背景技术

在专利文献1中公开了现有的高频放大器。现有的高频放大器由高频差动信号输入端子、高频差动信号输出端子、高频放大元件、偏置用FET、负载电阻、偏置电阻、恒流源、电源、输入功率检波用FET、电流镜用FET构成。

接着对动作进行说明。首先，从高频差动信号输入端子输入高频差动信号。高频差动信号通过高频放大元件进行放大并从高频差动信号输出端子输出。高频放大元件和偏置用FET构成电流镜电路，因此，偏置用FET的电流以规定的电流镜比复制到高频放大元件中。偏置用FET的电流由恒流源的输出电流来决定，因此，根据规定的电流镜比对高频放大元件赋予恒流源的输出电流作为偏置电流。

这里，在输入功率检波用FET中，当高频输入信号的功率增大时，对高频信号进行整流后的结果，漏极电流增大。增大的漏极电流与恒流源的输出电流相加，经由电流镜用FET提供到偏置用FET。因此，偏置用FET的电流增大。由于偏置用FET的电流增大，因此与偏置用FET构成电流镜电路的高频放大元件的电流也增大。这样，现有的高频放大器能够根据高频输入信号的功率使高频放大元件的偏置条件变化。

由此，在较高输入功率且高频放大器的增益的线性特性下弯的区域中，进行根据输入功率而增大高频放大器的偏置电流的动作，由此，具有能够实现高饱和功率的效果。这里，下弯是指针对输入功率产生增益压缩(增益降低)。另外，上弯是指针对输入功率产生增益放大(增益增大)。

现有技术文献

专利文献

日本特开2010-273284号公报

发明内容

发明要解决的课题

现有的高频放大器如上所述构成，因此得到高饱和特性，但是，存在如下课题：为了降低消耗功率，在使高频放大元件1和2的动作条件(偏置条件)从A级动作接近B级动作而降低空载电流的情况下，仅具有增大高频放大元件1和2的电流的功能，因此，在高输入功率时产生增益的上弯，线性劣化。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，得到在降低放大器的空载电流的情况下也能够抑制线性劣化的放大器。

用于解决课题的手段

本发明的放大器具有：偏置电路，其流过偏置电流；放大元件，其流过与偏置电流对应的输出电流，对信号进行放大；偏置电流减法电路，其对信号进行检波，从偏置电流中减去与检波后的信号的振幅对应的电流；以及偏置电流加法电路，其具有比偏置电流减法电路高的动作开始点，对信号进行检波，在偏置电流中加上与检波后的信号的振幅对应的电流。

发明效果

根据本发明，在降低放大器的空载电流的情况下也能够抑制线性劣化。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的高频放大器的一个结构例的电路图。

图2是示出本发明的实施方式1的高频放大器的针对输入功率的电流特性的特性图。

图3是示出本发明的实施方式1的高频放大器的针对输入功率的偏置电流和增益特性的关系的说明图。

图4是示出本发明的实施方式2的高频放大器的一个结构例的结构图。

图5是示出本发明的实施方式2的高频放大器的另一个结构例的结构图。

具体实施方式

实施方式1

图1是示出本发明的实施方式1的高频放大器的一个结构例的电路图。

本高频放大器具有输入端子1、输出端子2、高频放大用晶体管3(放大元件的一例)、负载电阻5、偏置电阻6、电源端子8、偏置电路21、偏置电流减法电路22、偏置电流加法电路23、偏移电路24。

输入端子1是被输入高频信号的端子。

输出端子2是输出放大后的高频信号的端子。

高频放大用晶体管3是对所输入的高频信号进行放大的晶体管。高频放大用晶体管3的栅极端子(控制端子)经由偏置电阻6而与偏置用晶体管4的栅极端子连接。高频放大用晶体管3的漏极端子(电流提供端子)与负载电阻5和输出端子2连接。高频放大用晶体管3的源极端子(电流被提供端子)与GND连接。高频放大用晶体管3是n型晶体管，例如使用MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)晶体管、双极型晶体管、FET(Field Effect Transistor)等。

偏置电路21是流过与高频放大用晶体管3的漏极电流对应的偏置电流的电路。偏置电路21由偏置用晶体管4(第1晶体管的一例)、电流镜用晶体管12(第2晶体管的一例)和电流源7构成。偏置用晶体管4与高频放大用晶体管3处于电流镜的关系，流过偏置用晶体管4的偏置电流以规定的电流镜比复制到高频放大用晶体管3中。电流镜比由偏置用晶体管4的尺寸与高频放大用晶体管3的尺寸之比来决定。偏置用晶体管4的栅极端子与漏极端子连接，经由电阻6而与高频放大用晶体管3的栅极端子连接。偏置用晶体管4的漏极端子与电流源7和电流镜用晶体管12的漏极端子连接。偏置用晶体管4的源极端子与GND连接。电流镜用晶体管12的源极端子与电源端子8连接，向偏置用晶体管4提供偏置电流。电流源7与电流镜用晶体管12并联连接，向偏置用晶体管4提供偏移电流。偏置用晶体管4是n型晶体管，电流镜用晶体管12是p型晶体管。例如，在偏置用晶体管4和电流镜用晶体管12中使用MOS晶体管、双极型晶体管、FET等。

偏置电流减法电路22是如下电路：与高频放大用晶体管3的输入端子并联连接，对高频输入信号的功率进行检波，根据检波后的功率，从偏置用晶体管4的偏置电流中减去电流Ia。偏置电流减法电路22由输入功率检波用晶体管9(第3晶体管的一例)构成。输入功率检波用晶体管9的栅极端子与输入端子1、电阻6和高频放大用晶体管3的栅极端子连接，漏极端子与电流源7、电流镜用晶体管12的漏极端子和偏置用晶体管4的漏极端子连接。偏置用晶体管4和输入功率检波用晶体管9处于电流镜的关系。输入功率检波用晶体管9的偏置与高频放大用晶体管3的偏置相同。例如，如果高频放大用晶体管3的偏置为B级，则输入功率检波用晶体管9的偏置也为B级。并且，优选输入功率检波用晶体管9的尺寸与高频放大用晶体管3相比足够小，以使得不会使高频放大器的效率劣化。输入功率检波用晶体管9是与高频放大用晶体管3相同类型的晶体管，例如使用MOS晶体管、双极型晶体管、FET等。另外，偏置电流减法电路22是对输入功率进行检波并根据检波后的功率对自身的电流进行控制的电路即可，可以是任意的电路。

偏置电流加法电路23是如下电路：对高频输入信号的功率进行检波，根据检波后的功率，在偏置用晶体管4中加上偏置电流。偏置电流加法电路23由输入功率检波用晶体管10(第4晶体管的一例)、电流镜用晶体管11(第5晶体管的一例)构成。输入功率检波用晶体管10的栅极端子与输入端子1、电阻6和高频放大用晶体管3的栅极端子连接，漏极端子与电流源13、电流镜用晶体管11的漏极端子连接，源极端子与GND连接。电流镜用晶体管11的栅极端子与自身的漏极端子和电流镜用晶体管12的栅极端子连接，漏极端子与输入检波用晶体管10的漏极端子和偏移电路24连接，源极端子与电源端子8和偏移电路24连接。电流镜用晶体管11将从电源端子8提供的电流提供到输入功率检波用晶体管10。电流镜用晶体管11和电流镜用晶体管12处于电流镜的关系，流过电流镜用晶体管11的电流复制到电流镜用晶体管12中。电流镜用晶体管11是p型晶体管，例如使用MOS晶体管、双极型晶体管、FET等。

并且，偏置用晶体管4和输入功率检波用晶体管10处于电流镜的关系。输入功率检波用晶体管10的偏置与高频放大用晶体管3的偏置相同。例如，如果高频放大用晶体管3的偏置为B级，则输入功率检波用晶体管10的偏置也为B级。并且，优选输入功率检波用晶体管10的尺寸与高频放大用晶体管3相比足够小，以使得不会使高频放大器的效率劣化。输入功率检波用晶体管9是与高频放大用晶体管3相同类型的晶体管，例如使用MOS晶体管、双极型晶体管、FET等。另外，偏置电流加法电路23是对输入功率进行检波并根据检波后的功率对自身的电流进行控制的电路即可，可以是任意的电路。并且，偏置电流加法电路23可以构成为包含偏移电路24。

偏移电路24是将电流源13的电流提供到偏置电流加法电路23以使偏置电流加法电路23的动作开始点偏移的电路。电流源13的电流越大，则偏移量越大，偏置电流加法电路23的动作开始点越向高输入功率侧移位。这里，电流源13的电流与电流源7的电流之比对应于由电流镜用晶体管11和电流镜用晶体管12构成的电流镜电路的电流镜比。电流源13与电流镜用晶体管11并联连接。例如，电流源13使用在恒定电压源中装载了电阻的电路或带隙电流源电路。

接着，对本发明的实施方式1的高频放大器的动作进行说明。

从输入端子1输入高频信号，该高频信号输入到高频放大用晶体管3。此时，由于负载电阻4而使输入阻抗变高，因此，在偏置用晶体管4中实质上没有输入高频信号。高频放大用晶体管3对高频信号进行放大，从输出端子2输出放大后的高频信号。在高频信号的功率较低的情况下，高频放大用晶体管3和偏置用晶体管4构成电流镜电路，因此，根据电流镜比从电源端子8向高频放大用晶体管3提供电流源7的电流。

当所输入的高频信号的功率增大时，输入功率检波用晶体管9由于整流作用而使漏极电流Ia增大，因此，进行根据高频输入功率的增大量在从电流源7输出的偏置电流Ibias中减去Ia的动作。

另一方面，当高频信号的功率增大时，输入功率检波用晶体管10也使漏极电流Ib增大，但是，输入功率检波用晶体管10与电流镜用晶体管11连接，因此，增大的漏极电流经由电流镜用晶体管11和12放大电流镜比倍，与偏置电流Ibias相加。

这里，电流源13向输入功率检波用晶体管10提供一定的偏移电流，因此，在输入功率检波用晶体管10的漏极电流增大而超过偏移电流之前，在电流镜用晶体管11和12中不流过漏极电流。即，在输入功率较小时，输入功率检波用晶体管10的漏极电流不增大，在电流镜用晶体管11和12中不流过漏极电流。然后，当超过一定的输入功率而使输入功率检波用晶体管10的漏极电流超过电流源13的偏移电流时，输入功率检波用晶体管10的增大的漏极电流(ΔIb＝输入功率检波用晶体管10的漏极电流-电流源13的偏移电流)经由电流镜用晶体管11和12而与偏置电流Ibias相加。

图2是示出针对本发明的实施方式1的高频放大器的输入功率的电流特性的特性图。

Ia是输入功率检波用晶体管9的漏极电流，Ib是输入功率检波用晶体管10的漏极电流，Ibias是偏置用晶体管4的漏极电流。另外，偏置用晶体管4和高频放大用晶体管3构成电流镜电路，因此，Ibias对应于高频放大用晶体管3的漏极电流。

偏置电流减法电路22的输入功率检波用晶体管9随着输入功率的增大而使漏极电流增大，因此，Ia相对于输入功率增大。输入功率检波用晶体管9与偏置用晶体管4并联连接，Ia是从偏置电流Ibias分支的电流，因此，Ibias以Ia增大的量减小。即，输入功率检波用晶体管9进行从Ibias中减去Ia的动作。因此，在图2中，-Ia的变化和Ibias的变化对应。

偏置电流加法电路23的输入功率检波用晶体管10在输入功率增大而超过规定的功率时，使漏极电流Ib增大，经由电流镜用晶体管11和12而使偏置电流Ibias增大。其结果，输入功率检波用晶体管10进行在偏置用晶体管4的偏置电流Ibias中加上输入功率检波用晶体管10的漏极电流的增大量ΔIb的动作。因此，在图2中，在输入功率较高的区域中，Ibias的变化和Ib的变化对应。

输入功率检波用晶体管10的动作开始点(Ib开始增大的点)与输入功率检波用晶体管9的动作开始点(Ia开始增大的点)不同，但是，这是因为偏移电路24的电流源13将偏移电流提供到输入功率检波用晶体管10。在Ib超过电流源13的偏移电流之前，输入功率检波用晶体管10不进行动作，因此，电流源13不向输入功率检波用晶体管9的动作开始点赋予偏移。由此，如图2所示，成为如下特性：相对于高频输入功率的增大，Ia先增大，当输入功率进一步增大时，Ib开始增大。因此，Ibias成为如下特性：首先，随着输入功率的增大而减小，当输入功率进一步增大时，该Ibias增大。

图3是示出本发明的实施方式1的高频放大器的针对输入功率的偏置电流和增益特性的关系的说明图。

Ibias是偏置用晶体管4的漏极电流，对应于高频放大用晶体管3的漏极电流。实线是进行上述偏置控制的情况下的增益特性，虚线是未进行偏置控制的情况下的增益特性。在图3所示的线性区域中，偏置电流减法电路22的动作是支配性的，偏置电流Ibias减小。Ibias和高频放大用晶体管3的增益对应，因此，Ibias减小，由此，增益也减小。在未进行偏置控制的情况下，在增益增大的区域中，Ibias减小，由此，抑制在降低空载电流的情况下产生的增益的上弯。

进而，在输入功率增大的饱和区域中，偏置电流加法电路23的动作是主导的，偏置电流Ibias增大。由此，高频放大用晶体管3的增益增大，因此，抑制增益的下弯，饱和功率增大。因此，本实施方式的高频放大器能够在宽输入功率范围内改善线性(增益的平坦性)。

如上所述，根据实施方式1的高频放大器，在产生增益上弯的线性区域中使偏置电流Ibias减小，在产生增益下弯的饱和区域中使偏置电流Ib增大，因此，即使降低空载电流也能够改善线性。

另外，对电流源13输出的偏移电流进行调整，由此，能够使对偏置电流的减小和增大进行切换的输入功率点可变，能够根据高频放大用晶体管3的增益特性适当调整偏置电流。

实施方式2

图4是示出本发明的实施方式2的高频放大器的一个结构例的结构图。

在图4中，与图1相同的标号表示相同或相当部分，因此省略说明。实施方式2的高频放大器代替实施方式1中的偏移电路24而设置偏移电路24a，利用偏置用晶体管14(第6晶体管的一例)、电流镜用晶体管15(第7晶体管的一例)和16(第8晶体管的一例)构成偏移电路24a。

在偏移电路24a中，电流镜用晶体管15和电流镜用晶体管16构成电流镜电路，电流镜用晶体管16的漏极端子与偏置用晶体管14的漏极端子连接。偏置用晶体管14的栅极端子与电源端子25连接。电流镜用晶体管15与电流镜用晶体管11并联连接。电流镜用晶体管15和电流镜用晶体管16是p型晶体管。

接着，对实施方式2的高频放大器的动作进行说明。除了偏移电路24a的动作以外，与实施方式1相同，因此，对偏移电路24a的动作进行说明。

在偏移电路24a中，偏置用晶体管14根据电源端子25提供的栅极电压而流过漏极电流。偏置用晶体管14的漏极电流经由电流镜用晶体管15流过偏置用晶体管14，因此，电流镜用晶体管15的漏极电流与偏置用晶体管14的漏极电流相等。电流镜用晶体管15和电流镜用晶体管16构成电流镜电路，因此，电流镜用晶体管15的漏极电流以规定的电流镜比复制到电流镜用晶体管16中。电流镜用晶体管16将所复制的漏极电流提供到偏置加法电路23。这样，偏移电路24a使用电流镜电路复制偏置用晶体管14的漏极电流，将其提供到偏置加法电路23，因此，作为提供一定电流的电流源进行动作。

根据以上可知，根据该实施方式2，使用电流镜电路构成偏移电流源，因此，在实施方式1的效果的基础上，具有能够在集成电路上小型地构成偏移电流源这样的效果。

这里，示出单相结构的高频放大器，但是，本发明的高频放大器也可以是差动结构。

图5是示出本发明的实施方式2的高频放大器的另一个结构例的结构图。

图5的高频放大器构成为使图4的高频放大器成为差动结构，在图5中，标注与图4相同标号的标号表示相同或相当部分，因此省略说明。高频放大用晶体管3a和3b对应于高频放大用晶体管3，与偏置用晶体管4构成电流镜电路。偏置电阻6a和6b对应于电阻6。输入检波用晶体管9a和9b对应于输入检波用晶体管9，输入检波用晶体管10a和10b对应于输入检波用晶体管10。负载电阻5a和5b对应于负载电阻5。偏置电流减法电路23a对应于偏置电流减法电路23，输入检波用晶体管成为差分电路的结构。输入功率检波用晶体管10a和10b对应于输入功率检波用晶体管10。

使高频放大用晶体管和输入检波用晶体管成为差动结构，也能够得到与图4的高频放大器相同的效果。并且，通过成为差动结构，能够对高频差动信号进行放大，能够得到良好的噪声性能。

本申请发明能够在其发明范围内进行各实施方式的自由组合、或各实施方式的任意结构要素的变形、或各实施方式中的任意结构要素的省略。

标号说明

1、1a：输入端子；2、2a：输出端子；3、3a、3b：高频放大用晶体管；4：偏置用晶体管；5、5a、5b：负载电阻；6、6a、6b：偏置电阻；7：电流源；8：电源端子；9、9a、9b：输入功率检波用晶体管；10、10a、10b：输入功率检波用晶体管；11：电流镜用晶体管；12：电流镜用晶体管；13：电流源；14：偏置用晶体管；15：电流镜用晶体管；16：电流镜用晶体管；21、21a：偏置电路；22、22a：偏置电流减法电路；23、23a：偏置电流加法电路；24、24a：偏移电路；25：电源端子。

Claims (5)

1.一种放大器，其特征在于，所述放大器具有：

偏置电路，其流过偏置电流；

放大元件，其流过与所述偏置电流对应的输出电流，对信号进行放大；

偏置电流减法电路，其对所述信号进行检波，从所述偏置电流中减去与检波后的所述信号的振幅对应的电流；以及

偏置电流加法电路，其具有比所述偏置电流减法电路高的动作开始点，对所述信号进行检波，在所述偏置电流中加上与检波后的所述信号的振幅对应的电流。

2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，

所述放大器具有电流源，该电流源与所述偏置电流加法电路连接，提供使所述动作开始点偏移的偏移电流，

所述偏置电路和所述偏置电流加法电路处于电流镜的关系。

3.根据权利要求2所述的放大器，其特征在于，

所述偏置电路具有与所述放大元件处于电流镜的关系的第1晶体管以及向所述第1晶体管提供所述偏置电流的第2晶体管，

所述偏置电流减法电路具有第3晶体管，该第3晶体管与所述第2晶体管连接，对所述信号进行检波，从所述偏置电流中减去与检波后的所述信号的振幅对应的电流，

所述偏置电流加法电路具有：第4晶体管，其对所述信号进行检波，根据检波后的所述信号的振幅而流过电流；第5晶体管，其向所述第4晶体管提供电流，与所述第2晶体管处于电流镜的关系；以及所述电流源，其与所述第5晶体管并联连接。

4.根据权利要求2所述的放大器，其特征在于，

所述电流源具有：

第6晶体管，该第6晶体管的电流被提供端子接地；

第7晶体管，其与所述第6晶体管连接，向第6晶体管提供电流；以及

第8晶体管，其与所述第7晶体管处于电流镜的关系，与所述偏置电流加法电路连接。

5.根据权利要求2所述的放大器，其特征在于，

所述放大元件、所述偏置电流减法电路和所述偏置电流加法电路是差分电路。