JP2001326543A - 広帯域化増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 今後の情報化社会の充全な発達を可能とする
ために従来にない格段の高速ディジタルパルスの伝送を
可能とする広帯域化増幅器を提供する。 【解決手段】 広帯域化増幅器を提供するために，該広
帯域化増幅器を構成する複数の順方向増幅部のひとつあ
るいはこれ以上の順方向増幅部に，例えばＰＮＰ型バイ
ポーラトランジスタを用い，そのコレクタには抵抗とイ
ンダクタンスの直列接続回路を接続し，ベースには抵抗
とインダクタンスの直列接続回路を接続してベースのバ
イアス回路を構成し，該順方向増幅回路の高周波部分の
利得を大とするように増幅特性に非直線性を持たせて従
来にない格段の広帯域化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，高周波信号を受信
して，この電気信号を増幅して広帯域信号を出力させる
増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来，広帯域増幅回路の研究例は数多く
ある。しかしその帯域幅は１０ＧＨｚ程度である。これ
は増幅回路に含まれる各種のキャパシタンスによって帯
域幅が制約されてしまうためである。今後はこの帯域幅
の制約を突破して広帯域性を実現し，高速ディジタルパ
ルスの伝送を可能にし情報化社会の充全な発達を可能と
しなければならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の増幅器の帯域幅
は１０ＧＨｚ程度であるので，更に帯域幅を拡大し，高
速ディジタルパルスの伝送を可能として，今後の情報化
社会の充全な発達を可能とする必要がある。本発明の課
題はこのための広帯域増幅器の実現を可能とすることで
ある。

【０００４】

【本発明の説明】本発明の増幅器は複数の順方向増幅部
を用いて構成し，該順方向増幅部の第１入力段は信号入
力段のキャパシタンスのために広帯域性が得られないの
でひとつあるいはそれ以上の該順方向増幅部の増幅特性
の高周波部分の利得を大として第１入力段の周波数特性
を等化して，従来にない格段の広帯域化，即ち３０ＧＨ
ｚの広帯域化を達成したものである。

【０００５】

【図１】は本発明の増幅回路の一実施例を示す。

【図１】においてＯＳＣは信号入力の発振器を示す。ｉ
_ｓはこの発振器の信号電流である。１，２，３は増幅用
アクティブ素子であるＮＰＮ型バイポーラトランジスタ
である。＋Ｖ_Ｃ１，＋Ｖ_Ｃ２，＋Ｖ_Ｃ３はそれぞれ１，
２，３のコレクタのバイアス電圧，＋Ｖ_Ｂ１，＋
Ｖ_Ｂ２，＋Ｖ_Ｂ３はそれぞれのベースのバイアス電圧で
ある。Ｃ_Ｃは直流電流と交流電流を分離し，交流電流を
結合させるためのカップリングコンデンサである。Ｒ
_ｉｎはＯＳＣとのインピーダンス整合を達成するための
抵抗，Ｒ_Ｂ１は＋Ｖ_Ｂ１よりのベースバイアス電流を提
供するための抵抗，Ｌ_Ｃ１，Ｒ_Ｃ１は信号電流あるいは
信号電圧を増幅するための信号増幅用インダクタンスと
抵抗，Ｒ_Ｂ２とＬ_Ｂ２はそれぞれ＋Ｖ_Ｂ２からトランジ
スタ２のベースへバイアス電流を供給するためおよび信
号電流を増幅するための抵抗とインダクタンス，Ｃ_Ｓは
交流電流をショートしてアースするためのコンデンサ，
Ｒ_Ｃ２，Ｒ_Ｃ３は抵抗，Ｒ_Ｅ１はトランジスタ１の直列
帰還用抵抗，Ｒ_Ｅ２，Ｒ_Ｅ３は出力の信号電圧ｖ_ｏを得
るための抵抗である。

【図２】は

【図１】の発振器ＯＳＣからトランジスタ１のベース回
路に至る信号の等価回路である。ｖ_ｂ１はトランジスタ
１のベースの端子電圧，Ｃ_ａはトランジスタ１のベース
とエミッタ間のキャパシタンス（このＣ_ａはトランジス
タ１のベースとコレクタ間の帰還容量，ストレイキャパ
シタンス，トランジスタ１のベース−エミッタ間のキャ
パシタンスの和である），ｒ_ｅはトランジスタのショッ
クレイのエミッタ抵抗，βは小信号電流増幅率，ｉ_ｂ１
はトランジスタ１の内部ベース電流である。その他の記
号は図１と同じである。この

【図２】により，信号電流ｉ_ｓからｉ_ｂ１への伝達特性
を求めることができる。

【図３】はこのｉ_ｓに対するｉ_ｂ１の比Ｋｉｔ０の絶対
値｜Ｋｉｔ０｜を求めたものである。

【図３】の横軸は周波数である。｜Ｋｉｔ０｜を求める
ためには

【図３】の右に示す諸定数を設定している。ｉ_ｂ１とｉ
_ｓの関係式を

【数１】 に示す。１０ＧＨｚ以上ではこの伝達特性｜Ｋｉｔ０｜
が下降しているが，これはキャパシタンスＣ_ａの効果に
よるものである。即ち帯域が伸びず制約される。

【０００６】

【図４】は

【図１】のトランジスタ１のコレクタ電流ｉ_ｃ１からト
ランジスタ２のベースに至る第１段順方向増幅部の信号
に関する等価回路である。

【図４】でｖ_ｂ２はトランジスタ２のベースの端子電
圧，ｉ_ｂ２はトランジスタ２のベースの内部電流，Ｃ
_ＣＥはトランジスタのコレクタ−エミッタ間のキャパシ
タンス，ｒ_ＣＥはトランジスタのコレクタ−エミッタ間
の抵抗，その他の記号は

【図１】

【図２】と同様である。

【図５】は電流ｉ_ｃ１に対するｉ_ｂ２の比Ｋｉｔ１０の
絶対値の周波数特性を示したものである。ｉ_ｂ２とｉ
_ｃ１の関係を

【数２】 に示す。この電流ｉ_ｃ１からｉ_ｂ２に至る伝達特性｜Ｋ
ｉｔ１０｜を求めるために使用した諸数値を図５の右に
記載してある。この伝達特性は約１０ＧＨｚ以上の高波
数部で大とすることができている。

【図３】の伝達特性とは逆の特性を示している。これが
本発明の基本的原理であり，

【図４】に示す回路で

【図３】の伝達特性を等化して１０ＧＨｚ以上の広帯域
化を達成している。この等化の原理を

【数３】 に示す。この入力信号電流に対するｉ_ｂ２の比の絶対値
｜Ｋｉｔ１｜の周波数特性を

【図６】に示す。ｉ_ｓからｉ_ｂ２に至る伝達特性｜Ｋｉ
ｔ１｜は，

【図５】の高周波部での拡大増幅により，広帯域性が実
現され，３０ＧＨｚまでの広帯域化が達成できている。

【図６】を得るために用いた諸定数は

【図３】，

【図５】の右に記載したものと同一である。

【０００７】

【図７】は

【図１】のトランジスタ２のコレクタ電流ｉ_Ｃ２から出
力電圧ｖ_ｏに至る第２順方向増幅部の信号の伝達を示す
等価回路である。ｖ_ｂ３はトランジスタ３のベースの端
子電圧，ｉ_ｂ３０はトランジスタ３のベースの端子電圧
に流入する電流である。ｖ_ｏは出力電圧，その他の記号
は

【図１】，

【図２】，

【図４】で説明したものと同一である。この

【図７】からｉ_ｂ３０とｉ_ｃ２の関係を求めることがで
きる。この関係を

【数４】 に示す。

【図８】は電流ｉ_ｃ２に対する電流ｉ_ｂ３０の比の絶対
値｜Ｋｉｔ３０｜の周波数特性を示したものである。こ
の｜Ｋｉｔ３０｜を求めたときに使用した諸定数をその
右に示してある。ほぼ平坦な周波数特性が得られてい
る。端子ｖ_ｏとアース間の２つの枝で構成される合成の
インピーダンスをＺ_２とすると，出力電圧ｖ_ｏは

【数５】 で表される。

【０００８】

【図９】は

【数５】で表される信号入力電流ｉ_ｓに対する出力電圧
ｖ_ｏの比の絶対値｜Ｚ_Ｔ３｜の周波数特性を示すもので
ある。信号入力電流ｉ_ｓから出力電圧ｖ_ｏに至る伝達特
性は３０ＧＨｚまでの広帯域化を達成できている。なお

【図１】の実施例では増幅用アクティブ素子としてＮＰ
Ｎ型のバイポーラトランジスタで説明したが，この増幅
用アクティブ素子は容易にＰＮＰ型バイポーラトランジ
スタや電気効果トランジスタに置き換えることができ
る。また

【図１】についてフィードバックループを構成して増幅
回路を構成することも従来技術を用いて容易に可能であ
る。

【０００９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は従来の増幅
器の上限周波数１０ＧＨｚを突破して３０ＧＨｚまでの
広帯域化を達成したものであり，従来に較べて格段の高
速ディジタルパルスの伝送を可能としたものであり，今
後の情報化社会の充全な発達を可能としたものであり，
その効果は非常に大きい。

【００１０】

【発明実施の形態】高周波信号を受信して，この電気信
号を増幅して広帯域信号を出力させる増幅器において，
この電気信号を増幅するために複数の順方向増幅部を用
いて増幅器を構成し，ひとつあるいは複数の該順方向増
幅部には増幅用アクティブ素子を用い，該増幅用アクテ
ィブ素子にＮＰＮ型バイポーラトランジスタを用いる場
合には，そのコレクタには抵抗とインダクタンスの直列
接続回路を接続し，そのベースには抵抗とインダクタン
スの直列接続回路を接続してベースへのバイアス回路を
構成し，そしてそのひとつあるいは２つのエミッタには
抵抗を接続して，順方向増幅部を構成して，該順方向増
幅部の増幅特性の非直線性により，該増幅器の第１入力
段の伝達特性を等化して広帯域化を達成したことを特徴
とする広帯域化増幅器。

【００１１】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の広帯域化増幅回路の一実施例であ
る。

【図２】

【図１】の第１入力段の小信号の等価回路である。

【図３】 信号入力電流ｉ_ｓに対するトランジスタ１の
内部ベース電流の比の絶対値であり該伝達特性である。

【図４】

【図１】の第１順方向増幅部のトランジスタ１のコレク
タ電流ｉ_ｃ１からトランジスタ２の内部ベース電流ｉ
_ｂ２に至る小信号の等価回路である。

【図５】

【図４】のコレクタ電流ｉ_ｃ１に対する内部ベース電流
ｉ_ｂ２の比の絶対値であり，該伝達特性である。

【図６】 信号入力電流ｉ_ｓに対する内部ベース電流ｉ
_ｂ２の比の絶対値であり，該伝達特性である。

【図７】

【図１】の第２順方向増幅部のトランジスタ２のコレク
タ電流ｉ_ｃ２からトランジスタ３のベースの端子に流入
する電流ｉ_ｂ３０に至る小信号等価回路である。

【図８】

【図７】のコレクタ電流ｉ_ｃ２に対する電流ｉ_ｂ３０の
比の絶対値であり，該伝達特性である。

【図９】

【図１】の信号入力電流ｉ_ｓに対する

【図７】の出力電圧ｖ_ｏの比の絶対値であり，該伝達特
性である。

【００１２】

【符号の説明】

１，２，３，はそれぞれバイポーラトランジスタ。＋Ｖ
_ｃ１，＋Ｖ_ｃ２，＋Ｖ_ｃ３，＋Ｖ_Ｂ１，＋Ｖ_Ｂ２，＋Ｖ
_Ｂ３は正のバイアス電圧。ＯＳＣは発振器。ｉ_ｓは発振
器からの信号入力電流。Ｃ_Ｃはカップリングコンデン
サ。Ｃ_Ｓは信号短絡用コンデンサ。Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｅ１，Ｒ
_Ｃ１，Ｒ_Ｃ２，Ｒ_Ｃ３，Ｒ_Ｂ２，Ｒ_Ｅ２，Ｒ_Ｂ３，Ｒ
_Ｅ３，Ｒ_ｉｎは抵抗。Ｌ_Ｃ１，Ｌ_Ｂ２はインダクタン
ス。ｖ_ｏは出力電圧。Ｃ_ａは各トランジスタのベース−
エミッタ間キャパシタンス。ｒ_ｅは各トランジスタのシ
ョックレイの抵抗，βは小信号の電流増幅率。ｉ_ｂ１，
ｉ_ｂ２はそれぞれトランジスタ１およびトランジスタ２
の内部ベース電流。ｉ_ｂ３０はトランジスタ３のベース
端子に流入する電流。ｖ_ｂ１，ｖ_ｂ２，ｖ_ｂ３はそれぞ
れトランジスタ１，トランジスタ２，トランジスタ３の
ベース電圧。Ｃ_ＣＥは各トランジスタのコレクタ−エミ
ッタ間キャパシタンス。ｒ_ＣＥは各トランジスタのコレ
クタ−エミッタ間の抵抗。｜Ｋｉｔ０｜は電流ｉ_ｓに対
する電流ｉ_ｂ１の比の絶対値。｜Ｋｉｔ１０｜は電流ｉ
_ｃ１に対する電流ｉ_ｂ２の比の絶対値，｜Ｋｉｔ１｜は
電流ｉ_ｓに対する電流ｉ_ｂ２の比の絶対値。｜Ｋｉｔ３
０｜は電流ｉ_ｃ２に対する電流ｉ_ｂ３０の比の絶対値。
｜Ｚ_Ｔ３｜は電流ｉ_ｓに対する出力電圧ｖ_ｏの比の絶対
値である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高周波信号を受信してこの電気信号を増幅
   して広帯域信号を出力させる増幅器において，この電気
   信号を増幅するために複数の順方向増幅部を用いて増幅
   器を構成し，該順方向増幅部には増幅用アクティブ素子
   を用い，該増幅用アクティブ素子にＮＰＮ型バイポーラ
   トランジスタを用い，そのコレクタには抵抗とインダク
   タンスの直列接続回路を接続し，そのベースのバイアス
   回路は抵抗とインダクタンスの直列接続回路を用いて構
   成し，そして該ひとつあるいは２つのバイポーラトラン
   ジスタのエミッタには抵抗を接続し，このように構成し
   た順方向増幅部をひとつあるいはそれ以上の順方向増幅
   部を用いて増幅器を構成し，該増幅器の第一入力段の伝
   達特性を等化して広帯域化を達成したことを特徴とする
   広帯域化増幅器。
2. 【請求項２】請求項１の増幅用アクティブ素子のＮＰＮ
   型バイポーラトランジスタをＰＮＰ型バイポーラトラン
   ジスタあるいは電界効果トランジスタに置き換えて構成
   した広帯域化増幅器。