JP2002185263A - トランジスタ電力増幅器 - Google Patents

トランジスタ電力増幅器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】電力増幅器の動作状態でトランジスタの常温時
におけるアイドル電流を測定する。 【解決手段】A級乃至AB級で動作する電力増幅用のト
ランジスタ3と、このトランジスタ3に供給される電流
の高速電流を測定する高速電流センサー7と、トランジ
スタ3に供給される平均電流を測定する平均電流センサ
ー6と、トランジスタ3に入力される無線周波数のRF
入力1信号の平均電力を測定して出力する入力信号検波
器4とトランジスタ3から出力されるRF出力2信号の
平均電力を測定して出力する出力信号検波器5と、トラ
ンジスタ3が動作中に放出される温度を測定して出力す
る温度センサー9と、入力の各測定値を予め設定された
変換テーブルのメモリー11とにより演算してトランジ
スタ3が動作中に、常温時のアイドル電流値を測定して
出力する演算装置11とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はトランジスタ電力増
幅器に関し、特に動作中のトランジスタのアイドル電流
を測定するトランジスタ電力増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、テレビ放送機や無線送信機に使用
される高周波の大電力増幅器では、増幅用素子として
は、ABクラスで動作するトランジスタ(FETを含
む)が使用される。図6は従来のトランジスタ電力増幅
器の一例を示す回路図である。
【0003】図6の従来例は、増幅用素子のトランジス
タ3と、OFDM信号が入力されるRF1と、トランジ
スタ3からの出力電力のRF2と、電源(+VDD)8
からトランジスタ3のコレクタに供給される平均電流を
測定する平均電流センサー6と、トランジスタ3のベー
スに接続されるバイアス回路13とを有して構成され
る。
【0004】次に従来例の動作について説明すると、O
FDM信号の流れは、まずRF入力1からトランジスタ
3へ入力され、増幅されたのちRF出力2から出力され
る。その際、トランジスタ3に供給の電流Idsを平均
電流センサー6で計測することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のトラン
ジスタ電力増幅器の課題(問題点)について以下に記述
する。
【0006】第一に従来例では、本放送開始後即ち電力
の増幅中に、常温時のアイドル電流を測定することがで
きない。その理由は、大電力増幅器のトランジスタはA
Bクラス動作をしているので、Idsが出力電力に依存
して変動するためである。
【0007】第二に従来例では、本放送中に、アイドル
電流を微調整・再設定することができない。その理由
は、従来例の回路では電力増幅中に常温時のアイドル電
流が測定できず、微調整・再設定する機能も持っていな
いためである。
【0008】第三に従来例では、増幅器が動作中にパワ
ーを低下させた場合、トランジスタの破損状況を確認す
ることが困難であることである。その理由は、通常のA
Bクラスの動作でトランジスタのIdsは出力電力を低
下させた場合、それに従ってIdsも下がるので、「パ
ワーを低下させた」のか「トランジスタが破損した」の
か判定が困難であるためである。
【0009】本発明の目的は、電力増幅器の動作状態で
トランジスタの常温時におけるアイドル電流を測定する
ことが出来るトランジスタ電力増幅器を提供することに
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のトランジスタ電
力増幅器は、A級乃至AB級で動作する電力増幅用の半
導体素子と、この半導体素子に供給される電流の高速な
変動(高速電流)を測定する手段と、この前記半導体素
子に供給される平均電流を測定する手段と、動作中の前
記半導体素子のジャンクション温度を測定する手段と、
測定された前記高速電流と前記平均電流と前記ジャンク
ション温度とにより前記半導体素子が動作中に、常温時
のアイドル電流を測定する手段とを有することを特徴と
する。
【0011】また、本発明のトランジスタ電力増幅器
は、A級乃至AB級で動作する電力増幅用のトランジス
タと、このトランジスタに供給される電流の前記高速電
流を測定する高速電流センサーと、前記トランジスタに
供給される平均電流を測定する平均電流センサーと、前
記トランジスタに入力される無線周波数(RF)信号の
平均電力を測定して出力する入力信号検波器と、前記ト
ランジスタから出力されるRF信号の平均電力を測定し
て出力する出力信号検波器と、前記トランジスタが動作
中に放出される温度を測定して出力する温度センサー
と、入力の前記各測定値を予め設定された変換テーブル
メモリーとにより演算して前記トランジスタが動作中
に、常温時のアイドル電流値を測定して出力する演算装
置とを有することを特徴とする。
【0012】また、本発明のトランジスタ電力増幅器
は、前記変換テーブルメモリーには、トランジスタのジ
ャンクション温度(Tj)と、このTjの時の前記トラ
ンジスタに供給される平均電流センサーからの平均電流
値とにより、前記RF信号が入力されない状態でのアイ
ドル電流として設定することを特徴とする。
【0013】また、本発明のトランジスタ電力増幅器
は、前記演算装置が出力するアイドル電流の数値を表示
するモニターを有することを特徴とする。
【0014】また、本発明のトランジスタ電力増幅器
は、前記モニターに表示の数値を監視し、操作により前
記トランジスタに供給するアイドル電流を調整すること
を特徴とする。また、本発明のトランジスタ電力増幅器
は、前記演算装置からのアイドル電流値を入力し、前記
トランジスタに供給する電圧を自動調整するバイアス回
路を有することを特徴とする。
【0015】また、本発明のトランジスタ電力増幅器
は、前記温度センサーとして、温度変化に対して抵抗値
が変化する熱電対を前記トランジスタのフランジに近接
して装着することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施例のブ
ロック図である。
【0017】本実施例は、A級(クラス)乃至AB級
(クラス)で動作する電力増幅用のトランジスタ3と、
このトランジスタ3が増幅した信号電流の高速な変動
(以下高速電流と記す)を測定する高速電流センサー7
と、トランジスタ3に流入される平均電流を測定する平
均電流センサー6と、デジタル放送に使用されているO
FDM(直交周波数分割多重)信号のRF入力1の平均
電力を測定して出力する入力信号検波器4と、トランジ
スタ3から出力される信号のRF出力2の平均電力を測
定して出力する出力信号検波器5と、トランジスタ3が
動作中に放出される温度を測定して出力する温度センサ
ー9と、上記測定の高速電流、平均電流、RF入出力信
号の平均電力、および温度の情報とメモリー11に予め
設定された変換テーブルとにより演算したトランジスタ
3の常温時のアイドル電流値を出力する演算装置10
と、測定結果及びアイドル電流値を表示するモニター1
2と、測定結果がフィードバックされトランジスタ3の
アイドル電流を調整するバイアス電流回路13と、トラ
ンジスタ3及びバイアス回路13に供給する+VDD
(電源)8とを有して構成される。
【0018】次に本実施例の動作について説明する。通
常、テレビ放送に使用される大電力増幅器においての増
幅用素子としては、ABクラスで動作するトランジスタ
3が使用される。図2はトランジスタの出力電力と電流
(Ids)との相関図であり、トランジスタ3に供給さ
れる電流(以降Idsと記載)mAは出力電力(Pow
er)dBmが増加するに従い増えていく傾向にある。
また出力電力が0となる時のIdsは特にアイドル電流
と呼ばれる。まずデジタル放送に使用されているOFD
M信号は、RF入力1からトランジスタ3へ入力され、
増幅されたのちRF出力2から出力される。その際、平
均入力電力を入力信号検波器4、平均出力電力を出力信
号検波器5、またトランジスタ3の平均電流を平均電流
センサー6で測定する。通常、トランジスタ3が電力増
幅する際に放出される熱エネルギーによる発生熱量は、
式(1)、(2)により算出される。 発生熱量=DC入力電力+RF入力電力−RF出力電力 (1) DC入力電力=(+VDD8)×(平均電流センサー6の値:Ids) (2) 図3は本実施のRF信号とトランジスタに流れる電流
(Ids)との対比を示す波形図であり、トランジスタ
3において、(A)は平均電力が一定時のRF(OFD
M信号)出力2を時間軸(t)で計測した場合の包絡線
の例である。この時同時にIds(mA)を測定する
と、平均電流センサー6ではIdsの平均値が測定され
(C)に示す様になる。しかし高速電流センサー7を使
用して測定すると、図2に従って(B)に示す様な電力
の高速な振幅変動に伴うIdsの波形を測定することが
できる。従って(A)のRFのレベルが0になった瞬間
の高速電流センサーの値が、アイドル電流値となり、こ
のアイドル電流値を演算装置10に転送される。
【0019】図4は本実施例のトランジスタのIdsと
Tjとの相関図であり、一般的なトランジスタのIds
とそのケース内の温度(ジャンクション温度:Tj)の
関係は、図4よりわかるように、Ids(mA)はTj
(℃)の上昇に比例して増加する。従ってトランジスタ
が発熱する場合に、上記の様にRF信号の包絡線が0の
時の瞬間的なIdsを測定した電流値は、常温の測定状
態でのアイドル電流と異なっている。
【0020】図5は本実施例のトランジスタのTjと常
温時のアイドル電流との関係を示す図であり、トランジ
スタのジャンクション温度Tjとその温度の時のIds
値から、RF信号がない状態(常温時)でのアイドル電
流を予め測定し変換テーブルを作成しておけば、変換テ
ーブルから常温時のアイドル電流を導出することができ
る。ここで、ジャンクション温度Tjは、以下の式
(3)に従う。 Tj=(発熱量×熱抵抗)+ベースプレート温度 (3) 但し、トランジスタが取付けられたベースプレート(放
熱板)温度は、トランジスタが装着されたベースプレー
トに取付けられた温度センサー9によって測定された
値、また、熱抵抗はトランジスタによって決まる値であ
る。
【0021】なお、温度センサーとしては、温度変動に
対応して電気的な出力値が変化する熱電対タイプのセン
サーをトランジスタ(FET)のフランジ(金属の台座
部分=ベースプレート)にネジで密着するように取付け
る。また、温度センサーをFETのケース内に設ける。
そして図5の例の様な関係データの変換テーブルをメモ
リ11に格納し、演算装置10では、測定された各種情
報を演算処理すれば、常温時でのアイドル電流を等価的
に測定することができる。
【0022】また、演算装置10から出力のアイドル電
流の情報をバイアス電流回路13にフィードバックする
ことにより、トランジスタ3のアイドル電流値を最適値
に自動補正することができる。
【0023】また、モニター12において常温時のアイ
ドル電流を表示することができるので、操作入力によ
り、アイドル電流値を設定する場合に、メモリ11の情
報を測定時とは逆に使用すればバイアス電流回路13か
らトランジスタ3のベースに与えるべき電圧を変更でき
るので、アイドル電流値を微調整若しくは再設定するこ
とができる。
【0024】また、本実施例では、入力のRF信号をO
FDM信号として説明したが、CDMA(符号分割多元
接続)またはQAM(直角位相振幅変調)方式の信号で
あっても、高速電流のエンベロープが“0”レベルを示
す瞬間がある信号ならば同様に実施することが出来る。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、A
級ないしB級で動作する電力増幅用の半導体素子と、こ
の半導体素子に供給される高速電流を測定する手段と、
前記高速電流と同時に前記半導体素子に供給される平均
電流を測定する手段と、前記半導体素子が動作中に放出
される温度を測定する手段と、測定された前記高速電流
と前記平均電流と前記温度とにより前記半導体素子が動
作中に、常温時のアイドル電流を測定する手段とを有す
ることにより、以下に記述する効果がある。
【0026】第一の効果は、本放送中にデジタル放送を
中断することなくアイドル電流の測定ができることがあ
る。その理由は、トランジスタの電力消費量とRF信号
の包絡線が0レベルになった瞬間の電流Idsを測定
し、変換テーブルを使用することにより常温状態のアイ
ドル電流値を算出できるからである。
【0027】第二の効果は、本放送中にデジタル放送を
中断することなくアイドル電流の微調整、再設定ができ
ることである、その理由は、メモリ上の変換テーブルの
データを測定するときと逆に利用し、トランジスタのベ
ースにかける電圧を変更することにより、アイドル電流
値を微調整、再設定ができるからである。
【0028】第三の効果は、電力増幅器の動作中にトラ
ンジスタの破損状況を確認できるということである。そ
の理由は、通常のABクラスのトランジスタのIdsは
出力電力に依存する為、「パワーを低下させた」のか
「トランジスタが破損した」のかの判定が動作電流を測
定するだけでは困難であるが、常温状態のアイドル電流
値を測定すればそれを簡単に判断できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図である。
【図2】本実施例のトランジスタのABクラスで動作の
出力電力と電流(Ids)との相関図である。
【図3】本実施例のRF信号とトランジスタに流れる電
流(Ids)との対比を示す波形図である。
【図4】本実施例の温度によるトランジスタの電流の変
化を示す相関図である。
【図5】本実施例のジャンクション温度と常温時のアイ
ドル電流の関係を示す図である。
【図6】従来のトランジスタ電力増幅器の一例の回路図
である。
【符号の説明】
1 RF入力 2 RF出力 3 トランジスタ 4 入力信号検波器 5 出力信号検波器 6 平均電流センサー 7 高速電流センサー 8 +VDD(電源) 9 温度センサー 10 演算装置 11 メモリ 12 モニター 13 バイアス電流回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G003 AA01 AB00 AB16 AE03 AF01 AH01 AH06 5J090 AA01 AA41 AA62 AA64 CA02 CA57 CA83 CN02 CN03 FA10 FN03 FN06 FN09 FN14 HA09 HA43 HN08 HN20 KA12 KA28 KA47 KA55 MA21 SA14 TA02 TA04 TA06 5J091 AA01 AA41 AA62 AA64 CA02 CA57 CA83 FA10 FP04 FP05 FP08 FP10 GP02 HA09 HA43 KA12 KA28 KA47 KA55 MA21 SA14 TA02 TA04 TA06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 A級乃至AB級で動作する電力増幅用の
    半導体素子と、この半導体素子に供給される電流の高速
    な変動(高速電流)を測定する手段と、この前記半導体
    素子に供給される平均電流を測定する手段と、動作中の
    前記半導体素子のジャンクション温度を測定する手段
    と、測定された前記高速電流と前記平均電流と前記ジャ
    ンクション温度とにより前記半導体素子が動作中に、常
    温時のアイドル電流を測定する手段とを有することを特
    徴とするトランジスタ電力増幅器。
  2. 【請求項2】 A級乃至AB級で動作する電力増幅用の
    トランジスタと、このトランジスタに供給される電流の
    前記高速電流を測定する高速電流センサーと、前記トラ
    ンジスタに供給される平均電流を測定する平均電流セン
    サーと、前記トランジスタに入力される無線周波数(R
    F)信号の平均電力を測定して出力する入力信号検波器
    と、前記トランジスタから出力されるRF信号の平均電
    力を測定して出力する出力信号検波器と、前記トランジ
    スタが動作中に放出される温度を測定して出力する温度
    センサーと、入力の前記各測定値を予め設定された変換
    テーブルメモリーとにより演算して前記トランジスタが
    動作中に、常温時のアイドル電流値を測定して出力する
    演算装置とを有することを特徴とする請求項1記載のト
    ランジスタ電力増幅器。
  3. 【請求項3】 前記変換テーブルメモリーには、トラン
    ジスタのジャンクション温度(Tj)と、このTjの時
    の前記トランジスタに供給される平均電流センサーから
    の平均電流値とにより、前記RF信号が入力されない状
    態でのアイドル電流として設定することを特徴とする請
    求項2記載のトランジスタ電力増幅器。
  4. 【請求項4】 前記演算装置が出力するアイドル電流の
    数値を表示するモニターを有することを特徴とする請求
    項1、2または3記載のトランジスタ電力増幅器。
  5. 【請求項5】 前記モニターに表示の数値を監視し、操
    作により前記トランジスタに供給するアイドル電流を調
    整することを特徴とする請求項4記載のトランジスタ電
    力増幅器。
  6. 【請求項6】 前記演算装置からのアイドル電流値を入
    力し、前記トランジスタに供給する電圧を自動調整する
    バイアス回路を有することを特徴とする請求項1、2ま
    たは3記載のトランジスタ電力増幅器。
  7. 【請求項7】 前記温度センサーとして、温度変化に対
    して抵抗値が変化する熱電対を前記トランジスタのフラ
    ンジに近接して装着することを特徴とする請求項2記載
    のトランジスタ電力増幅器。
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