JP2005348239A - 電力増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プッシュプル増幅器において、コネクタ電流またはソース電流に起因する増幅率の低下を抑制する
【解決手段】少なくとも１つのトランジスタ対を備えるプッシュプル増幅器であって、前記トランジスタ対を構成するトランジスタは、制御端子と第一の端子と第二の端子とを具備し、前記制御端子に印加される信号に応じて前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流が制御されるトランジスタである、プッシュプル増幅器において、前記トランジスタ対の一方の前記トランジスタの前記制御端子に入力される信号は、前記トランジスタ対の一方または他方の前記トランジスタの前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流量が所定範囲内である時、前記電流量が所定範囲外にある場合に比べて、前記信号の高周波成分が増幅される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力増幅装置に係り、特に、プッシュプル増幅器を備える電力増幅装置に関する。

代表的な電力増幅手段として、プッシュプル増幅器がある。プッシュプル増幅器は、トランジスタ対によって構成され、トランジスタ対の各トランジスタの出力を合成して出力を得るようにした増幅器である（例えば、特許文献１を参照。）。

ここで、プッシュプル増幅器を備える典型的な電力増幅装置の回路図を図１に示す。図１において、電力増幅装置１０は、入力端子Ｘ１と、オペアンプＡ１１と、プッシュプル増幅器１００と、出力端子Ｙ１とを備える。入力端子Ｘ１は、オペアンプＡ１１の反転入力に接続される。オペアンプＡ１１の出力信号は、プッシュプル増幅器１００に入力される。プッシュプル増幅器１００の出力信号は、出力端子Ｙ１に与えられるとともに、オペアンプＡ１１の非反転入力にも与えられる。なお、以後の説明に対する理解を助けるために、出力端子Ｙ１には、負荷Ｚが接続されているものとする。また、負荷Ｚは、抵抗器とする。

プッシュプル増幅器１００は、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いた両極性のプッシュプル増幅器である。プッシュプル増幅器１００は、入力端子Ｓ１と、出力端子Ｔ１と、ＰチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ１１とＮチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ１２とを備える。電界効果トランジスタＱ１１のソースは、正電源Ｖｃｃに接続されている。電界効果トランジスタＱ１２のソースは負電源Ｖｅｅに接続されている。オペアンプＡ１１の出力信号は、定電圧源Ｅ１１を介して電界効果トランジスタＱ１１のゲートに与えられる。また、オペアンプＡ１１の出力信号は、定電圧源Ｅ１２を介して電界効果トランジスタＱ１２のゲートに与えられる。電界効果トランジスタＱ１１のドレインと電界効果トランジスタＱ１２のドレインは、互いに接続されている。また、それらのドレインは、出力端子Ｙ１に接続されている。つまり、プッシュプル増幅器１００は、ドレイン出力型のプッシュプル増幅器であり、Ｓ１で受信される信号に対して反転した信号を出力する。定電圧源Ｅ１１および定電圧源Ｅ１２は、バイアスのために用いられる。バイアスの大きさを調整すれば、プッシュプル増幅器１００をＡ級増幅器またはＡＢ級増幅器またはＢ級増幅器として動作させることができる。

また、オペアンプＡ１１は、入力端子Ｘ１における電圧と出力端子Ｙ１における電圧との差が無くなるように作用する。これにより、電力増幅装置１０は、入力端子Ｘ１から入力される信号を電力増幅して出力端子Ｙ１から出力する。

特開２００３−０６０４５１号公報（第４〜５頁、図１）

さて、電力増幅装置１０のループゲイン（ｄＢ）は、オペアンプＡ１１の増幅率（ｄＢ）とプッシュプル増幅器１００の増幅率（ｄＢ）との和である。オペアンプＡ１１の増幅率は、周波数が高くなるにつれて低下し、プッシュプル増幅器１００の増幅率は、周波数によらず一定になるように設計するのが一般的である。また、プッシュプル増幅器１００の増幅率は、電界効果トランジスタＱ１１またはＱ１２のドレイン電流が小さくなるにつれて低下する。その理由は以下の通りである。

プッシュプル増幅器１００の増幅率ＧＭは、電界効果トランジスタＱ１１の増幅率ｇｍ１と電界効果トランジスタＱ１２の増幅率ｇｍ２との和である。電界効果トランジスタのＡＣ増幅率は、相互コンダクタンスｇｍで表される。なお、相互コンダクタンスｇｍは、順方向伝達アドミタンス｜Ｙ_ｆｓ｜とも表現される。電界効果トランジスタの相互コンダクタンスは、ゲート電圧がスレッシュホールド電圧以下で有れば、ほぼゼロである。ドレイン電流は、ゲート電圧が上昇するにつれて大きくなる。その結果、相互コンダクタンスｇｍは大きくなる。ここで、プッシュプル増幅器１００がＡＢ級増幅器として動作すると仮定する。一般に、プッシュプル増幅器１００が大きな正の電圧を出力している場合には、電界効果トランジスタＱ１１のドレイン電流は大きく、電界効果トランジスタＱ１１の増幅率ｇｍ１も大きい。この場合は、増幅率ＧＭは、ｇｍ１が支配的であるので、ｇｍ１と同様に大きい。プッシュプル増幅器１００の出力電圧が次第に下がるにつれて電界効果トランジスタＱ１１のドレイン電流は少なくなり、ｇｍ１も小さくなる。この時、電界効果トランジスタＱ１２のドレイン電流は少なく、電界効果トランジスタＱ１２の増幅率ｇｍ２も小さい。プッシュプル増幅器１００の出力電圧が下がりゼロ付近になると、ようやくｇｍ２が大きくなる。しかし、この時点では、増幅率ＧＭはかなり小さくなっている。その後、プッシュプル増幅器１００の出力電圧が更に下がると、電界効果トランジスタＱ１２の増幅率ｇｍ２が大きくなる。この時、増幅率ＧＭは、ｇｍ２が支配的であるので、支配的になり、ｇｍ２と同様に大きい。この様に、全体の増幅率ＧＭは、各電界効果トランジスタのドレイン電流や、プッシュプル増幅器１００の出力電圧に依存して変化する。

電力増幅装置１０は有限の周波数帯域を有するので、プッシュプル増幅器１００のＡＣ増幅率が低下すると、電力増幅装置１０の周波数帯域は狭くなる。また、電界効果トランジスタＱ１１またはＱ１２のドレイン電流の変化が大きいほど、電力増幅装置１０の周波数帯域も大きく変化する。周波数帯域の変化量が大きいほど、電力増幅装置１０は、発振し易く、不要なリンギング波形を出力し易い。さらに、負荷の大きさが高速に変化した場合、そのような電力増幅器１０は、出力レベルを一定に保ちにくいという問題も生じる。

バイポーラトランジスタにおいては、コレクタ電流の低下に伴い、電流増幅率ｈｆｅが低下する。従って、バイポーラトランジスタ対で構成されるプッシュプル増幅器や、バイポーラトランジスタと電界効果トランジスタとの対で構成されるプッシュプル増幅器においても、上記の問題は同様に生じる。また、この問題は、プッシュプル増幅器の電力効率が良いほど顕著に現れる。なぜなら、アイドル時のドレイン電流やコレクタ電流がゼロまたは比較的小さい値に設定されるからである。

本発明は、上記の問題を解決し、トランジスタのコレクタ電流またはソース電流の変化に起因するＡＣ増幅率の低下を抑制したプッシュプル増幅器を提供することを目的とする。また、本発明は、そのようなプッシュプル増幅器を備える電力増幅装置を提供することを目的とする。

本発明の要旨は、プッシュ側トランジスタとプル側トランジスタとの対を備えるプッシュプル増幅器において、プッシュ側またはプル側のトランジスタのコレクタ電流またはソース電流が所定範囲内である時に、プッシュプル増幅器の高周波帯における増幅率を補償することである。増幅率を補償するために、本発明のプッシュプル増幅器は、プッシュ側またはプル側のトランジスタのベースまたはゲートに印加される信号を操作するか、出力信号を直接補助する。

すなわち、本第一発明は、少なくとも１つのトランジスタ対を備えるプッシュプル増幅器であって、前記トランジスタ対を構成するトランジスタは、制御端子と第一の端子と第二の端子とを具備し、前記制御端子に印加される信号に応じて前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流が制御されるトランジスタである、プッシュプル増幅器において、前記トランジスタ対の一方の前記トランジスタの前記制御端子に入力される信号は、前記トランジスタ対の一方または他方の前記トランジスタの前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流量が所定範囲内である時、前記電流量が所定範囲外にある場合に比べて、前記信号の高周波成分が増幅されることを特徴とするものである。ここで、制御端子はベースまたはゲートである。第一および第二の端子は、コレクタ、エミッタ、ドレイン、ソースのいずれかである。例えば、トランジスタが典型的な電界効果トランジスタである場合、制御端子はゲートであり、第一および第二の端子は、ドレインおよびソースである。

また、本第二の発明は、本第一の発明において、前記トランジスタ対の一方または他方の前記トランジスタの前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流量を検出する手段と、前記検出手段により検出される前記電流量が所定範囲内にある時のみ、入力される信号から高周波成分を抽出して出力する濾波手段とを備えることを特徴とするものである。

さらに、本第三の発明は、入力と出力と少なくとも１つのトランジスタ対とを備えるプッシュプル増幅器であって、前記トランジスタ対は、前記入力で受信される信号を増幅して前記出力端子に出力し、前記トランジスタ対を構成するトランジスタは、制御端子と第一の端子と第二の端子とを具備し、前記制御端子に印加される信号に応じて前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流が制御されるトランジスタである、プッシュプル増幅器において、前記トランジスタ対の一方のトランジスタの前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流量が所定範囲内にある時にのみ、前記入力で受信される信号から抽出される高周波成分のみを増幅して前記出力端子に出力する増幅手段を備えることを特徴とするものである。

またさらに、本第四の発明は、本第三の発明において、前記増幅手段が、前記トランジスタ対の一方のトランジスタの前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流量を検出する手段と、前記検出手段により検出される前記電流量が所定範囲内にある時のみ、前記入力で受信される信号から高周波成分を抽出して出力する濾波手段と、前記トランジスタ対の一方または他方の前記トランジスタに並列に配置され、前記濾波手段の出力信号に応答して動作するトランジスタとを備えることを特徴とするものである。

また、本第五の発明は、本第二の発明または本第四の発明において、前記濾波手段が、信号増幅手段を備えることを特徴とするものである。

さらに、本第六の発明は、プッシュプル増幅器を備える電力増幅器であって、
前記プッシュプル増幅器は、本第一の発明または本第二の発明または本第三の発明または本第四の発明または本第五の発明のいずれかにのプッシュプル増幅器であることを特徴とするものである。

本発明によれば、少なくとも１つのトランジスタ対を備えるプッシュプル増幅器において、トランジスタ対のトランジスタのコレクタ電流またはソース電流の変化に伴うＡＣ増幅率の変化を抑制できる。また、本発明によれば、少なくとも１つのトランジスタ対を備えるプッシュプル増幅器において、トランジスタ対のトランジスタのコレクタ電流またはソース電流が小さい場合に生じるＡＣ増幅率の低下を抑制できる。これにより、そのようなプッシュプル増幅器を用いた電力増幅装置は、従来よりも高周波数の信号を安定して増幅できるようになる。

本発明を、添付の図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。本実施形態では、プッシュ側のトランジスタのゲートに入力される信号を操作して、プッシュプル増幅器の増幅率を補償する。本発明の第一の実施形態は、図２に示す電力増幅装置２０である。

図において、電力増幅装置２０は、入力端子Ｘ２と、出力端子Ｙ２と、オペアンプＡ２１と、プッシュプル増幅器２００とを備える。オペアンプＡ２１は、入力端子Ｘ２における信号、および、出力端子Ｙ２における信号が入力される。オペアンプＡ２１は、入力される２信号の差がゼロになるような信号を、プッシュプル増幅器２００に入力する。プッシュプル増幅器２００は、入力される信号を電力増幅して出力端子Ｙ２へ出力する。

プッシュプル増幅器２００は、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いた両極性のプッシュプル増幅器である。プッシュプル増幅器２００は、入力端子Ｓ２と、出力端子Ｔ２と、プッシュ側のＰチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ２１と、プル側のＮチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ２２と、定電圧源Ｅ２１と、定電圧源Ｅ２２とを備える。電界効果トランジスタＱ２１のドレインと電界効果トランジスタＱ２２のドレインは、出力端子Ｔ２に接続される。電界効果トランジスタＱ２１のソースは、正電源Ｖｃｃに接続される。電界効果トランジスタＱ２２のソースは、負電源Ｖｅｅに接続される。入力端子Ｓ２で受信される信号、すなわち、オペアンプＡ２１の出力信号は、定電圧源Ｅ２１によりバイアスされて電界効果トランジスタＱ２１のゲートに入力される。また、入力端子Ｓ２で受信される信号は、定電圧源Ｅ２２によりバイアスされて電界効果トランジスタＱ２２のゲートに入力される。電界効果トランジスタＱ２１とＱ２２との対は、定電圧源Ｅ２１および定電圧源Ｅ２２の電圧に応じて、Ａ級増幅器またはＡＢ級増幅器またはＢ級増幅器として動作する。以上に説明した構成は、プッシュプル増幅器２００の基本的な部分である。

さらに、プッシュプル増幅器２００は、抵抗器Ｒ２１と、オペアンプＡ２２とを備える。抵抗器Ｒ２１は、電界効果トランジスタＱ２１のソースと正電源Ｖｃｃとの間に設けられる。オペアンプＡ２２は、抵抗器Ｒ２１の両端の電位差を検出し、電界効果トランジスタＱ２１のソースとドレインとの間に流れる電流量を表す信号を出力する。

またさらに、プッシュプル増幅器２００は、ハイパスフィルタＦ２と、増幅器Ａ２３と、コンデンサＣ２と、抵抗器Ｒ２２と、抵抗器Ｒ２３とを備える。ハイパスフィルタＦ２は、入力端子Ｓ２で受信される信号の高周波成分を抽出し、増幅器Ａ２３へ出力する。ハイパスフィルタＦ２の遮断周波数は、補償したい帯域を含むように設定される。増幅器Ａ２３は、入力信号を所定倍率で増幅し出力する増幅器である。増幅器Ａ２３は、オペアンプＡ２２の出力信号に応じて動作する。詳細に言えば、増幅器Ａ２３は、電界効果トランジスタＱ２１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である時のみ信号を出力する。コンデンサＣ２は、増幅器Ａ２３の出力信号から交流成分を取り出すために用いられる。抵抗器Ｒ２２とＲ２３は、信号加算器として動作する。

従って、電界効果トランジスタＱ２１のゲートは、電界効果トランジスタＱ２１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値より大きい時、定電圧源Ｅ２１によりバイアスされた信号のみが印加される。一方、電界効果トランジスタＱ２１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である時、電界効果トランジスタＱ２１のゲートは、定電圧源Ｅ２１によりバイアスされた信号と増幅器Ａ２３の出力信号との加算信号が印加される。つまり、電界効果トランジスタＱ２１のゲートに入力される信号は、電界効果トランジスタＱ２１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である時、前記電流量が所定値より大きい場合に比べて、前記入力される信号の高周波成分が増幅される。これにより、プッシュプル増幅器２００の増幅率が補償される。

次に、本発明の第二の実施形態を以下に説明する。本実施形態では、プル側のトランジスタのゲートに入力される信号を操作して、プッシュプル増幅器の増幅率を補償する。図３は、本発明の第二の実施形態である電力増幅装置３０を示す図である。

図において、電力増幅装置３０は、入力端子Ｘ３と、出力端子Ｙ３と、オペアンプＡ３１と、プッシュプル増幅器３００とを備える。オペアンプＡ３１は、入力端子Ｘ３における信号、および、出力端子Ｙ３における信号が入力される。オペアンプＡ３１は、入力される２信号の差がゼロになるような信号を、プッシュプル増幅器３００に入力する。プッシュプル増幅器３００は、入力される信号を電力増幅して出力端子Ｙ３へ出力する。

プッシュプル増幅器３００は、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いた両極性のプッシュプル増幅器である。プッシュプル増幅器３００は、入力端子Ｓ３と、出力端子Ｔ３と、プッシュ側のＰチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ３１と、プル側のＮチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ３２と、定電圧源Ｅ３１と、定電圧源Ｅ３２とを備える。電界効果トランジスタＱ３１のドレインと電界効果トランジスタＱ３２のドレインは、出力端子Ｔ３に接続される。電界効果トランジスタＱ３１のソースは、正電源Ｖｃｃに接続される。電界効果トランジスタＱ３２のソースは、負電源Ｖｅｅに接続される。入力端子Ｓ３で受信される信号、すなわち、オペアンプＡ３１の出力信号は、定電圧源Ｅ３１によりバイアスされて電界効果トランジスタＱ３１のゲートに入力される。また、入力端子Ｓ３で受信される信号は、定電圧源Ｅ３２によりバイアスされて電界効果トランジスタＱ３２のゲートに入力される。電界効果トランジスタＱ３１とＱ３２との対は、定電圧源Ｅ３１および定電圧源Ｅ３２の電圧に応じて、Ａ級増幅器またはＡＢ級増幅器として動作する。以上に説明した構成は、プッシュプル増幅器３００の基本的な部分である。

さらに、プッシュプル増幅器３００は、抵抗器Ｒ３１と、オペアンプＡ３２とを備える。抵抗器Ｒ３１は、電界効果トランジスタＱ３１のソースと正電源Ｖｃｃとの間に設けられる。オペアンプＡ３２は、抵抗器Ｒ３１の両端の電位差を検出し、電界効果トランジスタＱ３１のソースとドレインとの間に流れる電流量を表す信号を出力する。

またさらに、プッシュプル増幅器３００は、ハイパスフィルタＦ３と、増幅器Ａ３３と、コンデンサＣ３と、抵抗器Ｒ３２と、抵抗器Ｒ３３とを備える。ハイパスフィルタＦ３は、入力端子Ｓ３で受信される信号の高周波成分を抽出し、増幅器Ａ３３へ出力する。ハイパスフィルタＦ３の遮断周波数は、補償したい帯域を含むように設定される。増幅器Ａ３３は、入力信号を所定倍率で増幅し出力する増幅器である。増幅器Ａ３３は、オペアンプＡ３２の出力信号に応じて動作する。詳細に言えば、増幅器Ａ３３は、電界効果トランジスタＱ３１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である時のみ信号を出力する。コンデンサＣ３は、増幅器Ａ３３の出力信号から交流成分を取り出すために用いられる。抵抗器Ｒ３２とＲ３３は、信号加算器として動作する。

従って、電界効果トランジスタＱ３２のゲートは、電界効果トランジスタＱ３１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値より大きい時、定電圧源Ｅ３２によりバイアスされた信号のみが印加される。一方、電界効果トランジスタＱ３１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である時、電界効果トランジスタＱ３２のゲートは、定電圧源Ｅ３２によりバイアスされた信号と増幅器Ａ３３の出力信号との加算信号が印加される。つまり、電界効果トランジスタＱ３２のゲートに入力される信号は、電界効果トランジスタＱ３１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である時、前記電流量が所定値より大きい場合に比べて、前記入力される信号の高周波成分が増幅される。これにより、プッシュプル増幅器３００の増幅率が補償される。

第一および第二の実施形態では、増幅率を補償するために、電界効果トランジスタのゲートに印加される信号を操作している。次に、出力信号を直接補助することにより、増幅率を補償する実施形態について説明する。

本発明の第三の実施形態は、図４に示す電力増幅装置４０である。

図において、電力増幅装置４０は、入力端子Ｘ４と、出力端子Ｙ４と、オペアンプＡ４１と、プッシュプル増幅器４００とを備える。オペアンプＡ４１は、入力端子Ｘ４における信号、および、出力端子Ｙ４における信号が入力される。オペアンプＡ４１は、入力される２信号の差がゼロになるような信号を、プッシュプル増幅器４００に入力する。プッシュプル増幅器４００は、入力される信号を電力増幅して出力端子Ｙ４へ出力する。

プッシュプル増幅器４００は、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いた両極性のプッシュプル増幅器である。プッシュプル増幅器４００は、入力端子Ｓ４と、出力端子Ｔ４と、プッシュ側のＰチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ４１と、プル側のＮチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ４２と、定電圧源Ｅ４１と、定電圧源Ｅ４２とを備える。電界効果トランジスタＱ４１のドレインと電界効果トランジスタＱ４２のドレインは、出力端子Ｔ４に接続される。電界効果トランジスタＱ４１のソースは、正電源Ｖｃｃに接続される。電界効果トランジスタＱ４２のソースは、負電源Ｖｅｅに接続される。入力端子Ｓ４で受信される信号、すなわち、オペアンプＡ４１の出力信号は、定電圧源Ｅ４１によりバイアスされて電界効果トランジスタＱ４１のゲートに入力される。また、入力端子Ｓ４で受信される信号は、定電圧源Ｅ４２によりバイアスされて電界効果トランジスタＱ４２のゲートに入力される。電界効果トランジスタＱ４１とＱ４２との対は、定電圧源Ｅ４１および定電圧源Ｅ４２の電圧に応じて、Ａ級増幅器またはＡＢ級増幅器またはＢ級増幅器として動作する。以上に説明した構成は、プッシュプル増幅器４００の基本的な部分である。

さらに、プッシュプル増幅器４００は、抵抗器Ｒ４１と、オペアンプＡ４２とを備える。抵抗器Ｒ４１は、電界効果トランジスタＱ４１のソースと正電源Ｖｃｃとの間に設けられる。オペアンプＡ４２は、抵抗器Ｒ４１の両端の電位差を検出し、電界効果トランジスタＱ４１のソースとドレインとの間に流れる電流量を表す信号を出力する。

またさらに、プッシュプル増幅器４００は、ハイパスフィルタＦ４と、増幅器Ａ４３と、ブーストトランジスタＱ４３とを備える。ブーストトランジスタＱ４３は、ＰチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタである。ハイパスフィルタＦ４は、入力端子Ｓ４で受信される信号の高周波成分を抽出し、増幅器Ａ４３へ出力する。ハイパスフィルタＦ４の遮断周波数は、補償したい帯域を含むように設定される。増幅器Ａ４３は、入力信号を所定倍率で増幅し出力する増幅器である。増幅器Ａ４３の出力信号は、ブーストトランジスタＱ４３のゲートに印加される。ブーストトランジスタＱ４３のソースは、正電源Ｖｃｃに接続される。また、ブーストトランジスタＱ４３のドレインは、出力端子Ｔ４に接続される。増幅器Ａ４３は、オペアンプＡ４２の出力信号に応じて動作する。詳細に言えば、増幅器Ａ４３は、電界効果トランジスタＱ４１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である場合、入力信号を増幅して出力する。この時、ブーストトランジスタＱ４３は、ゲートに入力される信号によりオンする。一方、増幅器Ａ４３は、電界効果トランジスタＱ４１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値より大きい場合、ブーストトランジスタＱ４３がオフするような信号を出力する。また、増幅器Ａ４３は、電界効果トランジスタＱ４１のソースとドレインとの間に流れる電流量がゼロである場合、つまり、電界効果トランジスタＱ４１がオフする場合も、ブーストトランジスタＱ４３がオフするような信号を出力する。

従って、ブーストトランジスタＱ４３は、電界効果トランジスタＱ４１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定範囲内にある時にのみ、入力端子Ｓ４で受信される信号から抽出される高周波成分のみを増幅して出力端子Ｔ４に出力する。これにより、プッシュプル増幅器２００の増幅率が補償される。

次に、本発明の第四の実施形態は、図５に示す電力増幅装置５０である。

図において、電力増幅装置５０は、入力端子Ｘ５と、出力端子Ｙ５と、オペアンプＡ５１と、プッシュプル増幅器５００とを備える。オペアンプＡ５１は、入力端子Ｘ５における信号、および、出力端子Ｙ５における信号が入力される。オペアンプＡ５１は、入力される２信号の差がゼロになるような信号を、プッシュプル増幅器５００に入力する。プッシュプル増幅器５００は、入力される信号を電力増幅して出力端子Ｙ５へ出力する。

プッシュプル増幅器５００は、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いた両極性のプッシュプル増幅器である。プッシュプル増幅器５００は、入力端子Ｓ５と、出力端子Ｔ５と、プッシュ側のＰチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ５１と、プル側のＮチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ５２と、定電圧源Ｅ５１と、定電圧源Ｅ５２とを備える。電界効果トランジスタＱ５１のドレインと電界効果トランジスタＱ５２のドレインは、出力端子Ｔ５に接続される。電界効果トランジスタＱ５１のソースは、正電源Ｖｃｃに接続される。電界効果トランジスタＱ５２のソースは、負電源Ｖｅｅに接続される。入力端子Ｓ５で受信される信号、すなわち、オペアンプＡ５１の出力信号は、定電圧源Ｅ５１によりバイアスされて電界効果トランジスタＱ５１のゲートに入力される。また、入力端子Ｓ５で受信される信号は、定電圧源Ｅ５２によりバイアスされて電界効果トランジスタＱ５２のゲートに入力される。電界効果トランジスタＱ５１とＱ５２との対は、定電圧源Ｅ５１および定電圧源Ｅ５２の電圧に応じて、Ａ級増幅器またはＡＢ級増幅器またはＢ級増幅器として動作する。以上に説明した構成は、プッシュプル増幅器５００の基本的な部分である。

さらに、プッシュプル増幅器５００は、抵抗器Ｒ５１と、オペアンプＡ５２とを備える。抵抗器Ｒ５１は、電界効果トランジスタＱ５１のソースと正電源Ｖｃｃとの間に設けられる。オペアンプＡ５２は、抵抗器Ｒ５１の両端の電位差を検出し、電界効果トランジスタＱ５１のソースとドレインとの間に流れる電流量を表す信号を出力する。

またさらに、プッシュプル増幅器５００は、ハイパスフィルタＦ５と、増幅器Ａ５３と、ブーストトランジスタＱ５３とを備える。ブーストトランジスタＱ５３は、ＮチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタである。ハイパスフィルタＦ４は、入力端子Ｓ５で受信される信号の高周波成分を抽出し、増幅器Ａ５３へ出力する。ハイパスフィルタＦ５の遮断周波数は、補償したい帯域を含むように設定される。増幅器Ａ５３は、入力信号を所定倍率で増幅し出力する増幅器である。増幅器Ａ５３の出力信号は、ブーストトランジスタＱ５３のゲートに印加される。ブーストトランジスタＱ５３のソースは、負電源Ｖｅｅに接続される。また、ブーストトランジスタＱ５３のドレインは、出力端子Ｔ５に接続される。増幅器Ａ５３は、オペアンプＡ５２の出力信号に応じて動作する。詳細に言えば、増幅器Ａ５３は、電界効果トランジスタＱ５１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である場合、入力信号を増幅して出力する。この時、ブーストトランジスタＱ５３は、ゲートに入力される信号によりオンする。一方、増幅器Ａ５３は、電界効果トランジスタＱ５１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値より大きい場合、ブーストトランジスタＱ５３がオフするような信号を出力する。また、増幅器Ａ５３は、電界効果トランジスタＱ５１のソースとドレインとの間に流れる電流量がゼロである場合、つまり、電界効果トランジスタＱ５１がオフする場合も、ブーストトランジスタＱ５３がオフするような信号を出力する。

従って、ブーストトランジスタＱ５３は、電界効果トランジスタＱ５１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定範囲内にある時にのみ、入力端子Ｓ５で受信される信号から抽出される高周波成分のみを増幅して出力端子Ｔ４に出力する。これにより、プッシュプル増幅器２００の増幅率が補償される。

上記の実施形態は、プッシュ側のトランジスタに起因する増幅率の低下を補償するものである。プル側のトランジスタに起因する増幅率の低下を補償するには、ドレイン電流検出手段とそれに応答して動作する回路部をプル側のために設ければ良い。そのようなプッシュプル増幅器を備える電力増幅装置６０を、本発明の第五の実施形態として、図６を参照しながら以下に説明する。第五の実施形態は、第一の実施形態から拡張されたものである。

図において、電力増幅装置６０は、入力端子Ｘ６と、出力端子Ｙ６と、オペアンプＡ６１と、プッシュプル増幅器６００とを備える。オペアンプＡ６１は、入力端子Ｘ６における信号、および、出力端子Ｙ６における信号が入力される。オペアンプＡ６１は、入力される２信号の差がゼロになるような信号を、プッシュプル増幅器６００に入力する。プッシュプル増幅器６００は、入力される信号を電力増幅して出力端子Ｙ６へ出力する。

プッシュプル増幅器６００は、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを用いた両極性のプッシュプル増幅器である。プッシュプル増幅器６００は、入力端子Ｓ６と、出力端子Ｔ６と、プッシュ側のＰチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ６１と、プル側のＮチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタＱ６２と、定電圧源Ｅ６１と、定電圧源Ｅ６２とを備える。電界効果トランジスタＱ６１のドレインと電界効果トランジスタＱ６２のドレインは、出力端子Ｔ６に接続される。電界効果トランジスタＱ６１のソースは、正電源Ｖｃｃに接続される。電界効果トランジスタＱ６２のソースは、負電源Ｖｅｅに接続される。入力端子Ｓ６で受信される信号、すなわち、オペアンプＡ６１の出力信号は、定電圧源Ｅ６１によりバイアスされて電界効果トランジスタＱ６１のゲートに入力される。また、入力端子Ｓ６で受信される信号は、定電圧源Ｅ６２によりバイアスされて電界効果トランジスタＱ６２のゲートに入力される。電界効果トランジスタＱ６１とＱ６２との対は、定電圧源Ｅ６１および定電圧源Ｅ６２の電圧に応じて、Ａ級増幅器またはＡＢ級増幅器またはＢ級増幅器として動作する。以上に説明した構成は、プッシュプル増幅器６００の基本的な部分である。

さらに、プッシュプル増幅器６００は、抵抗器Ｒ６１と、オペアンプＡ６２とを備える。抵抗器Ｒ６１は、電界効果トランジスタＱ６１のソースと正電源Ｖｃｃとの間に設けられる。オペアンプＡ６２は、抵抗器Ｒ６１の両端の電位差を検出し、電界効果トランジスタＱ６１のソースとドレインとの間に流れる電流量を表す信号を出力する。

またさらに、プッシュプル増幅器６００は、ハイパスフィルタＦ６１と、増幅器Ａ６３と、コンデンサＣ６１と、抵抗器Ｒ６２と、抵抗器Ｒ６３とを備える。ハイパスフィルタＦ６１は、入力端子Ｓ６で受信される信号の高周波成分を抽出し、増幅器Ａ６３へ出力する。ハイパスフィルタＦ６１の遮断周波数は、補償したい帯域を含むように設定される。増幅器Ａ６３は、入力信号を所定倍率で増幅し出力する増幅器である。増幅器Ａ６３は、オペアンプＡ６２の出力信号に応じて動作する。詳細に言えば、増幅器Ａ６３は、電界効果トランジスタＱ６１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である時のみ信号を出力する。コンデンサＣ６１は、増幅器Ａ６３の出力信号から交流成分を取り出すために用いられる。抵抗器Ｒ６２とＲ６３は、信号加算器として動作する。

また、プッシュプル増幅器６００は、抵抗器Ｒ６４と、オペアンプＡ６４とを備える。抵抗器Ｒ６４は、電界効果トランジスタＱ６２のソースと負電源Ｖｅｅとの間に設けられる。オペアンプＡ６４は、抵抗器Ｒ６４の両端の電位差を検出し、電界効果トランジスタＱ６２のソースとドレインとの間に流れる電流量を表す信号を出力する。

さらに、プッシュプル増幅器６００は、ハイパスフィルタＦ６２と、増幅器Ａ６５と、コンデンサＣ６２と、抵抗器Ｒ６５と、抵抗器Ｒ６６とを備える。ハイパスフィルタＦ６２は、入力端子Ｓ６で受信される信号の高周波成分を抽出し、増幅器Ａ６５へ出力する。ハイパスフィルタＦ６２の遮断周波数は、補償したい帯域を含むように設定される。増幅器Ａ６５は、入力信号を所定倍率で増幅し出力する増幅器である。増幅器Ａ６５は、オペアンプＡ６４の出力信号に応じて動作する。詳細に言えば、増幅器Ａ６５は、電界効果トランジスタＱ６２のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である時のみ信号を出力する。コンデンサＣ６２は、増幅器Ａ６５の出力信号から交流成分を取り出すために用いられる。抵抗器Ｒ６５とＲ６６は、信号加算器として動作する。

上記のように構成された電力増幅装置６０において、電界効果トランジスタＱ６１のゲートに入力される信号は、電界効果トランジスタＱ６１のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である時、前記電流量が所定値より大きい場合に比べて、前記入力される信号の高周波成分が増幅される。電界効果トランジスタＱ６２のゲートに入力される信号は、電界効果トランジスタＱ６２のソースとドレインとの間に流れる電流量が所定値以下である時、前記電流量が所定値より大きい場合に比べて、前記入力される信号の高周波成分が増幅される。これにより、プッシュプル増幅器２００の増幅率が補償される。また、それらの補償は、プッシュ側およびプル側の両方に対して行われる。

さて、上記の各実施形態において、以下のような変形が可能である。

まず、上記の各実施形態において、プッシュプル増幅器は、ドレイン出力型を形成するように電界効果トランジスタが接続されているが、ソースフォロワ型を形成するように電界効果トランジスタが接続されても良い。

また、上記の各実施形態において、電界効果トランジスタは、バイポーラトランジスタや他のユニポーラトランジスタに置き換えることができる。それらの置き換えは、全体的に行われても部分的に行われても良い。また、電界効果トランジスタＱ４３やＱ５３は、能動素子に置き換えることもできる。例えば、図２において、電界効果トランジスタＱ２２およびＱ２３の少なくとも一方を、バイポーラトランジスタに置き換えることができる。また、図３において、電界効果トランジスタＱ３２を、トランジスタ以外の能動素子に置き換えることができる。

従来のプッシュプル増幅器１００を備える電力増幅装置１０を示す図である。 本発明のプッシュプル増幅器２００を備える電力増幅装置２０を示す図である。 本発明のプッシュプル増幅器３００を備える電力増幅装置３０を示す図である。 本発明のプッシュプル増幅器４００を備える電力増幅装置４０を示す図である。 本発明のプッシュプル増幅器５００を備える電力増幅装置５０を示す図である。 本発明のプッシュプル増幅器６００を備える電力増幅装置６０を示す図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０，６０ 電力増幅装置
１００、２００，３００，４００，５００，６００ プッシュプル増幅器
Ａ１１，Ａ２１，Ａ２２、Ａ３１，Ａ３２，Ａ４１，Ａ４２ オペアンプ
Ａ５１，Ａ５２，Ａ６１，Ａ６２，Ａ６４ オペアンプ
Ａ２３，Ａ３３，Ａ４３，Ａ５３，Ａ６３，Ａ６５ 増幅器
Ｃ２，Ｃ３、Ｃ６１，Ｃ６２ コンデンサ
Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３１，Ｅ３２ 定電圧源
Ｅ４１，Ｅ４２，Ｅ５１，Ｅ５２，Ｅ６１，Ｅ６２ 定電圧源
Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６１，Ｆ６２ ハイパスフィルタ
Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２ 電界効果トランジスタ
Ｑ３１，Ｑ３２，Ｑ４１，Ｑ４２ 電界効果トランジスタ
Ｑ５１，Ｑ５２，Ｑ６１，Ｑ６２ 電界効果トランジスタ
Ｑ４３，Ｑ５３ ブーストトランジスタ
Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３，Ｒ４１ 抵抗器
Ｒ５１、Ｒ６１，Ｒ６２，Ｒ６３，Ｒ６４，Ｒ６５，Ｒ６６ 抵抗器
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６ 入力端子
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６ 出力端子
Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６ 入力端子
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６ 出力端子
Ｖｃｃ 正電源
Ｖｅｅ 負電源

Claims (6)

1. 少なくとも１つのトランジスタ対を備えるプッシュプル増幅器であって、前記トランジスタ対を構成するトランジスタは、制御端子と第一の端子と第二の端子とを具備し、前記制御端子に印加される信号に応じて前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流が制御されるトランジスタである、プッシュプル増幅器において、
   前記トランジスタ対の一方の前記トランジスタの前記制御端子に入力される信号は、前記トランジスタ対の一方または他方の前記トランジスタの前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流量が所定範囲内である時、前記電流量が所定範囲外にある場合に比べて、前記信号の高周波成分が増幅される、
   ことを特徴とするプッシュプル増幅器。
2. 前記トランジスタ対の一方または他方の前記トランジスタの前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流量を検出する手段と、
   前記検出手段により検出される前記電流量が所定範囲内にある時のみ、入力される信号から高周波成分を抽出して出力する濾波手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のプッシュプル増幅器。
3. 入力と出力と少なくとも１つのトランジスタ対とを備えるプッシュプル増幅器であって、前記トランジスタ対は、前記入力で受信される信号を増幅して前記出力端子に出力し、前記トランジスタ対を構成するトランジスタは、制御端子と第一の端子と第二の端子とを具備し、前記制御端子に印加される信号に応じて前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流が制御されるトランジスタである、プッシュプル増幅器において、
   前記トランジスタ対の一方のトランジスタの前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流量が所定範囲内にある時にのみ、前記入力で受信される信号から抽出される高周波成分のみを増幅して前記出力端子に出力する増幅手段、
   を備えることを特徴とするプッシュプル増幅器。
4. 前記増幅手段は、
   前記トランジスタ対の一方のトランジスタの前記第一の端子と前記第二の端子との間を流れる電流量を検出する手段と、
   前記検出手段により検出される前記電流量が所定範囲内にある時のみ、前記入力で受信される信号から高周波成分を抽出して出力する濾波手段と、
   前記トランジスタ対の一方または他方の前記トランジスタに並列に配置され、前記濾波手段の出力信号に応答して動作するトランジスタと、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載のプッシュプル増幅器。
5. 前記濾波手段は、信号増幅手段を備えることを特徴とする請求項２または請求項４に記載のプッシュプル増幅器。
6. プッシュプル増幅器を備える電力増幅器であって、
   前記プッシュプル増幅器は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のプッシュプル増幅器である、
   ことを特徴とする電力増幅装置。
   

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