JP2006211086A

JP2006211086A - 増幅器

Info

Publication number: JP2006211086A
Application number: JP2005017934A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Nishi; 正信西
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】低電力かつ低歪みの増幅器をトランジスタにより実装する。
【解決手段】ベースＢから入力信号（入力電圧Vin）が入力され、コレクタＣから出力信号が出力されるトランジスタ１０と、一次側巻線２０ａおよび二次側巻線２０ｂを有するトランス２０とを備え、一次側巻線２０ａがキャパシタ１２および抵抗１４を介してトランジスタ１０のエミッタＥに接続され、二次側巻線２０ｂがキャパシタ１６を介してトランジスタ１０のコレクタＣに接続され、二次側巻線２０ｂの極性が一次側巻線２０ａの極性と反転している増幅器１によれば、トランジスタ１０のエミッタＥから見た負荷を大きくすることができるため、低電力かつ低歪みの増幅が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は増幅器に関する。

従来より、スペクトラムアナライザなどにバッファアンプが使用されている。バッファアンプは、トランジスタにより実装される。具体的には、（１）エミッタフォロワ、（２）エミッタ接地コレクタ出力（例えば、特許文献１の図８を参照）が考えられる。

特開２００１−３２６５４０号公報（図８を参照）

しかしながら、エミッタフォロワによるアンプはゲインが小さい。エミッタ接地コレクタ出力によるアンプはゲインが大きいものの、歪みが大きく、しかも大電流をながさなければばらない。

そこで、本発明は、低電力かつ低歪みの増幅器をトランジスタにより実装すること課題とする。

本発明にかかる増幅器は、ベースから入力信号が入力され、コレクタから出力信号が出力されるトランジスタと、一次側が前記トランジスタのエミッタに接続され、二次側が前記トランジスタのコレクタに接続され、前記二次側の極性が前記一次側の極性と反転しているトランスとを備えるように構成される。

上記のように構成された増幅器によれば、トランジスタは、ベースから入力信号が入力され、コレクタから出力信号が出力される。トランスは、一次側が前記トランジスタのエミッタに接続され、二次側が前記トランジスタのコレクタに接続され、前記二次側の極性が前記一次側の極性と反転している。

また、本発明にかかる増幅器は、ベースから入力信号が入力される入力段トランジスタと、前記入力段トランジスタのコレクタにエミッタが接続され、コレクタから出力信号が出力される出力段トランジスタと、一次側が前記入力段トランジスタのエミッタに接続され、二次側が前記出力段トランジスタのコレクタに接続され、前記二次側の極性が前記一次側の極性と反転しているトランスとを備えるように構成される。

上記のように構成された増幅器によれば、入力段トランジスタは、ベースから入力信号が入力される。出力段トランジスタは、前記入力段トランジスタのコレクタにエミッタが接続され、コレクタから出力信号が出力される。トランスは、一次側が前記入力段トランジスタのエミッタに接続され、二次側が前記出力段トランジスタのコレクタに接続され、前記二次側の極性が前記一次側の極性と反転している。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

第一の実施形態
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる増幅器１の回路図である。増幅器１は、トランジスタ１０、キャパシタ１２、抵抗１４、キャパシタ１６、トランス２０、キャパシタ３２、出力抵抗３４、チョークコイル４２、４４、抵抗４６を備える。増幅器１は、入力電圧Vinを増幅し、出力電圧Voutを出力する。

トランジスタ１０は、ベースＢ、コレクタＣ、エミッタＥを有する。ベースＢには入力電圧Vinを有する入力信号が与えられる。コレクタＣからは出力信号が出力される。

キャパシタ１２は、その一端がトランジスタ１０のエミッタＥに接続される。抵抗１４は、抵抗値がＲである。抵抗１４の一端が、キャパシタ１２の他端に接続される。キャパシタ１６は、その一端がコレクタＣに接続される。

トランス２０は、一次側巻線２０ａ、二次側巻線２０ｂを有する。一次側巻線２０ａの巻き数：二次側巻線２０ｂの巻き数＝１：Ｎである。

一次側巻線２０ａの一端は、抵抗１４の他端に接続される。一次側巻線２０ａの他端は、接地される。一次側巻線２０ａの一端は、一次側巻線２０ａの他端よりも電位が高い。一次側巻線２０ａの一端は、キャパシタ１２および抵抗１４を介して、トランジスタ１０のエミッタＥに接続されているといえる。

二次側巻線２０ｂの一端は、キャパシタ１６の他端に接続される。二次側巻線２０ｂの他端は、接地される。二次側巻線２０ｂの一端は、二次側巻線２０ｂの他端よりも電位が低い。これは、二次側巻線２０ｂの極性が、一次側巻線２０ａの極性と反転していることを意味する。二次側巻線２０ｂの一端は、キャパシタ１６を介して、トランジスタ１０のコレクタＣに接続されているといえる。

キャパシタ３２は、その一端がキャパシタ１６の他端および二次側巻線２０ｂの一端に接続される。

出力抵抗３４は、その一端がキャパシタ３２の他端に接続される。また、出力抵抗３４は、その他端が接地される。なお、出力抵抗３４の抵抗値はＺloadである。また、出力抵抗３４の両端間の電圧が出力電圧Voutである。

チョークコイル４２は、その一端がトランジスタ１０のコレクタＣに接続される。チョークコイル４２の他端は、正電圧（＋V）に接続されている。

チョークコイル４４は、その一端がトランジスタ１０のエミッタＥに接続される。チョークコイル４４の他端は、抵抗４６を介して、負電圧（−V）に接続されている。

次に、第一の実施形態の動作を説明する。

まず、トランジスタ１０のベースＢに入力電圧Vinを有する入力信号が与えられる。すると、エミッタＥから電流が、キャパシタ１２および抵抗１４を介して、トランス２０の一次側巻線２０ａに与えられる。すると、トランス２０の二次側巻線２０ｂの両端間には、一次側巻線２０ａの両端間の電圧のＮ倍の電圧が発生する。

ここで、接地電位を０Ｖとすると、一次側巻線２０ａの一端Ｐ１の電位はVin/2となる。また、二次側巻線２０ｂの一端Ｐ２の電位はN・Vin/2となる。

また、出力抵抗３４の一端の電位はVoutとなる。すると、出力抵抗３４の一端からキャパシタ３２を介して電流が流れる。キャパシタ３２の一端Ｐ４からキャパシタ１６、トランジスタ１０、キャパシタ１２および抵抗１４と流れる電流をＩとすれば、キャパシタ３２の一端Ｐ４から二次側巻線２０ｂの一端Ｐ２に流れる電流はＩ／Ｎとなる。よって、抵抗３４の一端からキャパシタ３２を介して流れる電流は（Ｎ＋１／Ｎ）Ｉとなる。

ここで、増幅器１の出力インピーダンスをＺoutとすれば、Ｚout = Zloadである。Zloadは、Ｐ４の電位（＝Ｐ２の電位）＝N・Vin/2を、抵抗３４の一端からキャパシタ３２を介して流れる電流＝（Ｎ＋１／Ｎ）Ｉで割った値となる。

よって、Ｚout = Zload = (N・Vin/2)/((N+1/N)I) = (N²Vin)/(2I(N+1))となる。I = (Vin/2)/Rなので、Ｚout = Zload = (N²Vin)/(2I(N+1))
= (N²Vin)/(2((Vin/2)/R)(N+1)) = (N²R)/(N+1)となる。

例えば、N=2,Ｚout = Zload = 50Ωとする。すると、50 = 4R/3なので、R = 37.5Ωとなる。すると、トランジスタ１０のエミッタＥから見た負荷は、2R = 75Ωとなる。よって、エミッタＥから見た負荷を、出力インピーダンスＺoutよりも大きくとることができる。

第一の実施形態によれば、トランジスタ１０のエミッタＥから見た負荷を大きくすることができる。よって、トランジスタ１０に流す電流が小さくても、高い電圧の出力信号（電圧Vout）を得ることができる。すなわち、増幅器１に与える電力が低くても、ゲインを大きくすることができる。

しかも、トランジスタ１０に流す電流が小さいということは、トランジスタ１０に流す電流とトランジスタ１０から出力される電圧との関係が線形を保って歪まない部分を利用できるということを意味する。トランジスタ１０に流す電流が大きければ、電圧が非線形となり歪む。よって、増幅器１の出力の歪みが低い。

第二の実施形態
第二の実施形態にかかる増幅器１は、（入力段）トランジスタ１０の他に、出力段トランジスタ１１を備える点が、第一の実施形態にかかる増幅器１と異なる。

図２は、本発明の第二の実施形態にかかる増幅器１の回路図である。増幅器１は、（入力段）トランジスタ１０、出力段トランジスタ１１、キャパシタ１２、抵抗１４、キャパシタ１６、トランス２０、キャパシタ３２、出力抵抗３４、チョークコイル４２、４４、抵抗４６、キャパシタ５２、抵抗５４、５６、５８を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。

（入力段）トランジスタ１０は、ベースＢ、コレクタＣ、エミッタＥを有する。ベースＢには入力電圧Vinを有する入力信号が与えられる。

出力段トランジスタ１１は、ベースＢ、コレクタＣ、エミッタＥを有する。出力段トランジスタ１１のエミッタＥは、（入力段）トランジスタ１０のコレクタＣに接続される。出力段トランジスタ１１のコレクタＣからは出力信号が出力される。出力段トランジスタ１１のベースＢは、キャパシタ５２を介して、接地される。

抵抗５４は、その一端が出力段トランジスタ１１のベースＢに接続される。抵抗５４の他端は、正電圧（＋V）に接続されている。

抵抗５６は、その一端が（入力段）トランジスタ１０のベースＢに接続される。抵抗５６の他端は、負電圧（−V）に接続されている。

抵抗５８は、（入力段）トランジスタ１０のベースＢと出力段トランジスタ１１のベースＢとを接続する。

キャパシタ１２および抵抗１４は、第一の実施形態と同様であり説明を省略する。キャパシタ１６は、その一端が出力段トランジスタ１１のコレクタＣに接続される。

一次側巻線２０ａは第一の実施形態と同様であり説明を省略する。二次側巻線２０ｂも第一の実施形態とほぼ同様である。ただし、二次側巻線２０ｂの一端は、キャパシタ１６を介して、出力段トランジスタ１１のコレクタＣに接続されているといえる。

キャパシタ３２および出力抵抗３４は、第一の実施形態と同様であり説明を省略する。

チョークコイル４２は、その一端が出力段トランジスタ１１のコレクタＣに接続される。チョークコイル４２の他端は、正電圧（＋V）に接続されている。

チョークコイル４４は、第一の実施形態と同様であり説明を省略する。

次に、第二の実施形態の動作を説明する。

まず、（入力段）トランジスタ１０のベースＢに入力電圧Vinを有する入力信号が与えられる。すると、（入力段）トランジスタ１０のエミッタＥから電流が、キャパシタ１２および抵抗１４を介して、トランス２０の一次側巻線２０ａに与えられる。すると、トランス２０の二次側巻線２０ｂの両端間には、一次側巻線２０ａの両端間の電圧のＮ倍の電圧が発生する。

また、出力抵抗３４の一端の電位はVoutとなる。すると、出力抵抗３４の一端からキャパシタ３２を介して電流が流れる。

ここで、第一の実施形態と同様に、（入力段）トランジスタ１０のエミッタＥから見た負荷を、出力インピーダンスＺoutよりも大きくとることができる。

第二の実施形態によれば、第一の実施形態と同様の効果を奏する。しかも、増幅器１の入力信号と出力信号とのアイソレーションが第一の実施形態よりも向上する。さらに、増幅器１の出力の歪みが、第一の実施形態の場合よりも低い。

本発明の第一の実施形態にかかる増幅器１の回路図である。本発明の第二の実施形態にかかる増幅器１の回路図である。

符号の説明

１増幅器
１０（入力段）トランジスタ
１１出力段トランジスタ
Ｂベース
Ｃコレクタ
Ｅエミッタ
２０トランス
２０ａ一次側巻線
２０ｂ二次側巻線
Ｎ巻き数の比
Vin 入力電圧
Vout 出力電圧
Ｚload 出力抵抗３４の抵抗値
Ｚout 増幅器１の出力インピーダンス

Claims

ベースから入力信号が入力され、コレクタから出力信号が出力されるトランジスタと、
一次側が前記トランジスタのエミッタに接続され、二次側が前記トランジスタのコレクタに接続され、前記二次側の極性が前記一次側の極性と反転しているトランスと、
を備えた増幅器。
ベースから入力信号が入力される入力段トランジスタと、
前記入力段トランジスタのコレクタにエミッタが接続され、コレクタから出力信号が出力される出力段トランジスタと、
一次側が前記入力段トランジスタのエミッタに接続され、二次側が前記出力段トランジスタのコレクタに接続され、前記二次側の極性が前記一次側の極性と反転しているトランスと、
を備えた増幅器。