JP2013519327A - 高パワー広帯域増幅器及び方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】実施形態によれば、高い供給電圧源と、低い供給電圧源と、２つの並列信号パスとを具備する増幅器を提供する。それぞれの信号パスは、前記高い供給電圧源及び前記低い供給電圧源に接続され、第１増幅器と第２増幅器とを具備する。前記２つの信号パスは共通の入力ノード及び共通の出力ノードでのみ互いに接続され、その結果前記それぞれの第１増幅器は互いに独立に動作する。前記第１増幅器は、入力電圧信号の少なくとも一部を信号電流へ変換する。複数の前記信号パスは、使用中の前記信号電流がそれぞれの前記第２増幅手段を駆動して増幅された出力電流を前記共通の出力ノードへ提供する。
【選択図】図７

Description

本明細書で説明される実施形態は、電流モードで動作する高パワー広帯域増幅器に一般的には関連し、電流モードでの高パワー広帯域増幅器におけるカレントミラーの使用に関連する。

この出願は、２０１０年２月９日にファイルされた英国特許出願１００２１０９．５番からの優先権の利益に基づきかつ請求する。全体の内容は参照することによってここに組み込まれる。

低出力インピーダンスエミッタホロワー段を用いる従来の高パワー広帯域増幅器は、図１に示される。この設計に似ているいくつかの市販のレールトゥレール（rail-to-rail）デバイスは、図２に示されるような共通エミッタ出力段に基づく。従来の共通エミッタフォロアアーキテクチャは、出力デバイスを通した異なる信号遅延、及び内部自己整流によってもたらされた高周波ランナウェイ（high frequency-runaway）に見舞われる。さらに、低出力インピーダンスを持ったデバイスでは、熱暴走（thermal runaway）が起こる可能性がある。

図３は、高帯域を達成することができるＢ級のコンベイヤーに基づく増幅器を示す。この図において示される増幅器は、オペアンプ（opamp、演算増幅器）ＩＣ３を用いて、入力信号を予め増幅し、ｎｐｎトランジスタＱ１２及びｐｎｐトランジスタＱ１３を接続するノードへ信号を入力する。各々のトランジスタＱ１２及びＱ１３は、ダイオード接続であり、その結果、入力信号の正の電流エクスカーション（current excursion）によって電流がＱ１２を介して抵抗Ｒ２０を流れ、入力信号の負の電流エクスカーションによって電流がＱ１３とＲ２１を介して流れる。入力信号の電圧エクスカーションが正である場合には、この生成された電流はそれぞれ、トランジスタＱ１２及びＱ１４、トランジスタＱ１３及びＱ１５によって形成されるカレントミラーによってミラーされ、トランジスタＱ１６及びＱ１４及び抵抗Ｒ２２を介した正の供給レールから、グラウンドまで流れ、入力信号の電圧エクスカーションが負である場合には、抵抗Ｒ２２及びトランジスタＱ１５及びＱ１７を介して流れる。これらの電流はそれぞれ、トランジスタＱ１６及びＱ１８、トランジスタＱ１７及びＱ１９によって形成されるカレントミラーによって再びミラーされ、出力電流ＩＯＵＴを提供する。図３に示されるＢ級の電流コンベイヤーアーキテクチャーと、図４に示されるＢ級の第２発生電流（generation current）コンベイヤーアーキテクチャーとの両方とも、出力装置のスイッチング回数によって帯域幅が制限される。

本発明の実施形態は、ほんの一例として、かつ添付図面を参照して記述される:
図１は、増幅器のための従来のエミッタホロワー出力段を示す; 図２は、増幅器のための既知のレールトゥレール共通エミッタ出力段を示す; 図３は、既知のＢ級の第１発生電流コンベヤーを示す; 図４は、既知のＢ級の第２発生電流コンベヤーを示す; 図５は、実施形態に従う増幅器を示す; 図６は、図５に示された増幅器の信号パスの詳細を示す; 図７は、実施形態にしたがって、バイアスをかけるツェナーダイオード、及びプッシュプル式のカレントミラーを持った増幅器を示す; 図８は、１５Ωの負荷に接続された時、図７に示される増幅器の小さな信号応答を示す; 図９は、１５Ωの負荷に接続された時、図７に示される増幅器の大規模な信号の応答を示す。

実施形態によれば、高い供給電圧源と、低い供給電圧源と、を具備する増幅器と、２つのパラレル信号パスとが提供される。信号パスはそれぞれ、高い及び低い供給電圧源に接続され、第１増幅器と第２増幅器を具備する。２つの信号パスは、共通の入力ノード及び共通の出力ノードでのみ互いに接続される。その結果、それぞれの第１増幅器は互いに無関係に動作する。第１増幅器は少なくとも入力電圧信号の一部を信号電流に変換するために用意される。それぞれの第２増幅手段を駆動して、使用中の信号電流が共通の出力ノードに増幅された出力電流を提供するように、複数の信号パスが用意される。２つの信号パスはプッシュプル式の設定で動作してもよい。それらが互いから独立したように、両方の信号パスは、高い及び低い供給電圧源によって供給された電圧範囲全体にアクセスすることができる。本発明の一態様によれば、高い供給電圧源及び低い供給電圧源を具備する増幅器、及び２つのパラレル信号パスが提供される。信号パスはそれぞれ高い及び低い供給電圧源に接続され、第１増幅器と第２増幅器を具備する。２つの信号パスは、共通の入力ノード及び共通の出力ノードでのみ互いに接続される。その結果、それぞれの第１増幅器は互いに無関係に動作する。複数の第１増幅器は少なくとも入力電圧信号の一部を信号電流へ変換するために設定される。使用中の信号電流によってそれぞれの第２増幅手段が駆動され、増幅された出力電流を共通出力ノードに提供するように、複数の信号パスが設定される。本発明の増幅器は、高ゲインで出力電流を提供する手段を提供する。それは、出力電圧を生成する、負荷へのこの出力電流の応用である。２つの信号パスはプッシュプル式の設定で動作してもよい。それらが互いに独立しているので、両方の信号パスは、高い及び低い供給電圧源によって供給された電圧範囲全体にアクセスすることができる。これは、各信号パスにおいて高電流利得で第１増幅器を操作することを可能にし、これらの第１増幅器のダイナミックレンジを増加させる。第２増幅器が電流源として動作するので、出力電流は第２増幅器によって定義され、この結果２つの信号パスの間での任意のタイミングずれ、または複数の信号パスで使用される複数のコンポーネントの性質での変化は、超過出力電流の引き出し、及び結果として起こる熱または周波数のランナウェイを引き起
こすことはない。このように本発明は、高周波数でかつ高ゲインを有する複数のインピーダンス負荷の駆動を許容するレールトゥレールに基づく増幅器を提供する。

第２増幅器は、共通の出力ノードに接続されたコレクタを有するトランジスタを具備する共通なエミッタ増幅器でもよい。その結果、複数の第２増幅器を通って流れる複数の電流は、増幅器によって提供される出力電流に対応する。抵抗器は、第２増幅器の線形性を増加させるために、第２増幅器のエミッタと供給レールとの間で接続されてもよい。

第２増幅器のトランジスタは、カレントミラーの一部でもよい。カレントミラーは、信号電流が使用中のそれを通って流れるように、第１増幅器に接続したダイオード接続トランジスタをさらに具備してもよい。カレントミラーはこのように、第１トランジスタを通って流れる電流をミラーして、このようにして第２トランジスタを駆動する。ダイオード接続トランジスタのベースまたはゲートは、第２トランジスタのベースまたはゲートに特に接続されてもよい。当業者は、ダイオード接続トランジスタでは、ベースまたはゲートはトランジスタのコレクトまたはドレインへ短絡回路で接続されることをたやすく理解するだろう。ダイオード接続トランジスタのエミッタは、抵抗を介して電圧供給レールに接続してもよい。

電流コンベイヤーアーキテクチャーの有用な要約は、A. S. Sedra, G. W. Roberts, F. Gohh, "The current conveyor: history, progress and new results", lEE Proceedings, Vol. 2, Pt.G., No. 2, April 1990.で見つかるかもしれない。

増幅器は、増幅器にバイアスをかけてＡＢ級にするバイアス手段をさらに具備していてもよい。バイアス手段は、信号パスごとに、使用の際に、第１増幅器の入力での、ツェナーダイオードのツェナー電圧と入力電圧との和電圧を提供するように、共通の入力モードと第１増幅器との間で接続されるツェナーダイオードを具備してもよい。入力信号の正の電圧エクスカーションを増幅する働きをする信号パスをバイアスするために使用されるツェナーダイオードのカソードは、信号入力ノードに接続されてもよい。また、このツェナーダイオードのアノードは、この信号パスでのトランジスタのベースまたはゲートに接続してもよい。入力信号の負の電圧エクスカーションを増幅する働きをする信号パスは、入力信号の正の電圧エクスカーションを増幅する働きをする信号パスの複数のトランジスタのポラリティとは反対のポラリティを有する複数のトランジスタを具備してもよい。入力信号の負の電圧エクスカーションを増幅する働きをする信号パスをバイアスするために使用されるツェナーダイオードのアノードは、信号入力ノードに接続してもよく、このツェナーダイオードのカソードはこの信号パスにあるトランジスタのベースまたはゲートに接続してもよい。

キャパシターはそれぞれ、複数のツェナーダイオードに並列に提供されてもよい。

抵抗器もまた、第１増幅器のエミッタと電圧供給レールとの間で接続されてもよい。さらに、キャパシター、あるいは直列接続したＲＣネットワークは、この抵抗と並列に提供されてもよい。キャパシターだけよりも直列接続したＲＣネットワークが使用されてもよい。

第１増幅器は、エミッタ及びベースを持ったバイポーラトランジスタ、またはソース及びゲートを持った電界効果トランジスタを具備してもよい。エミッタ及びソースは電圧供給レールに接続されてもよい。信号パスはそれぞれ、トランジスタの逆バイアスによってダイオードが導通するように、トランジスタのベース／ゲートと電圧供給レールとの間で接続されるダイオードをさらに具備してもよい。

増幅器は、テレコミュニケーションシステムまたはセルラ基地局の無線周波数送信機における包絡線変調器（envelope modulator）の一部を形成してもよい。

別の実施形態によれば、前述の増幅器のうちの１つを具備する包絡線変調無線周波数送信機（envelope modifying radiofrequency transmitter）が提供される。

別の実施形態によれば、増幅器で周波数ランナウェイを減少させる方法を提供し、方法は、２つの独立した信号パスのそれぞれで、入力電圧信号を電流信号へ変換するために、それぞれの第１増幅器を使用すること、それぞれの電流信号を有する信号パスそれぞれで第２増幅器を駆動することを具備する。信号パスのうちの１つは、信号の正の電圧エクスカーションを変換してかつ増幅するためであり、他の信号パスは信号の負の電圧エクスカーションを変換しかつ増幅するためである。

第２増幅器が電流源として働くように、出力電流は第２増幅器によって定義される。この結果、２つの信号パスの間での任意のタイミングずれ、または信号パスで使用される複数のコンポーネントの性質での変化は、超過出力電流、及び結果として起こる熱または周波数のランナウェイを引き出す原因にはならない。この実施の形態は、高周波でかつ高ゲインを有するインピーダンス負荷の駆動を許容するレールトゥレールに基づく増幅器を提供する。

第２増幅器は、共通の出力ノードに接続されたコレクタを有するトランジスタを具備する共通のエミッタ増幅器でもよい。この結果、第２増幅器を介して流れる電流は、増幅器によって提供される出力電流に対応する。抵抗は、第２増幅器の線形性を増加させるために、第２増幅器のエミッタと供給レールとの間で接続されてもよい。

第２増幅器のトランジスタは、カレントミラーの一部でもよい。カレントミラーは、信号電流が使用の際にそれを通って流れるように、第１増幅器に接続するダイオード接続トランジスタをさらに具備してもよい。カレントミラーはこのように、第１トランジスタを通って流れる電流をミラーし、第２トランジスタをこのように駆動する。ダイオード接続トランジスタのベースまたはゲートは、第２トランジスタのベースまたはゲートに特に接続してもよい。当業者は、ダイオード接続トランジスタでは、ベースまたはゲートは、短絡回路でトランジスタのコレクタまたはドレインへ接続されることは、直ちに理解するだろう。ダイオード接続トランジスタのエミッタは、抵抗を介して電圧供給レールに接続されてもよい。

電流コンベヤーアーキテクチャの有用な要約は、A. S. Sedra, G. W. Roberts, F. Gohh, "The current conveyor: history, progress and new results", lEE Proceedings, Vol. 2, Pt.G., No. 2, April 1990.で見出されるかもしれない。

増幅器は、増幅器にバイアスをかけてＡＢ級にするバイアス手段をさらに具備してもよい。バイアス手段は、信号パスごとに、使用の際に第１増幅器の入力において、入力電圧とツェナーダイオードのツェナー電圧との和電圧を提供するために、共通入力ノードと第１増幅器との間で接続されるツェナーダイオードを具備してもよい。入力信号の正の電圧エクスカーションを増幅する働きをする信号パスをバイアスするために使用されるツェナーダイオードのカソードは、信号入力ノードに接続されてもよい。また、このツェナーダイオードのアノードは、この信号パスにおいてトランジスタのベースまたはゲートに接続されてもよい。入力信号の負の電圧エクスカーションを増幅する働きをする信号パスは、入力信号の正の電圧エクスカーションを増幅する働きをする信号パスの複数のトランジスタのポラリティとは反対のポラリティを有する複数のトランジスタを具備してもよい。入力信号の負の電圧エクスカーションを増幅する働きをする信号パスをバイアスするために使用されるツェナーダイオードのアノードは、信号入力ノードに接続されてもよい。また、このツェナーダイオードのカソードは、この信号パスでのトランジスタのベースまたはゲートに接続されてもよい。

キャパシターはそれぞれ、複数のツェナーダイオードと並列して提供されてもよい。

抵抗は、第１増幅器の線形性を増加させるために、第１増幅器のエミッタと電圧供給レールとの間で接続されてもよい。加えて、キャパシター、または直列接続されたＲＣネットワークは、この抵抗に並列に提供されてもよい。キャパシターだけよりも直列接続されたＲＣネットワークが使用されてもよい。

第１増幅器は、エミッタ及びベースを持ったバイポーラトランジスタ、またはソース及びゲートを持った電界効果トランジスタを具備してもよい。エミッタ／ソースは、電圧供給レールに接続されてもよい。信号パスそれぞれは、トランジスタのベース／ゲートと電圧供給レールとの間で接続されるダイオードをさらに具備してもよい。この結果、トランジスタの逆バイアスによってダイオードが導通する。

増幅器は、テレコミュニケーションシステムの無線周波数送信機、あるいはセルラの基地局での包絡線変調器の一部を形成してもよい。

別の実施形態によれば、前述の増幅器のうちの１つを具備する包絡線変調無線周波数送信機が提供される。

別の実施形態によれば、増幅器において周波数ランナウェイを減少させる方法を提供し、方法は、２つの独立した信号パスのそれぞれで、入力電圧信号を電流信号へ変換するために、それぞれの第１増幅器を使用すること、それぞれの電流信号を有する信号パスそれぞれで第２増幅器を駆動することを具備する。信号パスのうちの１つは、信号の正の電圧エクスカーションを変換しかつ増幅するためであり、他の信号パスは信号の負の電圧エクスカーションを変換し増幅するためのである。

広帯域の高パワー広帯域増幅器の出力段の一実施形態は、図５に示される。図５の実施形態による増幅器は、入力信号を受信し、それを増幅する前置増幅器１０を具備してもよい。前置増幅器１０は、バイアス配置２０にあらかじめ増幅された信号を出力する。しかしながら、前置増幅器の使用は本発明の実行にとって必須ではない。また、入力信号は代わりにバイアス配置２０へ直接入力されてもよい。バイアス配置２０は、より詳細に下に記述される方法で信号にバイアスを提供する。その結果、増幅器はＡＢモードで操作され、第１信号パス３０及び第２信号パス４０へバイアスされた信号を出力する。図５から理解することができるように、第１及び第２の信号パス３０及び４０は、互いに（バイアスされた入力信号がバイアス配置２０から受信される）共通の入力ノード及び（第１及び第２の信号パス３０及び４０によって生成される複数の信号が付加される）共通の出力ノードで接続されているだけである。増幅器がＢ級で操作される場合にはバイアス配置２０は実施の形態から省略されてもよいことは理解される。

第１及び第２の信号パス３０及び４０は、バイアス配置２０から受け取った入力電圧信号を複数の出力電流へ、図６に関してより詳細に説明するように、変換する複数の電流源を形成する。図５での参照番号６０は、ノード５０で提供される合計された出力電流が印加される負荷を示す。第１及び第２の信号パス３０及び４０は、プッシュプル式の配置で動作する。第１信号パス３０は、バイアス配置２０で受け取った入力信号の電圧エクスカーションが正である場合に、動作する。また、第２信号パス４０は、バイアス配置２０で受け取った入力信号の電圧エクスカーションが負である場合に、動作する。増幅器が意図されるように動作する場合には、２つの出力電流のうちの２つはゼロであるが、他の出力電流は入力信号の増幅された正または負の電圧エクスカーションを反映する。しかしながら、プッシュプル式の配置は、２つの並列信号パスのタイミングでの差に見舞われる可能性がある。既知のプッシュプル式の配置では、これは引き込まれた超過電流を導く。本実施の形態は、電流源として信号パス３０及び４０を動作させ、この結果、不明確な／過度の電流を引き込むことを防ぐことによって、この問題を避ける。

図６は、信号パス３０／４０のコンポーネントの実例を提供する。信号パスはそれぞれ、第１増幅器１００及び第２増幅器１１０を具備する。第１増幅器１１０は、信号パスの入力で受け取った入力電圧を、第２増幅器１１０をその後駆動する信号電流へ変換する。第１増幅器はもちろんさらに入力信号を増幅する。第１及び第２の信号パス３０及び４０が共通の入出力ノード以外の任意の接続を共有しないので、第１及び第２の信号パス３０及び４０での第１増幅器１００の各々は、別の信号パスでの対応する第１増幅器１００から独立して動作することができる。

従って、第１増幅器はそれぞれ、増幅器内で提供される上限及び下限の電圧の範囲を十分に活用することができ、その結果、利得を最大化し、第１増幅器のダイナミックレンジを最大化する可能性を提供する。

上記の背景セクションで議論されるように、従来の共通エミッタフォロアアーキテクチャは、複数の出力デバイスを介した異なる信号遅延、及び内部自己整流によって引き起こされる高周波数ランナウェイに見舞われる。低出力インピーダンスを有する装置では、熱暴走が起こりうることがさらに知られている。発明者らは、共通エミッタまたはカレントミラー出力段が出力装置をより良く制御することを見出した。

図７は、第１及び第２信号パス３０及び４０を備えかつバイアス配置２０がダッシュ線とドット線を使用して輪郭が描かれ、図５の配置を実施する１つの方法のより詳細な実例を提供する。２つの反転前置増幅器段は、オペアンプＩＣ１及びＩＣ２によって提供される。この増幅器は、高利得を有する出力電流を提供する手段を提供する。出力電圧を生成することは、この出力電流の負荷への適用である。

バイアス配置２０は、２つの並列のネットワーク（それぞれ、キャパシターＣ１／Ｃ２に並列にツェナーダイオードＤ２／Ｄ３を具備している）を具備する。バイアス配置２０は、クラスＡＢで動作するために、配置にバイアスをかけて、それによって、クラスＢで動作する従来の増幅器において経験される可能性があるスイッチング遅延を避ける。キャパシターＣ１／Ｃ２は、ツェナーダイオードＤ２／Ｄ３が示す可能性のある任意のローパス特性に関係なく、入力信号の複数のＡＣコンポーネントが第１増幅器へ送信されることが可能なことを許容する。これらの両方の並列のネットワークは、直列に接続され、この共有されるノードで、入力ノードＮ１に接続される。抵抗器Ｒ７及びＲ８は、ＤＣ電流がツェナーダイオードＤ２及びＤ３を通じて流れることができることを保証し、かつ結果としてツェナーダイオードが連続して逆バイアスがかけられることを保証するために、２つの並列なネットワークと直列にさらに提供される。ツェナーダイオードＤ２は、ノードＮ２での電圧がＶ_ＩＮ−Ｖ_{Ｚｅｎｅｒ}であることを保証する。ここで、Ｖ_ＩＮはノードＮ１での電圧であり、Ｖ_{Ｚｅｎｅｒ}はツェナーダイオードＤ２及びＤ３のツェナー電圧である。ツェナーダイオードＤ２は、ノードＮ２での電圧がＶ_ＩＮ−Ｖ_{Ｚｅｎｅｒ}であることを保証する。ここで、ＶＩＮはノードＮ１での電圧であり、Ｖ_{Ｚｅｎｅｒ}はツェナーダイオードＤ２及びＤ３のツェナー電圧である。図７の配置では、Ｖ_{Ｚｅｎｅｒ}は１２Ｖである。ツェナーダイオードＤ３は、ノードＮ３での電圧がＶ_ＩＮ＋Ｖ_{Ｚｅｎｅｒ}であることを保証する。ツェナーダイオードは、入力信号ＶＩＮの複数のＡＣ成分を減衰する可能性のある誘導特性を示すことができる。キャパシターＣ１及びＣ２は、入力信号の複数のＡＣコンポーネントをノードＮ２及びＮ３へ導くことを許容する。

ツェナーダイオードＤ２及びＤ３は、増幅器にバイアスをかけＡＢモードにする。このバイアスをかけることは、いくつかの既知の増幅器における場合のように、出力段でよりはむしろ、２つの信号パス３０及び４０によって提供される増幅段に先だって実行される。これは、出力段で現れる高パワー出力信号を使用するよりはむしろ、バイアスをかけることが低パワー入力信号上で行われるように有利である。図７の実施形態のバイアス段での加熱効果はこのように、既知のバイアス配置での加熱効果よりも少ない。図７の実施形態はこのように、出力段でバイアスを印加する複数の増幅器よりもより良い熱的安定性を示す。ＡＢ級で図７に示された増幅器段を操作することはさらに、複数の出力装置の切替回数によって制限される帯域幅である図３及び４に示された増幅器の制限をなくす。

信号パス３０は、入力信号の正の電圧エクスカーションの働きをし、ｐｎｐトランジスタＱ３及びＱ５、ｎｐｎトランジスタＱ４１、キャパシターＣ４、及び抵抗器Ｒ１３からＲ１６を具備する。正の電圧エクスカーションの間、ノードＮ３でのバイアスされたポテンシャルによって、トランジスタＱ４がノードポテンシャルによって導通するようになる。トランジスタＱ３がダイオード接続されているので、電流は抵抗Ｒ１３、トランジスタＱ３及びＱ４を介して、Ｑ４のエミッタに接続した並列のＲＲＣネットワークを介して流れる。このネットワークは、抵抗Ｒ１７の直列ネットワークと、抵抗Ｒ１５に並列なキャパシターＣ４とを具備している。

トランジスタＱ３及びＱ５は、ダイオード接続されたトランジスタＱ３を通って流れる電流をミラーするカレントミラーを形成する。トランジスタＱ３を通って流れる電流はこのように、カレントミラーを駆動し、結果としてトランジスタＱ５も駆動する。出力トランジスタＱ５の性能特性は、周囲温度及び（または）入力信号に依存する可能性がある。抵抗器Ｒ１６はトランジスタＱ５の性能特性の変動の影響を減少させるために提供される。

信号パス４０は、入力信号の負の電圧エクスカーションの働きをし、信号パス３０において用いられる対応する複数のトランジスタの極性の反対する極性を持っている複数のトランジスタを具備する。信号パス４０は特に、ｐｎｐトランジスタＱ１と、ｎｐｎトランジスタＱ３及びＱ６と、キャパシターＣ３と、抵抗Ｒ１０からＲ１２及びＲ１７とを具備する。当業者が容易に評価するように、信号パス４０での複数のコンポーネントは、信号パス３０でのコンポーネントと同様に動作し、信号パス４０の動作の詳細な理解はこのように、信号パス３０の動作に関連する上記の記述から得られる。

トランジスタＱ１及びＱ４はそれぞれ、ツェナーダイオードＤ２及びＤ３によって提供される入力電圧を変換して、それぞれコレクタエミッタ電流にすることは、上記から理解できるだろう。これらの電流はその後、トランジスタＱ２及びＱ６、及びトランジスタＱ３及びＱ５それぞれによって形成されるカレントミラーによってミラーされる。従って、トランジスタＱ１、Ｑ２、及びＱ６の組合せは、トランジスタＱ４、Ｑ３、及びＱ５の組合せと同様に、電流コンベイヤーと見なされることが可能である。

上述したように、２つの信号パス３０及び４０は、プッシュプル式の配置で動作する。その結果、信号パス３０または４０のうちの１つの出力トランジスタＱ５またはＱ６が、出力電流を提供する場合、出力トランジスタＱ５及びＱ６のうちの他の１つは出力電流を提供しない。Ｑ５とＱ６によって提供される出力電流は、異なる時間にこのように提供される。従って、トランジスタＱ５によって提供される出力電流は、信号パス３０がアクティブなときに負荷Ｒ_Ｌｏａｄに印加される出力電流を形成する。一方、トランジスタＱ６によって提供される出力電流は、信号パス４９がアクティブなときに負荷Ｒ_Ｌｏａｄに印加される出力電流を形成する。

第１増幅器Ｑ１及びＱ４によってそれぞれ達成された利得は、抵抗器Ｒ１３／Ｒ１２の適切な選択、及び抵抗器Ｒ１４／Ｒ１１及びＲ１５／Ｒ１０、及びキャパシターＣ４／Ｃ３によって形成された並列のネットワークのインピーダンスの適切な選択によって調整することができる。キャパシターＣ３及びＣ４は、抵抗Ｒ１０／Ｒ１５が増幅器の振動を避けるために提供されて、第１増幅器Ｑ１及びＱ４の高周波数利得を増加させるために、提供される。増幅器の周波数帯域はこのように、キャパシターＣ３及びＣ４の選択によって直接的に影響される。複数のトランジスタのエミッタに直列に抵抗を提供することは、トランジスタの動作の線形性を増加することを助ける。

ダイオードＤ１及びＤ４はそれぞれ、トランジスタＱ１及びＱ４のベース−エミッタ接続に並列して提供される。この結果、それぞれのトランジスタのベースは、ベースのポラリティとは反対のポラリティを有するダイオードの部分に接続される。ダイオードＤ１及びＤ４の第２端子はそれぞれ、正及び負の供給レールに接続される。したがって、トランジスタＱ１及びＱ６のベース−エミッタ接続が逆バイアスになった場合には、ダイオードＤ１及びＤ４は導通する。

図７の配置でのバイポーラトランジスタの使用は、本発明にとって必須ではないことが理解される。代わりに、電界効果トランジスタが使用されてもよく、例えば結果として図７に示されるｎｐｎトランジスタはＮＭＯＳ ＦＥＴと取り替えることができ、ｐｎｐトランジスタはＰＭＯＳ ＦＥＴと取り替えることができることが認識される。

図３に示される従来のカレントミラー段は、全てのトランジスタが熱的に一致する場合には、Ｂ級で動作する。従来のエミッタフォロアー出力段の問題に似た熱暴走問題は、しかしながら、図３の配置でやり抜くことができる。図７に示された回路のトランジスタＱ１及びＱ４のエミッタを（抵抗Ｒ１１からＲ１４を介して）供給レールに接続することによって、トランジスタの線形性が改善され、これによってＤＣ及びＡＣの利得が、抵抗の値を適切に選択することによって調整されることが可能になる。

高パワー広帯域の線形増幅器を要求する他の応用に適用可能な単純な回路レイアウトを使用する際に、上に記述された増幅器は、熱暴走及び高周波数ランナウェイの問題を克服する。増幅器での出力装置の入れ換えによって、ＤＶＢ及び基地局の応用に使用されることが可能になる。好ましい実施形態の増幅器の設計を単純化することは、さらにそれを低コストにする。製造中の較正の必要はさらに回避される。

図８は、動作周波数に対する図７に示される２つのカレントミラーによって形成された出力段によって達成された利得と同様に全体の増幅器利得をプロットする図７を参照して上述の増幅器の小さな信号応答を示す。この図から見ることができるように、増幅器は、図７に示される増幅器の広い帯域幅を示して、広い周波数帯にかけて水平な利得及び位相特性を持っている。

図９は、図７の増幅器が望ましい高出力パワー特性を有していることを示していて、動作周波数に対して信号歪みを誘導することなく増幅器によって達成することができる最大のピークトゥピーク出力電圧をプロットしている。この図では、図７の増幅器の効率も示されている。図７に示される増幅器が、良い出力パワーレベル及び高い周波数帯域を提供しつつ、Ｂ級で動作する増幅器に相当する効率レベルを保つことを許容することは、図８及び９から理解されるだろう。

回路の初期段でのツェナーダイオードの使用は、増幅器にバイアスをかけてＡＢ級動作する。これによって、Ｂ級動作の効率利益を依然として達成しつつ、線形出力段が線形モードで動作することを許容する。

いくらかの実施形態は記述されているが、実施形態はほんの一例として提示されていて、発明の範囲を制限することを意図していない。実際、本明細書で説明される新規の方法及びシステムは、様々な他の形式で具体化されてもよい；さらには、本明細書で説明された方法及びシステムの形式において様々な省略、置換及び変更は、本発明の精神から逸脱することなくなされてもよい。添付のクレーム及びそれらの均等なものは、発明の範囲及び精神内にあるような形式または変更をカバーすることが意図される。

Claims (7)

1. 第１電源電圧を供給する第１電圧源と、
   第２電源電圧を供給する第２電圧源と、
   ２つの並列な信号パスと、を具備し、
   前記第１電源電圧は前記第２電源電圧よりも高く、
   信号パスそれぞれは、前記第１電圧源及び前記第２電圧源に接続されて、かつ第１増幅段及び第２増幅段を具備し、
   前記２つの信号パスは、共通の入力ノード及び共通の出力ノードでのみ互いに接続されていて、
   それぞれの信号パスは、個別に前記第１電圧源及び前記第２電圧源に接続されて、前記第１増幅段は少なくとも入力電圧信号の一部を信号電流へ変換し、前記信号パスは、使用中の前記信号電流がそれぞれの第２増幅段を駆動し、前記共通の出力ノードへ増幅された出力電流を提供するように、配置される増幅器。
2. それぞれの前記第２増幅段は、トランジスタを具備する共通のエミッタ増幅器段であり、前記トランジスタはカレントミラーの一部であり、前記カレントミラーは、前記信号電流が使用中のトランジスタを介して流れるように、第１増幅器段に接続されるダイオード接続トランジスタをさらに具備する請求項１に記載の増幅器。
3. 増幅器にバイアスをかけてＡＢモードにするバイアス手段をさらに具備する請求項１または請求項２に記載の増幅器。
4. 前記バイアス手段は、前記入力電圧と、前記第１増幅器段の入力での前記ツェナーダイオードの前記ツェナー電圧との和電圧を使用中に提供するために、それぞれの信号パスごとに前記共通の入力ノードと前記第１増幅器段との間に接続されるツェナーダイオードを具備する請求項３の増幅器。
5. 前記第１増幅器段は、エミッタまたはソースと、ベースまたはゲートとを有するトランジスタを具備し、前記エミッタ電圧供給レールに接続され、それぞれの信号パスは、前記トランジスタの逆バイアスによって前記ダイオードが導通するように、前記トランジスタの前記ベースまたはゲートと、前記電圧供給レールとの間に接続されるダイオードをさらに具備する任意の前出する請求項の増幅器。
6. 任意の前出する請求項の増幅器を具備する包絡線変調無線周波数送信機またはセルラ基地局。
7. 増幅器での周波数ランナウェイを減少させる方法において、
   前記増幅器の２つの独立した信号パスのそれぞれで、少なくとも入力電圧信号の一部を電流信号へ変換するために、それぞれの第１増幅器段を使用することと、
   前記電流信号で第２増幅器段を駆動すること、を具備し、
   １つの信号パスは、前記入力電圧信号の正の電圧エクスカーションを変換し増幅するためであり、他の信号パスは、前記入力電圧信号の負の電圧エクスカーションを変換し増幅するためである方法。

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