JP2014050055A - 増幅器および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力効率の低下の抑制を示し、且つ、トランジスタの電流増幅率を一定に制御可能な増幅器および制御方法を提供する。
【解決手段】増幅器１００は、電源部Ｖｃｃの出力端子に一方の端子が接続された、負荷となるコイルＬ１と、コイルＬ１の他方の端子にコレクタ端子が接続され、エミッタ端子がグランドされて、ベース端子から交流信号が入力されるトランジスタＴｒと、トランジスタＴｒのベース端子にＣｏｕｔ端子が接続され、コレクタ端子に印加されている直流電圧Ｖｃが基準電圧Ｖａよりも低い場合に、Ｃｏｕｔ端子から電流Ｉｐを引き込んで、ベース端子に入力されるバイアス電流Ｉｂｉｓを減少させ、コレクタ端子に印加されている直流電圧Ｖｃが基準電圧Ｖａよりも高い場合に、Ｃｏｕｔ端子から電流Ｉｐを出力して、バイアス電流Ｉｂｉｓを増加させることで、トランジスタＴｒの電流増幅率を一定に制御する電流供給部１０２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅器および制御方法に関する。

温度の変化に伴って変動するトランジスタの電流増幅率を一定に制御するものとして、特許文献１に記載の高周波電力制御回路が知られている。

特許文献１に記載の高周波電力制御回路は、温度が変化し、トランジスタ２３３の電流増幅率が変化して、コレクタ電流が変化すると、その変化に応じ、ベース電流を増減させる。そして、高周波電力制御回路は、ベース電流の増減により、トランジスタ２２３の電流増幅率を変化前の状態に戻すことで、トランジスタ２２３の電流増幅率を一定に制御する。

具体的には、高周波電力制御回路は、温度が上昇し、トランジスタ２２３の電流増幅率が増加して、コレクタ電流が増加することによって、コレクタ電流に比例して発生する電圧が基準電圧よりも大きくなると、ベース電流を減少させる。このベース電流の減少により、高周波電力制御回路は、トランジスタ２２３の電流増幅率を増加前の状態に戻して、トランジスタ２２３の電流増幅率を一定に制御する。

一方、高周波電力制御回路は、温度が降下し、トランジスタ２２３の電流増幅率が減少して、コレクタ電流が減少することによって、コレクタ電流に比例して発生する電圧が基準電圧よりも小さくなると、ベース電流を増加させる。このベース電流の増加により、高周波電力制御回路は、トランジスタ２２３の電流増幅率を減少前の状態に戻して、トランジスタ２２３の電流増幅率を一定に制御する。

このように、高周波電力制御回路は、コレクタ電流の変化に伴い、ベース電流を変化させることで、トランジスタ２２３の電流増幅率を一定に制御する。

特開２００３−２７３６７６号公報

ここで、特許文献１に記載の高周波電力制御回路では、トランジスタのコレクタ端子に流れ込むコレクタ電流が、抵抗２１１ｂを介して、電源から供給されている。よって、高周波電力制御回路では、電源から供給された電力に、抵抗２１１ｂによる損失が発生している。従って、高周波電力制御回路は、抵抗２１１ｂによって、電力効率（出力電力を消費電力で割った値）が低下しているという問題点があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、電力効率の低下の抑制を示し、且つ、トランジスタの電流増幅率を一定に制御可能な増幅器および制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る増幅器は、
電力を供給する電源部の出力端子に、２つの端子のうちの一方が接続された、負荷となる誘導素子と、
前記誘導素子の他方の端子にコレクタ端子が接続され、エミッタ端子がグランドされて、ベース端子から交流信号が入力されるトランジスタと、
前記トランジスタのベース端子に制御端子が接続され、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも低い場合に、前記制御端子から電流を引き込んで、前記ベース端子に入力されるバイアス電流を減少させ、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも高い場合に、前記制御端子から電流を出力して、前記バイアス電流を増加させることで、前記トランジスタの電流増幅率を一定に制御する制御部と、
を備える。

本発明の第２の観点に係る制御方法は、
電力を供給する電源部の出力端子に、２つの端子のうちの一方が接続された、負荷となる誘導素子と、前記誘導素子の他方の端子にコレクタ端子が接続され、エミッタ端子がグランドされて、ベース端子から交流信号が入力されるトランジスタと、を備える増幅器の制御方法であって、
前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも低い場合に、前記ベース端子に入力されるバイアス電流を減少させ、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも高い場合に、前記バイアス電流を増加させることで、前記トランジスタの電流増幅率を一定に制御するステップ、
を備える。

本発明によれば、負荷として誘導素子を用いているので、電源から供給された電力に発生する損失を抑制することができる。よって、本発明によれば、電力効率の低下の抑制を示し、且つ、トランジスタの電流増幅率を一定に制御することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る増幅回路の回路図である。 電流供給回路の回路図である。 本発明の実施の形態２に係る増幅回路の回路図である。 本発明の実施の形態３に係る増幅回路の回路図である。 電圧供給回路の回路図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態に係る増幅回路１００を、図１，２を参照して説明する。増幅回路１００は、入力された交流信号を増幅して出力する。また、増幅回路１００は、電力効率の低下の抑制を示し、且つ、トランジスタの電流増幅率を一定に制御することが可能である。

増幅回路１００は、図１に示すように、増幅部１０１と、増幅部１０１に接続された電流供給部１０２と、を備えている。

増幅部１０１は、入力された交流信号を増幅して出力する。増幅部１０１は、コンデンサＣ１，Ｃ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、コイルＬ１と、トランジスタＴｒと、を備えている。

コンデンサＣ１は、入力された信号から交流信号を抽出する。抽出した交流信号の電流成分を、電流Ｉｒとする。コンデンサＣ１の一端は、入力端子ＩＮに接続され、コンデンサＣ１の他端は、抵抗Ｒ１，Ｒ２の一端およびトランジスタＴｒのベース端子に接続されている。

抵抗Ｒ１，Ｒ２は、トランジスタＴｒのベース端子に印加されるバイアス電圧およびトランジスタＴｒのベース端子に供給される供給電流を決定する。抵抗Ｒ１の一端は、コンデンサＣ１の他端、抵抗Ｒ２の一端およびトランジスタＴｒのベース端子に接続されている。また、抵抗Ｒ１の他端は、コイルＬ１の一端および直流電源Ｖｃｃに接続されている。抵抗Ｒ１を介して、直流電源Ｖｃｃから供給される直流電流、即ち、供給電流を、電流Ｉｂｂとする。

また、抵抗Ｒ２の一端は、コンデンサＣ１の他端、抵抗Ｒ１の一端およびトランジスタＴｒのベース端子に接続されている。また、抵抗Ｒ２の他端は、グランドされている。

上述した抵抗Ｒ１の他端に接続されるコイルＬ１は、電源Ｖｃｃから供給される電流の変化に伴い、具体的には、コレクタ電流Ｉｃの変化に伴い、電圧を発生させる。即ち、コイルＬ１は、トランジスタＴｒによって増幅された信号を発生させる負荷である。

コイルＬ１の一端は、電源Ｖｃｃおよび抵抗Ｒ１の他端に接続されている。また、コイルＬ１の他端は、電流供給部１０２のＶｉｎ端子、トランジスタＴｒのコレクタ端子およびコンデンサＣ２の一端に接続されている。

コンデンサＣ２は、コイルＬ１に発生した電圧、即ち、増幅された信号から、直流分を取り除いてＯＵＴ端子に出力する。コンデンサＣ２の一端は、コイルＬ１の他端、電流供給部１０２のＶｉｎ端子およびトランジスタＴｒのコレクタ端子に接続される。また、コンデンサＣ２の他端は、ＯＵＴ端子に接続されている。

トランジスタＴｒは、ｎｐｎ型のトランジスタである。トランジスタＴｒは、ベース端子から入力された交流信号を増幅する。即ち、トランジスタＴｒは、流れ込むベース電流Ｉｂｉｓの大きさに伴って、コレクタ電流Ｉｃを増減させる。具体的には、トランジスタＴｒは、ベース端子に流れ込むベース電流Ｉｂｉｓの値に電流増幅率を掛けた値のコレクタ電流Ｉｃを、コレクタ端子からエミッタ端子へ流す。

ここで、一般的に、トランジスタは、温度（例えば、トランジスタ自体の温度や、トランジスタの周囲の雰囲気温度等）が上昇すると、電流増幅率が増加する。一方、トランジスタは、温度が降下すると、電流増幅率が減少する。このため、温度が上昇すると、ベース電流に変化がなくても、コレクタ電流が増加する。また、温度が降下すると、ベース電流に変化がなくても、コレクタ電流が減少する。

このように、トランジスタＴｒのベース端子に流れ込むベース電流Ｉｂｉｓに変化がなくても、温度の変化により、トランジスタＴｒの電流増幅率が変動する。この変動を抑制して、トランジスタＴｒの電流増幅率を一定にするのが、電流供給部１０２である。

電流供給部１０２は、例えば、増幅回路１００のＩＮ端子に信号が入力されていない無負荷時に、コレクタ電流Ｉｃが増加すると、トランジスタＴｒに流れ込むベース電流Ｉｂｉｓを減少させ、コレクタ電流Ｉｃが減少すると、ベース電流Ｉｂｉｓを増加させる。これにより、電流供給部１０２は、トランジスタＴｒの電流増幅率を一定に制御する。

電流供給部１０２は、電流供給回路１０３と、直流電圧Ｖａを出力する直流電源１０４と、を備えている。

電流供給回路１０３のＶｉｎ端子は、コイルＬ１の他端、トランジスタＴｒのコレクタ端子およびコンデンサＣ２の一端に接続されている。よって、電流供給回路１０３のＶｉｎ端子には、トランジスタＴｒのコレクタ端子に印加されている電圧、即ち、コレクタ電圧が印加される。

また、電流供給回路１０３のＶｒｅｆ端子は、直流電圧Ｖａを出力する直流電源１０４に接続されている。よって、電流供給回路１０３のＶｒｅｆ端子には、直流電圧Ｖａが印加される。

また、電流供給回路１０３のＣｏｕｔ端子は、トランジスタＴｒのベース端子、抵抗Ｒ１，Ｒ２の一端およびコンデンサＣ１の他端に接続されている。

電流供給回路１０３は、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶに応じて、Ｃｏｕｔ端子から出力する電流Ｉｐを調整する。この電流Ｉｐと電流Ｉｒと電流Ｉｂｂとの合成電流が、トランジスタＴｒのベース端子に流れ込むベース電流Ｉｂｉｓになる。この電流Ｉｐを調整する電流供給回路１０３の動作について、詳細に説明する。

トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも増加し、例えば、増幅回路１００のＩＮ端子に信号が入力されていない無負荷時に、コレクタ電流Ｉｃが増加すると、コイルＬ１に印加されている電圧△Ｖ（コイルＬ１の微小な抵抗成分によって発生する電圧）が上昇する。一方、コレクタ端子に印加されている直流電圧、即ち、コレクタ電圧Ｖｃが降下する。このとき、コレクタ電圧Ｖｃが直流電圧Ｖａよりも低くなり、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがマイナスの電圧になる。すると、電流供給回路１０３は、Ｃｏｕｔ端子から電流Ｉｐを引き込む。これにより、電流供給回路１０３は、ベース電流Ｉｂｉｓを減少させ、コレクタ電流Ｉｃを減少させて、トランジスタＴｒの電流増幅率を基準増幅率に戻す。

なお、電圧ｄＶがゼロボルトのとき、即ち、コレクタ電流Ｖｃが直流電圧Ｖａと同一のとき、電流Ｉｐはゼロとなる。このとき、トランジスタＴｒの電流増幅率は基準増幅率と同一の値になる。

また、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも減少し、例えば、増幅回路１００のＩＮ端子に信号が入力されていない無負荷時に、コレクタ電流Ｉｃが減少すると、コイルＬ１に印加されている電圧△Ｖが降下する。一方、コレクタ電圧Ｖｃが上昇する。このとき、コレクタ電圧Ｖｃが直流電圧Ｖａよりも高くなり、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがプラスの電圧になる。すると、電流供給回路１０３は、Ｃｏｕｔ端子から電流Ｉｐを出力する。これにより、電流供給回路１０３は、ベース電流Ｉｂｉｓを増加させ、コレクタ電流Ｉｃを増加させて、トランジスタＴｒの電流増幅率を基準増幅率に戻す。

この電流供給回路１０３は、図２に示す通り、コンパレータ部１０３ａと、ボルテージフォロア部１０３ｂと、を備えている。

コンパレータ部１０３ａは、Ｖｉｎ端子に印加されている電圧（コレクタ電圧Ｖｃ）と、Ｖｒｅｆ端子に印加されている電圧（直流電圧Ｖａ）と、の差に応じて、即ち、電圧ｄＶに応じて、電流Ｉｐを制御する。

コンパレータ部１０３ａは、オペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ３１と、抵抗Ｒ３２と、抵抗Ｒｆ１と、抵抗Ｒｆ２と、抵抗Ｒｓと、を備えている。なお、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２とは同じ抵抗値であり、抵抗Ｒｆ１と抵抗Ｒｆ２とは同じ抵抗値である。

抵抗Ｒ３１の一端は、Ｖｉｎ端子に接続され、抵抗Ｒ３１の他端は、オペアンプＯＰ１の正入力端子および抵抗Ｒｆ１の一端に接続されている。抵抗Ｒｆ１の他端は、オペアンプＯＰ２の出力端子、オペアンプＯＰ２の負入力端子、オペアンプＯＰ２の正入力端子、抵抗Ｒｓの他端およびＣｏｕｔ端子に接続されている。

また、抵抗Ｒ３２の一端は、Ｖｒｅｆ端子に接続され、抵抗Ｒ３２の他端は、オペアンプＯＰ１の負入力端子および抵抗Ｒｆ２の一端に接続されている。抵抗Ｒｆ２の他端は、オペアンプＯＰ１の出力および抵抗Ｒｓの一端に接続されている。そして、抵抗Ｒｓの他端は、Ｃｏｕｔ端子、オペアンプＯＰ２の出力端子、オペアンプＯＰ２の負入力端子、オペアンプＯＰ２の正入力端子および抵抗Ｒｓの他端に接続されている。

上述した接続によって、オペアンプＯＰ１は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも増加し、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがマイナスの電圧になると、Ｃｏｕｔ端子から電流Ｉｐを引き込む。

一方、オペアンプＯＰ１は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも減少し、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがプラスの電圧になると、Ｃｏｕｔ端子から電流Ｉｐを出力する。

ここで、電流Ｉｐの値は、抵抗Ｒ３１（＝抵抗Ｒ３２）、抵抗Ｒｆ１（＝抵抗Ｒｆ２）、抵抗Ｒｓおよび電圧ｄＶのそれぞれの値から決定される。即ち、電流Ｉｐの値は、（抵抗Ｒｆ１÷抵抗Ｒｓ×抵抗Ｒ３１）÷電圧ｄＶ、言い換えれば、（抵抗Ｒｆ２÷抵抗Ｒｓ×抵抗Ｒ３２）÷電圧ｄＶで求められる値になる。このようにして求められる電流Ｉｐの値は、トランジスタＴｒの電流増幅率の変化に伴うコレクタ電流Ｉｃの増減を、変化前の値に戻すことができる値に決定されている。言い換えれば、電流Ｉｐの値は、コレクタ電流Ｉｃが増えた場合は、その増えた分を減らしたベース電流Ｉｂｉｓを実現する値に決定されており、且つ、コレクタ電流Ｉｃが減った場合は、その減った分を補ったベース電流Ｉｂｉｓを実現する値に決定されている。

なお、オペアンプＯＰ１は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率になり、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがゼロになると、電流Ｉｐをゼロにする。

ボルテージフォロア部１０３ｂは、信号電流Ｉｂｉｓ（図１参照）が、コンパレータ部１０３ａに流れ込むことを防止する。ボルテージフォロア部１０３は、オペアンプＯＰ２を備えている。

オペアンプＯＰ２の正入力端子は、抵抗Ｒｓの他端、Ｃｏｕｔ端子、抵抗Ｒｆ１の他端、オペアンプＯＰ２の出力端子およびオペアンプＯＰ２の負入力端子に接続されている。また、オペアンプＯＰ２の負入力端子は、オペアンプＯＰ２の正入力端子に接続されている。そして、オペアンプＯＰ２の出力端子は、オペアンプＯＰ２の正入力端子および負入力端子に接続されている。

上述した電流供給部１０２および増幅部１０１を備える増幅回路１００は、前述の通り、トランジスタＴｒの電流増幅率が変化して、例えば、増幅回路１００のＩＮ端子に信号が入力されていない無負荷時に、コレクタ電流Ｉｃが変化しても、電流供給部１０２で電流Ｉｐを制御することで、ベース電流Ｉｂｉｓを増減させる。よって、トランジスタＴｒの電流増幅率が変化しても、コレクタ電流Ｉｃを一定に制御することができる。

このように、増幅回路１００は、コレクタ電流Ｉｃを一定に制御しているので、電源Ｖｃｃとコレクタ端子との間に、電源Ｖｃｃからの電流を制限すると共に負荷となる抵抗を入れる必要がない。よって、電源Ｖｃｃとコレクタ端子との間に、コイルＬ１、即ち、直流電流に対しては殆ど抵抗成分がなく、交流電流に対しては大きな抵抗成分を生じる素子を、負荷として入れることができる。このため、増幅回路１００は、電源Ｖｃｃとコレクタ端子との間に抵抗を入れる場合と比較して、電源Ｖｃｃから供給された電力に発生する損失を抑制することができる。従って、本実施の形態の増幅回路１００によれば、電力効率（出力電力を消費電力で割った値）の低下の抑制を示し、且つ、コレクタ電流Ｉｃを一定に、言い換えれば、トランジスタＴｒの電流増幅率を一定に、制御することができる。

加えて、増幅回路１００は、電源Ｖｃｃからコレクタ端子、エミッタ端子を結びグランドに繋がる経路上に（増幅された電流が流れる経路上に）、抵抗を入れない。よって、本実施の形態の増幅回路１００によれば、トランジスタのエミッタ端子とグランドとの間に抵抗を入れる電流帰還バイアス方式と比較しても、電源Ｖｃｃから供給された電力に発生する損失を抑制することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る増幅回路１１０を、図３を参照して説明する。増幅回路１１０は、実施の形態１の増幅回路１００から、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２を取り除いた構成である。よって、図３に示す増幅回路１１０については、増幅回路１００と同一の構成には同一の番号を付している。

増幅回路１１０は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率と同一の場合、電流供給部１１２の電流供給回路１０３から、電流Ｉｂｂ（図１参照）と同じ値の電流Ｉｐを出力する。つまり、電流供給回路１０３は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率と同一の場合、予め定められた値（例えば、トランジスタＴｒを非飽和状態にする値）を示す電流Ｉｐを、トランジスタＴｒのベース端子に出力する。

これは、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率と同一のときのコレクタ電圧Ｖｃよりも、直流電源１１４から出力される直流電圧Ｖａ’を、小さくしているからである。即ち、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率と同一であっても、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがプラスの電圧になる。よって、電流供給回路１０３は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率と同一であっても、電流供給回路１０３から、電流Ｉｂｂ（図１参照）と同じ値の電流Ｉｐを出力する。

これにより、増幅部１１１では、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２（図１参照）で構成されたバイアス回路、即ち、電流Ｉｂｂを出力する回路が不要になる。

また、電流供給回路１０３は、実施の形態１の増幅回路１００と同様に、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも増加し、例えば、増幅回路１００のＩＮ端子に信号が入力されていない無負荷時に、コレクタ電流Ｉｃが増加すると、Ｃｏｕｔ端子から電流Ｉｐを引き込む。これにより、電流供給回路１０３は、ベース電流Ｉｂｉｓを予め定められた値よりも減少させることで、コレクタ電流Ｉｃを減少させて、トランジスタＴｒの電流増幅率を基準増幅率に戻す。

また、電流供給回路１０３は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも減少し、例えば、増幅回路１００のＩＮ端子に信号が入力されていない無負荷時に、コレクタ電流Ｉｃが減少すると、Ｃｏｕｔ端子から電流Ｉｐを出力する。これにより、電流供給回路１０３は、ベース電流Ｉｂｉｓを予め定められた値よりも増加させることで、コレクタ電流Ｉｃを増加させて、トランジスタＴｒの電流増幅率を基準増幅率に戻す。

上述した通り、増幅回路１１０によれば、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率と同一の場合、電流供給回路１０３から、電流Ｉｂｂ（図１参照）と同じ値の電流Ｉｐを出力する。よって、本実施の形態２の増幅回路１１０によれば、実施の形態１の増幅回路１００で使用されていた、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２で構成されたバイアス回路（電流Ｉｂｂを出力する回路）が、不要になる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る増幅回路１２０を、図４および図５を参照して説明する。増幅回路１２０は、実施の形態１の増幅回路１００で使用されていた電流供給部１０２を、電圧供給部１２２に変更したものである。よって、図４に示す増幅回路１２０については、増幅回路１００と同一の構成には同一の番号を付している。

電圧供給部１２２は、例えば、増幅回路１００のＩＮ端子に信号が入力されていない無負荷時に、コレクタ電流Ｉｃが増加すると、抵抗Ｒ４に印加される電圧Ｖｒをマイナスの電圧にすることで、抵抗Ｒ４を介して電流Ｉｐを引き込む。これにより、電圧供給部１２２は、ベース電流Ｉｂｉｓを減少させ、コレクタ電流Ｉｃを減少させて、トランジスタＴｒの電流増幅率を基準増幅率に戻す。

また、電圧供給部１２２は、例えば、増幅回路１００のＩＮ端子に信号が入力されていない無負荷時に、コレクタ電流Ｉｃが減少すると、抵抗Ｒ４に印加される電圧Ｖｒをプラスの電圧にすることで、抵抗Ｒ４を介して電流Ｉｐを出力する。これにより、電圧供給部１２２は、ベース電流Ｉｂｉｓを増加させ、コレクタ電流Ｉｃを増加させて、トランジスタＴｒの電流増幅率を基準増幅率に戻す。

電圧供給部１２２は、電圧供給回路１２３と、直流電圧Ｖｂを出力する直流電源１２４と、を備えている。

電圧供給回路１２３のＶｉｎ端子は、コイルＬ１の他端、トランジスタＴｒのコレクタ端子およびコンデンサＣ２の一端に接続されている。電圧供給回路１２３のＶｒｅｆ端子は、直流電圧Ｖｂを出力する直流電源１２４に接続されている。また、電圧供給回路１２３のＶｏｕｔ端子は、抵抗Ｒ４の一端に接続されている。そして、抵抗Ｒ４の他端は、トランジスタＴｒのベース端子、抵抗Ｒ１，Ｒ２の一端およびコンデンサＣ１の他端に接続されている。

電圧供給回路１２３は、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶに応じて、Ｖｏｕｔ端子から出力する電圧Ｖｔを調整する。これにより、電圧供給回路１２３は、抵抗Ｒ４に印加する電圧Ｖｒを調整して、抵抗Ｒ４から流れ出る電流Ｉｐを調整する。

この電流Ｉｐと電流Ｉｒと電流Ｉｂｂとの合成電流が、トランジスタＴｒのベース端子に流れ込むベース電流Ｉｂｉｓになる。この電流Ｉｂｉｓに含まれる電流Ｉｐを調整する電圧供給回路１２３の動作について、詳細に説明する。

トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも増加し、例えば、増幅回路１００のＩＮ端子に信号が入力されていない無負荷時に、コレクタ電流Ｉｃが増加すると、コイルＬ１に印加されている電圧△Ｖが上昇する。一方、コレクタ端子に印加されている直流電圧、即ち、コレクタ電圧Ｖｃが降下する。このとき、コレクタ電圧Ｖｃが直流電圧Ｖｂよりも低くなり、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがマイナスの電圧になる。すると、電圧供給回路１２３は、Ｖｏｕｔ端子からマイナスの電圧Ｖｔを出力する。このようにして、電圧供給回路１２３は、抵抗Ｒ４にマイナスの電圧Ｖｒを印加することで、Ｖｏｕｔ端子から電流Ｉｐを引き込む。これにより、電圧供給回路１２３は、ベース電流Ｉｂｉｓを減少させ、コレクタ電流Ｉｃを減少させて、トランジスタＴｒの電流増幅率を基準増幅率に戻す。

なお、電圧ｄＶがゼロボルトのとき、即ち、コレクタ電流Ｖｃが直流電圧Ｖｂと同一のとき、電圧供給回路１２３は、Ｖｏｕｔ端子からゼロボルトの電圧Ｖｔを出力する。よって、電流Ｉｐはゼロとなる。このとき、トランジスタＴｒの電流増幅率は基準増幅率と同一の値になる。

また、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも減少し、例えば、増幅回路１００のＩＮ端子に信号が入力されていない無負荷時に、コレクタ電流Ｉｃが減少すると、コイルＬ１に印加されている電圧△Ｖが降下する。一方、コレクタ電圧Ｖｃが上昇する。このとき、コレクタ電圧Ｖｃが直流電圧Ｖｂよりも高くなり、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがプラスの電圧になる。すると、電圧供給回路１２３は、Ｖｏｕｔ端子からプラスの電圧Ｖｔを出力する。このようにして、電圧供給回路１２３は、抵抗Ｒ４にプラスの電圧Ｖｒを印加することで、電流Ｉｐを出力する。これにより、電圧供給回路１２３は、ベース電流Ｉｂｉｓを増加させ、コレクタ電流Ｉｃを増加させて、トランジスタＴｒの電流増幅率を基準増幅率に戻す。

この電圧供給回路１２３は、図５に示す通り、抵抗Ｒ５，Ｒ６およびオペアンプＯＰ３を備えている。

抵抗Ｒ５の一端は、Ｖｒｅｆ端子に接続され、抵抗Ｒ５の他端は、オペアンプＯＰ３の負入力端子および抵抗Ｒ６の一端に接続されている。抵抗Ｒ６の他端は、Ｖｏｕｔ端子およびオペアンプＯＰ３の出力端子に接続されている。

また、オペアンプＯＰ３の正入力端子は、Ｖｉｎ端子に接続されている。

上述した接続によって、オペアンプＯＰ３は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも増加し、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがマイナスの電圧になると、Ｖｏｕｔ端子からマイナスの電圧Ｖｔを出力する。

一方、オペアンプＯＰ３は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも減少し、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがプラスの電圧になると、Ｖｏｕｔ端子からプラスの電圧Ｖｔを出力する。

ここで、Ｖｏｕｔ端子から出力される電圧Ｖｔの値は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２および電圧ｄＶのそれぞれの値から決定される。即ち、電圧Ｖｔの値は、抵抗Ｒ１÷（抵抗Ｒ１＋抵抗Ｒ２）×電圧ｄＶで求められる値になる。この電圧Ｖｔから、トランジスタＴｒ（図４参照）のベース端子に印加される電圧を引いた値が、抵抗Ｒ４に印加される電圧Ｖｒになる。そして、電圧Ｖｒの値を抵抗Ｒ４（図４参照）の値で割った値が、電流Ｉｐになる。このようにして求められる電流Ｉｐの値は、トランジスタＴｒの電流増幅率の変化に伴うコレクタ電流Ｉｃの増減を、変化前の値に戻すことができる値に決定されている。言い換えれば、電流Ｉｐの値は、コレクタ電流Ｉｃが増えた場合は、その増えた分を減らしたベース電流Ｉｂｉｓを実現する値に決定されており、且つ、コレクタ電流Ｉｃが減った場合は、その減った分を補ったベース電流Ｉｂｉｓを実現する値に決定されている。

なお、オペアンプＯＰ３は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率と同一になることで、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがゼロボルトになると、電圧Ｖｔをゼロボルトにする。

上述した電圧供給部１２２および増幅部１０１を備える増幅回路１２０は、前述の通り、トランジスタＴｒの電流増幅率が変化して、例えば、増幅回路１００のＩＮ端子に信号が入力されていない無負荷時に、コレクタ電流Ｉｃが変化しても、抵抗Ｒ４に印加される電圧Ｖｒを電圧供給部１２２で制御することで（電流Ｉｐを電圧供給部１２２で制御することで）、ベース電流Ｉｂｉｓを増減させる。よって、トランジスタＴｒの電流増幅率が変化しても、コレクタ電流Ｉｃを一定に制御することができる。

このように、増幅回路１２０は、コレクタ電流Ｉｃを一定に制御しているので、電源Ｖｃｃとコレクタ端子との間に、電源Ｖｃｃからの電流を制限すると共に負荷となる抵抗を入れる必要がない。よって、電源Ｖｃｃとコレクタ端子との間に、コイルＬ１、即ち、直流電流に対しては殆ど抵抗成分がなく、交流電流に対しては大きな抵抗成分を生じる素子を、負荷として入れることができる。このため、増幅回路１２０は、電源Ｖｃｃとコレクタ端子との間に抵抗を入れる場合と比較して、電源Ｖｃｃから供給された電力に発生する損失を抑制することができる。従って、本実施の形態の増幅回路１２０によれば、電力効率の低下の抑制を示し、且つ、コレクタ電流Ｉｃを一定に、言い換えれば、トランジスタＴｒの電流増幅率を一定に、制御することができる。

加えて、増幅回路１２０は、電源Ｖｃｃからコレクタ端子、エミッタ端子を結びグランドに繋がる経路上に（増幅された電流が流れる経路上に）、抵抗を入れない。よって、本実施の形態の増幅回路１２０によれば、トランジスタのエミッタ端子とグランドとの間に抵抗を入れる電流帰還バイアス方式と比較しても、電源Ｖｃｃから供給された電力に発生する損失を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、この発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変形および応用が可能である。

例えば、上述した各実施の形態の増幅回路１００〜１２０は、入力された交流信号を増幅する素子として、１つのトランジスタＴｒを用いたが、これに限られるものではない。即ち、増幅回路１００〜１２０は、入力された交流信号を増幅する素子として、複数のトランジスタを用いてもよい。例えば、２つのトランジスタを用いる場合、増幅回路１００〜１２０を、次の構成にすればよい。まず、電流Ｉｂｉｓが流れる導線を切断して、電流Ｉｂｉｓが流れる導線とトランジスタＴｒのベース端子とを切り離す。そして、電流Ｉｂｉｓが流れる導線に、新たなトランジスタのベース端子を接続する。また、新たなトランジスタのエミッタ端子をグランドして、そのトランジスタのコレクタ端子を、トランジスタＴｒのベース端子に接続すればよい。

また、例えば、上述した各実施の形態の増幅回路１００〜１２０は、ｎｐｎ型のトランジスタＴｒを用いたが、これに限られるものではない。即ち、ｐｎｐ型のトランジスタＴｒを用いてもよい。

この構成の場合、増幅回路１００，１１０の電流供給回路１０３は、次のように動作する。即ち、電流供給回路１０３は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも増加し、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがマイナスの電圧になると、Ｃｏｕｔ端子から電流Ｉｐを出力する。一方、電流供給回路１０３は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも減少し、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがプラスの電圧になると、Ｃｏｕｔ端子から電流Ｉｐを引き込む。このように、電流供給回路１０３が動作すればよい。

また、ｐｎｐ型のトランジスタＴｒを用いた場合、増幅回路１２０の電圧供給回路１２３は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも増加し、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがマイナスの電圧になると、Ｖｏｕｔ端子からプラスの電圧Ｖｔを出力する。そして、電圧供給回路１２３は、Ｖｏｕｔ端子から電流Ｉｐを出力する。一方、電圧供給回路１２３は、トランジスタＴｒの電流増幅率が基準増幅率よりも減少し、Ｖｉｎ端子−Ｖｒｅｆ端子間に印加される電圧ｄＶがプラスの電圧になると、Ｖｏｕｔ端子からマイナスの電圧Ｖｔを出力する。そして、電圧供給回路１２３は、Ｖｏｕｔ端子から電流Ｉｐを引き込む。このように、電圧供給回路１２３が動作すればよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、上述した実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内およびそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
電力を供給する電源部の出力端子に、２つの端子のうちの一方が接続された、負荷となる誘導素子と、
前記誘導素子の他方の端子にコレクタ端子が接続され、エミッタ端子がグランドされて、ベース端子から交流信号が入力されるトランジスタと、
前記トランジスタのベース端子に制御端子が接続され、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも低い場合に、前記制御端子から電流を引き込んで、前記ベース端子に入力されるバイアス電流を減少させ、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも高い場合に、前記制御端子から電流を出力して、前記バイアス電流を増加させることで、前記トランジスタの電流増幅率を一定に制御する制御部と、
を備える増幅器。

（付記２）
前記制御部は、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧と同じ場合、予め定められた値を示す前記バイアス電流を、前記制御端子から出力する、
付記１に記載の増幅器。

（付記３）
前記制御部は、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも低い場合に、前記制御端子から電流を引き込んで、前記予め定められた値よりも前記バイアス電流を減少させ、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも高い場合に、前記制御端子から電流を出力して、前記予め定められた値よりも前記バイアス電流を増加させる、
付記２に記載の増幅器。

（付記４）
電力を供給する電源部の出力端子に、２つの端子のうちの一方が接続された、負荷となる誘導素子と、前記誘導素子の他方の端子にコレクタ端子が接続され、エミッタ端子がグランドされて、ベース端子から交流信号が入力されるトランジスタと、を備える増幅器の制御方法であって、
前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも低い場合に、前記ベース端子に入力されるバイアス電流を減少させ、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも高い場合に、前記バイアス電流を増加させることで、前記トランジスタの電流増幅率を一定に制御するステップ、
を備える制御方法。

１００，１１０，１２０ 増幅回路
１０１，１１１ 増幅部
１０２，１１２ 電流供給部
１０３ 電流供給回路
１０３ａ コンパレータ部
１０３ｂ ボルテージフォロア部
１０４，１１４，１２４ 直流電源
１２２ 電圧供給部
１２３ 電圧供給回路
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
Ｌ１ コイル
ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３ オペアンプ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒｆ１，Ｒｆ２，Ｒｓ 抵抗
Ｔｒ トランジスタ

Claims (4)

1. 電力を供給する電源部の出力端子に、２つの端子のうちの一方が接続された、負荷となる誘導素子と、
   前記誘導素子の他方の端子にコレクタ端子が接続され、エミッタ端子がグランドされて、ベース端子から交流信号が入力されるトランジスタと、
   前記トランジスタのベース端子に制御端子が接続され、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも低い場合に、前記制御端子から電流を引き込んで、前記ベース端子に入力されるバイアス電流を減少させ、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも高い場合に、前記制御端子から電流を出力して、前記バイアス電流を増加させることで、前記トランジスタの電流増幅率を一定に制御する制御部と、
   を備える増幅器。
2. 前記制御部は、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧と同じ場合、予め定められた値を示す前記バイアス電流を、前記制御端子から出力する、
   請求項１に記載の増幅器。
3. 前記制御部は、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも低い場合に、前記制御端子から電流を引き込んで、前記予め定められた値よりも前記バイアス電流を減少させ、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも高い場合に、前記制御端子から電流を出力して、前記予め定められた値よりも前記バイアス電流を増加させる、
   請求項２に記載の増幅器。
4. 電力を供給する電源部の出力端子に、２つの端子のうちの一方が接続された、負荷となる誘導素子と、前記誘導素子の他方の端子にコレクタ端子が接続され、エミッタ端子がグランドされて、ベース端子から交流信号が入力されるトランジスタと、を備える増幅器の制御方法であって、
   前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも低い場合に、前記ベース端子に入力されるバイアス電流を減少させ、前記コレクタ端子に印加されている直流電圧が基準電圧よりも高い場合に、前記バイアス電流を増加させることで、前記トランジスタの電流増幅率を一定に制御するステップ、
   を備える制御方法。

Images