JP2019536077A - 音響光学コンポーネント用の高周波ドライバ回路及び高周波ドライバ回路を動作させるための方法 - Google Patents

Abstract

音響光学コンポーネント（２）用の高周波（ＨＦ）ドライバ回路（１）は、供給電圧を供給するために電圧レギュレータ（４）に接続されたＨＦ電力増幅器（３）と、スイッチング素子（６）を介して電力増幅器（３）の入力端（７）に接続されたバイアス電圧発生器（５）とを備えている。

Description

本発明は、ＨＦ電力増幅器を有する音響光学コンポーネント用の高周波ドライバ回路、及び、音響光学コンポーネントを駆動制御するＨＦドライバ回路を動作させるための方法に関する。

例えば音響光学変調器などの音響光学コンポーネントは、電気的なドライバ信号を用いてレーザビームの出力、周波数、又は、空間方向を制御するために使用される。これは、音響光学効果、すなわち、音波の振動する機械的な圧力による屈折率の変化に基づいている。

高周波効率は、音響光学コンポーネント用の多くの入手可能なドライバにおいては、比較的低い。出力が低い場合であっても、電力消費はほとんど低減しないため、これによって冷却に対する要求が高くなる。音響光学コンポーネント用の高周波ドライバのスイッチオン及びスイッチオフ時間は、一部では比較的長く、特にマイクロ秒の範囲にあり、その一方でスイッチング時間は、スイッチオン及びスイッチオフが可変増幅器を介して行われることが多いので、ナノ秒の範囲であることが望ましいであろう。

本発明の課題は、高い効率のもとで高速なスイッチオン及びスイッチオフを実現する、音響光学コンポーネント用のドライバ回路を提供することにある。

この課題は、供給電圧を供給するために電圧レギュレータに接続されたＨＦ電力増幅器と、スイッチング素子を介して電力増幅器の入力端に接続されたバイアス電圧発生器とを備えた、音響光学コンポーネント用の高周波ドライバ回路によって解決される。これにより、ＨＦ電力増幅器は、自身の入力端における信号を増幅し、出力信号を形成することができる。さらに、電圧レギュレータによる供給電圧の制限に基づいて、ＨＦ電力増幅器は、飽和状態で動作することができる。このことは、ＨＦ電力増幅器の入力端における信号波形及び／又は振幅の変化が、増幅器の出力端における信号に、広範囲の比例した変化をもたらすことを意味する。電圧レギュレータによって、ＨＦ電力増幅器への供給のための十分な電流余裕度を伴って、調整可能な直流電圧を生成することができる。

従来のＨＦパワートランジスタは、或る程度の線形動作のために、ベースバイアス電圧（バイポーラトランジスタの場合）又はゲートバイアス電圧（電界効果トランジスタの場合）を必要とする。これらのバイアス電圧を介して、１つ以上のＨＦパワートランジスタを有するＨＦ電力増幅器を、低い自己消費電流に調整することができる。バイアス電圧の遮断によって、ＨＦ電力増幅器を非常に高速かつ効果的に阻止することができる。これにより、非常に高速なスイッチオン及びスイッチオフ時間を実現することができる。

電圧レギュレータがスイッチングレギュレータとして構成されている場合、特別な利点が生じる。そのようなスイッチングレギュレータは、可変の出力電圧をＨＦ電力増幅器に供給し、ＨＦ電力増幅器は、この可変の出力電圧によっても、可変の出力を広範囲にわたる非常に高い効率で生成する。なぜなら、ＨＦ電力増幅器は、原理に起因して常に完全に駆動制御されるからである。これによって、スイッチングレギュレータが供給する供給電圧によって出力が規定されるので、温度と時間を介して、出力の僅かな変動を達成することができる。

スイッチングレギュレータが降圧レギュレータとして構成されている場合には、さらなる利点が生じる。そのようなスイッチングレギュレータを用いることにより、供給電圧を１Ｖ乃至２Ｖまで降圧させることできる。その場合、最大出力電圧は、ＨＦ電力増幅器のＨＦパワートランジスタの標準動作電圧、すなわち、通常は１２Ｖ又は２４Ｖであると考えられる。

バイアス電圧発生器は、安定化された直流電圧を生成するように構成されてもよい。それにより、例えば、バイポーラトランジスタの駆動制御の場合には、約０．７Ｖの安定化された直流電圧を実現することができ、電界効果トランジスタの駆動制御の場合には、約１Ｖ乃至３Ｖの安定化された直流電圧を実現することができる。

ＨＦ電力増幅器の温度を測定する測定装置、また特に、測定された温度に依存してバイアス電圧発生器を駆動制御する補償装置が同様に設けられてもよい。このようにして、安定化されたバイアス電圧を発生させることが特に容易に実現される。

バイアス電圧がＨＦ電力増幅器に供給される際に介するスイッチング素子は、好ましくは高速なスイッチである。これを用いることにより、バイアス電圧を、ＨＦ電力増幅器の入力端に接続することができる。代替的に、電圧の遮断により、入力端をグランドまで低抵抗に引き下げることができる。つまり、ＨＦ電力増幅器又はその内部に含まれるパワートランジスタを、可及的に高速に阻止することがきる。

ＨＦ電力増幅器の入力端には発振器が接続されてもよい。この発振器を介して、ＨＦ電力増幅器によって増幅されるＨＦ信号を生成することができる。

本発明の枠内においては、その他に、音響光学コンポーネントを駆動制御するＨＦドライバ回路を動作させるための方法も含まれ、ここでは、ＨＦドライバ回路のＨＦ電力増幅器に、調整可能な供給電圧が供給され、この場合、ＨＦ電力増幅器の出力は、調整可能な供給電圧を介して調整され、バイアス電圧発生器のスイッチオフによって、ＨＦ電力増幅器の出力端から増幅されたＨＦ信号が出力されるかどうかが決定される。特に、バイアス電圧発生器のスイッチオンによっても、ＨＦ電力増幅器の出力端から、増幅されたＨＦ信号が出力されるかどうかが決定される。特に、調整可能な供給電圧は、閉ループ制御されるのではなく、開ループ制御される。この方法によれば、非常に高速なスイッチオン及びスイッチオフが高い効率のもとで実現され得る。

バイアス電圧発生器は１０乃至５０ｎｓの範囲でスイッチオンすることができる。バイアス電圧発生器は、特に、１０乃至５０ｎｓの範囲でスイッチオフすることができる。これにより、従来技術よりもはるかに高速な、音響光学コンポーネントのスイッチオン及びスイッチオフ時間が可能である。このスイッチオン及びスイッチオフは、高速なスイッチング素子を介して行うことができる。

バイアス電圧発生器により、ＨＦ電力増幅器のトランジスタ用のバイアス電圧を発生させることができる。このバイアス電圧は、ＨＦ電力増幅器のトランジスタがバイポーラトランジスタである場合には、より低くなる。したがって、これは０．５乃至０．９Ｖの範囲であり得る。それに対して、電界効果トランジスタである場合には、バイアス電圧発生器によって、より高い電圧を発生させることができる。したがって、これは１Ｖ乃至３Ｖの範囲になり得る。

バイアス電圧は、温度に依存して生成することができる。特に、それによって安定化されたバイアス電圧を生成することができ、このことはより高い効率をもたらす。

本発明のさらなる特徴及び利点は、本発明の主要な詳細を示す図面の描写に基づく本発明の実施例の以下に続く説明、及び、特許請求の範囲から明らかになるであろう。そこに示されている特徴は、必ずしも縮尺通りではなく、本発明による特異性を明確に可視化させ得るように示されている点を理解されたい。

様々な特徴は、それぞれ個別に実現されてもよいし、あるいは、本発明の変形形態における任意の複数の組み合わせにおいていくつかが実現されてもよい。

概略的な図面には、本発明の一実施例が示されており、この実施例を下記においてより詳細に説明する。

本発明の一実施例を示した図。

唯一の図面には、音響光学コンポーネント２用の高周波ドライバ回路１が非常に概略的に示されており、このケースでは、音響光学コンポーネント２が音響光学変調器として構成されている。高周波ドライバ回路１は、供給電圧を供給するために電圧レギュレータ４に接続された高周波電力増幅器３を備えている。電圧レギュレータ４は、この場合、好ましくは、スイッチングレギュレータとして、特に好ましくは降圧レギュレータとして構成されている。

さらに高周波ドライバ回路１は、スイッチング素子６を介してＨＦ電力増幅器３の入力端７に接続されたバイアス電圧発生器５を備えている。ＨＦ電力増幅器３は、発振器９から到来する信号を増幅し、出力信号を形成する。ＨＦ電力増幅器は、電圧レギュレータ４による供給電圧の制限に基づき飽和状態で動作する。ＨＦ電力増幅器は、クラスＡ、クラスＢ、クラスＣの増幅器として構成されてもよいし、それらの複合形態として構成されてもよい。

測定装置８により、ＨＦ電力増幅器３の温度が測定される。測定された温度に依存して、補償装置１０を介してバイアス電圧発生器５により、バイアス電圧を調整することができる。スイッチング素子６が閉じられると、バイアス電圧発生器５のバイアス電圧は、ＨＦ電力増幅器３に与えられる。ＨＦ電力増幅器３は、複数のＨＦパワートランジスタを有し、それらのＨＦパワートランジスタは線形動作のために、バイポーラトランジスタであればベースバイアス電圧を必要とし、電界効果トランジスタであればゲートバイアス電圧を必要とする。バイアス電圧を介して、ＨＦ電力増幅器の増幅器段を、低い自己消費電流に調整することができる。スイッチング素子６が開かれると、バイアス電圧が遮断され、これによって、ＨＦ電力増幅器３のＨＦパワートランジスタは非常に高速かつ効果的に阻止される。またこれによって、ＨＦ電力増幅器３の出力端における信号も非常に高速に遮断される。したがって、スイッチング素子６のスイッチオン及びスイッチオフによって、発振器９から到来する信号がＨＦ電力増幅器３によって増幅され、増幅された発振信号がＨＦ電力増幅器３によって出力され音響光学コンポーネント２に与えられるか否かが決定される。

電圧レギュレータ４は、可変の出力電圧をＨＦ電力増幅器３に供給し、ＨＦ電力増幅器３は、この可変の出力電圧によっても、可変の出力を広範囲にわたる非常に高い効率で生成する。

したがって、効率は常に最適に維持される。ＨＦ電力増幅器３の出力端における高周波信号の高速なオン及びオフは、バイアス電圧発生器５によって生成されたバイアス電圧のオン及びオフを介して行われる。このことは、特に１０乃至５０ｎｓの範囲で実現される。

Claims (10)

1. 音響光学コンポーネント（２）用の高周波（ＨＦ）ドライバ回路（１）であって、
   供給電圧を供給するために電圧レギュレータ（４）に接続されたＨＦ電力増幅器（３）と、スイッチング素子（６）を介して前記電力増幅器（３）の入力端（７）に接続されたバイアス電圧発生器（５）とを備えた、高周波（ＨＦ）ドライバ回路（１）。
2. 前記電圧レギュレータ（４）は、スイッチングレギュレータとして構成されている、請求項１に記載のドライバ回路。
3. 前記バイアス電圧発生器（５）は、安定化された電圧を生成するように構成されている、請求項１又は２に記載のドライバ回路。
4. 前記ＨＦ電力増幅器（３）の温度を測定する測定装置（８）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項に記載のドライバ回路。
5. 測定された温度に依存して前記バイアス電圧発生器を駆動制御する補償装置（１０）が設けられている、請求項４に記載のドライバ回路。
6. 前記ＨＦ電力増幅器（３）の前記入力端（７）に発振器（９）が接続されている、請求項１から５までのいずれか１項に記載のドライバ回路。
7. 音響光学コンポーネント（２）を駆動制御するＨＦドライバ回路（１）を動作させるための方法において、
   前記ＨＦドライバ回路（１）のＨＦ電力増幅器（３）に、調整可能な供給電圧を供給し、
   前記ＨＦ電力増幅器（３）の出力を、前記調整可能な供給電圧を介して調整し、
   バイアス電圧発生器（５）のスイッチオフによって、特にスイッチオンによっても、前記ＨＦ電力増幅器（３）の出力端において、増幅されたＨＦ信号を出力するか否かを決定する、方法。
8. 前記バイアス電圧発生器を、１０乃至５０ｎｓの範囲でスイッチオフし、特にスイッチオンもする、請求項７に記載の方法。
9. 前記バイアス電圧発生器（５）によって、前記ＨＦ電力増幅器（３）のトランジスタ用のバイアス電圧を生成する、請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記バイアス電圧を、温度に依存して生成する、請求項９に記載の方法。

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