JP5450479B2 - Ab級増幅器 - Google Patents
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Description
Idc=Imax・{sin(θo/2)−θo/2・cos(θo/2)}/[π・{1−cos(θo/2)}]
で表され、θo=0の時はIdc=0で、θo=πの時はIdc=Imax/πになり、θo=2・πの時はIdc=Imax/2になる。
I1=Imax・{θo/2−sin(θo)/2}/[π・{1−cos(θo/2)}]
で表され、θo=0の時はI1=0で、θo=πの時はI1=Imax/2になり、θo=2・πの時はI1=Imax/2になる。
I2=Imax・{sin(θo/2)/2−sin(1.5・θo)/6}/[π・{1−cos(θo/2)}]
で表され、θo=0の時はI2=0で、θo=0.667・πの時に最大のI3=0.276・Imaxになり、θo=πの時はI2= 0.212・Imaxになり、θo=2・πの時はI2=0になる。
Irms=Imax・[θo/2−3・cos(θo/2)・sin(θo/2)+θo・{cos(θo/2)}2]0.5
/[(2・π)0.5・{1−cos(θo/2)}]
で表され、θo=0の時はIrms=0で、θo=πの時はIrms=Imax/2になり、θo=2・πの時はIrms=0.612・Imaxになる。
Vds =Vdc−[I1・{R1・cos(θ)−X1・sin(θ)}+I2・{R2・cos(2・θ)−X2・sin(2・θ)}]
で表され、Vdcで規格化して前記I1、I2を代入し、R2 =0とすると
Vds/Vdc =1− [{θo/2−sin(θo)/2}・{R1・cos(θ)−X1・sin(θ)}
−{sin(θo/2)/2−sin(1.5・θo)/6}・X2・sin(2・θ)]・Imax/Vdc/[π・{1−cos(θo/2)}]…(1)
となる。
Vds/Vdc={1−cos(θ)}・{1−β・sin(θ)}
と表されて
−1≦β≦+1
ならば、Vdsは1周期に1回か2回はVds=0となり、Vds≧0の範囲で変化する。
Vds/Vdc=1−cos(θ)−β・sin(θ)+β/2・sin(2・θ) …(2)
となるので、式(1)と式(2)を比較すると
1={θo/2−sin(θo)/2}・R1・Imax/Vdc/[π・{1−cos(θo/2)}] …(3)
β=−{θo/2−sin(θo)/2}・X1・Imax/Vdc/[π・{1−cos(θo/2)}] …(4)
β={sin(θo/2)−sin(1.5・θo)/3}・X2・Imax/Vdc/[π・{1−cos(θo/2)}] …(5)
となり、式(3)から
R1= Vdc/Imax・π・{1−cos(θo/2)}/{θo/2−sin(θo)/2}
式(3)と式(4)から
−R1≦X1≦R1
式(4)と式(5)から
X2/X1=−{θo/2−sin(θo)/2}/{sin(θo/2)−sin(1.5・θo)/3}
となる。θo=0の時はR1=∞、X2/X1=−0.5になり、θo=πの時はR1=2・Vdc/Imax、X2/X1=−3・π/8=−1.18になり、θo=2・πの時はR1=2・Vdc/Imax、X2/X1=−∞になる。
Pdc=Vdc・Idc=Vdc・Imax・{sin(θo/2)−θo/2・cos(θo/2)}/[π・{1−cos(θo/2)}]
で表され、θo=0の時はPdc=0、θo=πの時はPdc=Vdc・Imax/πになり、θo=2・πの時はPdc→Vdc・Imax/2になる。
Po=0.5・R1・I12=0.25・Vdc・Imax・{θo−sin(θo)}/[π・{1−cos(θo/2)}]
で表され、θo=0の時はPo=0、θo=πの時はPo=Vdc・Imax/4になり、θo=2・πの時はPo= Vdc・Imax/4になる。
ηd=Po/Pdc=0.25・{θo−sin(θo)}/{sin(θo/2)−θo/2・cos(θo/2)}
で表され、θo=0の時はηd=1=100%、θo=πの時はηd=π/4=78.5%、θo=2・πの時はηd=1/2=50%になる。
Pron=Ron・Irms2
=Ron・Imax2・[θo/2−3・cos(θo/2)・sin(θo/2)+θo・{cos(θo/2)}2]/[2・π・{1−cos(θo/2)}2]
で表され、θo=0の時はPron=0、θo=πの時はPron=Ron・Imax2/4になり、θo=2・πの時はPron=Ron・Imax2・3/8になる。
Lo=Pron/Po=Ron・Imax/Vdc・[θo/2−3・cos(θo/2)・sin(θo/2)+θo・{cos(θo/2)}2]
/[{θo/2−sin(θo)/2}・{1−cos(θo/2)}]
で表され、θo=0の時はLo=Ron・Imax/ Vdc・4/5、θo=πの時はLo=Ron・Imax/ Vdcになり、θo=2・πの時はLo=Ron・Imax/Vdc・3/2になる。
とすると、a・ωoとc・ωoで短絡、DCとb・ωoとd・ωoで開放になる。このYpは以下の3種類の回路で実現できる。すなわち、実施の形態に係るAB級増幅器において、高調波処理集中定数回路20の一実施例を説明する模式的回路構成は、図12〜図14に示すように表すことができる。
となる。すなわち、高調波処理集中定数回路20は、図12に示すように、インダクタL1p・キャパシタC1pからなる第1直列回路と、インダクタL2p・キャパシタC2pからなる第2直列回路との並列回路で構成される。
となる。すなわち、高調波処理集中定数回路20は、図13に示すように、インダクタL1s・キャパシタC1sからなる直列回路と、インダクタL2s・キャパシタC2sからなる並列回路との直列回路で構成される。
となる。すなわち、高調波処理集中定数回路20は、図14に示すように、直列インダクタL1l、並列キャパシタC1l、直列インダクタL2l、並列キャパシタC2lからなる梯子型回路で構成される。
本実施の形態によれば、流通角θoがπ(rad)を超えるAB級動作の基本波と2倍波の負荷インピーダンスをθoの関数とすることにより、広い帯域に亘って高線形性で高効率なAB級増幅器を提供することができる。
実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
16…セラミック壁
20…高調波処理集中定数回路
22…絶縁層
24、24a、24b、108…半導体装置(FET)
26…入力側整合回路基板
28…出力側整合回路基板
30…高調波処理回路
40…インピーダンス変換回路
50、50a、50b…高調波処理回路部
60…キャパシタ用基板
100…信号源
102…入力側整合回路
104…出力側整合回路
106…負荷
200…外囲器
Pin…入力端子
Pout…出力端子
G…ゲート端子電極
S…ソース端子電極
D、D1a、D2a、…、D8a、D1b、D2b、…、D8b…ドレイン端子電極
θo…流通角
ηd…ドレイン効率
Po…最大出力電力
Vds…ドレイン−ソース間電圧
Vdc…電源電圧
Ids…従属電流源の電流
Idc…電源電流
Imax…最大電流
Z1(=R1+j・X1)…基本波の負荷インピーダンス
Z2(=R2+j・X2)…2倍波の負荷インピーダンス
Claims (9)
- 電源電圧がVdc、最大電流がImaxの増幅素子の流通角θoがπ(rad)を超えて2・π(rad)未満のAB増幅器において、前記増幅素子の等価回路の従属電流源から見た基本波の負荷インピーダンスをZ1=R1+j・X1、2倍波の負荷インピーダンスをZ2=R2+j・X2とし、X1とR1の関係を−R1≦X1≦R1、R1をR1=Vdc/Imax・π・{1−cos(θo/2)}/{θo/2−sin(θo)/2}、X2/X1をX2/X1=−{θo/2−sin(θo)/2}/{sin(θo/2)−sin(1.5・θo)/3}に、あるいはそれぞれの近傍にして、
R2<1/3・R1とすることを特徴とするAB級増幅器。 - 前記増幅素子に接続された出力側整合回路は、分布定数回路を備えることを特徴とする請求項1に記載のAB級増幅器。
- 前記増幅素子に接続された出力側整合回路は、集中定数回路および分布定数回路を備えることを特徴とする請求項1に記載のAB級増幅器。
- 前記増幅素子に接続された出力側整合回路は、高調波処理集中定数回路とインピーダンス変換回路とを備えることを特徴とする請求項1に記載のAB級増幅器。
- 前記高調波処理集中定数回路と前記増幅素子の出力容量との並列回路からなるリアクタンス回路を備えることを特徴とする請求項4に記載のAB級増幅器。
- 前記高調波処理集中定数回路は、第1インダクタおよび第1キャパシタからなる第1直列回路と、第2インダクタおよび第2キャパシタからなる第2直列回路との並列回路であることを特徴とする請求項5に記載のAB級増幅器。
- 前記高調波処理集中定数回路は、第3インダクタおよび第3キャパシタからなる直列回路と、第4インダクタおよび第4キャパシタからなる並列回路との直列回路であることを特徴とする請求項5に記載のAB級増幅器。
- 前記高調波処理集中定数回路は、直列接続される第5インダクタ、並列接続される第5キャパシタ、直列接続される第6インダクタ、並列接続される第6キャパシタからなる梯子型回路を備えることを特徴とする請求項5に記載のAB級増幅器。
- 前記増幅素子は、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、高電子移動度トランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、真空管のいずれかであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のAB級増幅器。
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