JPH02206905A - 線形増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 電力効率の良い線形増幅器に関し。

線形増幅器の電力効率を改善することを目的とし。

入力信号を増幅するトランジスタと、入力信号の振幅に
相応した値を検出する振幅検出器と、トランジスタの制
御電極のバイアス電圧を変化させるバイアス回路と、入
力信号をトランジスタ入力側において減衰させる減衰回
路と、振幅検出器で検出された振幅相応値に応じてバイ
アス回路のバイアス電圧および減衰回路の減衰量を制御
する制御回路とを具備してなる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電力効率の良い線形増幅器に関する。

例えば無線通信装置においては、無線機の電力は送信回
路最終段の増幅器の電力の占める割合がノきく、従って
この増幅器の電力効率の改善が必要とされている。特に
携帯無線機においては、ノイッテリー容量が小さいので
、増幅器の消費電力を低く抑えることが必要である。

〔従来の技術〕

従来の無線機の最終段増幅器の一構成例が第８図に示さ
れる。図示の如く、入力端子１に入力された入力信号Ｐ
ｉｎは、整合回路網３を介して電界効果トランジスタ（
ＦＥＴ）４のゲートＧに入力される。この電界効果トラ
ンジスタ４のゲートＧにはバイアス用のゲート電圧Ｖｇ
が印加され、またドレインＤにはドレイン電圧Ｖｄがそ
れぞれ印加されている。

電界効果トランジスタ４で増幅された出力信号Ｐｏｕｔ
は整合回路網５を介して出力端子１３から出力される。

この増幅器はゲート電圧Ｖｇによるバイアス値を変化さ
せることによって、Ａ級動作、Ｂ緩動作。

Ｃ級動作等を任意に選択して増幅を行うことが可能であ
る。

線形増幅器の入出力特性は第９図に示されるようなもの
となり、またＣ級動作させた時の増幅器の入出力特性は
第１Ｏ図に示されるようなものとなる。第９図において
、ＰＷは入力電力対出力電力特性、ＰＨは入力電力対位
相特性であり、第１０図において、ＰＷ（Ｃ１は入力電
力対出力電力特性。

Ｐ　Ｈ（Ｃ）は入力電力対位相特性である。

〔発明が解決しようとする課題〕

線形増幅器は、第９図図示の如く、入力電力に対してリ
ニアに出力電力が得られ、また位相回転も一定である。

このため、ＰＳＫ　（位相変調）方式あるいはＱＡＭ　
（直交振幅変調）方式などの線形変調方式の無線機には
適した増幅器であるが。

一般にＡ級動作する線形増幅機は、電力効率が悪く、最
大効率であっても５０％である。

これに対して、Ｃ級動作する非線形増幅器は最大効率は
１００％と良いが、この増幅器は第１０図に示されるよ
うに、ピンチオフ電圧以上の入力電力にならないと出力
電力は得られず、またその特性も急峻なものとなり、非
線形特性を有するので、上述の線形変調方式の無線機に
は通用することは難しい。

したがって本発明の目的は、電力効率が良くかつ線形性
もよい増幅器を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明に係る原理説明図である。

本発明に係る線形増幅器は、入力信号を増幅するトラン
ジスタ２１と、入力信号の振幅に相応した値を検出する
振幅検出器２２と、トランジスタ２１の制御電極のバイ
アス電圧を変化させるバイアス回路２３と、入力信号を
トランジスタ入力側において減衰させる減衰回路２４と
、振幅検出器２２で検出された振幅相応値に応じてバイ
アス回路２３のバイアス電圧および減衰回路の減衰量を
制御する制御回路２５とを具備してなる。

〔作用〕

入力信号の振幅値を振幅検出器２２で検出し。

その振幅値に応じて、制御回路２５の制御下に。

バイアス回路２３でトランジスタ２１の制御電極バイア
ス電圧を入力電力に応じた最も効率の良いものに変化さ
せる。さらに振幅入出力特性が直線になるように、減衰
回路２４でトランジスタ２１への入力信号レベルを変化
させる。これにより増幅器の入出力特性の直線性を維持
しつつ電力効率を改善できる。

〔実施例〕

以下１図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図には２本発明の一実施例としての線形増幅器が示
される。この線形増幅器はＱＰＳＫ方式無線機の最終段
増幅器として用いられているものであり、入力信号Ｐｉ
ｎとしてはＱＰＳＫ等の線形変調波が入力されている。

この入力信号Ｐｉｎはデータ値に応じてその検波信号の
包路線が変化している。

入力信号Ｐｉｎは、移相器２．減衰器１２．整合回路網
３を順次に介して電界効果トランジスタ４のゲートＧに
入力されると共に１分岐回路１０で一部分岐されて振幅
検出器６にも入力される。電界効果トランジスタ４のド
レインＤは整合回路網５を介して出力端子１３に接続さ
れる。このゲートＧにはバイアス回路８からゲート電圧
Ｖｇが。

ゲート・ソース間バイアス電圧Ｖｇｓとして印加される
。またドレインＤにはインダクタ９を介して一定のドレ
イン電圧Ｖｄが印加される。

振幅検出器６は入力信号Ｐｉｎを検波してその包路線の
振幅値を検出する回路であり、その検出された振幅値は
制御回路７に送られる。制御回路７はこの振幅値に応じ
て移相器２．減衰器１２．およびバイアス回路８にそれ
ぞれ制御信号を出力し。

それにより移相器２の移相量、減衰器１２の減衰、量、
バイアス回路８の印加バイアス電圧Ｖｇ（ゲト電圧）の
値を変える。

移相器２は制御回路７からの位相制御信号に応じて入力
信号Ｐｉｎの位相を可変制御する回路であり、この位相
回転量が大きい場合には無限移相器（Ｅ　Ｐ　Ｓ　：　
Ｅｎｄｌｅｓｓ　Ｐｈａｓｅ　５ｉｆｔｅｒ）を用いる
ことが有効である。

減衰ＳＩ２は入力信号Ｐｉｎのレベルを、　１ｌｉｌｉ
ｌ＠回路７からの減衰制御信号に応じて所望の大きさに
減衰する回路である。またバイアス回路８は同じく制御
回路７からのバイアス御信号に応して印加バイアス電圧
ＶｇＯ値を可変制御する回路である。

第３図には制御回路７の詳細な構成例が示される。図示
の如く、振幅検出器６からの振幅値をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換器７１と、Ａ／Ｄ変器７１出力の振幅値をアド
レスとしてバイアス制御用のデータテーブルを読み出す
ＲＯＭ７２と、ＲＯＭ７２の読出しデータをＤ／Ａ変換
してバイアス回路８にバイアス制御信号として出力する
Ｄ／Ａ変換器７３と、Ａ／Ｄ変換器７１出力の振幅値を
アドレスとして位相制御用のデータテーブルを読み出す
ＲＯＭ７４と、ＲＯＭ７４の読出しデータをＤ／Ａ変換
して移相器２に位相制御信号として出力するＤ／Ａ変換
器７５と、Ａ／Ｄ変換器７１出力の振幅値をアドレスと
して信号減衰制御用のデータテーブルを読み出すＲＯＭ
？’６と、ＲＯＭ７６の読出しデータをＤ／Ａ変換して
減衰５１２に減衰制御信号として出力するＤ／Ａ変換器
７７とを含み構成される。

上述の実施例装置の動作が以下に説明される。

電界効果トランジスタ４はゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ
を変えると、その入出力特性が変わる。第４図はゲート
・ソース間電圧Ｖｇｓをパラメータとして変化させた時
の電界効果トランジスタ４の入出力特性を示す図であり
、ゲート・ソース間電圧■ｇｓをＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ　〔Ｖ
）と変化させた場合の各入出力特性が示される０図示の
如く、電界効果トランジスタ４はゲート・ソース間電圧
Ｖｇｓを変えると動作点が変わり、入出力特性が変化す
る。

この図からも明らかなように、電力効率の観点、からは
、入力信号Ｐｉｎが小さい場合には、電力効率は下がる
がゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを浅くΔ（Ｖ）に設定し
て線形増幅を行う必要がある。

方、入力信号Ｐｉｎが大きい場合にはゲート・ソース間
電圧ＶｇＳを深＜Ｄ（Ｖ）に設定し、Ｃ級動作させて電
力効率を向上させるとよい。

このように、入力電力の小さい時はゲート・ソース間電
圧Ｖｇｓを浅＜シ、入力電力の大きい時には深＜シ、そ
れにより入力電力に応した最も効率のよいゲート・ソー
ス間電圧Ｖｇｓを与えれば、増幅器の電力効率は全体と
して改善される。

この場合、単にゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを可変制御
するのみでは、振幅入出力特性の直線性を実現すること
ができない。例えば第４図において。

特性ＬＮを理想的な直線特性とすると、各ゲート・ソー
ス間電圧Ｂ、Ｃ，Ｄにおける入出力特性はこれから大き
く外れている。

そこでゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを入出力電力に応じ
て可変制御しつつ、それに対応させて電界効果トランジ
スタ４に入力される信号のレベルを適当に減衰させると
、直線特性ＬＮ’を合成して実現することが可能である
０例えば、第４図において、ゲート・ソース間電圧Ｖｇ
ｓをＡ　（Ｖ）とし。

入力信号ＰｉｎがＰｌであるとすると、このＰｌをＰ２
に減衰させれば、実質上、特性ＬＮ’にのって入出力さ
れているものと見なすことができる。

このように入力電力に対して効率のよいゲート・ソース
間電圧Ｖｇｓをバイアス回路８によって与え、さらに振
幅入出力特性が直線となろうに電界効果トランジスタへ
の入力信号レベルを減衰器１２で制御すれば、その結果
の入出力特性は、第６図に示されるような線形増幅器と
同じものになる。

なお、このようにゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを可変さ
せると、第５図に示されるように２位相入出力特性が変
動する。よってその場合には位相特性も直線となるよう
に入力信号の位相を制御する必要がある。

実施例装置は上述の処理を行うものである。すなわち入
力信号Ｐｉｎの包絡線の振幅値を振幅検出器６で検出し
２その振幅値を制御回路７に送る。

制御回路７では、振幅値をアドレス入力として用いてＲ
ＯＭ７２，７４．７６からそれぞれバアイス制御値２位
相制御値、減衰制御値を読み出す。

ＲＯＭ７２には入力信号Ｐｉｎの各振幅値について、最
も効率のよい電界効果トランジスタ４のゲート・ソース
間電圧ＶｇＳがデータテーブルとして格納されている。

またＲＯＭ７４には振幅入出力特性が直線となるような
入力信号Ｐｉｎに対する減衰量がデータテーブルとして
格納されている。さらにＲＯＭ７６には、ゲート・ソー
ス間電圧Ｖｇｓの変化による位相入出力特性の変化を補
正するための入力信号Ｐｉｎの移相量がデータテーブル
として格納されている。

ＲＯＭ７２．７４．７６から読み出されたバイアス制御
値２位相制御値、減衰制御値はそれぞれバイアス回路８
．移相器２．減衰器１２に送られる。それによりバイア
ス回路８は電界効果トランジスタ４に印加するゲート電
圧Ｖｇを入力信号Ｐｉｎの振幅値に対して最も良い効率
が得られるように変化させる。また減衰器１２はこのゲ
ート電圧ｖｇおよび入力振幅の変化に対して直線の振幅
入出力特性を実現するように入力信号Ｐｉｎのレベルを
減衰させる。さらに移相器２は位相入出力特性が直線と
なるように入力信号Ｐｉｎの位相を回転させる。

なおこの実施例装置は、入力信号の検波包路線の振幅に
応じて増幅器の特性を制御するものであるから、高周波
搬送波に変調した無線波を増幅することに通している。

本発明の実施にあたっては種々の変形形態が可能である
。かかる変形例の一つが第７図に示される。この変形例
装置においては、前述の実施例にお）する移相器２の代
わりに電界効果トランジスタ４の出力側にリアクタンス
回路１１を設け、このリアクタンス回路１１のリアクタ
ンス値を、制御回路７からの制御信号によって、出力信
号Ｐｏｕｔの位相回転を補正するような値に可変制御し
ている。

上述の実施例では、何れも入力信号Ｐｉｎの振幅値を検
出し、その検出振幅値に応じてゲート・ソース間電圧Ｖ
ｇｓ等を可変制御しているが、これに限らず、電界効果
トランジスタ４の出力側の出力信号Ｐｏｕｔの振幅を検
出し、それに応じてこれらゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ
等の値を可変制御するものであってもよい。

さらに、上述の実施例における移相器２．リアクタンス
回路１１等の位相調整手段は必ずしも必要なものではな
く、ゲート・ソース間電圧ＶｇＳ等の変化にもかかわら
ず位相特性の変化が少ない電界効果トランジスタの場合
には、これを省略することができる。

また増幅素子としては、上述の電界効果トランジスタに
限らず、他の増幅素子、たとえばバイポーラトランジス
タ等を用いることも可能である。

また制御回路としても上述の構成例のものに限られるも
のではなく１例えばマイクロプロセフすを用いてソフト
ウェア的に制御を行う回路であってもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電力効率が良く、かつ線形性もよい増
幅器を実現することができ、かかる増幅器を用いた装置
の低消費電力化、小型化を図ることができるようになる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原理説明図。 第２図は本発明の一実施例としての線形増幅器を示すブ
ロック図。 第３図は実施例装置における制御回路の構成例を示すブ
ロック図。 第４図は実施例装置の動作を説明するための入出力電力
特性図 第５図は実施例装置の動作を説明するための位相入出力
特性図。 第６図は実施例装置による入出力特性図。 第７図は本発明の変形例としての高効率型線形増幅器を
示すブロック図。 第８図は従来例の線形増幅器を示すブロック図。 第９図は線形増幅器の入出力特性を示す図、および。 第１０図はＣ級動作の増幅器の入出力特性を示す図であ
る。 図において。 １−ｍ−入力端子 ２−移相器 ３．５−ｍ−整合回路網 ４−電界効果トランジスタ ロー振幅検出器 ７　セ制御回路 ８−バイアス回路 ９−・インダクタンス １０−一分岐回路 １１−　リアクタンス回路 １２−減衰器 １３−出力端子 ７１−Ａ　／　Ｄ変換器 ７２．７４．７６−ＲＯＭ ？　３．　７５．　７７−Ｄ／Ａ変換器Ｉ１１卸回路の
１１成／１列 第３図 第４図 本発日月 の 麦　チ計２　イタ１１ 第 ７図 ｄ Ｉ芝 米 イタ１１ 第 ８図 入力間ｎ （ｄａｍ） 入力電力 （ｄａｍ） 第６図 入７７電力 （ｄＢｍｌ 線形増幅券の入以力竹・庄 第９図 入ｊ１電力 （ｄＢｍｌ ＣＡ艮ｔＪｙ４午の増幅泰の入減力特・庄第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力信号を増幅するトランジスタ（２１）と、 該入力信号の振幅に相応した値を検出する振幅検出器（
   ２２）と、 該トランジスタ（２１）の制御電極のバイアス電圧を変
   化させるバイアス回路（２３）と、該入力信号を該トラ
   ンジスタ入力側において減衰させる減衰回路（２４）と
   、 該振幅検出器（２２）で検出された振幅相応値に応じて
   該バイアス回路（２３）のバイアス電圧および該減衰回
   路の減衰量を制御する制御回路（２５）と を具備してなる線形増幅器。 ２、入力信号の位相を該トランジスタの入力側または出
   力側において変化させる位相可変回路を更に備え、この
   位相可変回路の位相変化量は、振幅検出器で検出された
   振幅相応値に応じて制御回路によって制御されるように
   構成された請求項１記載の線形増幅器。