JPH03228409A - 高周波電力増幅器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高周波電力増幅器に関し、特にテレビジョン送
信機等の高電力直線高周波電力増幅に用いられる高周波
電力増幅器に関する。

〔従来の技術〕

近年、高電力用半導体素子とその利用技術の発達により
、バイポーラトランジスタあるいは電界効果トランジス
タ等の半導体素子がテレビジョン送信機等に広く用いら
れるようになってきている。

テレビジョン送信機等高ダイナミックレンジの映像信号
を扱う高周波電力増幅器は、直線性と高電力の双方の特
性を要求される。そのなめ、バイポーラトランジスタあ
るいは電界効果トランジスタいずれの半導体素子を用い
た場合も、その動作バイアス点はＡＢ級とするのが一般
的である。

また、このような高出力送信機は、送信機を並列動作で
使用するシステム等で、出力電力を、たとえば、２段階
に可変するということがしばしば要求される。この場合
、電力増幅器の出力を可変する方法としては、簡便性、
信頼性、総合効率等の観点から、電源電圧を可変するこ
とが通常行なわれる。

したがって、高周波電力増幅器としては、電源電圧を可
変することにより、出力のみが変化し、他のパラメータ
、たとえば、直線性等は変化しないことが要求されてい
た。

従来の高周波電力増幅器の回路の一例を第３図に示す。

第３図を参照すると、従来の高周波電力増幅器は、バイ
アス回路１と電力増幅部２から構成されていた。

バイアス回路１は、電力増幅部２の電界効果トランジス
タＱ２１に安定なバイアス電圧を供給するための、電圧
制御集積回路ＩＣ１とその関連のコンデンサＣ１、抵抗
器Ｒ１〜Ｒ６およびサーミスタＲ７からなる定電圧レギ
ュレータ回路１１と、定電圧ダイオードＤ１と、コンデ
ンサＣ２゜Ｃ３，抵抗器Ｒ８〜Ｒ１０，ダイオードＤ２
．定電圧ダイオードＤ３．Ｄ４からなるバイアス出力回
路１２から構成されていた。

電力増幅部２は、コンデンサＣ２１と整合回路Ｅ２１．
Ｅ２２と電界効果トランジスタＱ２１および高周波チョ
ークコイルＬ２１．Ｌ２２がら構成されていた。

次に、第３図に示した従来の高周波電力増幅器の動作に
ついて説明する。

入力端子ＴＩから印加される高周波電力は、入力側の整
合回路Ｅ２１によりインピーダンス整合がとられ、電界
効県トランジスタＱ２１によって電力増幅される。電界
効果トランジスタＱ２１の出力は、出力側の整合回路Ｅ
２２によりインピーンス整合がとられ、出力端子Ｔ。よ
り出力される。電源端子ＴＤより電源が供給され高周波
チョクコイルＬ２２を経て電界効果トランジスタＱ２１
のドレインに印加される。また、バイアス回路１からの
バイアス電圧は、高周波チョークコイルＬ２１を経て、
電界効果トランジスタＱ　２１のゲートに印加される。

バイアス回路１の定電圧レギュレータ回路１１において
は、電源端子ＴＤよりの電源電圧を、抵抗器Ｒ１と定電
圧ダイオードＤ１により、電圧制御集積回路ＩＣＩに供
給するため動作に適した電圧まで降下させる。

定電圧レギュレータ回＆！８１１の機能は、電界効果ト
ランジスタ２１のバイアス電圧を安定に保つためのもの
である。

さらに、定電圧レギュレータ回路１１の重要な機能は、
周囲温度の変化による電界効果トランジスタ２１のバイ
アス点の変化を補償することである。

代表的な縦型構造の電界効果トランジスタの場合、ゲー
ト遮断電圧は−４〜−５ｍＶ／”Ｃの温度特性を有する
。これを補償するため、温度検出素子としてサーミスタ
Ｒ７を用い、電界効果トランジスタＱ２１に印加される
バイアス電圧が、常にＡＢ級の動作点を保持するようバ
イアス電圧を制御する。

第４図に、電圧制御集積回路ＩＣＩの一例を示す。

電圧制御集積回路ＩＣＩは、２個の演算増幅器Ｑｌｌ、
Ｑ１２と、２個のトランジスタＱ１３゜Ｑ１４と、定電
流源Ｑ１５と、２個の定電圧ダイオードＤｌｌ、Ｄ１２
から構成される。端子Ｔ２は電流制限端子、端子Ｔ３は
電流出力端子、端子Ｔ４は逆相入力端子、端子Ｔ５は正
相入力端子、端子Ｔ６は基準電圧端子、端子Ｔ７は負電
源端子、端子ＴＩＯ，Ｔｌ　１．Ｔ１２は正電源端子、
端子Ｔ１３は周波数特性補正端子である。この種の電圧
制御集積回路は周知のものであるとともに広く使われて
いるので、動作の詳細は冗長を避けるため省略する。

前述のサーミスタＲ７が抵抗器Ｒ６と直列接続され、可
変抵抗器Ｒ５と分圧回路を構成している。分圧回路の出
力であるＲ６とＲ５との接続点は、電圧制御集積回路１
１の正相入力端子１゛５に接続されているので、周囲温
度が上昇すると、サミスタＲ７の抵抗値が低下し、分圧
回路の分割比が低下し、Ｔ５の入力電圧が低下する。し
たがって、電圧制御集積回路■Ｃ１の出力端子Ｔ３の出
力電圧が降下し、前述の電界効果トランジスタＱ２１の
ゲート遮断電圧の低下に対応するようバイアス電圧を降
下させることになるものであった。可変抵抗器Ｒ５は、
温度補償の係数設定用であった。

バイアス出力回路１２の可変抵抗器Ｒ８は、電界効果ト
ランジスタＱ２１のバイアス電圧設定用であった。ダイ
オードＤ２．定電圧ダイオードＤ３、Ｄ４．抵抗器Ｒ９
，ＲＩＯ，コンデンサＣ２、Ｃ３から構成される回路は
、電界効果トランジスタＱ２１のゲート保護用のサージ
吸収回路であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の高周波電力増幅器は、回路設計を、標準
とする１つの電圧値で実施し、電源電圧を可変して出力
を可変する場合の特性の変化に対する考慮はされていな
かった。

電界効果トランジスタは、一定のゲート・ラス間電圧を
保持した状態でドレイン・ソース間電圧ＶＤＳを変化さ
せると、一般に、トレイン電流は正方向に変化する。し
たがって、バイアス電圧はそのままで、ドレイン電圧の
みを変えて出力を可変する従来の高周波電力増幅器では
、設計した標準の電圧値と異なる電圧値で動作する場合
、ＡＢ級動作のバイアス電圧によるアイドル電流が変化
する。

一般的には、電源電圧を低下した場合、アイドル電流も
減少するので、入力信号が低レベルのとき歪が増加する
。その結果、高周波電力増幅器の入出力特性は、電源電
圧を低下した場合、直線性が劣化するという欠点があっ
た。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の高周波電力増幅器は、半導体素子により構成さ
れるＡＢ級高周波電力増幅器において、可変される電源
電圧に対応する電源電圧検出手段と前記電源電圧検出手
段の出力によりバイアス電圧を増減するバイアス電圧調
整手段を備えるものである。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の第一の実施例を示す回路図である。

第１図において、高周波電力増幅器は、バイアス回路１
と電力増幅部２から構成されている。

バイアス回路１は、前述の従来例と同様の、電力増幅部
２の電界効果トランジスタ２１に安定なバイアス電圧を
供給するための定電圧レギュレータ回路１１と、バイア
ス出力回路１２に、さらに、電圧検出回路１３が加えら
れている。

電圧検出回路１３は、トランジスタＱ１と、定電圧ダイ
オードＤ５と抵抗器Ｒ１１〜Ｒ１４とからなる。Ｑｌの
コレクタには、従来例では接地されていた定電圧レギュ
レータ回路１１のサーミスタＲ７が接続されている。

電力増幅部２は、コンデンサＣ２１と整合回路Ｅ２１．
Ｅ２２と電界効果トランジスタＱ２１および高周波チョ
ークコイルＬ２１．Ｌ２２から構成されており、前述の
従来の技術の例と同様である。

次に、本実施例の動作について説明する。

ここで、従来例と同様の構成部分、すなわち、バイアス
回路１の定電圧レギュレータ回路１１とその周辺回路、
バイアス出力回路、および電力増幅部１の動作について
は、従来の技術の列で示したものと共通であり、説明が
重複するのでここでは省略する。

したがって、電圧検出回路１３の動作について重点的に
説明をする。

トランジスタＱ１のベースは、抵抗器Ｒ１２Ｒ１３，Ｒ
１４と定電圧ダイオードＤ５からなる分圧回路に接続さ
れ、分圧回路の電源側であるＲ１４を経て電源電圧が分
圧されて印加されている。このとき、電源電圧が十分高
くて、Ｒ１３とＲ１４の接続点、すなわち、Ｄ５の入力
側において、Ｄ５のしきい値電圧を越え、さらに、トラ
ンジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧的０．６Ｖを保
持できる場合、トランジスタＱ１はオンすなわち、導通
状態となる。前述の通り、Ｑｌのコレクタには、定電圧
レギュレータ回路１１のサーミスタＲ７が接続されてお
り、これは、Ｑｌを経て接地されることになる。したが
って、この場合、バイアス電圧に関しては従来の例と全
く同様の条件とみなしうる。

次に、電源電圧を降下し、分圧回路の電圧が低下して、
定電圧ダイオードＤ５のしきい値電圧以下となる場合は
、トランジスタＱ１はオフ、すなわち非導通状態となる
。したがって、定電圧レギュレータ回路１１のサーミス
タＲ７の接地側には、可変抵抗器Ｒ１１が直列に挿入さ
れることになる。すると、定電圧レギュレータ回路１１
の電圧制御集積図１ｉＩ８Ｉｃ１の基準電圧端子Ｔ６を
分圧しているＲ５．Ｒ６，Ｒ７からなる分圧回路の分圧
比は、Ｒ１１が加わった分だけ増加し、したがって、電
圧制御集積回路ＩＣＩの正相入力端子Ｔ５の入力電圧を
上昇させる。結果として、電力増幅部２の電界効果トラ
ンジスタ２１のゲート印加されるバイアス電圧を上昇さ
せることになる。

この上昇率は、可変抵抗器Ｒ１１により任意に設定でき
る。

以上説明したトランジスタＱ１のオン・オフ電圧の設定
は、抵抗器Ｒ１３とＲ１４の比を選ぶことにより任意に
できる。

以上のようにして、出力の変更を電源電圧を可変して行
なう高周波電力増幅器において、標準の高電圧による高
出力動作の場合は、トランジスタＱ１がオンとなり、電
源電圧を降下した低出力動作の場合は、Ｑｌをオフとす
るよう設定することにより、いずれの動作においても、
常に最適なバイアス電圧を印加することができ、直線性
の優れた高周波電力増幅器が得られる。

次に、本発明の第二の実施例について説明する。

第２図は、本発明の第二の実施例を示す回路図である。

本発明の第二の実施例は、第２図に示すように、バイア
ス回路１１の電圧検出回路１３の構成を、第１図の第一
の実施例におけるトランジスタＱ１の１段の代りにトラ
ンジスタＱｌ、Ｑ２の２段としたことである。さらに、
定電圧レギュレタ回路１１のサーミスタＲ７は、Ｑｌの
コレクタに接続する代りに直接接地され、同時に、Ｑｌ
のコレクタは、Ｒ３，Ｒ４からなる分圧回路の接地側に
接続され定電圧レギュレータ回路１１の電圧制御集積回
路ＩＣＩの逆相入力端子Ｔ４にその出力が印加されるよ
うになっている。

この結果、トランジスタＱ２は、第一の実施例のＱｌと
同様にオフ・オンされ、トランジスタＱ１のオン・オフ
動作は、トランジスタＱ２のオフ・オンにより制御され
る。これは、第一の実施例と逆相となるが、Ｑｌの出力
は電圧制御集積回路ＩＣＩの逆相端子Ｔ４に入力される
ので、結局電源電圧との関係は同一となる。

本実施例では、定電圧レギュレータ回路１１のサーミス
タＲ７が直接接地できるので、電力増幅部の電界効果ト
ランジスタの近傍に配置することが容易となり、より正
確な温度検出ができる。

また、電圧検出回路のトランジスタを２段とすることに
より、検出感度も向上する。

以上、第一および第二の実施例では、電力増幅部２１の
高周波電力増幅用トランジスタは、電界効果トランジス
タを用いるものを例として取り上げたが、バイポーラト
ランジスタでも同様に実施できることは勿論である。

また、検出回路もバイポーラトランジスタをを用いるも
の例としたが、ＭＯＳ）ランジスタやそれらの集積回路
によるインバータ回路等、様々な変形が考えられ、これ
らは本発明の主旨を逸脱しない限り適用できることは勿
論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、電源電圧の制御により出
力を可変する高周波電力増幅器の電源電圧の標準値から
の変化を検出し、その検出結果により、高周波電力増幅
用半導体素子の動作点を設定するバイアス電圧を自動的
に最適に制御することができるので、高低いずれの出力
条件においても、直線性が優れた高周波電力増幅器を提
供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す回路図、第２図は
本発明の第二の実施例を示す回路図、第３図は従来の受
信制御回路の一例を示す回路図、第４図は第３図で示し
た回路における電圧制御集積回路の一例を示す回路図で
ある。 １・・・バイアス回路、２・・・電力増幅部、１１・・
・定電圧レギュレータ回路、１２・・・バイアス出力回
路、１３・・・電圧検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体素子により構成されるＡＢ級高周波電力増幅
   器において、電源電圧を検出する電源電圧検出手段と前
   記電源電圧検出手段の出力によりバイアス電圧を増減す
   るバイアス電圧調整手段を備えることを特徴とする高周
   波電力増幅器。 ２、前記半導体素子はバイポーラトランジスタであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の高周波電力増幅器。 ３、前記半導体素子は電界効果トランジスタであること
   を特徴とする請求項１記載の高周波電力増幅器。 ４、前記電圧検出手段は電源に接続された抵抗器を含む
   分圧回路とトランジスタを有するスイッチ回路であるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の高周波電力増幅
   器。 ５、前記バイアス電圧調整手段は予め定めたバイアス電
   圧を供給する定電圧源と、前記電圧検出回路の検出出力
   を受けたとき前記定電圧源の出力電圧を予め定めた極性
   および割合で増減するよう動作する手段からなることを
   特徴とする請求項４記載の高周波電力増幅器。