JPH0622297B2 - ひずみ修正器及びａｂ級増幅器からなる電力増幅器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、ひずみ修正器及びＡＢ級増幅器からなる電力
増幅器に関する。

例えば、画像チャンネル内の非対称スペクトルによる変
調波の増幅及び、ことに同一チャンネル内での音声と画
像の同時増幅には直線増幅器が必要であることは周知で
ある。従って、Ａ級又はＢ級増幅器で使用することが必
要であると思われるが、効率と実現性とを考慮すると、
電力直線増幅をこの方法で得ることは避けたほうがよ
い。従ってこの種の増幅はＡＢ級によって得られる。

現在までに実施されている電力直線増幅は低レベルの信
号のため直線性が劣る。これは後に説明する通り、誤っ
て作りあげられた先入観によるものである。

本発明の要約 本発明は、優れな性能のＡＢ級直線増幅を提供すること
を目的とする。これは上述の先入観と反対の操作を行う
ことによって得られる。

本発明によれば、入力電圧を修正するためのひずみ修正
器と該ひずみ修正器から受容する修正された入力電圧を
増幅するためのＡＢ級増幅器とからなる電力増幅器であ
って、該電力増幅器に印加される低レベルの入力電圧Ｖ
ｅと該電力増幅器から出力される出力電圧Ｖｓとが直線
的関係となるように、前記ひずみ修正器が少なくとも絶
対値において以下の特性、即ち、該ひずみ修正器に印加
される入力電圧Ｖｅ′の関数であって該ひずみ修正器か
ら出力される出力電圧Ｖｓ′が、前記入力電圧Ｖｅ′が
第１の値を超えたときに実質的に一定の比率で該入力電
圧Ｖｅ′の増幅に伴って第２の値から直線的に増加し、
且つ、前記入力電圧Ｖｅ′が零から前記第１の値まで増
加するときに、前記実質的に一定の比率まで該入力電圧
Ｖｅ′の増加に伴って徐々に増大するような比率で前記
出力電圧Ｖｓ′が零から前記第２の値まで増加する特性
を有することを特徴とする電力増幅器が提供される。

具体例 以下の説明は、同一チャンネル上で伝送されるテレビジ
ョンの音声及び画像信号の同時増幅に関連して行うが、
ＡＢ級直線増幅におけるすべての信号について有効であ
る。

第１図は増幅器の特性値Ｉｃ＝ｆ（Ｖｂ）を示す。但し
Ｉｃはトランジスタのコレクタ電流、Ｖｂはこのトラン
ジスタのベース・エミッタ電圧を表す。本図には、増幅
器のＡＢ級作動の特徴であるバイアス電圧Ｖｂ_０に対応
する零入力電流Ｉ_０が示されている。Ｖｂ_０は増幅すべ
き信号の対称軸を形成し、増幅すべき包絡線Ｓが第１図
に示されている。

第２図はＡＢ級増幅器の全体構成図である。この増幅器
は共通エミッタ接続されたＮＰＮパワトランジスタＴを
含んでおり、そのベースと増幅器の入力との間にはイン
ピーダンス整合回路21を、そのコレクタと増幅器の出力
との間にはもうひとつのインピーダンス整合回路を備え
ている。トランジスタのベースは、インダクタンスＬ
１、ポテンショメータＲ及び２個の抵抗器Ｒ１，Ｒ２に
よって形成されるアセンブリを介してバイアスをかけら
れる。インダクタンスＬ１はトランジスタのベースをポ
テンショメータのスライダに接続する。ポテンショメー
タの端末はそれぞれ抵抗器Ｒ１を介してＤＣ電圧源＋Ｖ
に、抵抗器Ｒ２を介してアースに接続される。トランジ
スタのコレクタはインダクタンスＬ２を介してバイアス
をかけられ、このインダクタンスはこのコレクタを電圧
＋Ｖに接続する。トランジスタのエミッタはアースされ
ている。

ポテンショメータＲは、増幅器に入力信号が印加されな
い場合のトランジスタの零入力電流が調整されることを
可能にする。

第３図は第２図の回路の出力電圧Ｖｓが入力電圧Ｖｅの
関数として変化する様子を示しており、トランジスタは
微弱な零入力電流Ｉ_０（第１図参照）によってバイアス
をかけられる。

第２図の増幅器を使用するためには、ポテンショメータ
を調整することが（第２図）、最も明解で容易な解決法
であると思われる。通例では、厳密なバイアス電流値に
対応するポテンショメータの最適位置が存在し、この値
について、音声信号と画像信号との間のビートから生じ
る混変調積及び、減衰帯域を最小にすることができる。
但し、画像信号を観察すれば、これらの最小値は信号の
低いレベルでは満足すべきものでないことが明らかにな
るであろう。

第３図のトランジスタの動作に関する説明において、ゼ
ロ近傍の領域でのカーブを描くためには測定装置上の目
盛を変える必要があるということを無視している。従っ
て、カーブＣｐは、カーブＣ（第１図）とは異なり、Ｖ
ｓが増加する方向に向いている低レベル領域でのくぼみ
が描かれていない。第４図の点線で示したカーブＣｏを
低レベル領域での増幅器の特性と仮定すれば、直線増幅
を得るためには、出力電圧Ｖｓ′の変化が入力電圧Ｖ
ｓ′に関して、第10図に破線で示したカーブＣａの特性
をもつような修正素子を導入すればよいことになる。そ
の証拠として、1983年のN.A.B（全米放送者協会）展示
会で照会された「内部双方向型テレビジョン送信器とし
てのRCA・TTG-10（III）機及び TTG-12H機（The RCA TT
G-10（III）and TTG-12H internally diplexed televis
ion transmitters）」と題するＲＣＡ社の資料の６頁に
は、一方では低レベルについて前記カーウＣａの形式の
修正曲線が、他方では勿論、前記のような低レベルにお
いて、特にＶｓの増加する値の方に向けられるくぼみに
関して修正されるべき増幅器の応答曲線が示されてい
る。しかしながら、経験によれば、トランジスタによる
ＡＢ級増幅器ばかりでなく、真空管によるものについて
も、低レベルでの特性は上記のようなものではないこと
が示されている。即ち、実際には、くぼみは、先ず、Ｖ
ｅの増加する値の方へ向かい、特定の値においてカーブ
はカーブの変曲点を示す。この変曲点を過ぎると、少な
くともＶｅとＶｓが正電圧である限りは、Ｖｓの増加す
る値のほうへ向くようなくぼみが示される。さらに一般
的に云えば、ＶｅやＶｓが負であっても、絶対値を考慮
する限り、以上述べたことは常に成立する。

第４図は第２図に示したＡＢ級増幅器の特性値Ｖｓ＝ｆ
（Ｖｅ）のグラフである。３つのカーブＣ１，Ｃ２，Ｃ
３は、第５図のカーブに示した３つの点１，２，３につ
いてそれぞれ描かれたものである。第５図のカーブはベ
ースバイアスＶｂの関数としてのトランジスタＴのコレ
クタの零入力電流Ｉｃの変化を示している。

第４図では、ゼロ近傍では２つの座標軸に沿って目盛り
が拡大されており、その結果低レベルについてのカーブ
Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３をより明瞭に読取ることができ
る。高レベルについては、カーブはすべて第３図に示し
た形状をもつ。低レベルにおいては、第４図において、
カーブＣ１のゼロ近傍の接線の傾きは、図５のカーブの
点１での接線の傾きに比例する。同様にカーブＣ２，Ｃ
３のゼロ近傍での接線の傾きは、図５の点２，点３での
接線の傾きにそれぞれ比例する。

Ｃ１からＣ３までのカーブはすべて、ゼロ近傍において
Ｖｅの増加する値のほうへ向くくぼみを有するような曲
率をもつが、低レベルでは、カーブＣ２及びＣ３はそれ
ぞれカーブの変曲点をもつ。これらのカーブの変曲点
は、反対の特性を有する必要のある修正器を作るのを困
難にする。従って修正を容易にするためカーブＣ１のタ
イプの応答を選択すること、即ち、くぼみを１個だけ有
するとみなせる応答Ｖｓ＝ｆ（Ｖｅ）を選択することが
好ましい。トランジスタ（又は真空管）からなるＡＢ級
増幅器の零入力電流は従って、カーブＶｓ＝ｆ（Ｖｅ）
が変曲点を持たないようにするために充分大きくする必
要がある。これと反対に、バイアスを複雑に調整するこ
とによってこれらの混合変調積を減らそうとすれば、修
正はいっそう複雑化するであろう。

カーブＣ１〜Ｃ３のタイプ（第４図）ではなく、先入観
に基くカーブＣ０のタイプの増幅器応答を修正しようと
する従来の試みでは、実際の応答がカーブＣ２及びＣ３
のタイプである場合、得られる修正結果が不完全とな
り、更に、実際の応答がカーブＣ１のタイプである場
合、ひずみが一層大きくなる。

無線周波数で動作するＡＢ級増幅器を修正するための修
正器は、実際には、増幅器を含む伝送チェーン内の中間
周波数処理部内に挿入されるが、このためには、修正器
と修正すべき増幅器とが充分な通過帯域幅を持てば充分
である。このことは公知の修正器ばかりではなく、本発
明に係る修正器についても当てはまる。

第６図は周波数変換器付きの伝送チェーンの全体構成図
であって、入力信号の直線増幅を得るために増幅器とひ
ずみ修正器とが結合されている。伝送すべき信号は、ひ
ずみ修正器１を介して、周波数Ｆの周波数変換信号を発
生する周波数変換器２の信号入力に印加される。周波数
変換器２の出力で得られる無線周波数信号はＡＢ級増幅
器３の入力に印加される。後に説明する通り、本発明実
施のために必要とされる先行技術からの技術的変更は簡
単である。

第６図のひずみ修正器１は、少くとも低レベル修正器を
含む。もし、ＡＢ級増幅器が飽和領域近傍で動作する場
合には、高レベル修正用のピーク修正器が低レベル修正
器と直列に配置される。

本発明の１具体例に使用されるピーク修正器を第７図に
示す。このピーク修正器は４個の並列回路から形成さ
れ、そのうちの１つ10は直線的特性を有し、他の３つは
Ｃ級で動作する修正回路である。これら４つの回路は可
変ゲイン及びバイアスをもち、修正の閾値と効率の調節
を可能にする。得られる「入力信号Ｖｅ１に関する出力
信号Ｖｓ１」の特性値を第８図に示す。これはジクザグ
の線Ｃｃを示し、第６図の伝送チェーンの応答を、中間
及び高レベル信号において直線的にするために得るべき
カーブのパターンに近いものである。動作の別にかかわ
りなく直線増幅を得るために使用される公知のひずみ修
正器内には同様のピーク修正器が見られる。

本発明の１具体例内で使用される低レベル修正器を第９
図に示す。その応答曲線Ｖｓ′＝ｆ（Ｖｅ′）を第10図
のカーブＣｉで示す。これは、第10図に破線で示した誤
った先入観のため第６図の伝送チェーンの応答を低レベ
ルにおいて直線状とするために用いられているカーブＣ
ａの逆のカーブである。第９図の低レベル修正器は３つ
の分枝をもち、第１の分枝は所定のクリッピングしきい
値をもつ対称直線増幅器からなる修正回路14を含み、第
２分枝は修正回路14のそれとは異なるクリッピングしき
い値をもつ対称直線増幅器からなる修正回路15を含み、
第３分枝はπ移相器17とこれに直列の直線回路16を含
み、これらは相互に並列接続される。

第10図のカーブＣａは誤った先入観により修正曲線とさ
れているものであるが、これは、３つの回路14〜16の出
力信号をπだけ移相することなしに加算することによっ
て得られる。従って、第９図の構成図は移相器17を取り
除けば従来の誤った先入観による低レベル修正器に相当
する。カーブＣａの逆であるカーブＣｉを得るために
は、３つの回路14〜16の出力信号を加算するのではな
く、回路16の出力信号を修正回路14及び15の出力信号と
の間で減算を行うことが必要である。この減算のために
は、πだけ位相をずらせば充分である。これが第９図に
点線で囲んだ長方形によって示した移相器17の役割であ
る。移相器17を点線で示した目的は２つある。１つは前
記の先入観による低レベル修正器と、この先入観が克服
された低レベル修正器との間の違いを示すためであり、
もう１つは先に述べた減算が必ずしもこの移相器を追加
することによって行われるとは限らないためである。例
えば、前記先入観による低レベル修正器にこの減算機能
を備えるためには、修正回路16に逆転段を接続するか、
修正回路14及び15に直列にπ移相器を付加するか、又は
修正回路14及び15のそれぞれに逆転段を接続することも
可能である。

本発明は上記の具体例のみに限定されない。例えば、ピ
ーク修正器を前記の先入観により形成されたひずみ修正
器ですでに用いられている方法によって形成しても良
い。ひずみ修正器は、第６図の場合では中間周波数で使
用されているが、ＡＢ級増幅器の前又は後において無線
周波数で使用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡＢ級増幅に関するグラフによる説明図、第２
図はＡＢ級増幅器の全体構成図、第３〜第５図は第２図
の増幅器に関するグラフ、第６図はＡＢ級増幅器を備え
る電力増幅器の説明図、第７図及び第９図はＡＢ級増幅
器の修正回路を示す図、第８図及び第10図はそれぞれ第
７図及び第９図に示した回路の特性に関するグラフであ
る。 Ｖｅ……入力電圧、Ｖｓ……出力電圧、 ＋Ｖ……直流電圧源、Ｔ……ＮＰＮパワトランジスタ、
21,22……整合回路、 Ｌ１，Ｌ２……インダクタンス、Ｒ……ポテンショメー
タ、Ｒ１，Ｒ２……抵抗器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力電圧を修正するためのひずみ修正器と
   該びずみ修正器から受容する修正された入力電圧を増幅
   するためのＡＢ級増幅器とからなる電力増幅器であっ
   て、該電力増幅器に印加される低レベルの入力電圧Ｖｅ
   と該電力増幅器から出力される出力電圧Ｖｓとが直線的
   関係となるように、前記ひずみ修正器が少なくとも絶対
   値において以下の特性、即ち、該ひずみ修正器に印加さ
   れる入力電圧Ｖｅ′の関数であって該ひずみ修正器から
   出力される出力電圧Ｖｓ′が、前記入力電圧Ｖｅ′が第
   １の値を超えたときに実質的に一定の比率で該入力電圧
   Ｖｅ′の増加に伴って第２の値から直線的に増加し、且
   つ、前記入力電圧Ｖｅ′が零から前記第１の値まで増加
   するときに、前記実質的に一定の比率まで該入力電圧Ｖ
   ｅ′の増加に伴って徐々に増大するような比率で前記出
   力電圧Ｖｓ′が零から前記第２の値まで増加する特性を
   有することを特徴とする電力増幅器。
2. 【請求項２】前記ひずみ修正器が中間周波数で動作し、
   前記ＡＢ級増幅器が無線周波数で動作することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の電力増幅器。