JPH07118614B2 - 増幅器 - Google Patents

増幅器

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JPH07118614B2
JPH07118614B2 JP5004466A JP446693A JPH07118614B2 JP H07118614 B2 JPH07118614 B2 JP H07118614B2 JP 5004466 A JP5004466 A JP 5004466A JP 446693 A JP446693 A JP 446693A JP H07118614 B2 JPH07118614 B2 JP H07118614B2
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英俊 堀
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/52Circuit arrangements for protecting such amplifiers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はトランジスタを増幅素子
とする増幅器に関し、特に交流信号をC級増幅する増幅
器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の増幅器は、交流信号をC
級増幅するトランジスタとこのトランジスタの入力およ
び出力のインピーダンス整合をそれぞれ行う入力および
出力整合回路とを備えている。増幅器の増幅度および出
力電力は、同一回路条件においては主として上記トラン
ジスタのジャンクション(チップともいう)温度θに依
存し、ジャンクション温度θが低いと出力電力が大き
く、逆にジャンクション温度θが高いと出力電力が小さ
くなる。従って、この増幅器に交流信号を入力すると、
交流入力の当初においてはトランジスタのジャンクショ
ン温度θが環境温度にほぼ等しいため大きな増幅出力を
生じる。しかし、交流信号の入力時間経過に従ってトラ
ンジスタに発熱を生じてジャンクション温度θが上昇す
るので、この増幅器ではこの温度上昇(100°C以上
になることがある)が熱平衡に達するまで増幅出力の減
少が続く。この現象を交流信号印加時におけるオーバー
シュートという。このオーバーシュートの大きさおよび
経過時間は、上記トランジスタの定格電力,放熱器の容
量,出力電力等により異なる。オーバーシュートの経過
時間は、熱時定数(上述のパラメータを含む諸パラメー
タにより決定される)により定まり、数10ミリ秒から
数分にも及ぶ。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述の増幅器はオーバ
ーシュートにより交流信号の周波数スペクトラムが広が
り、この増幅器が無線送信機の終段増幅器であるときに
は、他システムの通信設備に悪影響を与えることにな
り、この悪影響を防ぐにはスプリアス信号除去用のフィ
ルタをこの増幅器の出力側に付加する必要がある。ま
た、この増幅器の出力が衛星通信等のような入力信号レ
ベル範囲にマージンの少ない中継増幅器への送信信号で
ある場合には、このオーバーシュートは中継増幅器に飽
和を来たして正常な通信を阻害する恐れがある。
【0004】従って本発明の目的は、上述した正常な通
信を阻害する恐れのあるオーバーシュートを発生しない
増幅器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の増幅器は、エミ
ッタ,ベースおよびコレクタの三端子を有し交流信号を
増幅する第1のトランジスタと、前記交流信号の印加直
に前記三端子のうちの少なくとも一端子への供給電圧
を制御して前記第1のトランジスタにコレクタ電流を供
給せしめ前記交流信号の印加時には前記第1のトランジ
スタのジャンクション温度をこの第1のトランジスタの
動作ジャンクション温度にほぼ等しくさせるバイアス電
圧供給回路とを備えている。
【0006】この増幅器の一つは、交流信号をC級増幅
するトランジスタと、キャリア印加制御信号に制御され
て前記トランジスタに印加される前記交流信号をオン・
オフするスイッチと、前記トランジスタの増幅動作期間
の開始時刻と終了時刻とを示すキャリア制御信号に応答
してこのキャリア制御信号の開始時刻から予め定めた予
熱時間だけ継続する予熱制御信号とこの予熱制御信号の
終了時刻から前記増幅動作期間だけ継続する前記キャリ
ア印加制御信号とを生じる制御信号生成回路と、前記予
熱制御信号の継続期間中において前記トランジスタのベ
ースに所定のバイアス電圧を供給するバイアス電圧供給
回路とを備え、前記予熱時間および前記バイアス電圧の
複合パラメータが、前記予熱制御信号の終了時刻におい
て前記トランジスタのジャンクション温度をこのトラン
ジスタの増幅動作中のジャンクション温度にほぼ等しく
する値に定められている。
【0007】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例の回路図である。また、図
2は実施例回路における各部の信号波形図である。
【0008】図1および図2を併せ参照すると、この増
幅器は、位相変調あるいは周波数変調された交流信号S
1をダイオードスイッチ1の端子11に受けている。ス
イッチ1は、交流信号S1オン・オフ用の単数または複
数のダイオードを含み、制御信号生成回路5から端子1
2に受けたキャリア印加制御信号S5により、時刻t2
からt4の期間Tonにおいて交流信号S1をオン制御
し、この増幅器の増幅動作期間,即ち信号S5の継続期
間Tonのみ交流信号S2を端子13に生じる。交流信
号S2は、入力整合回路2を介してトランジスタ3のベ
ースに印加される。なお、入力整合回路2は、コンデン
サC1,C2,C3およびインダクタL1,L2からな
るフィルタ回路を含み、交流信号S2の周波数および信
号レベルにおいてトランジスタ3の入力インピーダンス
整合を行う。
【0009】トランジスタ3は、後述するキャリア印加
制御信号S5のオン期間のみ交流信号S2をC級増幅
し、コレクタに増幅信号を生じる。このときトランジス
タ3のジャンクション温度θは、θ1になっている。な
お、トランジスタ3は、後述する予熱期間Th(時刻t
1ないしt2)を除いて入力整合回路2を介してバイア
ス(バイアス電圧)供給回路6からベースに0Vのバイ
アス電圧を与えられており、時刻t1以前および時刻t
2以降ではカットオフ状態になっている。出力整合回路
4は、トランジスタ3のコレクタに生じた増幅信号に応
答する交流信号S3を端子42に生じる。この出力整合
回路4は、コンデンサC4,C5,C6およびインダク
タL3,L4,L5からなるフィルタ回路を含み、交流
信号S3の周波数および信号レベルにおいてトランジス
タ3のコレクタと外部回路(図示せず)との間のインピ
ーダンス整合を行う。なお、出力整合回路4は端子41
に受けた電源電圧Vcc1をトランジスタ3のコレクタ
に供給している。
【0010】さらに図1および図2を参照すると、この
増幅器は、時刻t1ないしt3の間において、この増幅
器の増幅動作期間Tonを指示するキャリア制御信号S
4を制御信号生成回路5の端子51に受けている。生成
回路5は、時刻t1からt2までの予熱期間Thにおい
て予熱制御信号S6を端子53に生じ、キャリア印加制
御信号S5を端子52に生じる。予熱制御信号S6はバ
イアス供給回路6の端子61に供給される。バイアス供
給回路6は、端子63に電源電圧Vcc2を受けてお
り、予熱期間Thにはこの電圧Vcc2を(バイアス)
電圧VBE1 に降下させ、この電圧VBE1 を端子62およ
び入力整合回路2の端子21を介してトランジスタ3の
ベースに与える。すると、トランジスタ3にはコレクタ
電流Icc1が流れ、この電流Icc1による発熱で予
熱期間Thの終了時刻t2にはトランジスタ3のジャン
クション温度θが環境温度θ2から上記θ1に上昇す
る。従って、トランジスタ3は交流信号S2の印加時刻
t2の前および後において同じジャンクション温度θ1
を保つので、この増幅器では、交流信号S2の印加時に
おいて、トランジスタ3のジャンクション温度θの変化
による交流信号S3のオーバーシュートを生じることが
ない。なお、バイアス供給回路6は、予熱期間Th以外
には、トランジスタ3のベースに0Vの電位に設定す
る。
【0011】この増幅器において、交流信号S1の印加
開始はキャリア制御信号S4の印加時刻t1とほぼ同時
のこともある。また、キャリア制御信号S4の終了時刻
t3はこの増幅器を用いる装置の動作終了時であること
もある。この場合には、この増幅器の動作が時刻t3以
降に全て不活性となる。
【0012】次にトランジスタ3の予熱時間Thの設定
方法について説明する。
【0013】C級増幅時におけるトランジスタ3の電力
消費P1は、交流信号S2のベース入力電力をPi,コ
レクタに生じる増幅信号(交流信号S3)の電力をP
o,コレクタ−エミッタ間電圧をVcc1,コレクタ電
流をIcc2とすると、P1=Vcc1×Icc2+P
i−Poとなる。予熱のない状態でこの電力消費P1が
続いてトランジスタ3が熱平衡に達すると、トランジス
タ3のジャンクション温度θが環境温度θ1にほぼ等し
い温度からθ2に上昇する。この上昇時間は、上述のと
おりトランジスタ3の関わる熱時定数によって定まる。
一方、予熱時におけるトランジスタ3の電力消費P2
は、コレクタ−エミッタ間電圧をVcc1,コレクタ電
流をIcc1,ベース−エミッタ間電圧をVBE1 ,ベー
ス電流をIBE1 とすると、P2=VBE1 ×IBE1 +Vc
c1×Icc1になる。
【0014】従って、トランジスタ3におけるC級増幅
時の電力消費P1と予熱時の電力消費P2とを等しくす
るように設定すると、トランジスタ3の予熱時間Th
は、予熱なしのC級増幅においてトランジスタ3が熱平
衡に達する時間に等しく設定すればよい(しかし、この
予熱時間Thを熱平衡に達する時間より幾分短かくして
も実用的には問題ないことが多い)。また、電力消費P
2をP1より大きくすると、予熱時間Thを短縮するこ
とができる。なお、この予熱時間Thは、これを計算で
求めるのは複雑な熱方程式を解く必要があるので実際的
ではなく、実験により求めるのが簡便である。
【0015】さらに図1および図2を参照してこの増幅
器に用いた制御信号生成回路5の詳細な説明をすると、
端子51が受けたキャリア制御信号S4は、論理積回路
56の入力端の一つおよび遅延回路54に供給される。
遅延回路54は信号S4を予熱時間Thだけ遅延させた
キャリア印加制御信号S5を端子52およびインバータ
回路55に供給する。インバータ回路55は信号S5を
反転させて論理積回路56の入力端の別の一つに供給す
る。論理積回路56は、キャリア制御信号S4と反転さ
れたキャリア印加制御信号S5との論理積をとった予熱
制御信号S6を端子53に生じる。
【0016】同様に、バイアス供給回路6の詳細な説明
をすると、端子61が受けた予熱制御信号S6はトラン
ジスタTr1のベースに供給され、トランジスタTr1
は信号S6の反転信号をコレクタに生じる。トランジス
タTr1のコレクタはエミッタに端子63からの電源電
圧Vcc2を受けるトランジスタTr2のベースに接続
されている。トランジスタTr2のコレクタは抵抗器R
1およびR2を介して接地電位に接続されている。ま
た、抵抗器R1と抵抗器R2との接続点が端子62およ
びトランジスタTr3のコレクタに接続されている。ト
ランジスタTr3は、コレクタとベースとを接続してお
り、エミッタを接地電位に接続している。従って、トラ
ンジスタTr2のコレクタには予熱制御信号S4と同じ
極性の信号を生じ、この信号はさらに端子62に伝わっ
てバイアス電圧S7になる。バイアス電圧S7は、予熱
制御信号S6のオン時にもトランジスタTr3のベース
−エミッタ間電圧VBE1 で制限された電圧であり、信号
S6のオフ時にはトランジスタTr2がオフなので0V
になる。なお、トランジスタTr3は、環境温度θ2の
変動があってもトランジスタ3のベース電流IBE1 をほ
ぼ一定に保つように、環境温度θ2の変動に応じてトラ
ンジスタ3のバイアス電圧VBE1 を変化させる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、交流信号
の印加直前に交流信号増幅用のトランジスタの少くとも
一端子への供給電圧を制御してこのトランジスタにコレ
クタ電流を供給せしめ、上記交流信号の印加時には上記
トランジスタのジャンクション温度をこのトランジスタ
の動作ジャンクション温度にほぼ等しくなるように上昇
させるので、上記交流信号印加時における上記トランジ
スタのジャンクション温度の変動に伴うオーバーシュー
トをなくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図である。
【図2】図1の実施例回路における各部の信号波形図で
ある。
【符号の説明】
1 ダイオードスイッチ 2 入力整合回路 3,Tr1〜Tr3 トランジスタ 4 出力整合回路 5 制御信号生成回路 6 バイアス供給回路 11〜13,21,41,42,51〜53,61〜6
3 端子 54 遅延回路 55 インバータ回路 56 論理積回路 C1〜C6 コンデンサ L1〜L4 インダクタ R1,R2 抵抗器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エミッタ,ベースおよびコレクタの三端
    子を有し交流信号を増幅する第1のトランジスタと、前
    記交流信号の印加直前に前記三端子のうちの少なくとも
    一端子への供給電圧を制御して前記第1のトランジスタ
    にコレクタ電流を供給せしめ前記交流信号の印加時には
    前記第1のトランジスタのジャンクション温度をこの第
    1のトランジスタの動作ジャンクション温度にほぼ等し
    くさせるバイアス電圧供給回路とを備えることを特徴と
    する増幅器。
  2. 【請求項2】 キャリア印加制御信号に制御されて前記
    第1のトランジスタに印加される前記交流信号をオン・
    オフするスイッチと、前記第1のトランジスタの増幅動
    作期間の開始時刻と終了時刻とを示すキャリア制御信号
    に応答してこのキャリア制御信号の開始時刻から予め定
    めた予熱時間だけ継続する予熱制御信号とこの予熱制御
    信号の終了時刻から前記増幅動作期間だけ継続する前記
    キャリア印加制御信号とを生じる制御信号生成回路とを
    備え、 前記第1のトランジスタが、前記交流信号をC級増幅
    し、 前記バイアス電圧供給回路が、前記予熱制御信号の継続
    期間中において前記第1のトランジスタのベースに所定
    のバイアス電圧を供給する手段を備えることを特徴とす
    る請求項1記載の増幅器。
  3. 【請求項3】 前記所定のバイアス電圧が、前記バイア
    ス電圧供給回路に含まれる第2のトランジスタのベース
    −エミッタ間電圧であることを特徴とする請求項2記載
    の増幅器。
  4. 【請求項4】 前記制御信号生成回路が、前記キャリア
    制御信号を前記予熱時間だけ遅延させて前記キャリア印
    加制御信号を生じる遅延回路と、前記キャリア印加制御
    信号を反転させるインバータ回路と、前記キャリア制御
    信号と前記インバータ回路からの前記反転されたキャリ
    ア印加制御信号との論理積をとって前記予熱制御信号を
    生じる論理積回路とを備えることを特徴とする請求項2
    記載の増幅器。
  5. 【請求項5】 交流信号をC級増幅するトランジスタ
    と、キャリア印加制御信号に制御されて前記トランジス
    タに印加される前記交流信号をオン・オフするスイッチ
    と、前記トランジスタの増幅動作期間の開始時刻と終了
    時刻とを示すキャリア制御信号に応答してこのキャリア
    制御信号の開始時刻から予め定めた予熱時間だけ継続す
    る予熱制御信号とこの予熱制御信号の終了時刻から前記
    増幅動作期間だけ継続する前記キャリア印加制御信号と
    を生じる制御信号生成回路と、前記予熱制御信号の継続
    期間中において前記トランジスタのベースに所定のバイ
    アス電圧を供給するバイアス電圧供給回路とを備え、 前記予熱時間および前記バイアス電圧の複合パラメータ
    が、前記予熱制御信号の終了時刻において前記トランジ
    スタのジャンクション温度をこのトランジスタの増幅動
    作中のジャンクション温度にほぼ等しくする値に定めら
    れていることを特徴とする増幅器。
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JPH06216659A JPH06216659A (ja) 1994-08-05
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