JPH0715262A - 利得安定化方法及び利得安定化回路 - Google Patents

利得安定化方法及び利得安定化回路

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JPH0715262A
JPH0715262A JP15251993A JP15251993A JPH0715262A JP H0715262 A JPH0715262 A JP H0715262A JP 15251993 A JP15251993 A JP 15251993A JP 15251993 A JP15251993 A JP 15251993A JP H0715262 A JPH0715262 A JP H0715262A
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JP
Japan
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signal
gain
pilot signal
amplitude
circuit
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JP15251993A
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Akihiko Hayashi
明彦 林
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 増幅器の安定化方法に関し、簡易な方法でト
ランジスタ定数のバラツキや浮遊素子の影響による利得
変動を安定化する方法を提供することを目的とする。 【構成】 パイロット信号発生手段が発生するパイロッ
ト信号を、パイロット信号重畳手段によって入力信号に
重畳した信号を増幅手段によって増幅し、該増幅された
信号からパイロット信号抽出手段によってパイロット信
号を抽出し、該抽出されたパイロット信号と重畳したパ
イロット信号の振幅を比較手段において比較し、該比較
器結果の電圧によって増幅手段のバイアスを調整するよ
うに構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、増幅器の利得安定化方
法及び利得安定化回路に係り、特に、高周波増幅器に適
した、簡易な方法および回路によって利得を安定化する
ことが可能な利得安定化方法及び利得安定化回路に関す
る。
【0002】通信においては、出力の周波数とレベルが
正確に制御されることが極めて重要である。特に、自由
空間に電波を発射して通信を行なう無線通信において
は、その重要性は一層高いものである。
【0003】一方、携帯電話や自動車電話などの移動通
信を普及させるために、移動局に対して数ある要素技術
の中で小型化に最も厳しい要求が課される。又、土地取
得が困難なことから通信需要が増加しても固定局の局数
を増加したり、既設局を拡大することにも制約が生じ、
固定局においても機器の小型化は避けられない状況にあ
る。
【0004】昔から、小型化するために回路の簡易化を
進めてきたが、回路を簡易化するということは回路特性
をきめ細かく制御することとは相いれない面があり、時
によっては、小型化は特性とのトレード・オフで行なわ
れることさえある。
【0005】従って、特性とのトレード・オフをしなく
てもよい、新しい発想の利得安定化方法及び利得安定化
回路の実現が望まれている。
【0006】
【従来の技術】図6は、従来の利得安定化回路の例であ
る。図6において、51は電界効果トランジスタ、5
2、53、54、56は抵抗、55はコンデンサで、5
1乃至56で増幅手段を構成している。この増幅手段の
電圧利得AV は、電界効果トランジスタのトランス・コ
ンダクタンスをgm 、抵抗54の抵抗値をRS 、コンデ
ンサ55の容量値をCs 、抵抗56の抵抗値をR D とする
と、比較的低周波では次の式で表される。
【0007】AV =gm ・RD /(1+gm ・ZS ) 但し、ZS =RS /(1+jωCs ・RS )である。こ
こで、使用帯域においてはソース側のインピーダンスZ
S は近似的に零であるから、電圧利得AV は近似的に次
の式で与えられる。
【0008】AV ≒gm ・RD 即ち、電圧利得AV は電
界効果トランジスタのトランス・コンダクタンスに左右
される。一般に電界効果トランジスタのトランス・コン
ダクタンスは、周囲温度や電源電圧の変動で変化しやす
い。そこで、図6のようにソースに直列に抵抗54を挿
入することにより直流帰還をかけてトランス・コンダク
タンスを安定化し、且つ、抵抗54に並列にコンデンサ
55を接続して、使用帯域では抵抗54による交流帰還
がかからない構成にして、使用帯域で所要利得を得なが
ら利得の安定化をしている。
【0009】しかし、トランス・コンダクタンスgm
5ミリモーでRS が1キロオーム程度の場合には、直流
帰還によるgm 変動の抑圧は1/(1+5m・1K)=
1/6程度で必ずしも十分ではない。
【0010】又、高周波においては、ゲートの電位変化
がドレインに伝えられるための遅延時間を無視できなく
なる(トランス・コンダクタンスに位相回転が含まれ
る)他、抵抗56が有する浮遊容量や、ドレインとソー
ス間の帰還容量の影響を考慮しなければならなって、使
用帯域における利得が所要値からずれる。
【0011】図6における57は、これを補償するため
の帰還回路で、概ね100MHz以下で使用する増幅器
では帰還回路57がしばしば適用される。しかし、数百
MHzから1GHz以上においては浮遊素子の影響が大
きく、帰還増幅器が安定に動作する条件である、「ルー
プ利得が0dBになる周波数より低周波でループの位相
回転が180度を超えてはならない」という条件を満足
することが事実上無理である。従って、図6の回路では
利得を十分に安定化することができない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
に対処して、非常に高い周波数領域においても簡易な構
成で、増幅手段に新たな不安定要因を持ち込まないで利
得を安定化することができる利得安定化方法及び利得安
定化回路を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理を
示す図である。図1において、1はパイロット信号発生
手段、2はパイロット信号重畳手段、3はパイロット信
号抽出手段、4は比較手段、5は増幅手段である。
【0014】パイロット信号はパイロット信号重畳手段
において入力信号に重畳され、増幅手段で増幅される。
増幅手段の出力端子に接続されたパイロット信号抽出手
段で増幅後のパイロット信号を抽出し、抽出されたパイ
ロット信号と、入力側で重畳されるパイロット信号の振
幅を比較し、その結果比較手段が出力する電圧で増幅手
段のバイアスを調整する。
【0015】
【作用】増幅手段の利得が所定の値であれば、抽出され
たパイロット信号の振幅と、重畳されるパイロット信号
の振幅は、設計時に規定した関係にある。この時に比較
手段の出力電圧が零になるように初期調整しておく。
【0016】もし、抽出したパイロット信号の振幅が規
定より小さい場合には、増幅手段を構成するトランジス
タのトランス・コンダクタンスを大きくするように比較
手段の出力電圧を変化させ、抽出したパイロット信号の
振幅が規定より大きい場合には、増幅手段を構成するト
ランジスタのトランス・コンダクタンスを小さくするよ
うに比較手段の出力電圧を変化させ、増幅手段を構成す
るトランジスタのバイアスを自動的に調整する。
【0017】
【実施例】図2は、本発明の実施例である。図2におい
て、11は低周波信号発振器、21は加算回路、31は
帯域ろ波器、41は二つの入力端子にレベル検出機能を
有する振幅比較器、42は固定減衰器、51は電界効果
トランジスタ、52、53、54、56は抵抗、55は
コンデンサである。
【0018】図2の回路においては、パイロット信号に
低周波信号を用いているが、その理由は下記の通りであ
る。一般にパイロット信号としては、入力信号の帯域外
の信号であれば重畳、抽出時に入力信号に劣化を与える
ことがないので、低周波信号、高周波信号のいずれでも
用いることが可能であるが、高周波信号を用いると帯域
ろ波器、振幅比較器、パイロット信号発生手段を高周波
特性のよい回路としなければならず、回路実現が難しく
なるので、低周波信号を用いる方が有利である。
【0019】又、振幅比較器の二つの入力端子にレベル
検出機能を持たせるのは、交流のままでは振幅比較でき
ないからである。図3は、図2の回路の各部の波形であ
る。図3の波形に付した記号は図2に記入してある記号
と同じで、図3の波形が図2のどこの波形かを示すもの
である。表示の簡易さのために、入力信号Aは周波数f
0 の正弦波で表している。又、低周波信号Bは周波数f
m0の正弦波である。これらを加算回路で重畳した波形が
C、増幅した後の波形がDである。加算しているので、
周波数f0 の入力信号の上側の尖頭値も、下側の尖頭値
も低周波信号の振幅分だけ同時に上下にシフトした波形
になっている。この波形の信号を通過中心周波数がfm0
の帯域ろ波器を通すと、低周波成分だけが抽出される。
これが波形Eである。波形Eの振幅は、加算回路や帯域
ろ波器の損失を無視できるとすれば、加算回路の入力に
おける低周波信号の振幅を増幅手段の利得だけ大きくし
たものである。従って、固定減衰器の減衰量は、原理的
には増幅手段の、周波数fm0における所定の利得と同じ
値に設定すればよい。
【0020】従って、増幅手段の利得が所定値に一致し
ていれば、振幅比較器の二つの入力端子のレベルは等し
く、それをレベル検出した直流も等しい。この時、振幅
比較器の出力電圧が零ボルトにし、増幅手段の利得が所
定値からずれた時に振幅比較器の出力電圧を正負に変化
させる。この機能は、差動増幅器型の振幅比較器で容易
に実現できる。もし、電界効果トランジスタ51は、ゲ
ート電圧が高くなるとトランス・コンダクタンスが大き
くなり、ゲート電圧が低くなるとトランス・コンダクタ
ンスが小さくなるタイプであれば、振幅比較器からは、
増幅手段の利得が大きくなった時には負の電圧を、増幅
手段が小さくなった時には正の電圧を出力すればよいの
で、低周波信号発振器を振幅比較器の同相入力に、固定
減衰器を振幅比較器の逆相入力に接続すればよい。
【0021】又、図2において低周波信号を抽出するろ
波器に帯域ろ波器を使用しているが、これは次の理由に
よる。即ち、原理的に周波数fm0を通過させ、周波数f
0 に十分な減衰を与える低域ろ波器で構わないが、増幅
手段の直流ドリフトによって振幅比較に誤差が出ないよ
うに直流を遮断するためである。この意味では、増幅手
段の出力端子に直流遮断コンデンサを介して低域ろ波器
を接続してもよく、この方が回路構成は簡易になる。
【0022】ところで、図2の回路では使用帯域より十
分低い周波数での増幅手段の利得を監視しているので、
増幅手段の利得変動自体に周波数特性があると、即ち、
0における利得変動と、fm0における利得変動に差が
あると、安定化された利得はこの差に相当する誤差を持
つことになる。この誤差を小さくするにはfm0を許容で
きる範囲でf0 に近づければよいが、発振器、ろ波器、
比較器を高周波特性のよいものにしなければならなくな
る。これを解決する回路を次に説明する。
【0023】図4は、本発明の第二の実施例である。図
4において、11は低周波信号発振器、22は変調回
路、31は帯域ろ波器32は整流器、41は二つの入力
端子にレベル検出機能を有する振幅比較器、42は固定
減衰器、51は電界効果トランジスタ、52、53、5
4、56は抵抗、55はコンデンサである。
【0024】低周波信号を使用する理由、振幅比較器に
入力端子にレベル検出機能を有する理由は図2の回路と
全く同じである。図5は、図4の回路の各部の波形であ
る。図5の波形に付した記号は図4に記入してある記号
と同じで、図5の波形が図4のどこの波形かを示すもの
である。表示の簡易さのために、入力信号aは周波数f
0 の正弦波で表している。又、低周波信号bは周波数f
m1の正弦波である。これらを変調回路で重畳した波形が
c、増幅した後の波形がdである。変調しているので、
周波数f0 の入力信号の上側の尖頭値と下側の尖頭値
は、低周波信号の振幅分だけ逆方向シフトした波形にな
っている。この波形の信号を整流器を通して、正負いず
れかの半サイクルだけを取り出したのち、通過中心周波
数がfm1の帯域ろ波器を通すと、低周波成分だけが抽出
される。これが波形eである。波形eの振幅は、変調回
路や整流器や帯域ろ波器の損失を無視できるとすれば、
変調回路の入力における低周波信号の振幅を増幅手段の
利得だけ大きくしたものである。従って、固定減衰器の
減衰量は、原理的には増幅手段の、周波数f0 +fm0
しくはf0 −fm0の何れかにおける所定の利得と同じ値
に設定すればよい。或いは、無線通信の場合には搬送波
の周波数に対する使用帯域幅の比(これを比帯域とい
う)が狭いので、周波数f0における所定の利得と同じ
値に設定しても差支えない。
【0025】以降の、振幅比較をした結果による増幅手
段のバイアスの調整については図2の回路と全く同じで
ある。又、整流器の出力端子に直流遮断コンデンサを介
して低域ろ波器を接続して帯域ろ波器としてもよいこと
も、図2の回路と全く同じである。
【0026】図4の回路の利点は、使用帯域での利得変
動を監視できることにあり、且つ、低周波信号で変調し
て増幅した信号から低周波信号を抽出するのに、整流器
とろ波器を用いている点が、回路を簡易にするポイント
である。
【0027】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明により増幅手
段を構成する電界効果トランジスタのトランス・コンダ
クタンスの変動・バラツキや、高周波における浮遊素子
などの影響による利得変動を簡易な方法及び回路で検出
し、安定化することができる。特に、複雑な帰還回路を
用いて利得そのものを制御しようとすると、かえって不
安定さを持ち込むのに対して、本発明の方法及び回路は
そのようなことがないのが利点である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理。
【図2】 本発明の実施例。
【図3】 図2の回路の各部の波形。
【図4】 本発明の第二の実施例。
【図5】 図4の回路の各部の波形。
【図6】 従来の利得安定化回路
【符号の説明】
1 パイロット信号発生手段 2 パイロット信号重畳手段 3 パイロット信号抽出手段 4 比較手段 5 増幅手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 増幅器の利得安定化方法であって、 パイロット信号発生手段(1)が発生するパイロット信
    号を、パイロット信号重畳手段(2)によって入力信号
    に重畳した信号を増幅手段(5)によって増幅し、 該増幅された信号からパイロット信号抽出手段(3)に
    よってパイロット信号を抽出し、 該抽出されたパイロット信号と重畳したパイロット信号
    の振幅を比較手段(4)において比較し、 該比較器結果の電圧によって増幅手段(5)のバイアス
    を調整することを特徴とする利得安定化方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の利得安定化方法による利
    得安定化回路であって、 入力信号に低周波信号を加算した信号を増幅し、増幅器
    の出力端子に接続されたろ波器を介して低周波信号を抽
    出し、該抽出した低周波信号と加算した低周波数信号の
    振幅を振幅比較器によって比較し、該振幅比較器の出力
    端子を増幅器のバイアス回路に接続することを特徴とす
    る利得安定化回路。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の利得安定化方法による利
    得安定化回路であって、 入力信号を低周波信号で変調した信号を増幅し、増幅器
    の出力端子に接続された整流器とろ波器を介して低周波
    信号を抽出し、該抽出した低周波信号と変調した低周波
    信号の振幅を振幅比較器によって比較し、該振幅比較器
    の出力端子を増幅器のバイアス回路に接続することを特
    徴とする利得安定化回路。
JP15251993A 1993-06-24 1993-06-24 利得安定化方法及び利得安定化回路 Withdrawn JPH0715262A (ja)

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Cited By (2)

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