JPH07193438A - 電力増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パワートランジスタで発生する熱が少なくて
効率のよい電力増幅器を提供する。 【構成】 所望の電圧出力を得るのに必要な電圧を第１
の電源部から電源電圧として電圧増幅段３に供給し、電
圧増幅段３の出力信号に所定のオフセット電圧を加えた
信号によってＰＷＭ変調するＰＷＭ変調器１８と、ＰＷ
Ｍ変調器１８の出力によって第１の電源部の電圧を断続
制御するスイッチングトランジスタ２２、２３と、スイ
ッチングトランジスタ２２、２３の出力を平滑化して電
圧増幅段の出力信号レベルより前記オフセット電圧に対
応する電圧だけ高い電圧を、電流増幅段６に電源電圧と
して供給するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力増幅器に関し、電
流増幅段の電力損失を軽減させた電力増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電力増幅器は、図６に示すよう
に、電圧増幅段３とパワートランジスタ２０および２１
からなる電流増幅段６に電源電圧として同一電圧（±
Ｂ）が印加されており、例えば、電力増幅器の出力電圧
がＶ０の時にはパワートランジスタ２０のコレクタ、エ
ミッタ間には（Ｂ−Ｖ０）ボルトの電圧が加わり、その
時のコレクタ電流がＩ０であればパワートランジスタ２
０では（Ｂ−Ｖ０）×Ｉ０［Ｗ］の電力が熱となって発
生する。パワートランジスタ２１についても同様であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の電力増幅器によるときには、必要とされる出力電力が
大きい時はパワートランジスタの発熱量が非常に大きく
なって、結果として大型の放熱器が必要になり、電力増
幅器の大型化、重量の増大を招くという問題点があっ
た。さらに、時々刻々と変化する出力信号の場合には、
パワートランジスタは出力信号の変化に伴ってヒートシ
ョックにさらされて信頼性を悪化させる一原因になると
いう問題点があった。

【０００４】また、図７のβにて示す部分がパワートラ
ンジスタ２０による発熱分を、図７のγにて示す部分が
パワートランジスタ２１による発熱分を示し、図７のα
にて示す部分が負荷１７に供給されるエネルギを示して
（Ｂ−Ｖ０）×Ｉ０の電力は負荷に供給されることのな
いエネルギーであって、エネルギー効率を悪化させると
いう問題点があった。

【０００５】本発明はパワートランジスタで発生する熱
が少なくて効率のよい電力増幅器を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の電力増幅器は、
入力信号を電圧増幅する電圧増幅段と、電圧増幅段の出
力信号を電流増幅する電流増幅段と、所望の電圧出力を
得るのに必要な電圧を電源電圧として電圧増幅段に供給
する第１の電源部と、電圧増幅段の出力信号レベルより
も所定値だけ高い電圧を電源電圧として電流増幅段に供
給する第２の電源部とで構成された電力増幅器であっ
て、第２の電源部に、電圧増幅段の出力信号に前記所定
値に対応するオフセット電圧を加えた信号によってパル
ス幅変調するパルス幅変調器と、パルス幅変調器の出力
によって第１の電源部の電圧を断続制御するスイッチン
グ手段と、スイッチング手段の出力を平滑化して電流増
幅段に電源電圧として印加する平滑手段とを備えたこと
を特徴とする。

【０００７】本発明の電力増幅器は、パルス幅変調器に
電圧増幅段の出力信号を包絡線検波する包絡線検波器を
設け、包絡線検波器の出力にオフセット電圧を加えるこ
とを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の電力増幅器は、電圧増幅段の出力信号
に所定値に対応するオフセット電圧が加えられた信号に
よってパルス幅変調され、第１の電源電圧がパルス幅変
調出力によって駆動されるスイッチング手段により断続
制御され、スイッチング手段によってスイッチングされ
た第１の電源電圧が平滑化され、この平滑化された電圧
が電流増幅段に電源電圧として印加される。したがっ
て、第２の電源部の電圧は電圧増幅段の出力信号とほぼ
同様の波形であってかつ電圧増幅段の出力信号レベルよ
りもオフセット電圧だけ高い電圧となり、電流増幅部を
構成するパワートランジスタにおいて発生する熱はオフ
セット電圧分に対応するものとなって少なくてすみ、効
率が良くなる。

【０００９】また、包絡線検波器を設けることによって
電力増幅器の出力信号成分がより低い周波数に変換され
るため、電力増幅器の出力信号成分が高い周波数成分を
含む信号でも正確な動作をさせることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。図１
は本発明の一実施例の構成を示す回路図である。

【００１１】本実施例の電力増幅器は、電圧増幅段３の
出力にパワートランジスタ２０および２１からなる電流
増幅段６が接続されており、電圧増幅段３には出力信号
Ｖ０の振幅に対して必要とされる電圧よりも若干高い電
圧（±Ｂ）が電源電圧として第１の電源部により加えら
れている。電圧増幅段３に加えられた電源電圧（±Ｂ）
を断続制御することにより電圧増幅段３の出力信号Ｖ０
のレベルよりも僅かに大きいレベルでかつ電圧増幅段３
の出力信号Ｖ０の絶対値とほぼ相似の波形に変調された
電圧（±Ｂ２）が、電圧変換器８、９によって電流増幅
段６に電源電圧として加えられている。図１において、
符号２は入力バイアス抵抗であり、符号４および５は電
力増幅器の電圧利得を定めるフィードバック抵抗であ
り、符号１７は電力増幅器の負荷である。

【００１２】電圧変換器８は後記するパルス幅変調器１
８の出力によってオン、オフされるスイッチングトラン
ジスタ２２、スイッチングトランジスタ２２がオン状態
の期間にコイル２６に蓄えられたエネルギをスイッチン
グトランジスタ２２がオフ状態にある期間にパワートラ
ンジスタ２０に供給するための電流経路となるフライホ
イールダイオード２４、コイル２６、コイル２４の出力
のフィルタであるコンデンサ２８とから構成してあって
電圧（＋Ｂ２）をパワートランジスタ２０のコレクタに
電源電圧として印加する。

【００１３】電圧変換器９は電圧変換器８と同様に後記
するパルス幅変調器１８の出力によってオン、オフされ
るスイッチングトランジスタ２３、スイッチングトラン
ジスタ２３がオン状態の期間にコイル２７に蓄えられた
エネルギをスイッチングトランジスタ２３がオフ状態に
ある期間にパワートランジスタ２１に供給するための電
流経路となるフライホイールダイオード２５、コイル２
７、コイル２７の出力のフィルタであるコンデンサ２９
とから構成してあって電圧（−Ｂ２）をパワートランジ
スタ２１のコレクタに電源電圧として印加する。

【００１４】また一方、電力増幅器には、電圧変換器８
および９を制御するパルス駆動信号を得るために、電圧
増幅段３の出力信号を適当な信号レベルに変換する減衰
器１０と、減衰器１０の出力を絶対値変換する全波整流
回路１１、全波整流回路１１の出力を＋方向にレベルシ
フトするレベルシフト回路１２、レベルシフト回路１２
の信号をパルス幅変調するパルス幅変調器１８、パルス
幅変調器１８の出力を反転する利得１の反転増幅器１６
を備え、パルス幅変調器１８の変調出力はスイッチング
トランジスタ２３のベースに供給してスイッチングトラ
ンジスタ２３のオン、オフを制御し、反転増幅器１６の
出力はスイッチングトランジスタ２２のベースに供給し
てスイッチングトランジスタ２のオン、オフを制御す
る。

【００１５】パルス幅変調器１８は、パルス幅変調用の
三角波発振器１３、三角波発振器１３の出力のボトムを
グランドに固定するクランプ回路１４、レベルシフト回
路１２の出力とクランプ回路１４の出力とをレベル比較
する比較器１５とから構成してある。電圧変換器８、９
と減衰器１０と全波整流回路１１とレベルシフト回路１
２とパルス幅変調器１８、反転増幅器１６とは第２の電
源部を構成している。

【００１６】上記のように構成した本実施例の電力増幅
器において、入力電圧は電圧増幅段３によって電圧増幅
され、電圧増幅出力信号Ｖ０は電流増幅段６によって電
流増幅される。この場合に電流増幅段６には電源電圧と
して、電圧増幅段３に加えられた電源電圧（±Ｂ）を断
続制御することにより電圧増幅段３の出力信号のレベル
より僅かに大きいレベルでかつ、電圧増幅段３の出力信
号の絶対値とほぼ相似の波形に変調された電圧（±Ｂ
２）が印加されることになる。

【００１７】電圧増幅部３の出力信号Ｖ０をパルス幅変
調する過程を図２（ａ）〜（ｅ）に示す波形図によって
説明する。電圧増幅段３からの出力信号Ｖ０は減衰器１
０に印加されて減衰され、図２（ａ）に示すＶ０′の波
形となり、さらに全波整流回路１１によって絶対値が取
られ図２（ｂ）に示す波形となる。全波整流回路１１の
出力はレベルシフト回路１２によって＋側にオフセット
されて図２（ｃ）のδに示す波形となる。レベルシフト
回路１２によって＋側にオフセットされる電圧をηとす
る。

【００１８】一方、クランプ回路１４によってボトムが
グランドレベルにクランプされた三角波発振器１３の出
力は図２（ｃ）に示すパルス幅変調の搬送波εとなり、
比較器１５においてレベルシフト回路１２の出力δとレ
ベル比較されて、図２（ｄ）に示すパルス幅変調波とな
り、スイッチングトランジスタ２３を駆動するパルス駆
動信号が得られる。この駆動パルス信号は反転増幅器１
６によって反転増幅され、スイッチングトランジスタ２
２を駆動するパルス駆動信号が得られる。

【００１９】パルス駆動信号によってスイッチングトラ
ンジスタ２２、２３がスイッチングされて、電圧変換器
８および９の出力は図２（ｅ）に示す波形の電圧とな
る。±Ｂ２電圧は電流増幅段６に加えられる入力信号｜
Ｖ０｜よりも若干高い電圧±（｜Ｖ０｜＋η）に変調さ
れており、パワートランジスタ２０、２１には、ほぼη
の電圧しか印加されず、図２（ｅ）の斜線に示す（Ｐ２
０）の部分のみがパワートランジスタ２０の損失とな
り、図２（ｅ）の斜線に示す（Ｐ２１）の部分のみがパ
ワートランジスタ２１の損失になる。したがって損失は
きわめて少なくなる。さらに、スイッチングトランジス
タ２２、２３はスイッチング動作をしているのでほとん
ど損失は発生しない。

【００２０】また、図３に示すように、本一実施例に加
えるに全波整流回路１１とレベルシフト回路１２との間
に包絡線検波器３１を設けて、全波整流回路１１の出力
を包絡線検波してレベルシフト回路１２へ送出してもよ
い。このようにすることによって、全波整流回路１１の
出力信号がより低い周波数に変換されるため、全波整流
回路１１の出力が高い周波数成分を含む出力信号であっ
てもも正確な動作をさせることができる。

【００２１】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図４は本発明の他の実施例の主要部の構成を示すブ
ロック図である。本他の実施例は前記した一実施例に、
レベルシフト回路１２の出力とパワトランジスタ２０の
コレクタに印加される電圧とに差を増幅して比較器１５
に供給する誤差増幅器３０を追加したのである。このよ
うに、帰還ループを備えたことによって第２の電源部の
電圧｜Ｂ２｜の｜Ｖ０｜に対するトラッキング精度が向
上することになる。

【００２２】また、図５に示すように、本発明の他の実
施例に加えるに全波整流回路１１とレベルシフト回路１
２との間に包絡線検波器３１を設けて、全波整流回路１
１の出力を包絡線検波してレベルシフト回路１２へ送出
してもよい。このようにすることによって、全波整流回
路１１の出力信号がより低い周波数に変換されるため、
全波整流回路１１の出力が高い周波数成分を含む出力信
号であってもも正確な動作をさせることができることに
なる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電力増幅器
によれば、電流増幅部を構成するパワートランジスタの
電源電圧が電圧増幅部の出力信号レベルに所定値を加え
た電圧となるため、電力損失を発生する電流増幅部の電
力損失を従来の損失の数分の１に減らすことができる効
果がある。この結果、パワートランジスタの発熱が非常
に少なくなり、従来の電力増幅器よりも放熱器の大きさ
を数分の１のサイズにすることができ、電力増幅器の小
型化、軽量化が可能になる効果が得られる。

【００２４】さらに、発熱量が非常に少なくなるので、
電力増幅器およびパワートランジスタの信頼性が向上す
るほか、電力増幅器の効率が向上し、省エネルギーにな
るという効果もある。

【００２５】さらにまた、信号波形によるパワートラン
ジスタのヒートショックが軽減され、パワートランジス
タの信頼性が向上すると共に、コレクタ損失の小さいパ
ワートランジスタで大出力の電力増幅器を構成すること
ができる効果もある。この結果、大出力の電力増幅器の
場合に安価に構成することができる。

【００２６】また、包絡線検波器を設けることによって
電力増幅器の出力信号成分がより低い周波数に変換され
るため、電力増幅器の出力信号成分が高い周波数成分を
含む信号でも正確な動作をさせることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる電力増幅器の一実施例の構成を
示す回路図である。

【図２】本発明にかかる電力増幅器の一実施例の作用の
説明に供する波形図である。

【図３】本発明にかかる電力増幅器の一実施例の変形例
の構成を示す回路図である。

【図４】本発明にかかる電力増幅器の他の実施例の主要
部を示すブロック図である。

【図５】本発明にかかる電力増幅器の他の実施例の変形
例の構成を示すブロック図である。

【図６】従来の電力増幅器の構成を示す回路図である。

【図７】従来の電力増幅器における負荷に供給されるエ
ネルギーと電流増幅部のパワートランジスタで損失とな
るエネルギーを示す説明図である。

【符号の説明】

２ 入力バイアス抵抗 ３ 電圧増幅段 ４および５ フィードバック抵抗 ６ 電流増幅段 ８および９ 電圧変換器 １０ 減衰器 １１ 全波整流変換回路 １２ レベルシフト回路 １３ 三角波発振器 １４ クランプ回路 １５ 比較器 １６ 反転増幅器 １８ パルス幅変調器 ２０および２１ パワートランジスタ ２２および２３ スイッチングトランジスタ ３１ 包絡線検波器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号を電圧増幅する電圧増幅段と、電
   圧増幅段の出力信号を電流増幅する電流増幅段と、所望
   の電圧出力を得るのに必要な電圧を電源電圧として電圧
   増幅段に供給する第１の電源部と、電圧増幅段の出力信
   号レベルよりも所定値だけ高い電圧を電源電圧として電
   流増幅段に供給する第２の電源部とで構成された電力増
   幅器であって、 第２の電源部に、電圧増幅段の出力信号に前記所定値に
   対応するオフセット電圧を加えた信号によってパルス幅
   変調するパルス幅変調器と、パルス幅変調器の出力によ
   って第１の電源部の電圧を断続制御するスイッチング手
   段と、スイッチング手段の出力を平滑化して電流増幅段
   に電源電圧として印加する平滑手段とを備えたことを特
   徴とする電力増幅器。
2. 【請求項２】請求項１記載の電力増幅器において、パル
   ス幅変調器に電圧増幅段の出力信号を包絡線検波する包
   絡線検波器を設け、包絡線検波器の出力にオフセット電
   圧を加えることを特徴とする電力増幅器。