JPH09246883A - 携帯用機器の電力増幅回路とこれを用いた携帯用高周波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 略一定の出力電力を保ちつつ、電池の長寿命
化を図った携帯用機器の電力増幅回路。 【解決手段】 電界効果トランジスタ２１のドレイン端
子２１ａとソース端子２１ｂとの間に電池電源２５が加
えられるとともに、ゲート端子２１ｃに入力信号が供給
される入力端子３５と、前記ドレイン端子２１ａに出力
信号が供給される出力端子２２を有する電力増幅回路で
あって、電池電源２５の電圧降下に伴い、トランジスタ
２１のゲートバイアス電圧を正方向に変化させて、ドレ
イン電流を一定或いは増加するように制御している。従
って、電池電源２５が電圧降下したとしても、トランジ
スタ２１のゲートバイアス電圧を正方向に変化させるこ
とができるので、トランジスタ２１のドレイン電流を一
定に保つことができ、出力電力を一定に保ちつつ電池の
寿命を伸ばすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、略一定の出力電
力を必要とする携帯用機器の電力増幅回路とこれを用い
た携帯用高周波装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の携帯用機器の電力増幅回
路は、図９に示すように、電界効果トランジスタ１のド
レイン端子１ａとソース端子１ｂとの間に電池電源２が
加えられていた。また、このトランジスタ１のゲート端
子１ｃに供給されるゲートバイアス電圧は、前記電池電
源２に接続されたＤＣ／ＤＣ変換器３と、このＤＣ／Ｄ
Ｃ変換器３の出力に接続された定電圧回路４と、この定
電圧回路４とアースとの間に直列接続された抵抗５と抵
抗６の抵抗体と、この抵抗５と抵抗６の接続点から抵抗
７を介して前記トランジスタ１のゲート端子１ｃが供給
されるようになっていた。ここで、８はゲート端子１ｃ
に接続された入力端子であり、９はドレイン端子１ａに
接続された出力端子である。また、１０はドレイン端子
１ａと電池電源２との間に挿入されたインダクタであ
り、１１は抵抗５と抵抗６の接続点とアースとの間に挿
入されたコンデンサである。また、１２と１３はインダ
クタ１０と電池電源２の接続点とアースとの間に挿入さ
れたコンデンサである。

【０００３】以上のように構成された携帯用機器の電力
増幅回路について、以下にその動作を説明する。入力端
子８に入力された信号は、トランジスタ１で電力増幅さ
れて出力端子９から出力される。また、電池電源２から
の出力は、ＤＣ／ＤＣ変換器３でマイナス電圧に変換さ
れた後、定電圧回路４で一定の電圧に制御され、抵抗５
と抵抗６の抵抗値の比で内分されてゲート端子１ｃに供
給される。このようにして、トランジスタ１へのゲート
供給電圧が決まり、トランジスタ１の動作点が決定され
る。

【０００４】また、図１０は電池電源２の放電特性曲線
である。縦軸は電圧Ｖであり、横軸は放電時間Ｔであ
る。すなわち、曲線１４に示すように、電池電源２から
出力される電圧Ｖは放電時間Ｔとともに減少する。

【０００５】また、トランジスタ１の動作曲線は図１１
に示すように、ドレイン端子１ａにかかる電圧Ｖｄが１
５→１６→１７とこの順に下がるにともない、トランジ
スタ１のドレイン電流は減少し、結果としてトランジス
タ１の出力電力は減少する。ここで、横軸はゲート電圧
Ｖｇ、縦軸はドレイン電流Ｉｄである。また、曲線１
５，１６，１７はドレイン電圧Ｖｄをパラメータとした
ときのゲート電圧Ｖｇとドレイン電流Ｉｄの関係であ
る。ここでＶｇ１は、ゲート端子１ｃに加わるゲートバ
イアス電圧である。

【０００６】したがって、略一定の出力が必要な場合に
は、図１０に示す電池電源２の出力電圧Ｖが下降を始め
るｔ１時間までが携帯用機器の使用可能時間となる。ま
た、携帯用機器では、この使用可能時間ができるだけ長
いことが要求される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の構成では、ゲートバイアス電圧Ｖｇ１は、定
電圧回路４で一定に制御されているので、電池電源２の
電圧Ｖの低下に伴い、トランジスタ１のドレイン電流Ｉ
ｄが減少し、結果として出力電力が減少することにな
る。これは、図９に示すように、ゲートバイアス電圧Ｖ
ｇ１が、定電圧回路４で一定に制御されていることによ
る。従って、トランジスタ１の出力電力を一定に保つた
めには、電池電源２の少しの電圧降下も許されず電池交
換あるいは充電することを余儀なくされる。その結果と
して電池寿命が短くならざるを得なかった。

【０００８】この発明は、このような問題点を解決する
もので、電池の長寿命化を実現した携帯用機器の電力増
幅回路を提供することを目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の携帯用機器の電力増幅回路は、電池電源の電
圧降下に伴い、トランジスタのゲート端子に供給される
ゲートバイアス電圧を正方向に変化させて、ドレイン電
流を一定或いは増加するように制御したものである。

【００１０】これにより、従来に比べて同じ電池を低い
電圧になるまで使用することが可能となり、電池の長寿
命化が図れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、電界効果トランジスタのドレイン端子とソース端子
間に電池電源が加えられるとともに、ゲート端子に入力
信号が供給される入力端子と、前記ドレイン端子に出力
信号が供給される出力端子を有する電力増幅回路であっ
て、前記電池電源の電圧降下に伴い、前記トランジスタ
のゲート端子に供給されるゲートバイアス電圧を正方向
に変化させて、ドレイン電流を一定或いは増加するよう
に制御した携帯用機器の電力増幅回路であって、電池電
源の電圧降下に伴い、トランジスタのゲートバイアス電
圧を正方向に変化させることができるので、たとえ長時
間の使用により電池電源が降下したとしても、トランジ
スタのドレイン電流を略一定に保つことが可能となり、
出力電力を略一定に保つことができる。結果として、電
池の寿命を伸ばすことができる。

【００１２】請求項２に記載の発明のゲート端子にバイ
アス電圧を与えるゲートバイアス回路は、電池電源に接
続されたＤＣ／ＤＣ変換器と、このＤＣ／ＤＣ変換器の
出力とアースとの間に直列接続された複数個の抵抗体と
からなり、この複数の抵抗体の接続点の電圧がトランジ
スタのゲート端子に供給される請求項１に記載の携帯用
機器の電力増幅回路であって、ＤＣ／ＤＣ変換器は同一
の電池電源から供給されており、特別な電源を必要とす
ることなく、ゲートバイアス電圧として必要なマイナス
電圧、又はプラス電圧を任意に作ることができる。ま
た、このＤＣ／ＤＣ変換器の出力電圧は抵抗分割によ
り、簡単な回路でゲートバイアス電圧が得られる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、ＤＣ／ＤＣ変換
器の出力に接続された複数個の抵抗体の一方を可変抵抗
体とした請求項２に記載の携帯用機器の電力増幅回路で
あって、抵抗体の一方に可変抵抗体を用いているので、
最適のゲート電圧が得られるように可変抵抗体で調整す
ることができる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、ＤＣ／ＤＣ変換
器の出力と複数個の抵抗体との間に電圧オフセット回路
を設けた請求項１から３の少なくとも一つに記載の携帯
用機器の電力増幅回路であって、オフセット電圧を任意
に設定することにより、電池電源の電圧降下によるトラ
ンジスタのドレイン電流の変動に対する補償制御が自由
に設定でき、結果として出力電力の補償が任意に制御可
能となり、より精度の高い略一定出力電力を得ることが
できる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、電池電源の出力
からは直接ＤＣ／ＤＣ変換器に電源を供給するととも
に、トランジスタのドレイン端子にはスイッチを介して
電池電源が供給される請求項１から４の少なくとも一つ
に記載の携帯用機器の電力増幅回路であって、大電流を
必要とするドレインへの電流の供給を、オン・オフ制御
することができるので、不要のときにはドレインへ供給
される電力をオフすることにより電池の寿命を伸ばすこ
とができる。

【００１６】請求項６に記載の発明のゲート端子にバイ
アス電圧を与えるゲートバイアス回路は、電池電源に接
続されたＡＤ変換器と、このＡＤ変換器の出力に接続さ
れたパルス列生成回路と、このパルス列生成回路の出力
に接続された平滑回路と、この平滑回路の出力とアース
との間に直列接続された複数個の抵抗体とからなり、こ
の複数個の抵抗体の接続点の電位がトランジスタのゲー
ト端子に供給される請求項１から３及び５の少なくとも
一つに記載の携帯用機器の電力増幅回路であり、ゲート
バイアス電圧の制御をディジタル的に行うので、最適の
オフセット電圧の生成なども、非常に簡単に実現でき
る。

【００１７】請求項７に記載の発明は、抵抗体と並列に
サーミスタが接続された請求項１から６の少なくとも一
つに記載の携帯用機器の電力増幅回路であって、サーミ
スタが抵抗と並列に設けられているので、周囲温度が変
化することによるトランジスタ自体の最適バイアス条件
の変化を補償でき略一定の出力電力を保つことができ
る。

【００１８】請求項８に記載の発明は、送信系と受信系
とからなる携帯用高周波装置において、送信系の電力増
幅器に請求項１から７の少なくとも一つに記載の携帯用
機器の電力増幅回路を用いた携帯用高周波装置であっ
て、出力電力が一定でしかも電池寿命の長い携帯用高周
波装置を実現することができる。

【００１９】以下、本発明の実施の形態について、図面
に基づいて説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の携帯用機器の電力増
幅回路の回路図である。図１において、本実施の形態に
おける携帯用機器の電力増幅回路は、電界効果トランジ
スタ２１のドレイン端子２１ａが出力端子２２に接続さ
れるとともに、負荷インダクタ２３を介してスイッチン
グ用の電界効果トランジスタ２４のドレイン端子２４ａ
に接続されている。そして、このトランジスタ２４のソ
ース端子２４ｂは電池電源２５のプラス端子に接続され
ている。また、この電池電源２５の他方はアースに接続
されるとともに、前記トランジスタ２１のソース端子２
１ｂもアースに接続されている。

【００２０】また、前記トランジスタ２４のゲート端子
２４ｃは、スイッチング制御入力端子２６に接続されて
いる。２７は電池電源２５のプラス端子とアース間に挿
入されたコンデンサで電源電圧安定用であり、トランジ
スタ２４のドレイン端子２４ａとアース間に挿入された
コンデンサ２８は、電力増幅回路を構成する電界効果ト
ランジスタ２１の負荷インダクタ２３と電界効果トラン
ジスタ２４を高周波的に遮断する働きを有するものであ
る。

【００２１】また、前記トランジスタ２１のゲート端子
２１ｃに供給されるゲートバイアス電圧は、前記電池電
源２５のプラス端子に接続されたＤＣ／ＤＣ変換器２９
と、このＤＣ／ＤＣ変換器２９の出力とアース間に直列
接続された抵抗３０と抵抗３１とで構成された回路にお
いて、この抵抗３０と抵抗３１の接続点から抵抗３２を
介して前記トランジスタ２１のゲート端子２１ｃに供給
されるようになっている。ここで、コンデンサ３３は抵
抗３１と並列接続されたコンデンサであり、抵抗３０と
３１の接続点を交流回路的に遮断してトランジスタ２１
の動作を安定化させている。３４は同じく抵抗３３に並
列接続されたサーミスタであり、周囲温度による前記抵
抗３０と３２の接続点の電圧変動を補正している。ま
た、抵抗３０は可変抵抗であり、ゲート端子２１ｃに供
給されるゲートバイアス電圧を任意に設定できるように
なっている。

【００２２】３５は入力端子であり、トランジスタ２１
のゲート端子２１ｃに接続されている。

【００２３】以上のように構成された携帯用機器の電力
増幅回路について、以下にその動作を説明する。入力端
子３５に入力された信号は、トランジスタ２１で電力増
幅されて出力端子２２から出力される。また、電池電源
２５からの出力は、ＤＣ／ＤＣ変換器２９でマイナス電
圧に変換されて、更に抵抗３０と抵抗３１の抵抗値の比
で内分されてゲート端子２１ｃに供給され、トランジス
タ２１の動作点を決定する。

【００２４】このように、電池電源２５の出力は、ＤＣ
／ＤＣ変換器２９を介してゲート端子２１ｃに供給され
ているので、電池電源２５の電圧Ｖが降下すると図２の
特性３６に示すように、ＤＣ／ＤＣ変換器２９の出力電
圧Ｖ_DC-DCも降下することになる。

【００２５】また、図３は電池電源２５の放電特性曲線
である。縦軸は電圧Ｖであり、横軸は放電時間Ｔであ
る。すなわち、曲線３７に示すように、電池電源２５か
ら出力される電圧Ｖは時間Ｔとともに減少する。

【００２６】また、図４はトランジスタ２１の動作曲線
を示す。ここで、横軸はゲート電圧Ｖｇ、縦軸はドレイ
ン電流Ｉｄである。また、曲線３８，３９，４０はドレ
イン電圧Ｖｄをパラメータとしたときのゲート電圧Ｖｇ
とドレイン電流Ｉｄの関係である。今トランジスタ２１
のゲート端子２１ｃにかかるゲートバイアス電圧Ｖｇ１
１を一定の条件においては、ドレイン端子２１ａにかか
る電圧Ｖｄを３８→３９→４０とこの順に下げると、ト
ランジスタ２１のドレイン電流は減少し、結果としてト
ランジスタ２１の出力電力は減少する。これに対して、
電池電源２５の電圧が降下するに伴ってゲート端子２１
ａに加えるバイアス電圧をＶｇ１２→Ｖｇ１１→Ｖｇ１
３とこの順に正方向変化させれば、トランジスタ２１の
ドレイン電流Ｉｄを一定にすることができ、トランジス
タ２１の出力電力の低下を補正することができる。ここ
でゲート端子２１ｃへのバイアス電圧の設定方法は、以
下のようにして決定する。図３、図４において、トラン
ジスタ２１のゲート端子２１ｃに加わるバイアス電圧Ｖ
ｇ１１は、電池電源２５の定常状態ｔ１１のときのＤＣ
／ＤＣ変換器２９の出力電圧ＶＤＣ１１を抵抗３０と３
１で内分して設定する。電池電源２５が初期ｔ１２の電
圧Ｖ１２が高いとき、ＤＣ／ＤＣ変換器２９の出力電圧
ＶＤＣ１２は、負方向にシフトしゲート端子２１ｃの電
圧はＶｇ１２となり、電池電源２５が消耗してきたとき
ｔ１３ではＤＣ／ＤＣ変換器２９の出力電圧ＶＤＣ１３
は正方向にシフトし、ゲート端子２１ｃの電圧はＶｇ１
３となるように決める。

【００２７】したがって、図３に示すように、電池電源
２５の出力電圧Ｖが下降を始めてもｔ１３時間まで略一
定の出力電力で携帯用機器の使用が可能となる。すなわ
ち、電池の寿命を長くすることができる。

【００２８】また、図１における２６はトランジスタ２
１のドレイン電流をオン・オフするための制御入力端子
であり、必要なときのみドレイン電流を流して、不要な
ときにはオフすることにより、電池の消耗を少なくする
ことができる。すなわち、電池寿命を伸ばすことができ
る。

【００２９】（実施の形態２）以下、実施の形態２につ
いて説明する。図５は、実施の形態２の回路図であり、
図１におけるＤＣ／ＤＣ変換器２９と可変抵抗３０との
間に、電圧オフセット回路５０を挿入したものである。
このように電圧オフセット回路５０を挿入することによ
り、オフセット回路の出力電圧特性は、図６の３６ａと
なる。ここではオフセット電圧５１を負にとったときの
図を表している。図６に示すように電池電源２５の電圧
に対してオフセット電圧５１をかけるとゲート端子２１
ｃに加えるバイアス電圧Ｖｇ特性を５２の傾斜のように
変えることができるので、電池電源変動に対するトラン
ジスタ２１のドレイン電流Ｉｄの補正をより精密に一定
にすることができる。

【００３０】（実施の形態３）以下、実施の形態３につ
いて説明する。図７は、実施の形態３の回路図であり、
図１における電池電源２５と抵抗３０との間に、ＡＤ変
換器６１とパルス列生成回路６２とローパスフィルタ６
３とをこの順に直列接続するとともに、ＡＤ変換器６１
の入力側を電池電源２５に接続したものである。このよ
うに電池電源２５の出力を一旦ディジタル値に変換して
いるので、後はディジタル的に処理することができ、設
計自由度の大きなゲートバイアス電圧を得ることができ
る。

【００３１】パルス列生成回路６２はＡＤ変換器６１の
出力値に対応して、ディジタルメモリに記憶された値か
らパルス列を生成するものである。

【００３２】この場合、ゲート端子２１ｃに加えられる
バイアス電圧Ｖｇ特性はプログラムにより最適に変える
ことができるので、トランジスタ２１のドレイン電流Ｉ
ｄをより精密に一定にすることができる。

【００３３】（実施の形態４）以下、実施の形態４につ
いて説明する。図８は、本発明の携帯用機器の電力増幅
回路を用いた携帯用高周波装置のブロック図である。図
８において、携帯用高周波装置は受信系７１と送信系７
２とからなり、その受信系７１の構成は、アンテナ端子
７３から入力された信号が接続されるアンテナスイッチ
７４と、このアンテナスイッチ７４の一方の端子が接続
されるローノイズ増幅器７５と、このローノイズ増幅器
７５の出力が接続されるバンドパスフィルタ７６と、こ
のバンドパスフィルタ７６の出力が一方の入力に接続さ
れるとともに他方の入力には第１の発振器７７の出力が
接続される第１の混合器７８と、この第１の混合器７８
の出力が接続される第１の中間周波数フィルタ７９と、
この第１の中間周波数フィルタ７９の出力が一方の入力
に接続されるとともに他方の入力には第２の発振器８０
の出力が接続される第２の混合器８１と、この第２の混
合器８１の出力が接続される第２の中間周波数フィルタ
８２と、この第２の中間周波数フィルタ８２の出力が接
続されるインターフェースコネクタ８３とで構成されて
いる。

【００３４】一方、送信系７２の構成は、前記インター
フェースコネクタ８３からの信号が一方の入力に接続さ
れるとともに他方の入力には前記第２の発振器８０の出
力が接続される直交変調器８４と、この直交変調器８４
の出力が一方の入力に接続されるとともに他方の入力に
は前記第１の発振器７７の出力が接続される混合器８５
と、この混合器８５の出力が接続されるイメージフィル
タ８６と、このイメージフィルタ８６の出力が接続され
る増幅器８７と、この増幅器８７の出力が接続される電
力増幅器８９と、この電力増幅器８９の出力が他方の端
子に接続される前記アンテナスイッチ７４と、このアン
テナスイッチ７４の共通端子と接続される前記アンテナ
端子７３とで構成されている。

【００３５】また、９０は前記第１の発振器７７の発振
周波数を制御するＰＬＬ回路である。このＰＬＬ回路９
０は、マイクロコンピュータで構成された制御部９１に
接続されており、この制御部９１にはメモリ９２と操作
部９３が接続されている。ここで、前記電力増幅器８９
の最終段に本発明の携帯用機器の電力増幅回路が使用さ
れて、携帯用高周波装置を構成している。

【００３６】このような、送信・受信機能を有する携帯
用の高周波装置においては、特に一定の出力電力で且つ
長時間使用できることが要求される。また、このような
高周波装置においては、制御部９１にＡＤ変換器６１や
パルス列生成回路６２を組み込むことは容易に実現でき
る。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電池電源
の電圧降下に伴い、トランジスタのゲート端子に供給さ
れるゲートバイアス電圧を正方向に変化させて、ドレイ
ン電流を一定或いは増加するように制御しているので、
電池電源の電圧降下に伴い、トランジスタのゲートバイ
アス電圧を正方向に変化させることができ、例え長時間
の使用により電池電源が降下したとしても、トランジス
タのドレイン電流を一定に保つことにより、出力電力を
一定に保つことができる。すなわち、出力電力を一定に
保ちつつ電池の寿命を伸ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による携帯用機器の電力
増幅回路の回路図

【図２】同、携帯用機器の電力増幅回路のバイアス電源
の特性図

【図３】同、携帯用機器の電力増幅回路に使用する電池
電源の特性図

【図４】同、携帯用機器の電力増幅回路に使用するトラ
ンジスタの特性図

【図５】本発明の実施の形態２による携帯用機器の電力
増幅回路の回路図

【図６】同、携帯用機器の電力増幅回路のバイアス電源
の特性図

【図７】本発明の実施の形態３による携帯用機器の電力
増幅回路の回路図

【図８】本発明の実施の形態４による携帯用高周波装置
のブロック図

【図９】従来の携帯用機器の電力増幅回路の回路図

【図１０】同、携帯用機器の電力増幅回路に使用する電
池電源の特性図

【図１１】同、携帯用機器の電力増幅回路に使用するト
ランジスタの特性図

【符号の説明】

２１ トランジスタ ２１ａ ドレイン端子 ２１ｂ ソース端子 ２１ｃ ゲート端子 ２２ 出力端子 ２５ 電池電源 ２９ ＤＣ／ＤＣ変換器 ３０ 抵抗 ３１ 抵抗 ３２ 抵抗 ３５ 入力端子

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電界効果トランジスタのドレイン端子と
   ソース端子間に電池電源が加えられるとともに、ゲート
   端子に入力信号が供給される入力端子と、前記ドレイン
   端子に出力される出力信号が供給される出力端子を有す
   る電力増幅回路であって、前記電池電源の電圧降下に伴
   い、前記トランジスタのゲート端子に供給されるゲート
   バイアス電圧を正方向に変化させて、ドレイン電流を一
   定或いは増加するように制御した携帯用機器の電力増幅
   回路。
2. 【請求項２】 ゲート端子にバイアス電圧を与えるゲー
   トバイアス回路は、電池電源に接続されたＤＣ／ＤＣ変
   換器と、このＤＣ／ＤＣ変換器の出力とアースとの間に
   直列接続された複数個の抵抗体とからなり、この複数の
   抵抗体の接続点の電圧がトランジスタのゲート端子に供
   給される請求項１に記載の携帯用機器の電力増幅回路。
3. 【請求項３】 ＤＣ／ＤＣ変換器の出力に接続された複
   数個の抵抗体の一方を可変抵抗体とした請求項２に記載
   の携帯用機器の電力増幅回路。
4. 【請求項４】 ＤＣ／ＤＣ変換器の出力と複数個の抵抗
   体との間に電圧オフセット回路を設けた請求項１から３
   の少なくとも一つに記載の携帯用機器の電力増幅回路。
5. 【請求項５】 電池電源の出力からは直接ＤＣ／ＤＣ変
   換器に電源を供給するとともに、トランジスタのドレイ
   ン端子にはスイッチを介して電池電源が供給される請求
   項１から４の少なくとも一つに記載の携帯用機器の電力
   増幅回路。
6. 【請求項６】 ゲート端子にバイアス電圧を与えるゲー
   トバイアス回路は、電池電源に接続されたＡＤ変換器
   と、このＡＤ変換器の出力に接続されたパルス列生成回
   路と、このパルス列生成回路の出力に接続された平滑回
   路と、この平滑回路の出力とアースとの間に直列接続さ
   れた複数個の抵抗体とからなり、この複数個の抵抗体の
   接続点の電位がトランジスタのゲート端子に供給される
   請求項１から５の少なくとも一つに記載の携帯用機器の
   電力増幅回路。
7. 【請求項７】 抵抗体と並列にサーミスタが接続された
   請求項１から６の少なくとも一つに記載の携帯用機器の
   電力増幅回路。
8. 【請求項８】 送信系と受信系とからなる携帯用高周波
   装置において、送信系の電力増幅器に請求項１から７の
   少なくとも一つに記載の携帯用機器の電力増幅回路を用
   いた携帯用高周波装置。