JPH11513233A - 交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入力端子（Ｖ_IN）と、この入力端子（Ｖ_IN）を交流結合増幅器（１０）の制御端子（１６）に結合する結合キャパシタ（１２）とを有する種類の当該交流結合増幅器用の無インダクタ電圧バイアス回路を提供する。この電圧バイアス回路は制御端子（１６）に結合された電圧源（Ｖ_B）と、差動入力増幅器（１８）とを具え、この差動入力増幅器は、電圧源（Ｖ_B）に結合された非反転入力端と、反転入力端と、出力端子（２０）と、周波数の関数として減少する差動電圧利得特性とを有する。反転入力端と出力端子（２０）との間には抵抗（２２）が結合され、差動入力増幅器（１８）の反転入力端には交流結合増幅器の制御端子（１６）が結合されている。このようにして、インダクタを用いることなくして交流結合増幅器用の低インピーダンス直流電圧バイアス源が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路 発明の背景 本発明は交流結合増幅器用バイアス回路の分野におけるものであり、特にこの ような増幅器用の無インダクタ（インダクタの無い）電圧バイアス回路に関する ものである。 交流結合増幅器に対するバイアスは代表的に電流モードのバイアス機構か或い は電圧モードのバイアス機構のいずれかによって与えることができる。米国特許 第５，４３２，４７９号明細書に開示されているような電流モードのバイアス機 構に比べて電圧モードのバイアス機構の方が一般に好ましい。その理由は、電圧 モードのバイアス機構では代表的に電流消費が少なくなり、その結果トランジス タのブレークダウン電圧が高まり、且つ回路の零入力電流よりはむしろ実際のバ イアス電流が制御される為である。 代表的な従来の電圧モードバイアス機構を図１に示す。図１の回路では、ＲＦ 増幅器のような交流結合増幅器ＡがキャパシタＣ_IN及びＣ_OUTにより入力端子Ｖ_{I N} 及び出力端子Ｖ_OUT間に容量的に結合されており、電圧源Ｖ_BがインダクタＬを 介して増幅器の制御端子に結合されている。このインダクタは、所望の結合特性 を得るために、すなわち直流でバイアス電圧源と増幅器の制御端子との間の低イ ンピーダンス接続を得るとともに、回路の動作周波数範囲内で比較的高いインピ ーダンスを得て、電圧源Ｖ_Bからの直流バイアス電圧が損失なく増幅器に与えら れるとともに、増幅器の動作周波数範囲内で増幅器がバイアス回路により付加的 な負加が加えられないようにしている。この構成によれば、増幅器回路に付加的 な負荷を加えずにバイアス電圧を与える問題に対する動作的に有効な解決策が得 られるも、インダクタを使用する必要がある為に回路の寸法及び価格を増大させ るとともにインダクタは代表的に集積化できないという欠点がある。 従って、インダクタを使用する必要のないバイアス回路を以って、交流結合増 幅器に対するインダクタ結合式の電圧モードバイアス機構の利点を達成するのが 望ましい。 発明の概要 本発明の目的は、インダクタを用いることなく、電圧モードバイアス機構及び 誘導性結合の利点を達成する交流結合増幅器用直流電圧バイアス回路を提供せん とするにある。 本発明によれば、前述した種類の電圧バイアス回路において、電圧源に結合さ れた非反転入力端と、反転入力端と、出力端子と、周波数の関数として減少する 差動電圧利得関数特性とを有する差動入力増幅器を設け、反転入力端と出力端子 との間に抵抗を結合し、増幅器の制御端子を反転入力端に結合することにより、 上述した目的を達成する。このようにして、付加的な負荷を加えて動作周波数で の交流結合増幅器の利得を減少させることなく交流結合増幅器の直流バイアス電 圧を与えることができる。 本発明の好適例では、バイポーラトランジスタのベース−エミッタ通路により 又は電界効果トランジスタにより前記抵抗を出力端子に結合する。 本発明の他の好適例では、前記制御端子をバイポーラトランジスタのベース− エミッタ通路により前記反転入力端に結合する。 本発明のバイアス回路によれば、電圧モードの誘導性結合バイアス機構の利点 がインダクタを用いることなく得られ、従ってコンパクトで経済的で容易に集積 化される回路構成が得られるという点で可成りの改善が達成される。 本発明の上述した及びその他の特徴は以下に説明する実施例から明らかとなる であろう。 図面の簡単な説明 本発明は以下の説明を図面と関連して読むことにより一層完全に理解されるで あろう。 図中、 図１は、誘導結合された従来の電圧バイアス回路を簡単化して示し、 図２は、本発明の第１実施例による無インダクタ電圧バイアス回路を示し、 図３は、本発明の第２実施例による無インダクタ電圧バイアス回路を示し、 図４は、本発明の第３実施例による無インダクタ電圧バイアス回路を示す。 好適実施例の説明 従来の図１に示すような交流結合増幅器に対するインダクタ結合電圧モードバ イアス構成の利点を、インダクタを用いることなく得る為には、図２に簡単化し た構成で示す回路のような本発明による無インダクタ電圧モードバイアス構成を 用いることができる。図２の回路では、交流結合増幅器１０が結合キャパシタ１ ２及び１４により信号入力端子Ｖ_INと信号出力端子Ｖ_OUTとの間に結合され、こ の場合結合キャパシタ１２が信号入力端子Ｖ_INと増幅器の制御端子１６、代表的 にバイポーラトランジスタのベースとの間に接続されている。図２は、直流電圧 源Ｖ_Bを交流結合増幅器１０の制御端子１６に結合するのに図１のインダクタＬ の代りに能動回路を用いているという点で図１と相違する。 この能動回路は、非反転入力端（＋）が直流電圧源Ｖ_Bに結合され周波数の関 数として減少する周波数依存差動電圧利得関数特性Ｇ（ω）を有する差動入力増 幅器１８を有している。増幅器の利得の減少、すなわちロールオフが生じる周波 数をこの増幅器の固有の周波数依存特性によって決定するか、或いは例えば当業 者にとって明らかなようにＲＣ回路網を導入することにより、所望のロールオフ 周波数を増幅器に導入するように設計を行なうことができる。差動増幅器１８の 出力端２０は抵抗２２により制御端子１６に結合され、この制御端子は差動増幅 器１８の反転入力端（−）に結合されている。その結果、抵抗２２を含む負帰還 制御ループが得られる。交流結合増幅器１０の制御端子１６から見た電圧バイア ス回路のインピーダンスを表わすのに記号Ｚ_INを用いる。 本発明の第２実施例による無インダクタ電圧バイアス回路を図３に示す。この 図３においては、電圧Ｖ_Bを生じる電圧源が電源ノードＶ_CC及びＶ_B間に結合され た抵抗２４と、Ｖ_B及び大地との間に接続されたダイオード２６及びキャパシタ ２８とを有する。更に、本例では、差動増幅器１８の出力端２０は、ベースが出 力端子２０に、コレクタがＶ_CCに、エミッタが抵抗２２にそれぞれ接続されてい るバイポーラトランジスタにより抵抗２２に結合されている。 更に図３は、ベースを制御端子１６に結合し、コレクタをキャパシタ１４を介 してＶ_OUTに結合したエミッタ接地構造のバイポーラトランジスタ３２を有する ものとして交流結合増幅器１０を簡単化した形態で示している。トランジスタ３ ２はＲＦ増幅器段のような交流結合増幅器の一構成例を簡単化した形態で示すも のであり、本発明はバイアス電圧供給を必要とする種類の種々の形態の交流結合 増幅器に適用しうることを認識すべきである。 本発明による無インダクタ電圧バイアス回路の第３実施例を図４に示す。この 図４は、２段の交流結合増幅器をバイアスするのに用いるのに適した無インダク タ電圧バイアス回路を示し、更にバイアス回路の幾つかの部分に対する変形回路 構成をも示している。図４では、例えば、図３のダイオード２６の代りにダイオ ード接続のトランジスタ２６ａを用いており、このトランジスタが、Ｖ_CCに接続 された抵抗２４と関連して電圧Ｖ_Bを発生する作用をする。この回路では、トラ ンジスタ２６ａ，３２ａ及び３２ｂの温度依存特性を一致させることができ、有 利である。更に、図３のバイポーラトランジスタ３０の代りにソースホロワ構造 のＦＥＴ３０ａが用いられ、図３の１段増幅器１０の代りにバイポーラトランジ スタ３２ａ及び３２ｂと抵抗３４とが用いられている。本例では、交流結合増幅 器１０の制御端子１６がトランジスタ３２ａのベース−エミッタ通路により差動 増幅器１８の反転入力端に結合されている。図４は２段増幅器の１構成例を示す ものであり、ＦＥＴ増幅器段のような他の構成を用いることができることに注意 すべきである。 前述したように、図１に示すような従来の電圧モードバイアス構成では、直流 で低インピーダンス接続を達成するとともに回路の動作周波数範囲で比較的高い インピーダンスを達成するように電圧源を交流結合増幅器に結合するのにインダ クタを用いている。これにより直流バイアス電圧成分を増幅器に損失のないよう に結合させ、しかも、増幅器にはこの増幅器の動作周波数範囲内でバイアス回路 により付加的な負荷が加えられることがない。本発明はこれと同じ機能をインダ クタを用いることなく達成し、コンパクトで経済的で容易に集積化しうる回路構 成を得るものである。 この回路構成は、インダクタの代りに演算増幅器のような差動入力増幅器を、 少なくとも抵抗２２を有する帰還ループ中に用いることにより達成する。増幅器 の固有（又はそのように設計した）高周波ロールオフ特性（すなわち利得が直流 で高く、ある周波数でロールオフし始める、すなわち周波数が増大するにつれて 減少する特性）の為に、以下に説明するように本発明の回路によりインダクタの 電気特性を模倣する。増幅器１８と、抵抗２２を有する帰還接続とを具える電圧 バイアス回路は交流結合増幅器（例えば図２参照）の制御端子１６に、直流で零 に近く増幅器の利得を大きくするインピーダンスＺ_INを与える。交流結合増幅器 の動作周波数範囲中の高周波では、差動入力増幅器１８の利得が零に近づき、従 って実質的に帰還ループを切断し、電圧バイアス回路の実効インピーダンスＺ_IN を少なくとも抵抗２２の抵抗値まで増大させる。抵抗２２の値を適切に高く、代 表的に１００オーム以上に選択することにより、電圧バイアス回路により交流結 合増幅器にその動作周波数範囲内で付加的な負荷を加えず、同時に低周波のイン ピーダンス（代表的に１オームよりも充分に低いインピーダンス）が得られ、こ れにより電圧源を交流結合増幅器の制御端子に結合するための低インピーダンス 直流通路を得るようにすることができる。このようにして、電圧モードの誘導結 合バイアス構成の利点がインダクタを用いずに得られる。 本発明は上述した実施例に限定されず、幾多の変更を加えうること勿論である 。例えば、差動入力増幅器１８は演算増幅器のような適切ないかなる種類のもの にもすることができ、交流結合増幅器１０に対し種々の回路構成を用いることが できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．交流結合増幅器（１０）用無インダクタ電圧バイアス回路であって、この交 流結合増幅器（１０）は信号入力端子（Ｖ_IN）と、この信号入力端子（Ｖ_IN）を 該交流結合増幅器（１０）の制御端子（１６）に結合する結合キャパシタ（１２ ）とを有し、前記電圧バイアス回路が、前記制御端子（１６）に結合された電圧 源（Ｖ_B）を有している当該交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路に おいて、 この電圧バイアス回路が、 前記電圧源（Ｖ_B）に結合された非反転入力端と、反転入力端と、出力端子 （２０）と、周波数の関数として減少する差動電圧利得特性とを有する差動入力 増幅器（１８）と、 前記反転入力端及び前記出力端子（２０）間に結合された抵抗（２２）と を具えており、前記制御端子（１６）が前記反転入力端に結合されていること を特徴とする交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路。 ２．請求の範囲１に記載の交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路にお いて、前記抵抗（２２）がバイポーラトランジスタ（３０）のベース−エミッタ 通路により前記出力端子（２０）に結合されていることを特徴とする交流結合増 幅器用無インダクタ電圧バイアス回路。 ３．請求の範囲１に記載の交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路にお いて、前記抵抗（２２）が電界効果トランジスタ（３０ａ）により前記出力端子 （２０）に結合されていることを特徴とする交流結合増幅器用無インダクタ電圧 バイアス回路。 ４．請求の範囲１に記載の交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路にお いて、前記制御端子（１６）がトランジスタ（３２ａ）により前記反転入力端に 結合されていることを特徴とする交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回 路。 ５．請求の範囲１に記載の交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路にお いて、前記制御端子（１６）がバイポーラトランジスタ（３２ａ）のベース− エミッタ通路により前記反転入力端に結合されていることを特徴とする交流結合 増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路。 ６．請求の範囲１に記載の交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路にお いて、前記電圧源が抵抗（２４）とダイオード（２６）との直列接続回路を有し ていることを特徴とする交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路。 ７．請求の範囲６に記載の交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス回路にお いて、前記ダイオードは、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタ（２６ ａ）を有していることを特徴とする交流結合増幅器用無インダクタ電圧バイアス 回路。 ８．交流結合増幅器（１０）用無インダクタ電圧バイアス回路において、この交 流結合増幅器（１０）は信号入力端子（Ｖ_IN）と、この信号入力端子（Ｖ_IN）を 該交流結合増幅器（１０）の制御端子（１６）に結合する結合キャパシタ（１２ ）とを有し、前記電圧バイアス回路が、電圧源（Ｖ_B）を抵抗（２２）を介して 前記制御端子（１６）に結合するための、周波数の関数として減少する電圧利得 特性を有するバイアス増幅器（１８）と、前記制御端子（１６）から前記バイア ス増幅器（１８）への帰還接続とを有していることを特徴とする交流結合増幅器 用無インダクタ電圧バイアス回路。