JPS6337967B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、増幅されるべき高周波信号（以下
HF信号）が供給される第１ゲート電極と大きな
抵抗値をもつ抵抗器を通して利得制御電圧が供給
される第２ゲート電極とから成る２つのゲート電
極を有するMES（MEtal−Semiconductor）電界
効果トランジスタ（金属−半導体障壁接合を形成
したゲート電極を備えた電界効果トランジスタ）
またはMIS電界効果トランジスタを有する高周波
増幅回路（以下HF増幅回路）に関するものであ
る。

（発明が解決しようとする問題点） このような増幅回路では、第２ゲート電極に供
給される電圧により、電界効果トランジスタの利
得が影響を受ける。利得制御曲線の傾斜、すなわ
ち、制御電圧の変化に対する利得の変化は、制御
電圧の大きさが電界効果トランジスタのピンチオ
フ電圧の領域に入ると、非常に大きくなる。ピン
チオフ電圧とはドレン電流が事実上流れなくなる
ゲート電極の電圧のことである。したがつて、も
し制御電圧がこのピンチオフ電圧の領域内のある
値になると、非常に小さな制御電圧の変化があつ
ても大きな利得の変化が生ずる。しかしながら、
このことは望ましくない。それは、制御電圧の変
化と利得電圧の変化との間に著しい非線形性が生
ずるからである。

（問題を解決しようとするための手段および作
用） 本発明により、利得制御曲線の傾斜が、ピンチ
オフ電圧の領域内に制御電圧値がある場合に、小
さくなるようにしたHF増幅回路がえられる。

本発明により、第２ゲート電極と制御電圧範囲
内にある固定電位をもつた回路点との間に、或る
閾値をもつダイオード回路部を接続することによ
り、この問題が解決される。

本発明による回路では、制御電圧と前記固定電
位との間の差がダイオード回路部の閾値電圧を越
える時、このダイオード回路部が導電状態にな
り、そしてその結果、制御電圧の変化がもはや完
全には第２ゲート電極に作用しなくなる。したが
つて、制御電圧が変化してももはやこのダイオー
ド回路部がない場合にえられるのと同じ利得変化
はもたらさない。

単純に閾値を一定とした場合、本発明の提案さ
れた実施例では、ダイオード回路部はツエナダイ
オードと普通のダイオードで構成され、このツエ
ナダイオードのアノードは第２ゲート電極に接続
され、そして普通のダイオードはツエナダイオー
ドに逆の極性をもつて直列接続される。

本発明のさらに別の実施例では、このダイオー
ド回路部はダイオード列で構成することができ
る。このダイオード列の閾値はこのダイオード列
内の個々のダイオードの閾値電圧の和に等しい。

本発明により、前記回路点は第１ゲート電極へ
のバイアスを供給するための分圧器のタツプとす
ることもできる。

また、本発明による増幅回路は前記回路点が電
界効果トランジスタのソース電極であるように設
計することもできる。

本発明をさらに有利点なものにするためには、
ダイオード回路部が電界効果トランジスタと一緒
に同じ半導体基板の上に集積することである。

ダイオード回路部の閾値は、本発明により、回
路点における固定電位と電界効果トランジスタの
ピンチオフが起こる電圧値との差に等しいように
選定されることが望ましい。

（実施例） 第１図に示されているHF増幅回路は増幅され
るべきHF信号を受信するための入力ジヤツク１
を有している。このHF信号は、結合コンデンサ
２と、コイル３およびキヤパシタ４から成る並列
共振回路と、さらに結合コンデンサ５を通して、
デプレシヨン形の２ゲートMIS電界効果トランジ
スタ７の第１ゲート電極６に供給される。この電
界効果トランジスタはまたMES電界効果トラン
ジスタであつてもよい。このMES電界効果トラ
ンジスタでは、各ゲート電極は、対応するチヤン
ネルゾーンの上にある半導体表面と適当な金属接
触体の間に定められたシヨツトキ障壁層により、
チヤンネルゾーンから隔離される。２つの抵抗器
８および９から成る分圧器によつて固定バイアス
U_Bがえられる。２つの抵抗器８と９の接続点の
タツプからえられたこのバイアスは、HF（高周
波）遮断の役割を果たす抵抗器１０を通して、ゲ
ート電極６に供給される。

MIS電界効果トランジスタ７は第２ゲート電極
１１を有している。この第２ゲート電極には端子
１３に供給された利得制御電圧が抵抗器１２を通
して供給される。第２ゲート電極１１は、コンデ
ンサ１４によつて、高周波に対しアースされる。

MIS電界効果トランジスタ７のドレン電極１５
のところに増幅されたHF信号が現われる。この
信号は、結合コンデンサ１６と、コイル１７とコ
ンデンサ１８とから成る並列共振回路と、さらに
結合コンデンサ１９を通して、出力端子２０に供
給される。

正の電源電圧が端子２１に印加される。この端
子はゲート電極６のバイアスを得るための分圧器
の抵抗器８に接続される。２つの抵抗器８，９で
構成されるこの分圧器は正の電源電圧とアースの
間に接続される。電源電圧はまた端子２２に供給
される。この端子はチヨーク２３を通してドレン
電極に接続される。端子２２とアースとの間には
２つの抵抗器２４，２５から成る分圧器が接続さ
れる。この分圧器のタツプは電界効果トランジス
タ７のソース電極２６に接続される。ソース電極
２６はまた、コンデンサ２７により、高周波に対
しアースに接続される。抵抗器２４と２５で構成
される分圧器により、ソース電極２６は一定の正
バイアスをもち、その結果、この電界効果トラン
ジスタの利得は入力１３の排他的正制御電圧で制
御される。したがつて、制御電圧によりドレン電
流を完全に抑制するために、負電圧を必要としな
い。この負電圧はソース電圧が固定バイアス値に
よる大きな値に保たれていない場合に必要とな
る。

第１図からわかるように、抵抗器８，９から成
る分圧器のタツプと第２ゲート電極との間に、ツ
エナダイオード２８と普通のダイオード２９を組
合せたものが接続される。これらの２つのダイオ
ードは逆向きの極性をもつように直列接続され
る。ツエナダイオード２８のアノードはゲート電
極１１に接続され、そして普通のダイオード２９
のアノードは抵抗器８，９で構成される分圧器の
タツプに接続される。これらの２つのダイオード
のカソードは直接に互いに接続される。

第２図において、このHF増幅器の動作モード
を説明する。第２図の横軸は端子１３に印加され
る利得制御電圧である。左の縦軸は相対利得で、
曲線Ａで示されている。右の縦軸はゲート電極１
１の電圧であつて、曲線Ｂで示されている。説明
の必要上、端子２１および２２の電源電圧を約
12Vとする。さらに抵抗器８および９は同じ抵抗
値をもつているとする。するとこれらの抵抗器で
つくられる分圧器のタツプの電圧は約6Vになる。
この電圧はゲート電極６のバイアスとなるが、電
界効果トランジスタの利得が最大となるようにこ
の電圧が選定される。第２図をみるとわかるよう
に、制御電圧が最も大きい値をとる時に相対利得
が最大値をとる。この制御電圧の最も大きい値は
この例では10Vである。トランジスタ基板内のゲ
ート電極の下のこの制御電圧でつくられたチヤン
ネルはこの制御電圧値では完全に導電状態にあ
り、したがつて、ドレン電流に影響を与えない。
制御電圧は最大利得を与える値と最小利得を与え
る値との間で変わる。第２図の場合には、この制
御電圧範囲は0Vから10Vまでの範囲である。

第２図の曲線Ｂにより、ゲート電極１１の電圧
U_G2は、最大値から下向きに電圧U_Eに達するまで
は、利得制御電圧U_AVRに等しい。電圧U_Eのとこ
ろで、ゲート電極１１によつて制御された電界効
果トランジスタ７のチヤンネルのピンチオフが開
始する。第１図に示されたツエナダイオード２８
と普通のダイオード２９のダイオード回路部がな
い場合には、電圧U_G2は、点線３１で示されてい
るように、利得制御電圧U_AVRにさらに比例して
変化するであろう。

第２図の曲線Ａで示されているように、利得制
御電圧U_AVRの最大値と電圧U_B間の領域では、ま
た比較的線形な制御領域がある。ピンチオフ電圧
U_Pに到達した後は、電界効果トランジスタ７の
ドレン電流は流れなくなり、利得制御電圧U_AVR
はもはや制御効果をもたない。ツエナダイオード
２８と普通のダイオード２９のダイオード回路部
がない場合には、電圧U_Eと電圧U_Pの間の領域で
は、相対利得の曲線Ａの傾斜が非常に大きくなる
であろう。すなわち、制御電圧が少し変化しても
相対利得は大きく変化するであろう。第２図で
は、これは点線３０で示されている。測定したと
ころによると、ダイオード回路部がない場合、点
線３０で示された曲線Ａの領域において、約
30dB／Ｖ乃至40dB／Ｖの制御電圧に対する利得
曲線の傾斜がえられた。

第１図の回路において、ダイオード回路の導電
閾値U_Dが電界効果トランジスタのピンチオフの
起こる電圧U_EとバイアスU_Bの間の差に等しくな
るように選定される。このダイオード回路部の導
電閾値U_Dはツエナダイオードのツエナ電圧と普
通のダイオードの順方向電圧とから成つており、
通常0.7Vである。このようにすると次のことが
起こる。利得制御電圧U_AVRが電圧U_Bより大きい
限り、ツエナダイオード２８は動作しなくそして
普通のダイオード２９は逆方向にバイアスされ、
したがつて、分圧器によつてつくられた一定バイ
アスはゲート電圧１１に到達できない。利得制御
電圧が電圧U_Bよりも小さくなると、ツエナダイ
オードは非導電状態になりそしてダイオード２９
は導電状態になる。利得制御電圧がさらに下つて
電圧U_Eに達すると、ツエナダイオード２８がブ
レークダウン電圧に達して、このツエナダイオー
ドは導電状態になる。ダイオード２８がブレーク
ダウンした後のゲート電極１１の電圧が固定バイ
アスU_Bと電圧U_Eとの差U_Dに等しい一定電圧に単
にクランプされるのではないという事実は、ツエ
ナダイオードのブレークダウン特性が理想的では
ないことによる。ツエナダイオードがブレークダ
ウンした後、制御電圧がさらに下がると、そこを
流れる電流がまた変化する。特性が理想的でない
ことにより、そこで生ずる電圧降下が変わり、し
たがつて、制御電圧が変わるとツエナダイオード
を流れる電流が変化してゲート電圧U_G2を変える
効果をもつ。制御電圧の変化がそのまま全部ゲー
ト電圧の変化になるのではなくて、抵抗器１２に
よる電圧降下分だけ小さくなる。このように、ゲ
ート電圧U_G2は利得制御電圧の値に厳密に等しい
のではなくて、抵抗器１２における電圧降下分だ
け高い。第２図において、利得制御電圧U_AVRが
値U_E以下のところで、曲線Ｂがダイオード回路
部を使わなかつた場合の曲線よりも、より水平に
近づいていることからこのことは明らかである。
曲線Ｂがより水平になつている部分は、それに対
応して、２つの電圧U_EおよびU_Pの間の領域の利
得制御の曲線Ａをよりなだらかにする。前記領域
における曲線Ａのこのなだらかな部分は、与えら
れた利得電圧変化に対する利得の変化が、ダイオ
ード回路部を用いない場合よりも、事実上小さい
という効果をもつ。ここに記載された装置を用い
た場合、この領域における制御利得曲線の傾斜が
約10dB／Ｖ乃至12dB／Ｖにまで小さくなるとい
うことが測定してみてわかつた。

このHF増幅器回路の２本の縦の点線の間の部
分の他の実施例が第３図乃至第５図に示されてい
る。回路の残りの部分は第１図の回路と同じであ
り、したがつて、第３図乃至第５図には書かれて
いない。

第３図に示された実施例では、ダイオード回路
図は直列接続された複数個のダイオードから成る
ダイオード列３２で構成されている。ダイオード
列に加わる電圧が１つ１つのダイオードの閾値電
圧の和よりも大きくなつて始めてこのダイオード
列が導電状態になるということから、この回路の
閾値が定まる。シリコンダイオードの場合には、
閾値電圧はもちろん0.7Vであり、したがつて、
第３図の場合の閾値は2.8Vである。したがつて、
端子１３の制御電圧が抵抗器８および９で構成さ
れる分圧器のタツプの電圧より2.8V低い時、こ
のダイオード列が導電状態になる。ダイオード列
３２の特性はまた理想的特性ではないから、電圧
U_G2は一定値にクランプされるということは起こ
らない。ダイオード３２が導電状態になつた後、
端子１３の制御電圧がさらに降下する時、すなわ
ち、制御電圧U_AVRと電圧U_Bの間の電位差が大き
くなる時、このダイオード列に加わつている電圧
降下がまた変わり、したがつて、ゲート電圧U_G2
がそれに応じてまた変わる。

第４図に示された実施例では、第１図に示され
た実施例と同じように普通のダイオードとツエナ
ダイオードで構成されたダイオード回路部が、電
界効果トランジスタのゲート電極１１とソース電
極２６の間に接続される。抵抗器２４および２５
で構成される分圧器により、ソース電極のところ
に固定バイアスがまた現われるので、このことは
可能である。第４図に示された実施例の増幅回路
は第１図に示された回路と同じように動作する。
第４図の実施例では、ツエナダイオード２８がブ
レークダウンした後では、ゲート電極１１の電圧
はもはや端子１３の制御電圧と全く同じくはな
く、抵抗器１２での電圧降下分だけ制御電圧より
高い。

第５図に示された実施例では、電界効果トラン
ジスタ７のゲート電極１１とソース電極２６の間
に、やはりダイオード回路部が接続される。けれ
ども、この場合には、第３図の場合と同じよう
に、ダイオード回路部は直列接続された４個のダ
イオードで構成されるダイオード列３２である。
この実施例の動作は第３図の実施例の動作に対応
する。すなわち、制御電圧がこのダイオード列の
個々のダイオードの閾値電圧の和に等しい電圧だ
けソース電極２６の電圧より低くなるまでは、こ
のダイオード列３２は導電状態にならない。ダイ
オード列３２が導電状態になると、抵抗器１２に
電圧降下が生じ、そしてこの電圧降下はゲート電
極１１の電圧を端子１３の制御電圧に対して上昇
させる。第１図のところで詳細に説明したよう
に、このことは利得制御曲線の傾斜を望ましい方
向に減少させる。このダイオード回路部はソース
抵抗器２５のタツプにまた接続してもよい。この
場合には、ダイオード回路部に全ソース電圧が供
給されるのではなくて、その一部分だけが供給さ
れる。この変更実施例は第１図に点線で示されて
いる。

以上の説明に関連して更に以下の項を開示す
る。

(1) 増幅されるべきHF信号が供給される第１ゲ
ート電極と大きな抵抗値をもつた抵抗器を通し
て利得制御電圧が供給される第２ゲート電極と
から成る２つのゲート電極を備えるMESまた
はMIS電界効果トランジスタを有する高周波増
幅回路であつて、或る閾値をもつたダイオード
回路部２８，２９，３２が前記第２ゲート電極
１１と制御電圧範囲内にある固定電位をもつた
回路点との間に接続されることを特徴とする
MES電界効果トランジスタまたはMIS電界効
果トランジスタを有する増幅回路。

(2) 第１項において、前記ダイオード回路部がツ
エナダイオード２８と普通のダイオード２９で
構成され、前記ツエナダイオードのアノードが
前記第２ゲート電極１１に接続されまた前記普
通のダイオードが逆の極性をもつて前記ツエナ
ダイオードと直列接続されることを特徴とする
増幅回路。

(3) 第１項において、前記ダイオード回路部がダ
イオード列３２で構成され、そしてそのダイオ
ード列のカソードが前記第２ゲート電極１１に
接続されることを特徴とする増幅回路。

(4) 第１項乃至第３項のいずれかにおいて、前記
回路点が前記第１ゲート電極６にバイアスを供
給するために用いられる分圧器８，９のタツプ
であることを特徴とする増幅回路。

(5) 第１項乃至第３項のいずれかにおいて、前記
回路点が前記電界効果トランジスタ７のソース
電極２６であることを特徴とする増幅回路。

(6) 第１項乃至第３項のいずれかにおいて、前記
回路点が前記電界効果トランジスタのソース抵
抗器２５のタツプであることを特徴とする増幅
回路。

(7) 第１項乃至第６項のいずれかにおいて、前記
ダイオード回路部が前記電界効果トランジスタ
７と一緒に同じ半導体基板上に集積されること
を特徴とする増幅回路。

(8) 第１項乃至第７項のいずれかにおいて、前記
ダイオード回路部の閾値が前記回路点の固定電
位と前記電界効果トランジスタのピンチオフが
起こる電圧値との間の差に等しいように選定さ
れることを特徴とする増幅回路。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、増幅すべ
き信号が供給される第１ゲート電極と、利得制御
電圧が供給される第２ゲート電極とを備える電界
効果トランジスタを有するHF増幅回路におい
て、第２ゲート電極にダイオード回路部を設ける
ことにより、利得制御電圧が電界効果トランジス
タのピンチオフ電圧に達すると、その効果を修正
し、制御電圧の利得変化に及ぼす影響が異常に大
きくならないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるHF増幅器の回路図であ
り、第２図は利得制御電圧と相対利得の間の関係
を説明するための図であり、第３図は本発明のさ
らに別の実施例による変更部分を示した第１図の
回路図の部分図であり、第４図は本発明のさらに
別の実施例による変更部分を示した第１図の回路
図の部分図であり、第５図は本発明のさらに別の
実施例による変更部分を示した第１図の回路図の
部分図である。 ２８，２９，３２……ダイオード回路部、２８
……ツエナダイオード、２９……普通のダイオー
ド、３２……ダイオード列、８，９，２４，２５
……分圧器、６……第１ゲート電極、１１……第
２ゲート電極、２６……ソース電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 増幅されるべきHF信号が供給される第１ゲ
   ート電極と利得制御電圧が供給される第２ゲート
   電極の２つのゲート電極をもつ電界効果トランジ
   スタと、所定の導通閾値をもち、前記第２ゲート
   電極と利得制御電圧範囲内にある固定電位をもつ
   た回路点との間に接続されるダイオード回路部と
   を有し、前記ダイオード回路部は、利得制御電圧
   の値が前記電界効果トランジスタのピンチオフが
   始まる値に達すると導通するHF増幅回路。