(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅すべき入力信号（ｅ）を出力信号（ａ）に増幅するためのプッシュプル増幅器において、
‐前記プッシュプル増幅器が、一つの第１の及び一つの第２の増幅素子（１、１’）を有すること、
‐前記２つの増幅素子（１、１’）のそれぞれが、一つの電流放出電極（２、２’）、一つの集電電極（３、３’）、及び一つの電流制御電極（４、４’）を有すること、
‐前記増幅素子（１、１’）の前記電流制御電極（４、４’）に、それぞれの入力端子（６、６’）を介して、及び、それぞれの前記入力端子（６、６’）とそれぞれの前記電流制御電極（４、４’）との間に配置されたそれぞれの入力インダクタンス（５、５’）を介して、前記入力信号（ｅ）が供給されること、
‐前記集電電極（３、３’）が、それぞれの供給インダクタンス（７、７’）を介して、一つの共通の供給電圧（Ｖ＋）に接続されていること、
‐前記増幅素子（１、１’）の前記電流放出電極（２、２’）が、それぞれのコンデンサ（８、８’）を介して、それぞれもう一方の前記増幅素子（１’、１）の前記集電電極（３’、３）に接続されていること、
‐前記電流放出電極（２、２’）が、前記出力信号（ａ）をピックアップ可能である出力端子（９、９’）に接続されていること、
‐前記電流放出電極（２、２’）が、それぞれの出力インダクタンス（１０、１０’）を介して、基準電位に接続されていること、
‐前記増幅素子（１、１’）の前記供給インダクタンス（７、７’）が、それぞれもう一方の前記増幅素子（１’、１）の前記入力インダクタンス（５’、５）及び前記出力インダクタンス（１０’、１０）に誘導結合されていることを特徴とするプッシュプル増幅器。
【請求項２】
前記増幅素子（１、１’）が、トランジスタとして構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のプッシュプル増幅器。
【請求項３】
前記トランジスタが、電界効果型トランジスタとして構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のプッシュプル増幅器。
【請求項４】
前記第１の増幅素子（１）の前記供給インダクタンス（７）と、前記第２の増幅素子（１’）の前記入力インダクタンス（５’）及び前記出力インダクタンス（１０’）との前記誘導結合が、前記第２増幅素子（１’）の前記供給インダクタンス（７’）と、前記第１の増幅素子（１）の前記入力インダクタンス（５）及び前記出力インダクタンス（１０）との前記誘導結合も行う平衡・不平衡変換器（１２）により行われることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のプッシュプル増幅器。
【請求項５】
前記平衡・不平衡変換器（１２）が、出力信号（ａ）のインピーダンス適合のための出力変成器としても機能することを特徴とする、請求項４に記載のプッシュプル増幅器。
【請求項６】
前記第１の増幅素子（１）の前記供給インダクタンス（７）と、前記第２の増幅素子（１’）の前記入力インダクタンス（５’）及び前記出力インダクタンス（１０’）との前記誘導結合、及び、前記第２の増幅素子（１’）の前記供給インダクタンス（７’）と、前記第１の増幅素子（１）の前記入力インダクタンス（５）及び前記出力インダクタンス（１０）との前記誘導結合が、それぞれ一つの専属の結合要素（１１、１１’）により行われることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のプッシュプル増幅器。
【請求項７】
前記結合要素（１１、１１’）がシース電流フィルタとして構成されていることを特徴とする、請求項６に記載のプッシュプル増幅器。
【請求項８】
前記入力信号（ｅ）が所与の入力周波数を有していること、及び、前記シース電流フィルタが四分の一波長ケーブルとして構成されていることを特徴とする、請求項７に記載のプッシュプル増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅すべき入力信号を出力信号に増幅するためのプッシュプル増幅器に関するものであり、このとき、
‐プッシュプル増幅器は一つの第１増幅素子及び一つの第２増幅素子を有しており、
‐増幅素子のそれぞれが、一つの電流放出電極、一つの集電電極及び一つの電流制御電極を有し、
‐増幅素子の電流制御電極にはそれぞれの入力端子を介して入力信号が供給され、
‐集電電極は、一つの共通の供給電圧に接続されており、
‐増幅素子の電流放出電極は、それぞれのコンデンサを介してそれぞれもう一方の増幅素子の集電電極に接続されている。
【背景技術】
【０００２】
このようなプッシュプル増幅器は一般に知られている。純粋に例として挙げるとすると特許文献１が挙げられる。
【０００３】
特許文献２及びそれに対応するドイツ語の特許文献３より、同相除去のために、互いに巻き込まれ、それにより互いに密接に結合している同方向の２つのコイルで構成されたコイル配列を、ケーブル対に挿入することが知られている。
【０００４】
増幅すべき入力信号を増幅するために、両方の能動コンポーネント（トランジスタ、管）が直列につながれたハーフブリッジ回路を用いることが知られている。この構成においてはいわゆる「ハイサイド部品」は大地に対して高い交流電圧及び直流電圧の電位を有している必要がある。この構成においては実用において、寄生容量（例えば部品ハウジングから大地に対して）により回路に不平衡がもたらされる。さらに、漂遊容量が大きく異なることにより、能動コンポーネントの平衡制御は困難となる。大地に対してコンポーネントが平衡である他の実施形態においては、出力において、変成器など、出力バラン及び出力コンビネーションユニットが必要である。
【０００５】
能動部品及び受動部品が対称に配置されたプッシュプル増幅器も知られている。対応する回路は、例えば同業者の間では通常「parallel push-pull」、「circlotron」、「Gegen-Halbbruckenschaltung」として知られており、これらは能動部品の電位を所望の方法で対称化する。しかしながらこれらの回路では２つの別個の電圧供給が必要である。また、制御は原則的に、それぞれ半分の出力電圧で重畳されるため、最大の電圧増幅は理論的に定数２に制限され、この値自身が実用においてしばしば達成されない。この極度に強力な負帰還を軽減するためにキロヘルツ周波数帯域においては励振段のいわゆる「ブートストラップ回路」が用いられる。しかしさらに高い周波数においては、漂遊容量による悪影響が強力であるためこの回路は使用不可能である。
【０００６】
特許文献１より、一つの共通の電圧供給が設けられ、対称に構成されたプッシュプル増幅器が知られている。このプッシュプル増幅器においても、達成可能な増幅の値は２に制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第２２０１３４５号明細書
【特許文献２】米国特許第１９６４０４８号明細書
【特許文献３】独国特許第５９２１８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、対称に構成されたプッシュプル増幅器が、あらかじめ２という値に制限されない増幅定数で動作できるよう構成することである。
【０００９】
この課題は、請求項１に記載の特徴を持つプッシュプル増幅器により解決される。本発明のプッシュプル増幅器の好適な実施形態は従属請求項２から８に記載されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明においては先述の態様のプッシュプル増幅器は、
‐増幅素子の電流制御電極と入力端子との間にそれぞれ一つの入力インダクタンスを配置すること、
‐集電電極が、それぞれの供給インダクタンスを介して共通の供給電圧に接続されること、
‐電流放出電極が、出力信号のピックアップが可能である出力端子に接続されていること、
‐電流放出電極がそれぞれの出力インダクタンスを介して基準電位に接続されていること、
‐増幅素子の供給インダクタンスが、それぞれもう一方の増幅素子の入力インダクタンス及び出力インダクタンスに誘導結合されていること、
により構成される。
【００１１】
供給インダクタンスが、それぞれもう一方の増幅素子の入力インダクタンスに誘導結合されることにより、それぞれの増幅素子の増幅定数を２よりはるかに大きくすることが可能になる。供給インダクタンスが、それぞれもう一方の増幅素子の出力インダクタンスに誘導結合されることにより、増幅素子の直流電圧供給が増幅素子の制御により影響を受けないことが達成される。
【００１２】
増幅素子は、例えば三極管などの管として構成することが可能である。しかしながら望ましくは増幅素子はトランジスタとして構成される。バイポーラトランジスタの形で構成することは可能ではあるが、電界効果型トランジスタとして構成するのが望ましい。
【００１３】
本発明のプッシュプル増幅器の一つの可能な構成においては、第１増幅素子の供給インダクタンスと、第２増幅素子の入力インダクタンス及び出力インダクタンスとの誘導結合が、平衡・不平衡変換器により行われ、該平衡・不平衡変換器はまた、第２増幅素子の供給インダクタンスと第１増幅素子の入力インダクタンス及び出力インダクタンスとの誘導結合も行う。この場合プッシュプル増幅器の構成が構造的により簡単になる。さらにこの場合、平衡・不平衡変換器は出力信号のインピーダンス適合のための出力変成器としても機能できる。
【００１４】
本発明のプッシュプル増幅器の一つの代替的な構成においては、第１増幅素子の供給インダクタンスの、第２増幅素子の入力インダクタンス及び出力インダクタンスとの誘導結合、及び、第２増幅素子の供給インダクタンスの、第１増幅素子の入力インダクタンス及び出力インダクタンスとの誘導結合が、それぞれ一つの専属の結合要素により行われる。この場合出力信号は、基準電位に関して不平衡である。
【００１５】
結合要素は必要に応じて構成することができる。望ましくは結合要素はシース電流フィルタとして構成される。入力信号が所与の入力周波数を有する場合、シース電流フィルタは特に四分の一波長ケーブルとして構成することができる。
【００１６】
さらなる長所及び詳細は、以下に図を用いた実施例の説明から理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のプッシュプル増幅器を図式的に示した図である。
【図２】本発明のプッシュプル増幅器を図式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１においてプッシュプル増幅器は一つの第１の及び一つの第２の増幅素子１、１’を有している。これら２つの増幅素子１、１’のそれぞれは一つの電流放出電極２、２’、一つの集電電極３、３’、一つの電流制御電極４、４’を有している。
【００１９】
増幅素子１、１’は管として構成することができる。この場合、電流放出電極２、２‘は管の陰極に、集電電極３、３’は陽極に相当する。電流制御電極４、４’はこの場合格子電極である。
【００２０】
代替的に増幅素子１、１’はバイポーラトランジスタの形のトランジスタとして構成することができる。この場合電流放出電極２、２’はトランジスタのエミッタに、集電電極３、３’はコレクタに相当する。電流制御電極４、４’はこの場合トランジスタのベースに相当する。
【００２１】
図１に示された望ましい実施形態においては、増幅素子１、１’は電界効果型トランジスタとして構成されている。この場合、電流放出電極２、２’は電界効果型トランジスタの「ソース」に、集電電極３、３’は「ドレイン」に相当する。電流制御電極４、４’は電界効果型トランジスタの「ゲート」に相当する。
【００２２】
図１において増幅素子１、１’の電流制御電極４、４’はそれぞれの入力インダクタンス５、５’を介してそれぞれの入力端子６、６’に接続されている。増幅すべき入力信号ｅはそれぞれの入力端子６、６’を介して電流制御電極４、４’に供給される。
【００２３】
入力インダクタンス５、５’はまったく通常のインダクタンスである。「入力インダクタンス」という概念は、このインダクタンスを他のインダクタンスから言語的に区別可能にするためだけに用いられる。入力信号ｅは交流電圧信号である。該信号は例えば図１に不図示の結合コンデンサを介してプッシュプル増幅器から直流電圧的に減結合することができる。
【００２４】
集電電極３、３’はそれぞれの供給インダクタンス７、７’を介して供給電圧Ｖ＋に接続されている。供給電圧Ｖ＋は共通の供給電圧であり、両方の増幅素子１、１’に電気エネルギーを供給している。供給電圧Ｖ＋は直流電圧である。供給電圧Ｖ＋は図１においては大地に対してプラスである。
【００２５】
供給インダクタンス７、７’は、入力インダクタンス５、５’と同様、まったく通常のインダクタンスである。「供給インダクタンス」という概念は、このインダクタンスを他のインダクタンスから言語的に区別可能にするためだけに用いられる。
【００２６】
増幅素子１、１’の電流放出電極２、２’は、図１においてはそれぞれのコンデンサ８、８’を介してそれぞれもう一方の増幅素子１’、１の集電電極３’、３に接続されている。電流放出電極２、２’は図１においてさらに出力端子９、９’に接続されている。出力端子９、９’を介して出力信号ａがピックアップ可能である。出力信号ａは入力信号ｅに対して増幅されている。出力信号ａと入力信号ｅとの比は２より大きくすることが可能である。
【００２７】
電流放出電極２、２’はまたそれぞれの出力インダクタンス１０、１０’を介して基準電位に接続されている。図１において基準電位は大地電位とすることができる。しかし代替的に、大地電位とは異なる電位とすることもできる。
【００２８】
出力インダクタンス１０、１０’はまったく通常のインダクタンスである。「出力インダクタンス」という概念は、このインダクタンスをその他のインダクタンスから言語的に区別可能にするためだけに用いられる。
【００２９】
図１に斜線で示されているように、増幅素子１、１’の供給インダクタンス７、７’は、それぞれもう一方の増幅素子１’、１の入力インダクタンス５’、５及び出力インダクタンス１０’、１０に誘導結合されている。したがってこれらの斜線は、それぞれの誘導結合を実現する結合要素１１、１１’に対応する。結合要素１１、１１’はそれぞれ、例えば対応するインダクタンス７、５’、１０’又は７’、５、１０が巻かれている変成器コアとして構成することができる。
【００３０】
誘導結合の大きさは、誘導された電圧が互いに補償されるように決められる。つまり変成比はできるだけ１に近づけられる。つまり出力端子９、９’における出力電圧はできるだけ１：１で増幅素子１、１’の電流制御電極４、４’に、及び、コンデンサ８、８’の、供給電位Ｖ＋に接続されている側に、帰還される。
【００３１】
インダクタンス５、５’、７、７’、１０、１０’は図１において、３つで一組の、互いに離れた２つのグループを構成している。この場合、第１増幅素子１の供給インダクタンス７の、第２増幅素子１’の入力インダクタンス５’及び出力インダクタンス１０’との誘導結合は結合要素１１により行われる。この場合、第２増幅素子１’の供給インダクタンス７’と、第１増幅素子１の入力インダクタンス５及び出力インダクタンス１０との誘導結合は結合要素１１’により行われる。結合要素１１、１１’は図１の構成においては互いに異なる結合要素１１、１１’である。
【００３２】
結合要素１１、１１’は例えばシース電流フィルタとして構成できる。入力信号が所与の入力周波数を有する（又は十分に狭帯域である）場合、シース電流フィルタは例えば四分の一波長ケーブルとして構成できる。
【００３３】
図２のプッシュプル増幅器は、図１のプッシュプル増幅器にほぼ対応している。しかし、図１のプッシュプル増幅器とは異なり図２のプッシュプル増幅器では、インダクタンス５、５’、７、７’、１０、１０’の誘導結合は、先述の６つのインダクタンス５、５’、７、７’、１０、１０’のすべてが巻かれた、一つの（唯一の）平衡・不平衡変換器１２により行われる。この場合一方では、基準電位は大地電位である。他方では、この場合平衡・不平衡変換器１２により行われるのは、第１増幅素子１の供給インダクタンス７と、第２増幅素子１’の入力インダクタンス５’及び出力インダクタンス１０’のとの誘導結合だけではない。平衡・不平衡変換器１２はまた、第２増幅素子１’の供給インダクタンス７’と、第１増幅素子１の力インダクタンス５及び出力インダクタンス１０との誘導結合も行う。
【００３４】
従来技術と同様、図１のプッシュプル増幅器の構成においても、図２のプッシュプル増幅器の構成においても、出力信号ａのインピーダンス適合をおこなう出力変成器を設けることができる。図１のプッシュプル増幅器の構成においてはこの出力変成器は、専属の部品として構成する必要がある。このことは図２のプッシュプル増幅器の構成においてももちろん可能である。しかしながら、図２のプッシュプル増幅器の構成においては、図２の図によると代替的に、平衡・不平衡変換器１２が出力信号ａのインピーダンス適合のための出力変成器としても機能することが可能である。この場合同一のただ一つの変成器コアのみに、インダクタンス５、５’、７、７’、１０、１０’に加えて、出力変成器の巻線も巻く必要がある。
【００３５】
本発明には多くの長所がある。特に、従来技術の対称化問題は制御側でも出力側でも解決され、また、２つの増幅器経路の制御信号及び直流電圧供給を、出力のプッシュプル交流電圧電位から減結合する。それにより、従来技術において不可避と考えられている強力な負帰還も解消される。その結果それにより２よりはるかに大きなプッシュプル増幅器の増幅定数が可能となる。実験では１０から１００の間の増幅定数が達せられた。
【００３６】
上記の説明は本発明を説明するためだけのものである。これに対して、本発明の保護範囲は、付属の請求項によってのみ規定される。
【符号の説明】
【００３７】
１、１’      増幅素子
２、２’      電流放出電極
３、３’      集電電極
４、４’      電流制御電極
５、５’      入力インダクタンス
６、６’      入力端子
７、７’      供給インダクタンス
８、８’      コンデンサ
９、９’      出力端子
１０、１０’  出力インダクタンス
１１、１１’  結合要素
１２          平衡・不平衡変換器
ａ            出力信号
ｅ            入力信号
Ｖ＋          供給電圧
【図１】
0005524358.tif 000002
【図２】
0005524358.tif 000003