(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅用トランジスタに対し電源供給を行うオートバイアス回路において、
上記増幅用トランジスタのドレインの負荷抵抗値を異なる値に設定するための負荷抵抗と、
この負荷抵抗を切換え設定するための抵抗切換え用トランジスタとを設け、
上記抵抗切換え用トランジスタの動作に基づいた上記負荷抵抗値の切換えにより上記増幅用トランジスタの導通及び非導通を実行し、この増幅用トランジスタの非導通時には、そのドレイン電圧を０値とせずに、当該トランジスタのゲート・ドレイン電圧を高い値に設定できるようにしたことを特徴とする増幅用トランジスタの動作状態を切り換えるオートバイアス回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にＦＥＴ、ＨＥＭＴ等を用いた増幅器の導通、非導通を切り換えるオートバイアス回路であって、アイソレーション特性を改善するための回路構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２には、従来の増幅器及びこの増幅器の動作状態を切り換えるオートバイアス回路の一例が示されており、この増幅器は受信装置のマイクロ波増幅器等として用いられる。図２において、増幅用トランジスタＱ1 としてＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）［又はＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）］が用いられ、信号入力側（ゲート側）に、カップリングコンデンサＣ1 、チョーク回路（帯域抑止型フィルタ）を構成するコイル１Ａ及びマイクロストリップライン２Ａが設けられ、このチョーク回路は信号ラインに接続する際に信号周波数帯域のみ影響しないインピーダンスで設計される。
【０００３】
同様に、上記増幅用トランジスタＱ1 の出力側（ドレイン側）にも、チョーク回路を構成するコイル１Ｂ及びマイクロストリップライン２Ｂ、カップリングコンデンサＣ2 が設けられる。なお、上記のチョーク回路を補足し、信号周波数帯以外の周波数の不具合を防止するために抵抗（５１Ω）及びコンデンサ（１０００ｐＦ）が設けられる。
【０００４】
一方、オートバイアス回路４には、上記増幅用トランジスタＱ1 のゲート側にコレクタを、ドレイン側にエミッタを配置したトランジスタＱ2 と、抵抗Ｒ1 〜Ｒ4 が設けられる。このオートバイアス回路４では、上記増幅用トランジスタＱ1 のゲート側の電源供給端子６に負電圧Ｖ- が与えられ、トランジスタＱ1 へドレイン電流を供給する線路に、スイッチＳＷ１を介して正電圧Ｖ+ が与えられる。そして、このスイッチＳＷ１は、コンパレータ等から出力された制御信号（ＤＣ信号）で切換え動作される。
【０００５】
上記図２の構成によれば、制御信号に基づきスイッチＳＷ1 がオン（閉）、オフ（開）動作し、スイッチＳＷ1 のオン時では、オートバイアス回路４によって増幅用トランジスタＱ1 に所定のゲート電圧ＶG 及びドレイン電圧ＶD が与えられ、増幅用トランジスタＱ1 は導通状態となる。一方、上記スイッチＳＷ1 のオフ時では、電圧Ｖ+ の供給線路が断たれるので、増幅用トランジスタＱ1 のドレイン電圧ＶD が０となって、ゲート電圧ＶG が所定の電圧まで下がることになる。これにより、ピンチオフ状態となり、増幅用トランジスタＱ1 は非導通状態となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のオートバイアス回路では、増幅用トランジスタの非導通時のアイソレーションが十分でないという問題があった。即ち、このアイソレーションは、増幅用トランジスタＱ1 のゲート・ドレイン電圧ＶGDを大きくすることにより高めることができる。しかし、上記のようにスイッチＳＷ1 の開時に非導通状態とする構成では、ドレイン電圧ＶD が０Ｖとなり、ゲート電圧ＶG でゲート・ドレイン電圧ＶGDが決まることになる。例えば、ＨＥＭＴの定格値まで下げ、ＶG ＝−２Ｖとした場合でも、ゲート・ドレイン電圧ＶGDは２Ｖとなり、十分なアイソレーションが得られなかった。
【０００７】
ここで、非導通時の増幅用トランジスタＱ1 のドレインに、所望のドレイン電圧ＶD を与え、上記ゲート・ドレイン電圧ＶGDを高くすることも可能ではあるが、この場合は、ドレイン側に別のスイッチ回路を配置しなければならず、回路が複雑化するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、回路を複雑化させずに、増幅用トランジスタの十分なアイソレーションが確保できる増幅用トランジスタの動作状態を切り換えるオートバイアス回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、増幅用トランジスタに対し電源供給を行うオートバイアス回路において、上記増幅用トランジスタのドレインの負荷抵抗値を異なる値に設定するための負荷抵抗と、この負荷抵抗を切換え設定するための抵抗切換え用トランジスタとを設け、上記抵抗切換え用トランジスタの動作に基づいた上記負荷抵抗値の切換えにより上記増幅用トランジスタの導通及び非導通を実行し、この増幅用トランジスタの非導通時には、そのドレイン電圧を０値とせずに、当該トランジスタのゲート・ドレイン電圧を高い値に設定できるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、増幅用トランジスタの非導通時には、抵抗切換え用トランジスタにより高い抵抗値が設定されるので、増幅用トランジスタのドレイン電圧を導通時のドレイン電圧に保ったまま、ドレイン電流を絞り込み、当該増幅用トランジスタをピンチオフ状態とすることができる。即ち、負荷抵抗値を適当な値に設定することにより、降伏電圧値を越えない範囲で増幅用トランジスタのゲート・ドレイン電圧を高くとることができ、これによりアイソレーションを改善することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の実施形態の一例である増幅用トランジスタの動作状態を切り換えるオートバイアス回路の構成が示されており、この回路は水平偏波と水平偏波のマイクロ波を選んで受信する装置のマイクロ波増幅器等として用いられるものである。図において、この例の場合も、ＨＥＭＴからなる増幅用トランジスタＱ1 に対し、入力側のゲートに、カップリングコンデンサＣ1 、チョーク回路としてのコイル１Ａ及びマイクロストリップライン２Ａが設けられ、出力側のドレインに、チョーク回路としてのコイル１Ｂ及びマイクロストリップライン２Ｂ、カップリングコンデンサＣ2 が設けられる。同様に、上記のチョーク回路を補足するための抵抗（５１Ω）及びコンデンサ（１０００ｐＦ）も配置される。
【００１２】
また、バイアス回路として、切換え型オートバイアス回路１０が設けられており、この切換え型オートバイアス回路１０内には、図２と同様に、トランジスタＱ2 と、例えば２２０Ωの抵抗Ｒ1 、１００ｋΩの抵抗Ｒ2 、３ｋΩの抵抗Ｒ3 、１．８ｋΩの抵抗Ｒ4 が図示のように配置される。そして、この切換え型オートバイアス回路１０の上記抵抗Ｒ1 と電源供給端子７の間に、抵抗切換え用トランジスタＱ3 と１００ｋΩの抵抗Ｒ5 を追加し、この抵抗切換え用トランジスタＱ3 のゲートに比較器等から出力される制御信号（ＤＣ信号）を入力し、この制御信号でオンオフ動作させるようにする。
【００１３】
この抵抗切換え用トランジスタＱ3 によれば、上記増幅用トランジスタＱ1 のドレインの負荷抵抗値を、Ｒ1 の２２０Ωと（Ｒ1 ＋Ｒ5 ）の約１００ｋΩ（トランジスタＱ3 の抵抗は無視できる値）の２値に切り換えることができる。なお、上記トランジスタＱ2 のコレクタ側の電源供給端子６に例えば−２Ｖ、エミッタ側の電源供給端子７に例えば＋５Ｖが与えられる。
【００１４】
実施形態例は以上の構成からなり、上記切換え型オートバイアス回路１０によれば、抵抗切換え用トランジスタＱ3 はLow レベルの制御信号でオン（導通）し、 Highレベル制御信号によりオフ（非導通）し、増幅用トランジスタＱ1 のドレイン側の負荷抵抗を切り換える。即ち、上記トランジスタＱ3 のオン時では、抵抗Ｒ1 、Ｒ5 及びトランジスタＱ3 の合成抵抗は、このトランジスタＱ3 のベース・エミッタ電圧ＶBEを無視すれば、抵抗Ｒ1 の約２２０Ωとなり、トランジスタＱ3 のオフ時では、抵抗Ｒ1 、Ｒ5 及びトランジスタＱ3 の合成抵抗は、（抵抗Ｒ1 ＋抵抗Ｒ5 ）で、約１００ｋΩとなる。
【００１５】
ここで、上記バイアス回路１０内のトランジスタＱ2 のベース・エミッタ電圧ＶBEは、約０．６Ｖとなるので、上記抵抗Ｒ1 、Ｒ5 及びトランジスタＱ3 の上記２通りの合成抵抗の端子間電圧は一定となり、この合成抵抗は等価的に定電流源とみなすことができる。従って、この合成抵抗を切り換えることは定電流源の電流値を切り換えることになり、この電流値は増幅用トランジスタＱ1 のドレイン電流ＩD となる。
【００１６】
そうして、上記のように、抵抗切換え用トランジスタＱ3 がオンして、上記合成抵抗が２２０Ω（Ｒ1 ）となったとき、例えばトランジスタＱ2 のエミッタ電圧ＶE を２．５Ｖ、トランジスタＱ3 のベース・エミッタ電圧ＶBEを０．３Ｖとすると、（２．５Ｖ−０．３Ｖ）÷２２０Ω＝０．０１Ａの計算により、上記ドレインＩD ＝１０ｍＡとなる。このとき、増幅用トランジスタＱ1 のドレイン・ソース間に所定の動作電圧（例えば、約２Ｖ）が与えられることになり、増幅用トランジスタＱ1 は導通状態となる。なお、このときのゲート電圧ＶG は、−０．５Ｖ程度である。
【００１７】
一方、上記抵抗切換え用トランジスタＱ3 がオフして、合成抵抗が約１００ｋΩ（Ｒ1 ＋Ｒ5 ）となったときは、２．５Ｖ÷１×１０5Ω ＝２．５×１０-5Ａの計算により、ドレイン電流ＩD ＝２５μＡとなり、ピンチオフして非導通状態となる。但し、上記のように、ドレイン電流を２５μＡまで絞ることで、トランジスタＱ2 に流入する電流が無視できなくなるため、実際の電流は２５μＡよりも小さくなる。
【００１８】
ここで、仮に上記のドレイン電流ＩD が１５μＡであったとすると、抵抗Ｒ1 の電圧降下は、１００ｋΩ×（２５μＡ−１５μＡ）＝１Ｖとなり、このときのゲート電圧ＶG は−１Ｖとなる。そして、この場合よりもドレイン抵抗が低い増幅用トランジスタ（ＨＥＭＴ）Ｑ1 であれば、上記ドレイン電流ＩD は増加して逆に抵抗Ｒ1 の電流が減少し、ゲート電圧ＶG を下げる。一方、ドレイン抵抗が高いトランジスタＱ1 であれば、上記ドレイン電流ＩD は減少して逆に抵抗Ｒ1 の電流が増加し、ゲート電圧ＶG を上げる。従って、当該回路構成によれば、通常のオートバイアス回路と同様に負帰還回路が構成されることになり、ドレイン電圧ＶD を維持したまま、増幅用トランジスタＱ1 はピンチオフし、ドレイン電流ＩD がほほ一定の動作点に設定される。
【００１９】
このような切換え型オートバイアス回路１０によれば、上述のように、増幅用トランジスタＱ1 の非導通時のゲート電圧ＶG が例えば−１Ｖで、ドレイン電圧ＶD が約２Ｖであるから、ゲート・ドレイン電圧ＶGDは、ＶGD＝｜ＶD −ＶG ｜≒３Ｖとなる（このＶGDは、ゲート電圧ＶG を更に低下させれば３Ｖより大きくすることができる）。即ち、ドレイン電圧ＶD を０Ｖとせずに、動作中の電圧に保ったことにより、ゲート・ドレイン電圧ＶGDを高く設定することが可能となり、従って従来の図２の回路構成に比べ、非導通時のアイソレーションが改善されることになる。
【００２０】
上記実施形態例では、従来の図２のオートバイアス回路４に存在していた抵抗Ｒ1 ，Ｒ3 を利用し、抵抗Ｒ5 を加えることにより、ドレインの負荷抵抗値を異なる値に設定する抵抗群を構成したが、抵抗切換え用トランジスタＱ3 のオフ抵抗値との関係で、従来から既に取り付けられている抵抗のみを利用して、切り換える所望の抵抗値を設定することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、オートバイアス回路において抵抗切換え用トランジスタを設け、増幅用トランジスタのドレインの負荷抵抗値を異なる値に切り換えることにより、当該増幅用トランジスタの導通、非導通を設定するようにしたので、増幅用トランジスタのドレイン電圧を動作中の電圧に保ったままピンチオフさせることができ、この結果、回路を複雑化させずに十分なアイソレーションを確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る増幅用トランジスタの動作状態を切り換えるオートバイアス回路の構成を示す図である。
【図２】従来の増幅器及びオートバイアス回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１０  …  切換え型オートバイアス回路、
Ｑ1   …  増幅用トランジスタ、
Ｑ2   …  トランジスタ、
Ｑ3   …  抵抗切換え用トランジスタ、
Ｒ1 〜Ｒ5   …  抵抗。
【図１】
0003657382.tif 000002
【図２】
0003657382.tif 000003