(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス電流により生じた電位差を増幅する差動増幅器と、
所定の電圧値と前記差動増幅器の出力電圧値との差分を増幅する演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力信号を絶縁伝達する絶縁伝達器と、
前記絶縁伝達器の出力に応じたバイアス電圧を出力するバイアス電圧源と、を備えたことを特徴とする電力増幅器のバイアス回路。
【請求項２】
前記差動増幅器、前記演算増幅器、前記絶縁伝達器の動作により、前記バイアス電圧源は、前記バイアス電流が増加すると出力するバイアス電圧を低下させることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器のバイアス回路。
【請求項３】
前記電力増幅器は、コンプリメンタリＳＥＰＰ回路であることを特徴とする請求項１または２に記載のバイアス回路。
【請求項４】
請求項３に記載のバイアス回路を備えたコンプリメンタリＳＥＰＰ回路を複数個並列に接続したことを特徴とする電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力増幅器のバイアス回路に関し、特に、コンプリメンタリＳＥＰＰ回路におけるバイアス回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
出力容量が大きい電力増幅器として、極性の異なるトランジスタを組み合わせたコンプリメンタリＳＥＰＰ（Single Ended Push-Pull）回路が一般に用いられている。図４は、従来のＳＥＰＰ回路の基本構成例を示す回路図である。ここでは、説明を簡単にするため、トランジスタＱ11、Ｑ12のｈFEは無限大で、エミッタ内部抵抗は０Ωとする。
【０００３】
本図のＳＥＰＰ回路を電力増幅器として動作させるため、トランジスタＱ11、Ｑ12にバイアス電流ＩBを流す必要がある。このため、バイアス電源ＶB11とバイアス電源ＶB12との合計であるバイアス電圧ＶB1をそれぞれのトランジスタのベースに印加する。
【０００４】
バイアス電圧ＶB1から、ベース−エミッタ間電圧ＶBE11およびＶBE12を引いた電圧ＶB2がそれぞれのトランジスタのエミッタ間に生じる。そして、それぞれのトランジスタのエミッタに接続されたバイアス抵抗ＲE11、ＲE12で決まるバイアス電流ＩBが流れる。ここで、バイアス電流ＩBは、［数１］に示す値となる。
【数１】
0005848546.tif 000002
【０００５】
入力信号Ｖ１は、バイアス電圧ＶB11およびＶB12に重畳され、トランジスタＱ11、Ｑ12のベースに印加される。ベースに印加された信号は、ベース−エミッタ間電圧ＶBE11、ＶBE12分の電位にシフトされ、エミッタに出力される。それぞれのトランジスタから出力された信号電圧は、バイアス抵抗ＲE11、ＲE12で分圧されて出力端子Ｔ１に出力される。
【０００６】
このとき、出力抵抗は、バイアス抵抗ＲE11、ＲE12の並列抵抗値となる。この出力抵抗値を小さくできれば、トランジスタＱ11、Ｑ12および電源が許容できるだけの電圧と電流とを低抵抗で出力することができるようになる。
【０００７】
さらに、図５に示すように、この回路を並列接続することにより、トランジスタのコレクタ電流やコレクタ損失などの許容値をさらに増加し、出力抵抗も小さくすることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２８８７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、図４に示したコンプリメンタリＳＥＰＰ回路においてバイアス電流ＩBは、［数１］に示す値となる。ここで、トランジスタのベース−エミッタ間電圧ＶBE11、ＶBE12は、温度に対する特性変化が大きいため、周辺温度の変動により値が変動し、これによりバイアス電流ＩBも値が変動してしまうという問題がある。バイアス電流ＩBの変動の割合は、ベース−エミッタ間電圧ＶBE11、ＶBE12の変動分と、ＶB2との比になる。
【００１０】
例えば、図５に示したコンプリメンタリＳＥＰＰ回路を並列接続した回路において、バイアス抵抗は０．１Ωであり、ＶBE1およびＶBE2が０．６０Ｖとすると、ＶB2は０．２Ｖとなり、各バイアス電流は１Ａとなる。このとき、出力抵抗が１６．７ｍΩで、±１０Ｖ、±６Ａの出力が可能となる。
【００１１】
この回路で、ベース−エミッタ間電圧ＶBE11、ＶBE12が、それぞれ０．６０Ｖから、周囲温度等の影響により、０．５５Ｖに５０ｍＶ変動したとすると、バイアス電流ＩBは、１．０Ａから１．５Ａとなり、電源消費電力は、６１．５０Ｗから９２．２５Ｗとなって、いずれも１．５倍に増加する。このため、トランジスタの許容電流やコレクタ損失および電源電流容量も大きなものを選択する必要が生じる。
【００１２】
バイアス電流ＩBの変動を抑える方法として、ＶB2を大きくして、ＶBE11とＶBE12の比を大きくすることがあげられる。しかし、ＶB2を大きくしようとすると、バイアス抵抗ＲE11、ＲE12の値が大きくなり、出力抵抗と消費電力とが大きくなってしまう。
【００１３】
例えば、図６に示すように、ＶB2を２Ｖとして設計すると、バイアス抵抗は１Ωとなる。この回路で、ベース−エミッタ間電圧ＶBE11、ＶBE12が、それぞれ０．６０Ｖから０．６５Ｖに５０ｍＶ変動した場合、バイアス電流ＩBは、１．０Ａから１．０５Ａとなり、電源消費電力は、７２．３０Ｗから７５．９２Ｗとなり、バイアス電流変動、電源消費電力増とも５％程度に収めることができるが、出力抵抗は１０倍となってしまう。また、ＶB2が大きくなった分、電源電圧も高くする必要があるため、消費電力も増加することになる。
【００１４】
また、バイアス電流ＩBの変動を抑えるため、図７に示すように、バイアス電源ＶB11とバイアス電源ＶB12に、ＶBEの温度特性と等しい順方向電圧温度特性を有するダイオード等を直列挿入することも行なわれている。これは、ダイオード等を直列挿入することにより温度変動による特性変化を相殺し、ＶBEの変動によるバイアス電流への影響を少なくしようとするものであるが、温度特性を完全に一致させることは困難であり、また、物理的な配置により、ダイオード等とトランジスタＱ11、Ｑ12との温度不均衡が生じてしまうことから、完全に特性変化を相殺することは極めて難しい。
【００１５】
そこで、本発明は、コンプリメンタリＳＥＰＰ回路において、出力抵抗を高くすることなくバイアス電流の安定したバイアス回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の電力増幅器のバイアス回路は、バイアス電流を検出する差動増幅器と、所定の電圧値と前記差動増幅器の出力電圧値との差分を増幅する演算増幅器と、前記演算増幅器の出力信号を絶縁伝達する絶縁伝達器と、前記絶縁伝達器の出力に応じたバイアス電圧を出力するバイアス電圧源と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
前記差動増幅器、前記演算増幅器、前記絶縁伝達器の動作により、前記バイアス電圧源は、前記バイアス電流が増加すると出力するバイアス電圧を低下させることができる。
【００１８】
また、前記電力増幅器は、コンプリメンタリＳＥＰＰ回路とすることができる。
上記課題を解決するため、本発明の電力増幅器は、上記のバイアス回路を備えたコンプリメンタリＳＥＰＰ回路を複数個並列に接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、コンプリメンタリＳＥＰＰ回路において、出力抵抗を高くすることなくバイアス電流の安定したバイアス回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係るバイアス回路を示す回路図である。
【図２】本実施形態に係るバイアス回路の具体的な構成例を示す回路図である。
【図３】本実施形態に係るバイアス回路を用いたコンプリメンタリＳＥＰＰ回路を並列接続した回路を示す図である。
【図４】従来のコンプリメンタリＳＥＰＰ回路の基本回路を示す図である。
【図５】従来のコンプリメンタリＳＥＰＰ回路を並列接続した回路を示す図である。
【図６】バイアス電流の変動を抑える従来の方法を説明する図である。
【図７】バイアス電流の変動を抑える従来の方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るバイアス回路を示す回路図である。バイアス回路１００は、極性の異なるトランジスタＱ11、Ｑ12とを用いたコンプリメンタリＳＥＰＰ回路のバイアス回路として用いられ、差動増幅器１１０と、演算増幅器１２０と、バイアス電流制御電圧源１３０と、フォトカプラ１４０と、定電圧源１５０とを備えている。
【００２２】
差動増幅器１１０は、トランジスタＱ11、Ｑ12のエミッタに接続されたバイアス抵抗ＲE11、ＲE12を流れるバイアス電流ＩBを検出し、電圧Ｖ3として出力する。演算増幅器１２０は、オペアンプ等の高利得の電圧増幅回路であり、バイアス電流制御電圧源１３０の電圧Ｖ2と差動増幅器１１０の出力電圧Ｖ3との差分を反転増幅し、電圧Ｖ4として出力する。
【００２３】
定電圧源１５０は、バイアス電圧ＶB1を出力するバイアス電圧源として機能する。定電圧源１５０では、フォトカプラ１４０を介して伝達される演算増幅器１２０の浮動電位で、バイアス電圧ＶB1が制御される。具体的には、演算増幅器１２０の出力電圧Ｖ4が下降すると、バイアス電圧ＶB1が減少するように制御される。フォトカプラ１４０は、演算増幅器１２０と定電圧源１５０とを電気的に絶縁して信号を伝達する絶縁伝達器として機能する。
【００２４】
本実施形態に係るバイアス回路１００は、バイアス電流ＩBが増加した場合に、演算増幅器１２０により、Ｖ3がＶ2と等しくなるように負帰還制御が行なわれる。
【００２５】
すなわち、バイアス電流ＩBが増加すると、バイアス抵抗ＲE11、ＲE12の電圧降下によりＶB2が上昇し、差動増幅器１１０の出力電圧Ｖ3が上昇する。すると、演算増幅器１２０の高利得の反転増幅作用により、Ｖ3がＶ2と等しくなるように出力電圧Ｖ4が下降する。これにより、フォトカプラ１４０の出力が減少し、定電圧源１５０が出力するバイアス電圧ＶB1が低下する。この結果、バイアス電流ＩBが変動しない方向に制御される。
【００２６】
したがって、この負帰還制御により、周辺温度の変動等によってトランジスタＱ11、Ｑ12のベース−エミッタ間電圧ＶBE11、ＶBE12が変動しても、バイアス電流ＩBは一定に保たれることになる。
【００２７】
図２は、本実施形態に係るバイアス回路の具体的な構成例を示す回路図である。本回路では、電圧ＶB2が、０．２Ｖになるように制御され、バイアス電流ＩBは、１Ａとなる。電圧ＶB2は、浮動変動するため、差動増幅器１１０により、電圧ＶB2をＣＯＭ電位基準に変換している。これを演算増幅器１２０により、高利得で反転させてフォトカプラ１４０の入力側電流を制御している。そして、フォトカプラ１４０の出力側の電流により、定電圧源１５０の出力電圧ＶB1を制御している。定電圧源１５０は、トランジスタＱ3のＶBEが、約０．７ＶになるようにＶCEが制御されるため、ＶB1の値は、０．７Ｖ＋ＩC×Ｒ2となる。
【００２８】
図３は、本実施形態に係るバイアス回路を用いたコンプリメンタリＳＥＰＰ回路を並列接続した回路を示す図である。本図における「Ａ」と記載されたブロックは、図２における符号Ａが示す回路に相当する。本図の例では、各コンプリメンタリＳＥＰＰ回路のバイアス電流ＩBは１Ａとなり、出力抵抗は５０ｍΩとなるため、３段並列接続により、±１０Ｖ、６Ａの６０Ｗ出力で、出力抵抗が１６．７ｍΩ、消費電力が６１．２Ｗの電力増幅器が実現できる。また、バイアス回路を各段で独立させているため、バイアス電流ＩBを個別に制御することが可能となる。
【００２９】
このように本実施形態のバイアス回路を用いたコンプリメンタリＳＥＰＰ型電力増幅器は、バイアス電流ＩBが安定しているのに加え、従来のコンプリメンタリＳＥＰＰ型電力増幅器と比べて、出力抵抗を小さくすることができ、また、消費電力を少なくすることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１００…バイアス回路
１１０…差動増幅器
１２０…演算増幅器
１３０…バイアス電流制御電圧源
１４０…フォトカプラ
１５０…定電圧源
【図１】
0005848546.tif 000003
【図２】
0005848546.tif 000004
【図３】
0005848546.tif 000005
【図４】
0005848546.tif 000006
【図５】
0005848546.tif 000007
【図６】
0005848546.tif 000008
【図７】
0005848546.tif 000009