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JP2003529264A - パワーアンプ用のダイナミック・バイアス昇圧回路 - Google Patents

パワーアンプ用のダイナミック・バイアス昇圧回路

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Publication number
JP2003529264A
JP2003529264A JP2001571551A JP2001571551A JP2003529264A JP 2003529264 A JP2003529264 A JP 2003529264A JP 2001571551 A JP2001571551 A JP 2001571551A JP 2001571551 A JP2001571551 A JP 2001571551A JP 2003529264 A JP2003529264 A JP 2003529264A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
bias
power
transistor
amplifier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001571551A
Other languages
English (en)
Inventor
ティルダッド、ソウラティ
シフェン、ルオ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Electronics NV filed Critical Philips Electronics NV
Publication of JP2003529264A publication Critical patent/JP2003529264A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
    • H03F1/0261—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers with control of the polarisation voltage or current, e.g. gliding Class A
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Abstract

(57)【要約】 電力増幅回路は、増幅トランジスタと、少なくとも略１８０°の導通角を得るために増幅トランジスタをバイアスするｄｃバイアス回路と、を有する。ｄｃバイアス回路は、電力増幅器に供給される入力信号の増大に直接比例して、ｄｃバイアス電流により増幅トランジスタに供給されるｄｃバイアス電流を増大するダイナミック・バイアス昇圧回路を有する。バイアス昇圧回路は、低電力レベルでの改良された電力出力特性と低減された電力消費をもつクラスＢまたはクラスＡＢで電力増幅回路を動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランジスタ増幅回路であり、特に、低電力レベルでの最大電力出
力を増加しつつ電力消費を低減するバイアス昇圧回路を有する電力増幅回路に関
する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のアンプは、オーディオアンプや他の応用分野と同様に、高周波ＲＦア
ンプでよく用いられる。線形の入出力関係や良好な動作効率を得るために、この
種のアンプは、クロスオーバー歪を回避すべく、約１８０°（クラスＢ）、ある
いはほんのわずかに大きい（クラスＡＢ）の導通角で動作させるのが一般的であ
る。
【０００３】 一般に、この種のアンプは、ｄｃバイアス回路により、増幅回路内の静的なバ
イアス電流を規定させ、これにより、クラスＢかクラスＡＢの動作を保障する。
従来の技術では、米国特許No.5,844,443に開示されているように、バイアスは一
般に、定電流源により供給されるか、外部電源により供給される。バイアスは、
米国特許No.5,548,248に開示されているように、所望のモードで動作するのに必
要な静的な電流を保障するために、所望の固定値に設定される。
【０００４】 しかしながら、上述したタイプの増幅器において、電源から供給された平均電
流は、入力信号レベルに依存する。出力電力が増えるにつれて、電力トランジス
タのエミッタとベースの両方における平均電流も増える。この増加した平均電流
は、バイアス回路とバラスト抵抗において、電圧増加分を降下させる（これらバ
イアス回路やバラスと抵抗は、組み合わせ回路設計で用いられるトランジスタ内
の熱集中と熱暴走を避けるために用いられる）。これにより、導通角（アンプが
動作する３６０°以外の角度の数）を減らし、増幅器をクラスＢまたはクラスＣ
の動作に深く追い込む。この結果、最大電力出力は約２５％減少する。電力の低
下を防止するために、増幅器は静的なバイアスをより大きくしなければならない
。このため、従来の回路では、必然的に、低電力出力レベルでの電力消費がより
多くなり、動作特性において不所望なトレードオフになる。
【０００５】 したがって、低電力レベルでの最適な最大出力電力と電力消費削減との利点を
もつ電力増幅回路を設けるのが望ましい。さらに、簡易で、設計上コンパクトで
、製造が経済的な回路が望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、低電力レベルでの最大出力電力を改良し、電力消費を削減す
る電力増幅回路を提供することにある。また、本発明の他の目的は、設計上簡易
かつコンパクトで、製造が経済的な電力増幅器を提供することにある。
【０００７】 本発明によれば、上記の目的は、入力信号を増幅しつつ少なくとも約１８０°
の導通角をもつ新規な電力増幅回路により達成される。この増幅回路は、増幅ト
ランジスタと所望の導通角を得るために増幅トランジスタをバイアスするｄｃバ
イアス回路とを有する。ｄｃバイアス回路は、電力増幅器に供給された入力信号
の増大に直接比例して、ｄｃバイアス回路により増幅トランジスタに供給された
ｄｃバイアス回路を増加するダイナミック・バイアス昇圧回路を有する。
【０００８】 本発明の好適な実施形態において、増幅回路はクラスＢまたはクラスＡＢの増
幅回路である。
【０００９】 本発明のさらに好適な実施形態において、ダイナミック・バイアス昇圧回路は
、電力増幅回路に供給される入力信号の振幅に比例するｄｃ電圧により制御され
る電圧制御電流源を有する。
【００１０】 本発明のさらに好適な実施形態において、電力増幅回路はまた、駆動トランジ
スタを有する。ダイナミック・バイアス昇圧回路は、駆動トランジスタの電流に
比例する電圧をセンスし、駆動トランジスタへの電圧と電流の増加に直接比例さ
せて、増幅トランジスタに供給されたｄｃバイアス電流を増やす。
【００１１】 本発明による電力増幅回路は、重大な改良を提供する。この改良では、低電力
レベルでの最大出力電力の増加と電力消費の減少とを含んでおり、簡易で、コン
パクトで、かつ経済的な構成を実現できる。
【００１２】 本発明のこれらの特徴と他の特徴は、後述する実施形態を参照して明らかにさ
れ、説明される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に関連する、従来の図示された電力増幅器、例えばクラスＡＢ、ＲＦ増
幅器が図１に簡易な形態で図示されている。この増幅器は、従来の形態であるの
で、主要な構成要素を参照して、概略的に説明される。これにより、本発明は、
クラスＢやクラスＡＢのＲＦまたはオーディオ増幅器等の、図示されたタイプの
増幅器または他の増幅回路に関連していることがわかる。
【００１４】 電力増幅器１０は、バラスト抵抗１０２により概略的に示されたバラスト抵抗
をもつ増幅トランジスタ１００を有する。実際には、電力トランジスタと特にＲ
Ｆ電力トランジスタは通常、複数のエミッタ部をもつ組み合わせ回路で製造され
る。これは、動作上、熱集中を招き、熱暴走になる。熱暴走を避けるために、バ
ラスト抵抗は、トランジスタのエミッタ部でエミッタ電流を均等に分割すべく、
それぞれエミッタ（ベース）に直列に導入される。これにより、熱集中と熱暴走
のおそれを最小化する。図１に示す従来の回路では、エミッタ（またはベース）
抵抗は、より高い電力レベルでバイアス回路の性能を下げ、これにより最大電力
出力を低減する。
【００１５】 トランジスタ１００のコレクタ出力は、出力マッチング回路１０４の入力端子
に接続される。この入力端子には、端子１０６から電圧Ｖccが供給され、負荷抵
抗１１０の端子１０８での出力信号Ｖoを供給する。
【００１６】 入力信号ＶINは、ソース１１２により、入力端子１１４に供給される。この入
力端子は、入力抵抗１１６と入力マッチングネットワーク１１８により、トラン
ジスタ１００のベースに接続される。
【００１７】 トランジスタ１００のベースはまた、ベースバイアス抵抗１２２により、ｄｃ
バイアス回路１２０に接続される。他の形態のｄｃバイアス電流が用いられるこ
とがわかるが、トランジスタ１２４，１２６、抵抗１２８，１３０，１３２とキ
ャパシタ１３４で構成された電流ミラー回路１２２を有する例として、ｄｃバイ
アス回路１２０が示されている。
【００１８】 図１に示された従来の回路の問題点は、クラスＡＢの増幅器において、電源か
ら供給された平均電流は入力信号レベルに依存することである。入力信号レベル
と電力出力が増加するにつれ、電力トランジスタ１００のエミッタとベースの両
方の平均電流も増加する。これらの増加平均電流は、バイアス回路内、特に抵抗
R122とバラスト抵抗１０２内の電圧降下を大きくする。これにより、増幅器の導
通角が減少し、クラスＡＢの増幅器をクラスＢの動作に深く押し込むか、あるい
はクラスＣにも押し込む。これにより、最大電力出力を最大２５％削減する。従
来の技術では、この状態は、より大きなバイアスを増幅器に供給することにより
、避けられる。しかし、この解決手法は、低出力電力レベルでの電力消費が増え
るという欠点をもつ。
【００１９】 図２は、従来の上述した欠点を解消する、本発明の第１の実施形態の電力増幅
器を示している。図２中の電力トランジスタは、最大電力出力の減少を避けるた
めに、高低両方の信号レベルで適切にバイアスされ、同時に低電力レベルでのバ
イアス状態をより大きくする必要性を避ける。これにより、低電力レベルでの電
力消費を最小化することができる。
【００２０】 この改良は、出力電力が増大するにつれて電力トランジスタのバイアスを動的
に増やす、ダイナミック・バイアス昇圧回路を有する電力増幅回路を提供するこ
とで、実現される。
【００２１】 図２の電力増幅回路において、上述した効果を実現するために、本発明の第１
の実施形態によるダイナミック・バイアス昇圧回路が図１の電力増幅回路に追加
される。ダイナミック・バイアス昇圧回路１３６は、抵抗１２８に並列に接続さ
れ電圧制御電流源１３８に接続されたｄｃ電圧源１４０により制御される電圧制
御電流源１３８により、簡易化された理想化された形態で図示されている。ｄｃ
電圧源１４０は、端子１１４での入力信号ＶINの振幅に比例する値をもつバイア
ス昇圧電圧ＶBBを生成させる。このように、入力信号ＶINの振幅が増大するにつ
れ、ｄｃ電圧源１４０により生成される電圧ＶBBの値は同様に増大され、電圧制
御電流源１３８により生成される電流を増大させ、増幅トランジスタ１００に最
終的に供給される余分のｄｃバイアス電流を供給する。このようにして、増幅ト
ランジスタ１００は、高入力信号レベルでの最大電力出力を生成することができ
、同時に増幅回路は、低電力動作レベルでの低電力消費を維持する。両方の回路
が低電力レベルでのクラスＡＢ動作用にバイアスされる図１の回路と比較して、
図２の回路は、低電力レベルでの電力消費を増大することなく、最大出力電力を
約２５％増大させることができる。
【００２２】 本発明のダイナミック昇圧回路を有する２段の増幅回路は、図３の簡易化され
た概略的な形態で図示される。図３の概略図において、２つの増幅器段と構成要
素用のｄｃバイアス回路１２０等の同様に配置された構成要素と回路部品には同
様の参照番号が付されており、その説明を省略する。
【００２３】 図３の２段増幅回路は、増幅トランジスタ１００を有する出力段と、駆動トラ
ンジスタ１４２を有する駆動段とを有する。各段には、上述したｄｃバイアス回
路１２０が設けられる。駆動トランジスタ１４２には、インダクタ１４４を介し
てコレクタ電圧が供給され、キャパシタ１４６を介して電力出力トランジスタ１
００の入力端子に接続される出力端子を有する。駆動トランジスタ１４２と電力
トランジスタ１００の両方とも、対応するｄｃバイアス回路１２０により、例え
ばクラスＡＢでバイアスされる。
【００２４】 この実施形態において、ダイナミック・バイアス昇圧機能は、トランジスタ１
４８をセンスすることにより実現される。このトランジスタは、駆動トランジス
タ１４２の電圧と電流をセンスするために、駆動トランジスタの入力端子に並列
に接続される入力を有する。このように、駆動トランジスタ１４２への入力駆動
信号が増大するにつれ、駆動トランジスタ１４２の電流は増大し、センストラン
ジスタ１４８の電流も増大する。センストランジスタ１４８の出力は、カレント
ミラー１５０の入力に供給される。このカレントミラーは、駆動トランジスタ１
４８により供給された電流を平均化させ、計測し、ミラーする。そして、電力増
幅トランジスタ１００のｄｃバイアス回路１２０により供給されたバイアス電流
に追加される出力電流を供給させる。カレントミラー１５０は、従来の手法で平
均化、スケーリングおよびミラーリング機能を実現するために、ＲＣ時定数と適
当なサイズのトランジスタを用いる。このように、センシング・トランジスタ１
４８とカレントミラー１５０はともに、駆動トランジスタ１４２への入力電圧（
それゆえ、駆動トランジスタ１４２を通過する電流）とトランジスタ１４８への
出力をセンスすることにより電圧制御電流源１３６の機能を実現し、これにより
、出力トランジスタ１００のｄｃバイアス回路１２０に供給されるカレントミラ
ー１５０におけるダイナミック・バイアス昇圧回路を生成する。図３に示す２段
の実施形態において、本発明のダイナミック・バイアス昇圧回路は、約３３％の
最大出力電力の増大を招き、同時に、低電力レベルでの低電力消費を維持する。
【００２５】 この手法において、本発明は、ＲＦまたはオーディオ増幅器を使用するのに適
した電力増幅回路を提供する。この増幅回路は、低電力レベルでの最大電力出力
を小さくし、電力消費を低減させるバイアス昇圧回路を有する。さらに、本発明
は、設計上、簡易かつコンパクトで製造が経済的な電力増幅回路を提供する。
【００２６】 本発明は、いくつかの好適な実施形態を参照して、特に図示され説明されたが
、本発明の精神と範囲から外れない限り、種々の変更がなしうることは当業者に
より理解されうる。このように、例えば、異なるタイプのトランジスタと、ｄｃ
バイアス回路と、駆動および電力出力段は適切なものが用いられ、回路構成に対
する変更は特定の設計要求に見合うようになしうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の電力増幅器の概略図。
【図２】 本発明の第１の実施形態による電力増幅回路の概略図。
【図３】 本発明の第２の実施形態による電力増幅回路を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シフェン、ルオ オランダ国5656、アーアー、アインドーフ ェン、プロフ．ホルストラーン、６ Ｆターム(参考） 5J092 AA01 AA02 AA41 AA63 AA64 CA36 CA87 CA92 FA06 GR09 HA02 HA25 HA29 HA32 KA05 KA09 KA11 KA12 KA24 KA25 KA29 KA33 MA21 5J500 AA01 AA02 AA41 AA63 AA64 AC36 AC87 AC92 AF06 AH02 AH25 AH29 AH32 AK05 AK09 AK11 AK12 AK24 AK25 AK29 AK33 AM21 RG09

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力信号を増幅し、かつ少なくとも略１８０°の導通角をもつ電力増幅回路で
    あって、 増幅トランジスタと、 前記導通角を得るために、前記増幅トランジスタをバイアスするｄｃバイアス
    回路と、を備え、 前記ｄｃバイアス回路は、前記電力増幅回路に供給された前記入力信号の増大
    に直接比例して、前記ｄｃバイアス回路により前記増幅トランジスタに設けられ
    たｄｃバイアス電流を増やすダイナミック・バイアス昇圧回路を有することを特
    徴とする電力増幅回路。
  2. 【請求項２】 前記増幅回路は、クラスＢの増幅回路であることを特徴とする請求項１に記載
    の電力増幅回路。
  3. 【請求項３】 前記増幅回路は、クラスＡＢの増幅回路であることを特徴とする請求項１に記
    載の電力増幅回路。
  4. 【請求項４】 前記ダイナミック・バイアス昇圧回路は、前記入力信号の振幅に比例したｄｃ
    電圧により制御される電圧制御電流源を有することを特徴とする請求項１に記載
    の電力増幅回路。
  5. 【請求項５】 駆動トランジスタをさらに備え、 前記ダイナミック・バイアス昇圧回路は、前記駆動トランジスタにおいて電流
    に比例した電圧をセンスし、前記駆動トランジスタにおける電流の増大に直接比
    例して前記増幅トランジスタに供給された前記ｄｃバイアス電流を増やす手段を
    有することを特徴とする請求項１に記載の電力増幅回路。
JP2001571551A 2000-03-28 2001-03-07 パワーアンプ用のダイナミック・バイアス昇圧回路 Pending JP2003529264A (ja)

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US09/536,946 2000-03-28
US09/536,946 US6300837B1 (en) 2000-03-28 2000-03-28 Dynamic bias boosting circuit for a power amplifier
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EP (1) EP1195003B1 (ja)
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KR (1) KR100863881B1 (ja)
CN (1) CN1190889C (ja)
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DE (1) DE60140843D1 (ja)
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